Kernfusion im Kugelreaktor
Theorie Aufbau Methodik Ergebnisse Anwendungen Methodik
1.Gaswahl
Um Versuche mit der Apparatur durchzuführen muss zunächst die jeweilige Gasart bestimmt werden, die eingesetzt werden soll. Je nach Versuchsziel kann Helium, Stickstoff, Wasserstoff oder Deuterium eingesetzt werden.
Die Hähne des Gaspults müssen entsprechend freigeschaltet und eingestellt werden.
2. Hochfahren der Pumpen und Messtechnik
Im nächsten Schritt müssen die PCs, die Messtechnik, Kühlsysteme usw. hochgefahren werden. Es muss entschieden werden, ob Versuche im Hochvakuum (p<10E-3mbar) oder mit höherem Druck (p>10E-3mbar) durchgeführt werden sollen. Bei sehr niedrigen Drücken muss zusätzlich zur Drehschieberpumpe auch die Turbomolekularpume angeschalten werden.
3. Gasfluten
Wenn die Kammer nach ca. 45min auf einen Luft-Druck von p<10E-3mbar evakuiert ist, kann mit dem Fluten begonnen werden. Es empfiehlt sich die Kammer mehrmals mit dem jeweiligen Gas zu fluten und im Dauerbetrieb weiterhin abzupumpen.
4. Druckeinstellung
Das Verhalten der jeweiligen Plasmen hängt sehr stark von dem Gas in der Vakuumkammer ab. Die Stromstärke hängt von der Beschleunigungsspannung und dem Druck in der Vakuumkammer ab. Die Stromstärke ist umso größer
- je höher der Druck ist.
- je höher die Beschleunigungsspannung ist
Zunächst sollte ein hoher Gasdruuck (z.B. p=5E-2mbar) gehalten werden und das Einlassventil entsprechend justiert werden. Hierzu muss am Einlassventil eine definierte Gasmenge permanent einströmen und währenddessen "das Team" an den Anzeigen und am PC den Druckverlauf überwachen. Ist der Gasdruck stabil, kann mit den Vorbereitungen der Hochspannungsversorgungen begonnen werden.5. Hochfahren
Zum Erzielen von hohen Beschleunigungsspannungen ist es hilfreich das Plasma bei hohem Druck und niedriger Spannung zu zünden.
Nach Freischaltung der Hochspannungsversorgungen kann die Kathodenspannung langsam von 0V auf 1-2kV negativ gesteigert werden. Hierbei muss eine Person die Spannung regulieren, während eine andere das evtl. entstehende Plasma am PC überwacht und den Druckverlauf im Auge behält. Wichtig ist außerdem die Abschätzung der Tendenz der Stromstärke. Eine Erhöhung Spannung führt zeitgleich zu einem in etwa proportionalem Anstieg der Stromstärke.
Bei "gefährlichem Stromstärkeanstieg" muss sofort die Spannung drastisch reduziert werden, um Blitzentladungen zwischen der Vakuumkammer und innerer Gitterkugel vorzubeugen. Solche Spannungsüberschläge können die innere Gitterkugel beschädigen oder Metallpartikel freisetzen, die das Vakuum verunreingen, wodurch das Plasma ausgekühlt wird (je höher die Ordnungszahl der Elemente in der Legierung, desto stärker wird die Kinetische Temperatur des Plasmas reduziert).
Wenn die durchschnittliche Stromstärke nach einer Spannungserhöhung ca. 15mA beträgt, muss direkt im Anschluss der Gasdruck reduziert werden. Hierdurch wird die Stromstärke wieder erniedrigt (z.B. 5mA), so dass daraufhin wieder mit der Beschleunigungsspannung nachgeregelt werden kann. Mit dieser Methode ist es möglich die Spannung sukzessive zu erhöhen, während der Druck reduziert wird.6. Auswertung
Die während den Versuchen ermittelten Daten werden ständig von den PCs aufgezeichnet und können im Anschluß ausgewertet werden.
