Forschungszentrum Karlsruhe

in der Helmholtz-Gemeinschaft

Wissenschaftliche Berichte

FZKA 7135

Jahresbericht 2004

des Institutes für Hochleistungsimpuls-

und Mikrowellentechnik

Redaktion: M. Thumm

Institut für Hochleistungsimpuls-

und Mikrowellentechnik

Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Karlsruhe 2005

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Zentrale Arbeitsgebiete des Institut für Hochleistungsimpuls- und Mikrowellentechnik (IHM) sind die Forschung, Entwicklung, Ausbildung und, in Zusammenarbeit mit der Stabsabteilung Marketing, Patente und Lizenzen (MAP) und industriellen Partnern, der Technologietransfer auf den Gebieten der Impuls- und Mikrowellentechnik bei hohen Leistungen. In diesem Zusammenhang werden folgende Aufgabengebiete bearbeitet: Theoretische und experimentelle Grundlagen der Hoch-leistungsimpuls- und Mikrowellentechnik; Theorie und Praxis der Erzeugung intensiver Elektronenstrahlen, starker elektro-magnetischer Felder und Wellen und ihrer Wechselwirkung mit Materialien und Plasmen; Anwendung dieser Verfahren bei der Energiegewinnung durch kontrollierte thermonukleare Fusion in magnetisch eingeschlossenen Plasmen, der Material-Prozess-technik und der Umwelttechnik. Die Arbeiten in beiden Abtei-lungen erfordern die Anwendung moderner Hochspannungs-technik und Hochspannungsmesstechnik. In Kurzform stellt sich das derzeitige Institutsprogramm wie folgt dar:

Abteilung für Hochleistungsimpulstechnik:

− Aufschluss von biologischen Zellen mit gepulsten elektrischen Feldern bei Feldstärken im Bereich 106-107 V/m (Elektro-poration), z.B. bei der Gewinnung von Zucker aus Zuckerrüben (KEA-Verfahren). Hier konnte der erhebliche wirtschaftliche Vorteil dieses Verfahrens gegenüber konven-tionellen thermischen Aufschlussverfahren in der Nahrungs-mittelindustrie bestätigt werden. Gepulste elektrische Felder sollen auch zur Sterilisation von gereinigten Abwässern aus Kläranlagen und zur Unterdrückung von Biofouling eingesetzt werden (Programm UMWELT und MAP).

− Oberflächenvergütung und Korrosionsschutz von Metallen und Legierungen mit großflächigen gepulsten, hochenergetischen Elektronenstrahlen (GESA-Technik). Durch Einlegieren von Aluminium in Stahloberflächen mit Hilfe der GESA-Technik konnte ein wirksamer Langzeitschutz (bis zu 10000 h) gegen Korrosionsangriff in Pb/Bi-gekühlten Reaktorsystemen bei Temperaturen bis zu 650 °C erreicht werden. Die neu in Betrieb genommene GESA IV-Anlage erlaubt die Außen-behandlung von Rohren. Im Rahmen des EU-Projekts ASTERIXE (Advanced Surface Technology for Extended Resistance In eXtreme Environment) wird diese Methode zur Oberflächenvergütung von Materialien für den Einsatz unter extremen Bedingungungen fortentwickelt (Programme NUKLEAR und UMWELT).

− Elektrodynamische Fragmentierung (FRANKA-Verfahren) zur Wiederverwertung von Feststoffen wie Altbeton und andere Baustoffe sowie zum Recycling von Werkstoffverbünden, zur Aufbereitung von Mineralien und zum Abtragen und Bohren von Gestein (Programm UMWELT).

− Erzeugung biokompatibler und bioaktiver Schichten auf medizinischen Implantaten und Durchführungen mit der ELBA-Beschichtungsmethode (MAP).

Abteilung für Hochleistungsmikrowellentechnik:

- Planung, Aufbau und Test des gesamten 10 MW, 140 GHz Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Heizsystems (ECRH) für den Dauerbetrieb (CW) am neuen Stellarator W7-X des IPP Greifswald. Insbesondere wird hierbei in Zusammenarbeit mit dem CRPP Lausanne und der europäischen Mikrowellen-röhrenindustrie eine 1 MW, 140 GHz, CW Gyrotronröhre und mit dem IPF der Universität Stuttgart das quasi-optische Übertragungssystem entwickelt. Die Prototypröhre liefert Weltrekord-Langpulsparameter (Programm FUSION).

