Fusionsforschung
Fusion Research

Dieses Modul gibt eine Einführung in die Fusionsforschung. Es startet mit allgemeinen Überlegungen zur Energieproblematik und der Rolle von erneuerbaren Energien, Speichern und Grundlast in einem künftigen Energiemix. Anschließend werden die grundlegenden Prozesse und Kenngrößen der Kernfusion eingeführt. Nach einem kurzen Überblick über die Trägheitsfusion konzentriert sich das Modul vor allem auf die Magnetfusion. Unterschiedliche Konzepte zum magnetischen Einschluss von Fusionsplasmen, wie magnetische Spiegel, Pinche, Tokamaks und Stellaratoren, werden vorgestellt und auf ihre Eigenschaften in Bezug auf Stabilität, Einschlussqualität und Transport hin untersucht. Die wichtigsten Methoden zur Heizung der Plasmen und ihrer Diagnostik werden eingeführt. Abschließend wird ein Überblick über neueste wissenschaftliche Ergebnisse und die wichtigsten experimentellen Anlagen gegeben. Teil des Moduls ist ein Besuch des Tokamaks ASDEX Upgrade am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik.

Nach erfolgreicher Teilnahme an diesem Modul ist der/die Studierende in der Lage:

• die grundlegenden Fusionsprozesse und die in Plasmen notwendigen Parameter für selbständiges Brennen zu erklären
• grundlegende Prozesse des magnetischen Einschlusses von Plasmen zu beschreiben
• die elementaren technischen Elemente von Tokamak- und Stellarator-Experimenten sowie ihre Stärken und Schwächen zu beschreiben
• die am häufigsten beobachteten Instabilitäten in Fusionsplasmen zu benennen
• die wichtigsten Methoden zur Heizung und Diagnostik von Fusionsplasmen zu beschreiben
• die Prozesse zu diskutieren, die zu Transportverlusten in toroidalen Plasmen führen

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen. Vorheriger Besuch einer Vorlesung zur Plasmaphysik ist vorteilhaft.

Das Modul besteht aus einer Vorlesung und einer Übung.

In der Vorlesung werden die Grundlagen der Fusionsforschung vorgestellt. Dabei werden Verbindungen zur allgemeinen Energieproblematik sowie zu grundlegenden Problemen der Plasmaphysik hergestellt. Besonderes Augenmerk wird auf den  Bezug zu aktuellen Forschungsthemen gelegt. Am Ende der Vorlesungszeit findet ein Besuch der Forschungsanlage ASDEX Upgrade statt, der einen tieferen Einblick in die Forschungsarbeiten geben soll.

In den Übungen werden die für die Vorlesung notwendigen Kenntnisse der Plasmaphysik vertieft und einige Themen der Vorlesung eingehender diskutiert. In Vorbereitung der Übungen lösen die Studierenden Übungsaufgaben und stellen ihre Lösungen in den Übungen selbständig zur Diskussion.

Volesung mit PowerPoint-Präsentation, Filmen und Tafelarebit, Übungsblätter, begleitende Internetseite, ergänzende Literatur

• U. Stroth: Plasmaphysik: Phänomene, Grundlagen, Anwendungen, Vieweg+Teubner, (2011)
• M. Kaufmann: Plasmaphysik und Fusionsforschung, Vieweg+Teubner, (2003)
• J. Wesson: Tokamaks, Oxford University Press, (2011)
• R.J. Goldston & P.H. Rutherford: Plasmaphysik. Eine Einführung, Vieweg+Teubner, (1998)

Es findet eine mündliche Prüfung von 25 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen und Beispielrechnungen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

• Benennen Sie die verschiedenen Fusionsreaktionen und erläutern Sie die notwendigen Plasmaparameter.
• Erläutern Sie den Unterschied zwischen verschiedenen Einschlusskonfigurationen: bspw. magnetischer Spiegel, Pinch, Tokamak, Stellarator.
• Was bestimmt den Transport in Tokamak-/Stellaratorplasmen?

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

Auf die Note einer bestandenen Modulprüfung in der Prüfungsperiode direkt im Anschluss an die Vorlesung (nicht auf die Wiederholungsprüfung) wird ein Bonus (eine Zwischennotenstufe "0,3" besser) gewährt (4,3 wird nicht auf 4,0 aufgewertet), wenn die/der Studierende die Mid-Term-Leistung bestanden hat, diese besteht aus erfolgreichem Vorrechnen einer Übungsaufgabe in der Übung.