Chinesisch-Deutsches DFG-Forschungsprojekt „Diagnostik der Plasma-Wand-Wechselwirkung von Fusionsplasmen“ (HHU Düsseldorf / FZ Jülich / ASIPP Hefei / DUT Dalian)

Die Kontrolle aller Plasma-Wand Wechselwirkungen in zukünftigen Fusionsreaktoren, wie ITER  und das chinesische Projekt CFETR, ist entscheidend für die Lebensdauer und Effizienz dieser Anlagen. Dazu kann in aktuellen Einrichtungen wie EAST (Hefei, China) und W7-X (Greifswald, Deutschland) nach dem Ende des Plasmaexperiments Wandmaterial entnommen und beispielsweise auf Wasserstoff- und Deuterium-Einlagerungen untersucht werden. Oft sollen diese Einlagerungen aber „in situ“ bestimmt werden, also schon während des laufenden Reaktorbetriebs. Dazu wird zum Beispiel die sogenannte „Laser Induced Breakdown Spectroscopy“ (kurz LIBS) verwendet, um aus den Spektren eines speziell erzeugten Laserplasmas an der Wandoberfläche Aussagen über die Materialeinlagerungen zu machen.

In unserer Kooperation soll LIBS mit unterschiedlichen Lasersystemen an Deuterium-beladenem Reaktorwandmaterial durchgeführt werden. Die Lasersysteme unterscheiden sich dabei in Pulslänge und -energie. Im Zuge dessen wollen wir die Ablationsprozesse unseres Femtosekundenlasers detaillierter beschreiben können und Vorteile gegenüber Nanosekunden- und Pikosekundenlasern herausstellen. Vorexperimente haben gezeigt, dass mit unserem Ultrakurzpulslaser wohldefinierte Krater erzeugt werden, wodurch eine quantitative Analyse des Materials in unterschiedlichen Tiefen möglich gemacht werden kann. Im Zuge des Projekts beschäftigen wir uns auch ganz grundlegend damit, wie die Energie des Lichtpulses an feste Materie abgegeben wird – eine Abfolge verschiedener Prozesse in ganz kurzen Zeitabständen, die wir versuchen zu diagnostizieren und zu simulieren.

Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der chinesischen Fördergesellschaft NSFC gefördert. Unsere Projektpartner sind das IEK-4 am Forschungszentrum Jülich, das Institute of Plasma Physics an der Academy of Science (ASIPP) in Hefei und die Dalian University of Technology (DUT). Im Rahmen dieser Kooperation gab es im März 2019 in Hefei ein Kick-Off Meeting mit allen Beteiligten während des 5th SINO-German Workshop on Plasma-Wall Interactions in Fusion Devices. Im August 2019 wurden durch einen Forschungsaufenthalt erste Ergebnisse an einem Nanosekundenlaser in Dalian gesammelt.