Das Tritiumlager der KFA Jülich

In connection with the research work done in the field of controlled fusion a facility for storing and handling of 10$^{5}$ Ci tritium has been built at the Kernforschungsanlage Jülich. In this report the design of the tritium storage and handling facility is described

Grundlegende Untersuchungen über die Einsatzmöglichkeiten supraleitender Schalter in der kryogenen Energietechnik

Die Energieversorgung ist eine wichtige Voraussetzung für die industrielle und gesellschaftliche Entwicklung der Menschheit und verlangt gerade in der gegenwärtigen Zeit vermehrte Forschungsanstrengungen. Ein vordringliches Problem ist dabei, den in Zukunft steigenden Bedarf an elektrischer Energie mit den vorhandenen Energievorräten unter möglichst geringer Umweltbelastung und hohem Wirkungsgrad zu erzeugen und zu verteilen. Eine Übersicht über die Ergebnisse vieler langfristiger Energieprognosen und den damit verknüpften Umweltproblemen gibt [1.1]. Bei der Suche nach neuen Technologien für die Energieversorgungwurde auch bald deutlich, daß Tieftemperatur- und Supraleitungstechnologie für die Energietechnik von Bedeutung sind. Die diesbezüglichen Forschungsaktivitäten entwickelten sich in den letzten Jahren zu einem eigenen Forschungsgebiet "Kryogene Energietechnik". Nebst Tieftemperaturkabel für die Energieübertragung sind dabei besonders großvolumige Supraleitermagnete für Energieerzeugungssysteme (MHD-Generatoren, Fusionskraftwerke), Magnete für Antriebssysteme (Motorwicklung, Schwebebahn) supraleitender elektrischer Maschinen (Synchrongeneratoren und Unipolarmaschinen) und neuerdings supraleitende Energiespeicher zu erwähnen. In jüngster Zeit haben sich nun neue, bedeutende Anwendungsgebiete herauskristallisiert. Dazu zählen z.B. Schaltvorgänge in der Plasmaphysik, speziell der Fusionsforschung und die Energieauskopplung aus supraleitenden, induktiven Energiespeichern, wo auch supraleitende Schalter benötigt werden.Schon vor Jahren wurde im Zusammenhang mit dem Überstromschutz von Supraleiterkabeln der Einsatz von "Supraleiterschaltern" diskutiert [1.2] Da über die Problematik solcher Schaltelemente noch sehr wenig bekannt ist, müssen zunächst umfangreiche grundlegende Untersuchungen durchgeführt werden, um prinzipiellen Aufschluß über Schwierigkeiten und Einsatzmöglichkeiten zu erhalten. Berichte und Fachtagungen haben jüngst gezeigt, daß bereits mit denkommerziell erhältlichen modernen Supraleiterdrähten und neuartigen Materialien vielversprechende Ergebnisse erzielbar zu sein scheinen. Es war deshalb notwendig, zunächst die Möglichkeiten von Schaltern mit den zur Zeit verfügbaren Materialien durch grundlegende Untersuchungen einzugrenzen und für verschiedene Anwendungsbereiche zu konkretisieren. Dies war das Ziel dieser Arbeit

Facility for regenerating molecular sieves

In the gas cleaning system of a tritium storage facility tritiated water is adsorbed an molecular sieves. The original adsorption capacity of a molecular sieve is recovered by regeneration or reactivation. In this report a facility for regenerating or drying molecular sieves is presented. The results of regeneration tests of molecular sieves are given

