Kann man annehmen, dass die Tritium-Brutrate im Dauerbetrieb eines Fusionsreaktors konstant bleibt?

Simulation des TBRTritium-Brutrate bei Alterung

Kimm hatte 2024 (1) eine Studie mit Simulationen des TBRTritium-Brutrate-Rückgangs über die Betriebsjahre des K-DEMO-Fusionsreaktors (wassergekühlter fester Brutstoff bestehend aus einer Mischung von Li₄SiO₄ und Be₁₂Ti ) veröffentlicht.
Aus folgender Abbildung erkennt man deutlich, dass die Simulationsprogramme MCNP und FISPACT-II sehr unterschiedliche Start-TBRTritium-Brutrates voraussagen. Die Startwerte unterscheiden sich um 4,2%.
Da die Simulation über MCNP keine zeitlichen Alterungsprozesse beachten kann, hört diese schon bei 3 Jahren auf.

Einflussfaktoren für das Absinken des TBRTritium-Brutrate bei Alterung

Nachfolgende Liste enthält Gründe für ein Sinken des TBRTritium-Brutrates, ohne den Anspruch auf Vollständigkeit der Einflussfaktoren:

• Der über die Zeit zunehmende Abbrandgrad von 6-Li ist ein entscheidender Einflussfaktor (1).
• Die fortschreitende Materialalterung führt ebenfalls über Änderungen im Reaktor (first wall„first wall“ ist die erste Wand zwischen dem Plasma und dem Blanket, BlanketAm Plasma angrenzendes Bauteil im Fusionsreaktor innerhalb des Vakuumgefäßes-Struktur, MultiplierNeutronenvervielfacher) zum Sinken des TBRTritium-Brutrate durch
  • Abweichungen gegenüber dem optimierten Design durch geometrische Effekte wie Deformation, Rissbildung, Spaltbildung, strukturelle Abschattung,
  • verringerte Wirkungsquerschnitte durch veränderte Materialeigenschaften z.B. Porositäts- / Dichteänderung,
  • verringerte Extraktionsrate des gebildeten Tritiums durch veränderte Materialeigenschaften und
  • Erhöhung der Tritium-Verluste durch veränderte Materialeigenschaften (Permeation/ Leckage)
• Die D–T-Reaktionsrate (burn fraction) hängt vom Plasmazustand ab. Abdou hat sehr ausführlich die Bedeutung und die Hintergründe des Parameters „burn fraction“ für den TBRTritium-Brutrate behandelt (2).
  Mit der Alterung eines Reaktors verändert sich die Qualität des Plasmas. Einer sinkenden D–T-Reaktionsrate kann man zwar mit einem erhöhten Tritiumgehalt im Plasma entgegenwirken, das führt aber zwangsläufig indirekt zu erhöhten Tritium-Verlusten.