- Entwicklung und Test von 2 MW, 170 GHz Gyrotronröhren mit koaxialem Resonator und stufenweise frequenzdurchstimm-baren 1 MW Gyrotronröhren (105-140 GHz), einschließlich der randgekühlten Mikrowellen-Vakuumfenster aus synthetischem Diamant, für ECRH-Anlagen an Tokamak-Großexperimenten (ITER, ASDEX-Upgrade). Das koaxiale Gyrotron hält mit 2.2 MW den Leistungsweltrekord (Programm FUSION).

− Experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Verhal-ten des Divertors von Tokamak-Fusionsreaktoren bei Plasma-Zusammenbrüchen (Programm FUSION).

− Sintern von fortschrittlichen Funktions- und Strukturkeramiken, insbesondere von nanostrukturierten Keramiken, mittels Hochleistungsmillimeterwellen bei einer Frequenz von 30 GHz. Systemstudien zu Mikrowellen-Applikatoren für ver-schiedenste Anwendungen bei den ISM (Industrial, Scientific, Medical)-Frequenzen 0,915 GHz, 2,45 GHz, 5,8 GHz und 24,125 GHz, wie z.B. Herstellung von Flugzeugbauteilen aus Kohlefaserverbundwerkstoffen mittels Mikrowellenprozess-technik bei 2,45 GHz. Hier wurden gegenüber der herkömm-lichen Prozessierung in Autoklaven verbesserte Material-parameter erreicht (Programme NANO und UMWELT, MAP).

Zur Bearbeitung dieser theoretischen und experimentellen Themen stehen ein Workstation-Verbund und zahlreiche Expe-rimentieranlagen zur Verfügung: vier FRANKA-Anlagen, ELBA, KEA, KEA-ZAR, drei GESA-Anlagen, zwei Gyrotron-Teststände mit einer gemeinsamen Mikrowellen-Messkabine, eine Kompakt-Technologie-Gyrotron-Anlage (30 GHz, 15 kW) und verschiedene 2,45 GHz-Applikatoren der HEPHAISTOS-Serie.

Mit der Universität Karlsruhe und zahlreichen Universitäten und Forschungsinstituten des In- und Auslandes gibt es intensive, fruchtbare Kooperationen. Dabei besteht besonders mit der Universität Karlsruhe vor allem auch im Bereich der Ausbildung von Diplomanden und Doktoranden eine sehr enge Zusammen-arbeit. Dies zeigt sich in formaler Weise schon dadurch, dass − der Institutsleiter des IHM auch Professor am Institut für

Höchstfrequenztechnik und Elektronik (IHE) der Universität Karlsruhe ist und an dem Graduiertenkolleg "Mischfelder und nichtlineare Wechselwirkungen" der Fakultät für Elektro-technik und Informationstechnik mitwirkt;

− der Leiter der Abteilung „Hochleistungsimpulstechnik“ (Prof. Dr.-Ing. Hansjoachim Bluhm) Außerplanmäßiger Professor in der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der Universität Karlsruhe ist und auch eine Vorlesung im Interna-tional Department der Fakultät hält.

Zum Jahresende waren am Institut 38 Mitarbeiter/innen be-schäftigt, darunter 13 Akademiker/innen, 8 Ingenieure und 17 Sonstige Mitarbeiter/innen, davon 1 Halbtagskraft.

Wie oben erwähnt, ist ein Akademiker der Universität Karlsruhe Mitarbeiter des Instituts. Zusätzlich wurden 9 Akademiker, 2 Ingenieure und 9 Sonstige Mitarbeiter/innen, davon 1 Teilzeit-kraft, aus Fremdmitteln finanziert. Für Technologie-Transfer-Projekte war ferner 1 Techniker dem Institut zugeteilt. Schließlich zählen noch 6 Nachwuchswissenschaftler/innen zum Institut.

Im Verlaufe des Jahres waren an den Arbeiten des Instituts insgesamt 8 Gastwissenschaftler/innen, 9 Doktoranden/innen (5 vom Forschungszentrum, 4 von der Universität Karlsruhe), 3 Diplomanden/innen, 1 BA-Student, 4 Praktikanten und 12 Auszubildende beteiligt.