Angewandte Magnetohydrodynamik 5 : MHD Kernkraftwerke

In vielen Arbeiten wurden die physikalischen Probleme im Kanal des Edelgas-MHD-Generators behandelt. Vor allem Fragen der Erhöhung der Plasmaleitfähigkeit im magnetisch induzierten elektrischen Feld (Nichtgleichgewichts-Leitfähigkeit), und die Probleme der dabei auftretenden Ionisationsinstabilitäten standen in letzter Zeit im Mittelpunkt experimenteller und theoretischer Untersuchungen.Im Vergleich dazu war die Zahl der Arbeiten, welche sich auf das Ziel der Forschung, nämlich auf MHD-Kernkraftwerke bezogen, klein. Sie hatten auch häufig den Charakter einer globalen Abschätzung, wenn nicht einzelne Komponenten eines Kraftwerkes betrachtet wurden. Bei dieser Sachlage erschien es erforderlich, in einer möglichst umfassenden Arbeit über MHD-Kraftwerke und derenProblematik zu berichten. Der Bericht umfasst praktisch alle Komponenten eines MHD-Kraftwerkes und ist dort ausführlicher, wo es sich um spezifische Fragen handelt, also solche, die nur bei MHD-Kraftwerken auftreten. Naturgemäß sind die ökonomischen Angaben teilweise auf Abschätzungen und Extrapolationen aufgebaut. Viele technologische Angaben beruhen auf eigenen Erfahrungen,die vornehmlich mit der Versuchsanlage ARGAS gemacht wurden

Angewandte Magnetohydrodynamik 5 : MHD Kernkraftwerke

In vielen Arbeiten wurden die physikalischen Probleme im Kanal des Edelgas-MHD-Generators behandelt. Vor allem Fragen der Erhöhung der Plasmaleitfähigkeit im magnetisch induzierten elektrischen Feld (Nichtgleichgewichts-Leitfähigkeit), und die Probleme der dabei auftretenden Ionisationsinstabilitäten standen in letzter Zeit im Mittelpunkt experimenteller und theoretischer Untersuchungen.Im Vergleich dazu war die Zahl der Arbeiten, welche sich auf das Ziel der Forschung, nämlich auf MHD-Kernkraftwerke bezogen, klein. Sie hatten auch häufig den Charakter einer globalen Abschätzung, wenn nicht einzelne Komponenten eines Kraftwerkes betrachtet wurden. Bei dieser Sachlage erschien es erforderlich, in einer möglichst umfassenden Arbeit über MHD-Kraftwerke und derenProblematik zu berichten. Der Bericht umfasst praktisch alle Komponenten eines MHD-Kraftwerkes und ist dort ausführlicher, wo es sich um spezifische Fragen handelt, also solche, die nur bei MHD-Kraftwerken auftreten. Naturgemäß sind die ökonomischen Angaben teilweise auf Abschätzungen und Extrapolationen aufgebaut. Viele technologische Angaben beruhen auf eigenen Erfahrungen,die vornehmlich mit der Versuchsanlage ARGAS gemacht wurden

Angewandte Magnetohydrodynamik 10 : MHD Versuchsanlage Argas II : Beschreibung und Betriebserfahrungen TP

Die Konzeption der Edelgas-MHD-Versuchsanlage ARGAS ermöglicht sowohl physikalische als auch technische und technologischeProbleme zu untersuchen. Dabei wurde bewußt der Versuch unternommen,eine wirklich geschlossene, kontinuierlich arbeitendeAnlage zu erstellen. Damit wurde ohne Zweifel der Versuchsbetrieb bedeutend komplizierter als dies bei den sonst üblichen blow-down-Anlagen der Fall ist. Dadurch aber war es auch möglich die technischen Probleme im Zusammenhang mit einem Edelgas-MHD-Generator kennenzulernen. In diesem Sinne wird in der vorliegenden Arbeit über die Betriebserfahrungen der vergrößerten ARGAS-Anlage berichtet, wobei die eigentlichen MHD-Messungen allerdings ausgeklammert sind (sie werden in einem späteren Bericht zusammengefaßt). Auch auf die wesentlichen Veränderungen der Anlage durch den Einsatz eines großen Supraleitermagneten wird in Ergänzung zu früheren Berichten [1] und [2] eingegangen

Angewandte Magnetohydrodynamik Heft 12 : Auslegung und Bau der Versuchsanlage Vegas I

