IPP & Industrie

11 Diamanten als Fenster zum Plasma Die Plasmaheizung des Wendelstein 7-X Ein kritisches Bauteil eines Gyrotrons ist ebenfalls das Fenster zwischen der Röhre und der Außenwelt. Um die Wärmeverluste im Fenster relativ niedrig zu halten, wurden diese aus künstlichen Diamanten mit hoher Reinheit hergestellt. Die Diamantscheiben, die in Zusammenarbeit mit dem Karlsruher Institut für Technologie von den Firmen Diamond Materials und Element Six in einem weiterentwickelten Verfahren durch Gasphasenabscheidung (CVD) gefertigt wurden, sind mit einem Durchmesser von bis zu 120 Millimetern und einer Dicke von 1,8 Millimetern in dieser Größe weltweit einmalig und hervorragend für Anwendungen in der Millimeterwellenheizung geeignet. Die Diamantfenster benötigen eine zuverlässige Kühlung. Die Kühlung mit Wasser birgt die Gefahr von Korrosion, daher wurde in dieser Entwicklung erstmals erfolgreich Silikonöl als Kühlmittel eingesetzt. Zudem hat die Firma Reuter Technologie in Zusammenarbeit mit dem Karlsruher Institut für Technologie in einer mehrjährigen Kooperation profundes Wissen in der Löttechnik zwischen Diamant und Kupfer mit speziellen Kupfer-Silber-Titan-Loten aufgebaut. Diese Lötung bietet die Grundlage zum Aufbau eines Diamantfensters, das nach einem weiteren Lötschritt von einem Edelstahlgehäuse umgeben und in eine Standard-Millimeterwellen-Übertragungsleitung eingebaut ist. Bei der Herstellung der Diamantfenster mit der integrierten Kühlung lag eine besondere Herausforderung in der Lötung der unterschiedlichen Werkstoffe bei gleichzeitig geforderter Hochvakuumfestigkeit. Aktuell wird daran gearbeitet, ein 1,5 Megawatt-Gyrotron für den Dauerbetrieb an Wendelstein 7-X zu entwickeln, sowie die Übertragungsleitungen für den Ausbau von inzwischen zehn auf dann zwölf Röhren zu ertüchtigen. Teil dieser Maßnahme zur Erweiterung der Heizleistung an Wendelstein 7-X ist ein erneuter Industrieauftrag bei Thales zum Bau eines 1,5 Megawatt-Prototyp Gyrotrons. Die Auslegung dieses Gyrotrons basiert auf der Konstruktion des erfolgreich eingesetzten Wendelstein 7-X-Gyrotrons, das auch die Basis für das europäische Gyrotron für den internationalen Experimentalreaktor ITER bildet. Hochleistungsmikrowellenröhre für den Dauerbetrieb Alle diese Verbesserungen im Konzept und im technischen Detail ebnen neue Wege für Hochleistungsmikrowellenröhren, wie sie in der Kommunikationstechnik, in der Materialbearbeitung sowie für das Fusionsexperiment ITER und das erste Fusionskraftwerk DEMO notwendig sind. Thales Electron Devices als Hauptauftragnehmer hat sich im Rahmen dieser Aufträge in einem hohen Umfang Wissen erarbeitet, das zuvor nicht vorhanden war und ist jetzt deutlich besser am Markt platziert. Die Firmen Diamond Materials und Reuter Technologie haben sich mit ihrem speziellen Knowhow für künftige Aufträge ebenfalls deutlich besser aufgestellt. Foto: IPP, Wolfgang Filser