Massive Materieinjektion in das Ultrahochvakuum thermonuklearer Fusionsanlagen. Kontrolle von Plasmainstabilitäten und Gewährleistung guter Vakuumbedingungen

Die Injektion großer Mengen von Material in Fusionsplasmen ist eine der technischen Herausforderungen heutiger Fusionsforschung. Die Einbringung verschiedener Stoffe hat zum Ziel, Brennstoff in das Plasma einzubringen, Instabilitäten zu kontrollieren, den Energieeinschluss des Plasmas zu verbessern, für bessere Vakuumbedingungen zu sorgen oder im Falle von Disruptionen die Folgen (hohe Wärmelasten, hohe elektromagnetische Kräfte, relativistische Elektronen) zu mindern. Um das Vakuumsystem der Fusionsanlage nicht unnötig zu belasten, werden für die Injektion Pellets oder konzentrierte Gaspulse eingesetzt. Pellets sind Festkörper mit Volumina von wenigen mm3 die entweder aus Material bei Raumtemperatur bestehen oder aus kryogenen Gasen. Die Pellets werden mit Zentrifugen oder Gaskanonen auf bis zu 1500 m/s beschleunigt und mit Frequenzen von bis zu 140 Pellets/s in das Plasma geschossen. Die Gaspulse werden mittels Hochgeschwindigkeitsventilen erzeugt, die sich wenige Zentimeter vom Plasmarand entfernt befinden. Massive matter injection in ultra-high vacuum environment for thermonuclear fusion devices The injection of large quantities of material in fusion plasmas is one of the technical challenges of today's fusion research. The aims of depositing different materials are plasma fueling, controlling instabilities, improving energy confinement and vacuum quality or mitigating consequences of disruptions (high heat loads, strong electromagnetic forces, relativistic electrons). To prevent unnecessary load on the vacuum system of the fusion device, the injection is performed with pellets or concentrated gas pulses. Pellets are solids with a volume of a few mm3 which are either composed of solid material at room temperature or of cryogenic gases. The pellets are accelerated by centrifuges or gas canons to speeds of up to 1500 m/s and are fired into the plasma with repetition rates of up 140 pellets/s. The gas pulses are generated using high speed gas valves which are operated a few centimeters from the plasma edge.