Institut für Hochleistungsimpuls- und Mikrowellentechnik (IHM)

Leitung: Prof. Dr. Dr. h.c. M. Thumm

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Programm FUSION: Kernfusion Plasma-Wand-Wechselwirkungen

Hochbelastbare Komponenten und Versuchseinrichtungen

Zur Demonstration der thermonuklearen Energieerzeugung mit dem zukünftigen Tokamak-Reaktor ITER ist der ELMy H-Modus die bevorzugte Betriebsweise. Dabei können jedoch Plasma-abrisse und ELM-Instabilitäten (Edge Localized Modes) ein Problem darstellen. Für ELM-Ereignisse werden am Divertor und anderen Wandflächen Energiedepositionen Q von etwa 0,5 − 3 MJ/m2 mit einer Dauer τ von 0,1 − 0,5 ms und Wieder-holungsfrequenzen von 1 bis 100 Hz erwartet, und für Plasma-abrisse Energiedepositionen bis zu 30 MJ/m2 bei τ ~ 1 − 10 ms. Die daraus resultierende Erosion wird dominiert durch Verdampfung und Rißbildung der kohlefaserverstärkten Schutzschichten (CFC), oder durch Schmelzen der metallischen Schutzschichten aus Wolfram, das in ITER als Schutzschicht für den Divertor vorgesehen ist (mit Ausnahme der Separatrix-Stoßpunkt Umgebung, wo CFC zum Einsatz kommen soll). Beim normalen Tokamakbetrieb im ELMy H-Modus werden in einem Zyklus mehr als 1000 Belastungspulse erwartet, und jeder Puls kann die Oberfläche beschädigen.

Zur Untersuchung der Wanderosion durch Rissbildung dient der thermomechanische 3D Code PEGASUS. Dieser Code wurde an das Forschungszentrum Jülich geliefert und wird dort in Zusammenarbeit mit FZK bei JUDITH Experimenten angewen-det. Dabei werden Graphittargets aus CFC NB31 und aus Korngraphit R6650 einer zyklischen Belastung von bis zu 10 MJ/m2 mit τ = 0,5-90 ms ausgesetzt. Zu diesem Zweck wurde in PEGASUS die volumetrische Heizung durch Elektronen-strahlen implementiert. Die Simulationen zeigten sowohl bei Raumtemperatur als auch bei 500°C gute Übereinstimmung mit den Experimenten für die Tiefe der Erosionskrater und die Emission fester Partikel. Diese Rechnungen zusammen mit den experimentellen Ergebnissen ermöglichten es, die wesentlichen Eigenschaften von PEGASUS zu validieren.

Zur Validierung von FZK Codes wurden außerdem in 2004 Experimente an den Plasmakanonenanlagen QSPA-T und MK-200UG (Troitsk, Rußland) und QSPA-Kh50 (Kharkov, Ukraine) durchgeführt, hauptsächlich für Wolframtargets.

An MK-200UG wurden Wolfram- und CFC Targets mit Wasser-stoff-Plasmaströmen von Q = 0,1 – 1 MJ/m2 und τ von 0,05 ms belastet, um das Einsetzen der Verdampfung zu studieren. Zur Diagnostik wurden Kalorimeter, schnelle Infrarot-Pyrometer und optische Spektroskopie eingesetzt. Ein wesentliches Ergebnis ist, dass intensive Verdampfung von Wolfram bei Leistungs-dichten um Q = 0,65 MJ/m2 begann, was einer Aufheizungs-temperatur der Oberfläche Tw ~ 6000 K entspricht. Die Ver-dampfung von CFC setzt bei Q oberhalb 0,2 MJ/m2 ein, ent-sprechend einem Tw von 3700 – 3900 K. Eine erste Unter-suchung des Kohlenstoff-Plasmas in der Targetumgebung wurde ebenfalls durchgeführt und ergab eine Temperatur von etwa 10 eV. Die dominierenden Ionisationszustände von Kohlenstoff sind C+2 and C+3.

