Forschung
Das Institut für Energie- und Klimaforschung – Plasmaphysik am Forschungszentrum Jülich bearbeitet Fragen der Plasma-Wand-Wechselwirkung (PWW) und erforscht neue Materialien für höchste Belastungen, wie sie z.B. an der ersten Wand und im Divertor von Fusionsanlagen auftreten. Die Thematik der Plasma-Wand-Wechselwirkung reicht vom Verständnis der Physik der Plasmarandschicht, der lokalen sowie der globalen Transportprozesse, sowie der Oberflächenprozesse (Erosion, Implantation, Deponierung) an den plasmabelasteten Komponenten von Fusionsanlagen. Insbesondere für den Einsatz in einem Fusionsreaktor entwickeln wir für diese Komponenten neue Materialien (Legierungen, Komposite, gradierte Materialien), die den dort herrschenden extremen Belastungen durch hohe Leistungs- und Teilchenflüsse standhalten. Diese Materialien sind auch geeignet, in anderen Anwendungen bei Höchstbelastung (z.B. Receiver von solarthermischen Kraftwerken) eingesetzt zu werden.
Wir führen Projekte im Bereich der Plasmaphysik, Fusionsmaterialforschung sowie Fusionstechnologie unter anderem an den Großexperimenten JET, ASDEX Upgrade und Wendelstein 7-X durch und bereiten den wissenschaftlichen Betrieb von ITER vor. Sowohl die wissenschaftlichen Aufgaben wie die Projektarbeiten dienen letztlich dem Ziel, die Voraussetzungen für ein brennendes Fusionsplasma zu schaffen und damit eine neue Primärenergiequelle für die Stromerzeugung zu erschließen. Dabei sind wir vernetzt in den nationalen Forschungsprogrammen Kernfusion und Materialforschung innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft sowie auf europäischer Ebene als Partner im EURATOM-finanzierten Konsortium EUROfusion. Regional arbeiten wir eng innerhalb des „Trilateral Euregio Clusters TEC“ mit Partnern in Belgien und den Niederlanden zusammen.
Methodische Schwerpunkte sind im Bereich Theorie die Beschreibung und numerische Modellierung magnetisierter Plasmen und deren Wechselwirkung mit Wandmaterialien. Dazu werden verschiedene 2D- und 3D-Codes entwickelt und eingesetzt. Die experimentellen Aktivitäten erstrecken sich von den Grundlagen der Oberflächenphysik von PWW-Materialien bis hin zu Experimenten mit linearen Plasmaanlagen, in denen Materialien hohen Teilchenflüssen unter realistischen Fusionsbedingungen ausgesetzt werden können. Uns steht ein breites Spektrum von Methoden zur Herstellung neuer Materialien, deren Charakterisierung sowie Modellierung zur Verfügung, auch in Zusammenarbeit mit anderen Jülicher Instituten. Wir nutzen und entwickeln spektroskopische Methoden zur Charakterisierung der Randschichtplasmen in Großexperimenten sowie unserer linearen Plasmen. Wir betreiben Labore und Anlagen zur zyklischen und stationären thermischen Höchstbelastung von Komponenten, auch nach Neutronenexponierung und für toxische Materialien.