Vakuum durch Kryopumpen

Im Torus, der Brennkammer eines Fusionsreaktors, herscht Vakuum. Dieser Vakuumbehälter ist von einem Cryostaten umgeben, der das System nach außen abschließt. Zur Aufrechterhaltung des Vakuums ist es notwendig, dass keine unerwünschten Gase in die Vakuumkammer gelangen. Pumpen, die Ströme in und aus dem Torus pumpen, die sogenannten Vakuumpumpen, müssen dies gewährleisten. Bei ITER werden hierfür Kryopumpen eingesetzt.

Das Herzstück einer Kryopumpe ist eine extrem kalte Oberfläche, das Kryo-Panel. An diesem Panel lagern sich Gase an. Wenn die Pumpe "voll" ist, übernimmt eine Partnerpumpe die Arbeit und die Orginalpumpe wird regeneriert. Hierzu werden die Panels bei Fusionsgasströmen auf bis zu 100 Kelvin erhitzt um anschließend wieder auf 4K Betriebstemperatur abgekühlt zu werden. Bei ITER steht sowohl für die Aufheizung als auch für die Abkühlung der 210 kg Stahl eines Panels nur ein Zeitfenster von weniger als 3 min zur Verfügung - eine extreme Herausforderung beim Design der Kryopumpe.

Eine weitere  Herausforderung stellt die Abtrennung von Helium dar. Helium, Reaktionsprodukt der Fusion und Waschstrom bei der Tritiumerbrütung im Blanket, haftet selbst an extrem kalten Oberflächen schlecht. Den KIT Vakuum-Experten gelang es nach langer Forschung eine effiziente Carbon-Struktur zu Entwickeln, die Helium effektiv abtrennt. Basismaterial ist Kokosnuss Holzkohle aus Indonesien.