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Magnet-Technologie für Fusionsreaktoren

Magnet-Technologie für Fusionsreaktoren
Typ: Vorlesung (V)
Semester: SS 2018
Zeit: 22.05.2018
09:00 - 17:15 täglich
Campus Nord, Geb. 418, Raum 226


23.05.2018
09:00 - 17:15 täglich
Campus Nord, Geb. 418, Raum 226

24.05.2018
09:00 - 17:15 täglich
Campus Nord, Geb. 418, Raum 226


Dozent: Dr. Klaus-Peter Weiss
Dr. Walter Fietz
SWS: 2
LVNr.: 2190496
Bemerkungen

Info unter: Walter.Fietz@KIT.edu

Voraussetzungen

Empfehlungen:

Vorkenntnisse in Energietechnik, Kraftwerkstechnik, Materialtests wünschenswert

Lehrinhalt

Ziel der Vorlesung ist es Grundlagen zum Bau supraleitender Magnete zu vermitteln. Hierfür sind multidisziplinäre Kenntnisse z.B. aus den Bereichen Materialeigenschaften bei tiefen Temperauren, Hochspannungstechnik oder Hochstromtechnik notwendig. Die Verwendung von Supraleitern ist zwingend, da nur so effizient höchste Magnetische Felder bei vergleichsweise kleinen Verlusten erzeugt werden können. Magnetbeispiele aus Energietechnik, Forschung und Fusionsreaktorbau zeigen die breite des Feldes.

In Rahmen dieser Vorlesung werden folgende Schwerpunkte behandelt

Inhaltsverzeichnis:

  • Einführung Plasma, Fusion, Elektromagnete
  • Einführung Supraleitung - Grundlagen und Materialien
  • Erzeugung tiefer Temperaturen, Kryotechnik
  • Materialeigenschaften bei tiefen Temperaturen
  • Magnetauslegung und Berechnung
  • Magnete - Stabilität, Quenchsicherheit und Hochspannungsschutz
  • Magnetbeispiele
  • Hochtemperatursupraleiter (HTS)
  • HTS-Anwendungen (Kabel, Motoren/Generatoren, FCL, Stromzuführungen, Fusionsreaktoren)
KurzbeschreibungIn Süd-Frankreich wird der Fusionsreaktor ITER gebaut, der die Energiegewinnung durch Fusion demonstrieren wird. Der Einschluss des Plasmas wird durch Magnete gewährleistet. Um starke Magnetfelder energieeffizient zu erzeugen, sind supraleitende Magnete zwingend notwendig. Konstruktion, Bau und Betrieb solcher Magnete sind technologische Herausforderungen aufgrund der tiefen Temperaturen (4.5 Kelvin) und der hohen Ströme (typ. 68 kA).

Die Vorlesung wird die Grundprinzipien für Konstruktion und Bau supraleitender Magnete aufzeigen und umfasst hierbei:

  • Einführung mit Beispielen supraleitender Magnete
  • Grundlagen Supraleiter und Kryotechnik
  • Einfluss tiefer Temperaturen auf kritische Materialeigenschaften
  • Designprinzipien, Konstruktion und Betrieb supraleitender Magnete
  • Notwendige Maßnahmen zum sicheren Betrieb von Großmagneten
  • Aktueller Status von Großprojekten (ITER, JT-60SA, W7-X)
  • Auswirkung von Hochtemperatursupraleitern auf Fusion und Energietechnik
Arbeitsbelastung

- Präsenzzeit: 2 SWS, Sonstiges: Exkursion, etc. 5 Stunden
- Selbststudium: Vor- und Nachbereitung LV: 1 Stunde / Woche
- Vorbereitungsklausur: 80 Stunden pro Semester

Ziel

Die Studierenden kennen:

  • Grundlagen der Supraleitung, von Supraleiterkabeln und vom Magnetbau
  • Erzeugung tiefer Temperaturen, Kryostatbau
  • Materialeigenschaften bei tiefen Temperaturen
  • Magnetauslegung und Magnetsicherheit
  • Hochtemperatursupraleiter und Anwendungen in Energietechnik und Magnetbau
Prüfung

Mündliche Prüfung von ca. 30 Minuten Dauer