In einer Zusammenarbeit der KFA Julien mit der Bergbauforschung GmbH Essen, wurde in Obereinstimmung mit dem Deutschen MHD-Fachgremium und dem Bundesministerium für Bildung und Wissenschaft ein Entwicklungsprogramm für Verbrennungsgas-MHD-Generatoren erarbeitet. In diesem Programm wurden im ersten Abschnitt (Beginn 1.10.19 69) für die KFA Jülich folgende Aufgaben vorgesehen und in einem Vertrag festgelegt: a) Erarbeitung von Essentials, die für den Betrieb einer Versuchsanlage von 30 MW (thermisch) mit gasförmigen Brennstoffen vorausgesetzt werden müssen. Diese Essentials beziehen sich vor allem auf die Entwicklung und Prüfung von Elektroden und Isolationsmaterialien für einen Langzeit-MHD-Verbrennungs-Generator (500 Stunden Betriebszeit). b) Für die Auslegung und Konstruktion des 30 MW (thermisch) Generators sollen sowohl alle thermodynamischen Kenngrößen des zur Verwendung gelangten Verbrennungs-Gases bestimmt, wie auch die Plasma-Kenngrößen theoretisch und experimentell ermittelt werden. c) Beiträge für die Auslegung und baureife Unterlagen der 30 MW (thermisch) Anlage/insbesondere was die Bauteile, Düse, Kanal, Diffusor und Supraleitermagnet anbelangt. Für die Bewältigung der erwähnten Aufgaben wurden im Rahmen der Zusammenarbeit mit der BF-Essen Sachmittel und Personal zur Verfügung gestellt. Die vorhandenen Erfahrungen auf dem Gebiete der MHD-Forschung,speziell im Zusammenhang mit den Arbeiten am Projekt ARGAS und die schon vorhandene und einsatzfähige Infrastruktur ermöglichten den unverzüglichen Beginn der Arbeiten. Die Anfang 1969 vorgeschlagenen Essentials soweit es die Elektroden betrifft waren folgende: 1. Der Elektrodenabbrand (Korrosions- und Erosionsverlusteder gasseitigen Elektrodenoberflache) soll nach einer Belastungsdauer von 500 Stunden kleiner als 1 mm sein. 2. Die Elektrodenelemente müssen einer 100mal vorgenommenen Temperaturschockbelastung von Zimmertemperatur auf Betriebstemperatur standhalten. 3. Um eine genügend große Elektronenemission aus den Elektroden zu gewährleisten, müssen die Elektroden eine Temperatur von wenigsten 1000°C während des Dauerversuchs haben. 4. Dem Verbrennungsgas, mit welchem der Dauerversuch durchzuführen ist, muß etwa 1 Gewichtsprozent K beigegeben werden, um ähnliche KorrosionsVerhältnisse zu schaffen wie sie später beim MHD-Generator auftreten. 5. Der Isolationswiderstand zwischen 2 benachbarten Elektrodenpaaren muß bei den genannten Betriebsbedingungen größer als 1 kOhm sein. 6. Die Dauerversuche sollen bei einer Stromdichte von etwa 1 A/cm$^{2}$ und einem Magnetfeld von etwa 1 Tesla durchgeführt werden. Es war beim Stand der Entwicklung allen Beteiligten klar, daß die selbst gewählten Essentials außerordentlich schwer erfüllbar sein werden. Trotzdem sollte ihre Erfüllung vor dem Beginn der Phase B (Bau der 30 MW.h Anlage Vegas II) angestrebt werden

Angewandte Magnetohydrodynamik 4 : Meßergebnisse und Betriebserfahrungen mit der MHD-Versuchsanlage ARGAS I

