IPP & Industrie

10 GROSSE UNTERNEHMEN Thales Electron Devices S.A., Paris-Velizy, Frankreich Element Six Ltd., London, Großbritannien Diamond Materials GmbH, Freiburg, Deutschland Reuter Technologie GmbH, Alzenau/Schöllkrippen, Deutschland Das Plasma muss für das Anfachen der Fusionsreaktion auf Temperaturen von 100 Millionen Grad Celsius aufgeheizt werden. Dafür braucht man geeignete Heizungen. Eine sehr attraktive Möglichkeit ist es, das Plasma mit Mikrowellen aufzuheizen. Hierfür mussten Mikrowellenröhren mit einer Leistung von mindestens einer Million Watt gebaut werden. Das war zuvor bereits in Russland, den USA und Japan gelungen, allerdings jeweils nur mit einer Heizdauer von wenigen Sekunden. Für Wendelstein 7-X waren jedoch Mikrowellenröhren, sogenannte Gyrotrons, zu entwickeln, die 30 Minuten ihre volle Leistung liefern. Das ist mehr als die hundertfache Dauer und bedeutete, in eine vollkommen neue Entwicklungsdimension vorzustoßen. Dieser Prozess wurde in enger Verzahnung zwischen der Firma Thales Electron Devices, dem Karlsruher Institut für Technologie und dem IPP vorangetrieben. Gegenwärtig sind weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten dieser drei Partner im Gange, um die Leistungsfähigkeit der Gyrotrons auf 1,5 Megawatt zu erhöhen. Die gemeinsame Entwicklung des ursprünglichen Prototypen lief überaus erfolgreich, sodass man sofort die Serienfertigung starten konnte. Probleme, die im Verlauf der Serienfertigung dieser einzigartigen Hochleistungsmikrowellenröhre auftraten, stellten das Konsortium vor neue technische Herausforderungen. Während der Serienfertigung war es zu einem Wechsel des verwendeten Keramikmaterials gekommen, was zu unerwünschten elektromagnetischen Schwingungen im Strahltunnel führte. Das Karlsruher Institut für Technologie hat als Lösung eine speziell berechnete Symmetriestörung für den Strahltunnel vorgeschlagen und patentiert, die sich hervorragend bewährt hat. Ein weiteres Problem ist die hohe Wärmeleistung, die durch den Elektronenstrahl der Röhre auf dem Kollektormaterial deponiert wird. Durch zeitweise auftretende hohe lokale Belastungen kommt es zu einer Verschlechterung des Vakuums. Die beteiligten Forschungsinstitute schlugen vor, durch zeitlich veränderliche, von außen angelegte Magnetfelder die Wärmeleistung breiter zu verteilen. Dies wurde von der Firma Thales Electron Devices umgesetzt und stellt einen Durchbruch bei der Zuverlässigkeit der Mikrowellenröhre im Dauerbetrieb dar. Für dieses Verfahren wurde ein gemeinsames Patent erteilt. Es ist allgemein auf Hochleistungselektronenröhren übertragbar und kann Hochleistungsröhren in allen Anwendungsgebieten beträchtlich verbessern. Verlötete CVDDiamantscheibe in einem Torus- Diamantfenster Foto: IPP, Tino Schulz