Kernfusion im Kugelreaktor
Vakuum-/Gastechnik
Die Vakuumkammer
Funktion
Die Vakuumkammer ist das zentrale Element des Versuchsaufbaus. An ihm treffen Vakuum-, Gas-, Hochspannungs-, Mess- und Videotechnik zusammen, im Inneren der Kammer findet die Fusion statt.
Die Kammer besteht aus zwei Halbkugelhälften die sich über NW150 CF Flanschanschlüsse zusammenschrauben lassen. Im geschlossenen Zustand ergeben sie einen Kugelförmigen Innenraum mit dem Durchmesser 156 mm, die Wandstärke beträgt 5mm. Die Vakuumkammer verfügt über verschiedene Flanschanschlüsse und Stromdurchführungen. Durch ein Sichtfenster ist der Einblick mit einer Kamera möglich.
Fertigungsverfahren
Das Material der Kammer ist ein austinitischer Chrom-Nickel-Stahl (X2 CrNi 18-10), der sich durch gute Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit auszeichnet.Die Halbkugeln wurden jeweils in einem Stück aus einem zylindrischen Block gedreht, anschließend wurden die Löcher zur Durchführung der Flanschhälse gebohrt. Nach Einführen der Flanschhälse wurden diese mit der Halbkugel verschweißt, die Nähte durch Elektropolitur geglättet.
Da das Fusionsplasma nur bei geringen Gasdichten und Drücken entstehen kann, galt es eine leistungsfähige Vakuumtechnik mit einer kontrollierten Gaszuführung zu kombinieren.
Pumpensystem
Um ein Hochvakuum erzeugen zu können, wurden eine Drehschieberpumpe der Firma Leybold als Vorstufe mit einer Turbomolekularpumpe der Firma Alcatel in Reihe geschaltet.
Der Arbeitsbereich der Turbomolekularpumpe beginnt bei Drücken kleiner 10^-2 mbar, weshalb in einem ersten Schritt der Druck im Rezipienten durch die Drehschieberpumpe auf den benötigten Vordruck reduziert wird. Druckmesser geben dabei die Drücke in der Reaktorkammer und zwischen der Drehschieber- und Turbomolekularpumpe wieder. Die Anzage erfolgt sowohl über die Steuerungseinheit als auch über den Messcomputer.
Für den Ausschaltvorgang der Turbomolekularpumpe wurde zusätzlich ein Ventil zur kontrollierten Belüftung eingebaut (Belüftungsventil 1). Die Zeit mit der die Turbomolekularpumpe ihre Drehzahl im Ausschaltvorgang reduziert ist im Hochvakuum sehr lange. Da sich im Drehzahlband verschiedene Resonanzbereiche befinden die zügig durchlaufen werden müssen, kann durch Belüftung der Gegendruck erhöht und somit die Mechanik schneller zum Stillstand gebremst werden.
Gassystem
Da die Pumpen mit kontinuierlicher Leistung arbeiten, wird der gewünschte Druck im Rezipienten durch eine kontrollierte Gaszufuhr geregelt.
Es stehen die Gase Helium 5.022, Stickstoff 5.0, Wasserstoff 5.0 und Deuterium 3.0 zur Verfügung. Diese sind mit einem Druck von 150 bar in 1 Liter Ecocyl Flaschen der Firma Linde gelagert. Die Flaschen verfügen jeweils über einen Druckminderer der auf 3,5 bar reduziert.
Die Zweige der vier Gastypen können über separate Kugelhähne zu- und abgestellt werden. Um eine Gasmischung zu vermeiden kann vor jedem Gaswechsel der Zusammenführungsabschnitt zwischen dem Proportionalventil und den Einzelzweigen evakuiert werden.