In dem vorliegenden Bericht wex-den die bisher- mit der Anlage gewonnenen experimentellen Ergebnisse ausführlich beschrieben und diskutiert. Dem Wesen einer technisch ausgebildeten Versuchsanlage gemäß, wird dabei zunächst den bei den einzelnen Inbetriebnahmephasen gewonnenen technischen und technologischen Erfahrungen breiter Raum gegeben. Die gemessenen Charakteristiken der einzelnen Bauelemente (Kompressor, Erhitzer- usw.) erlauben die befriedigende Feststellung, daß die bei der Konstruktion festgelegten Werte weitgehendst verifiziert worden sind. Als einzige nicht befriedigend funktionierende Baugruppe muß die Cäsiumrückgewinnung angeführt werden. Alle verwendeten Materialien wie die Refractory-metals (Ta, Mo), die hochtemperaturfesten Stähle (Incoloy 8oo) und das zur Kanalisolation verwendete Aluminiumoxyd bewährten sich hervorragend. Diese technischen Ergebnisse erscheinen von großem Wert für Modellstudien großer MHD-Kraftwerksprojekte. Die mit dem bisherigen Kanal erfolgten MHD-Messungen können zusammenfassend wie folgt charakterisiert werden: 1) Die gemessenen Werte der Faraday- Leerlaufspannung erreichten die theoretischen Werte nur für $\beta \le$ 1,7, für größere $\beta$-Werte waren sie stets kleiner. 2) Der Effekt der Nichtgleichgewichtsionisation mit der damit verbundenen Leitfähigkeitserhöhung konnte eindeutig nachgewiesen werden.3) Die Hallspannungen und der effektive Hallparameter waren stets kleiner als die entsprechenden theoretischen Werte. 4) Fluktuationen aufgrund von Plasmainstabilitäten waren für $\beta$ > 1,7 meßbar. 5) Die Messungen zeigen, daß die Isolation des Diffusors nicht ausreichend war und beträchtliche innere Ströme gegen Erde flossen. Die Anlage wird zur Zeit umgebaut, um einen längeren Kanal mit einem großen Supraleitermagneten einzusetzen

Angewandte Magnetohydrodynamik 3 : Entwurf, Aufbau und Beschreibung der Versuchsanlage ARGAS

Nach über dreijähriger Planung und Bauzeit wurde die MHD-Versuchsanlage ARGAS fertiggestellt. Mit Hilfe dieser Anlage werden eine Reihe von Versuchen physikalischer und technischer Natur durchgeführt, die beitragen sollen, verschiedenartige Probleme der MHD-Energiewandlung zu lösen. In diesem Bericht werden zunächst physikalische und technische Anforderungen an die Versuchsanlage besprochen, um aufzuzeigen, wie es dann zu einer ganz bestimmten Konzeption der Anlage kam, welche ausführlich erläutert wird. Bevor die Versuchsanlage im einzelnen beschrieben wird, erscheint es zweckmäßig, das $\underline{Prinzip der MHD Energiewandlung}$ kurz zu erläutern. Das Kernstück eines solchen MHD-Generators ist ein Kanal, bestehend aus jeweils zwei gegenüberliegenden Isolator- und Elektrodenwänden, der sich in einem starken Magnetfeld befindet und von einem heißen, teilweise ionisierten Gas mit großer Geschwindigkeit v durchströmt wird (Abb. 1). Dabei wird eine Feldstärke v • B senkrecht zur Geschwindigkeit und zum Magnetfeld induziert, wodurch die im Gasstrom befindlichen elektrischen Ladungsträger, Elektronen und Ionen abgelenkt werden. Es entsteht ein Strom i, der über sinnvoll angeordnete Elektroden zum Verbraucher fließt. Der Strom im Magnetfeld bewirkt eine Lorentz-Kraft i • B, die der Strömung entgegenwirkt. Gegen diese Kraft muß das Gas Arbeit leisten. Es verliert dabei soviel Energie wie an dem Verbraucher genutzt wird. Beim MHD Generator wird also die Energiewandlung nicht mit Hilfe rotierender Teile bewerkstelligt, sondern in direkter Weise (Direktenergiewandler). Das Arbeitsmedium kann flüssig oder gasförmig sein. Im ersten Falle handelt es sich um flüssige Metalle und im zweiten Falle um Verbrennungsgase oder Edelgase. Dem Arbeitsgas wird, um die Leitfähigkeit zu erhöhen, Kalium oder Cäsium in geringen Mengen zugesetzt

Das Tritiumlager der KFA Juelich

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