Am QSPA-Kh50 wurden Mehrfachbestrahlungen mit bis zu 450 Pulsen von Wolframwerkstücken aus europäischer Produktion, die von FZK zur Verfügung gestellt worden waren, durchgeführt. Die Targetoberfläche wurde morphologisch untersucht in Abhängigkeit der absorbierten Energiedichten Q = 0,75 MJ/m2 und Q = 1,1 MJ/m2 mit τ = 0,25 ms. Nach 200 Pulsen beginnt ein signifikanter morphologischer Umbau der Wolframoberfläche: Runzeln und Löcher bilden sich, hervorgerufen durch Riss-bildung und vermutlich auch Oberflächenspannung. Die Schwellenzahl der Pulse war nicht unterschiedlich für beide Bestrahlungsdichten. Nach 450 Expositionen haben die

Prozesse offenbar einen quasi-stationären Zustand erreicht (Abbildung). Dann treten die Runzelbildungen dominant hervor, und die Schmelzschicht transformiert sich in eine Anordnung von Tröpfchen auf der Oberfläche, getrennt durch Spalte und Löcher. Mit zunehmender Wärmebelastung wird die Ver-dampfung signifikant. Die Kratertiefe ist nach 150 Pulsen 5,5-6 µm, und erreicht nach 250 Pulsen etwa 8 µm. Die Erosionprofile korrelieren gut mit den Massenverlusten am Target, die einer Verdampfungsrate von ~0,04 µm/Puls entsprechen.

Wolframoberfläche nach 450 Pulsen mit Energieabsorbtion Q = 0,75 MJ/m2 am QSPA-Kh50 (vertikale Ausdehnung des Oberflächenfragments 0,92 mm).

Zur Untersuchung der Erosion dünner geschmolzener Schichten auf W-Bürsten wurden Experimente am QSPA-T durchgeführt. Solche Bürsten-Strukturen sollen eingesetzt werden, um die Risse zu verringern, die typischerweise für massive Wolfram-beschichtungen bei intensiven Transienten auftreten. Dazu wurde ein Target aus Wolfram-Bürsten-Elementen mit Dimen-sionen von 10x10x3 mm3, durch Spalte von 0,3 mm vonein-ander getrennt, mit bis zu 100-fach wiederholten Pulsen von Q = 1,5 MJ/m2 und τ = 0,5 ms belastet. Der Neigungswinkel des auftreffenden Plasma betrug 20 Grad. Eine starke Schmelz-erosion wurde beobachtet mit Profiltiefen bis zu 0,2 mm (Abbildung).

Zentralregion einer Wolfram Bürste nach 80 Schüssen am QSPA-T.

Zur Berechnung der Schmelzprozesse dient der Code MEMOS-1.5D, der auf dem „Flachwassermodell- (shallow water model)“ von Schmelzbewegungen beruht. An den experimentellen Ergebnissen von QSPA-T wurde der Code validiert. Die W-Bürsten-Strukturen wurden in den Code implementiert. Die Berechnungen zeigen ausreichende Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen (Abbildung), was die Anwendung des Codes auf Untersuchungen der Schmelzerosion von Wolfram-Divertor-Beschichtungen unter Tokamak-Bedingungen rechtfertigt. Außerdem demonstrieren numerische Simulationen

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mit MEMOS-1.5D zum Schmelzverhalten von W-Bürsten-Targetoberflächen bei ELMs, dass im ITER Regime die Schmelzerosion von W-Bürsten im Vergleich mit massiven Targets geringer ist. Das liegt daran, daß die Schmelze an den gekrümmten Rändern der W-Bürsten-Elemente wegen des großen Kapillardrucks aufgehalten wird.

Vergleich der Profile von Wolfram-Bürsten-Elementen, gemessen am QSPA-T, und berechnet mit MEMOS, für typische experimentelle Plasmadrücke.

Zur Untersuchung der Erosion von Wolfram-Schutzschichten bei Normalbetrieb eines Tokamaks, hervorgerufen durch unver-meidbare Verunreinigungen wie z. B. Sauerstoff aus dem SOL (scrape-off layer), war der molekulardynamische (MD) Code CADAC entwickelt worden. Frühere Simulationen mit CADAC unter alleiniger Berücksichtigung von atomarer Paar-Wechsel-wirkung hatten ergeben, dass die chemischen Reaktionen auf der Wolframoberfläche wichtig sind. Dies wird unter alleiniger Verwendung von Zwei-Atom-Potentialen nicht richtig beschrie-ben. Deshalb wurde CADAC weiterentwickelt unter Einbe-ziehung von Mehr-Atom-Wechselwirkungen. Dieses Modell wurde in 2004 deutlich verbessert. Mit der neuen CADAC Ver-sion wurden bis jetzt die H- und W-Atome auf Wolfram-oberflächen simuliert. Die Validierung des Modells und eine weitere Untersuchung der chemischen Erosion soll noch erfolgen.

