Herr Dr.-Ing. Thomas Giegerich
Institut für Technische Physik (ITEP)
Tel. 0721/608-22591
E-Mail: thomas.giegerich@kit.edu

Die Fusionsforschung in Deutschland hat als zukunftsträchtige und C0₂-neutrale Möglichkeit der Stromerzeu-gung im letzten Jahr einen enormen Aufwind erfahren. Zahlreiche Start-Ups sind entstanden und das Bun-desministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert zahlreiche Projekte in diesem Bereich. Auch das KIT ist hierbei in einem Projekt stark involviert, bei dem es um die Trennung von Lithiumisotopen geht.

In Fusionsreaktoren werden die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium unter massiver Energiefreiset-zung zu Helium fusioniert. Das benötigte Wasserstoffisotop Tritium ist radioaktiv und zerfällt mit einer Halb-wertszeit von 12,3 Jahren. Da es in der Natur nicht verfügbar ist, muss es in der Maschine selbst erbrütet werden, in sog. Brutblankets. Hierin finden folgende Reaktionen statt:

₃⁶+₀¹→₁³+₂⁴+4.8 MeV;

₃⁷+₀¹→₁³+₂⁴+₀¹´−2.5 MeV

Da der Wirkungsquerschnitt für die Reaktion mit Lithium-6 bei der relevanten Neutronenenergie wesentlich höher ist, muss dieses bevorzugt verwendet werden, um ausreichend Tritium in der Maschine zu erbrüten. Leider kommt in natürlichem Lithium dieses Isotop nur zu 7,4% vor, so dass eine Anreicherung notwendig ist. Bisher existiert keine Anlage, welche die Produktion in der benötigten Menge (einige Tonnen pro Jahr) er-laubt. Das einzige Verfahren welches in der Vergangenheit – zur Zeit des kalten Kriegs – verwendet wurde, hat zu einer großen Umweltverschmutzung durch Quecksilber geführt. Am KIT befindet sich nun ein verbes-sertes und emissionsfreies Verfahren in Entwicklung, welches auf einer Flüssig-Flüssig-Extraktion beruht und ebenfalls Quecksilber als Prozessmedium verwendet.

Diese Prozessentwicklung beinhaltet neben der Auslegung und der experimentellen Bestimmung von HETP-Werten im Labor auch das Design und die Fertigung von benötigtem Equipment im Technikumsmaßstab. Eine wichtige Komponente in diesem Prozess ist eine Elektrolysezelle, die aus einer Lithiumhydroxidlösung Amalgam herstellt. Diese muss ebenfalls entworfen, gefertigt und charakterisiert werden.

Die aus dem Lithium hergestellten Keramiken, welche in den Brutblankets eingesetzt werden, müssen expe-rimentell untersucht werden. Hier ist die Permeation des in den Keramiken entstehenden Wasserstoffs (als Substituent für Tritium) in einen Trägergasstrom (Helium oder CO₂) von besonderem Interesse.

Das ITEP bietet folgende Arbeiten im Bereich der Kernfusion an:
1. Detaillierte Prozessentwicklung des ICOMAX-Prozesses (theoretisch + simulativ)
2. Entwicklung und Charakterisierung der Amalgamzelle (theoretisch + experimentell)
3. Design und Charakterisierung von Prozessequipment (experimentell)
4. Entwicklung einer Anlage zur Bestimmung der Wasserstoffpermeation aus Lithiumkeramiken in einen hochtemperatur-Trägergasstrom (theoretisch + experimentell)

Die Arbeiten werden am Campus Nord stattfinden. Ein Büro/Arbeitsplatz wird zur Verfügung gestellt. Bitte spreche uns an; je nach individuellem Interesse finden wir ein passendes Thema für Deine Master- oder Doktorarbeit!