Integrierte Plasma-Modellierung (Zentral-, Rand- und Divertor-Plasma)

Zur Demonstration der thermonuklearen Energieerzeugung mit dem zukünftigen Tokamak-Reaktor ITER ist der ELMy H-Modus die bevorzugte Betriebsweise. Dabei können jedoch Plasmaabrisse und ELM-Instabilitäten (edge localized modes) ein Problem darstellen. Für ELM- Ereignisse werden am Divertor und anderen Wandflächen Energiedepositionen Q von etwa 0,5 − 3 MJ/m2 mit einer Dauer τ von 0,1 − 0,5 ms bei Wiederholfrequenzen von 1 bis 100 Hz erwartet, und für Plas-maabrisse Energiedepositionen bis zu 30 MJ/m2 bei τ ~ 1 − 10 ms. Die daraus resultierende Erosion wird dominiert durch Verdampfung und Rissbildung der kohlefaserverstärkten Schutzschichten (CFC), die in der Umgebung des Separatrix-Stoßpunktes zum Einsatz kommen sollen, oder durch Schmel-zen der metallischen Schutzschichten aus Wolfram. Das erodierte Material kann eine Dampfschicht bilden, die vor exzessivem Verlauf der Abtragung schützt. Jedoch genügt die in der Dampfschicht absorbierte Energie für Verdampfung und Ionisation, und die dadurch entstehenden Verunreinigungen können sich entlang der magnetischen Feldlinien in die Plasma-Abschälschicht (scrape-off layer: SOL) ausbreiten und die Plasmastabilität insbesondere durch Strahlungsverluste gefähr-den.

Zur Berechnung von Verdampfung / Ionisation und Transport der Erosionsprodukte ins SOL dient der zweidimensionale magnetohydrodynamische Code FOREV-2D. Die Berechnung der wichtigen Strahlungstransportprozesse, die bisher nur in rechtwinkligen Koordinatensystemen durchgeführt werden konnte, wurde in 2004 auch für toroidale Geometrie von SOL möglich gemacht durch Erweiterung des bisherigen ‚forward-reverse’ Verfahrens auf gekrümmte Koordinaten und beliebig schiefe tetragonale Gitterzellen. Mit dieser verbesserten FOREV-2D Version wurden selbstkonsistente Rechnungen für ITER und JET durchgeführt zur Beschleunigung von einem DT-Plasma auf die Divertor-Schutzschichten, zur Aufheizung und Verdampfung der Graphitschichten, und zum Transport des verdampften Materials ins SOL. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Kohlenstoffverunreinigungen etwa gleichmäßig entlang der Separatrix verteilt sind, entsteht ein typischer Strahlungsfluss an der Ersten Wand (Abbildung). Eine vorläufige Validierung des Codes wurde mit einem Experiment in JET für einen ELM von Q ~ 1 MJ durchgeführt. Gemäß der Simulation kommt der Hauptbeitrag zum Strahlungsfluß von einigen wenigen, starken Kohlenstoff-Linien. Die berechneten Kühlungsraten von 35-50 MW stimmen nicht mit gemessenen Raten von 20 MW überein, was vermutlich durch ungenügende Auflösung der Linienprofile bedingt ist. Die Datenbasis für die Linienprofile muß verbessert werden, was einen signifikanten Aufwand für die Produktion neuer Opazitäten-Tabellen verlangt.

Ein weiteres, möglicherweise wichtiges Problem ist der Transport der Verunreinigungen im Piedestalbereich (pedestal region) des eingeschlossenen Plasmas, denn dieser bestimmt eventuell das tatsächliche Verunreinigungsprofil in der Separatrix-Umgebung und damit die Strahlungsverluste nach ELMs. Das liegt daran, dass die Verunreinigungen den Plasmawiderstand und damit das aktuelle Stromprofil im Piedestalbereich und somit den X-Punkt und die Belastung an der Divertoroberfläche signifikant beeinflussen. Aus diesem Grund, und auch im Zusammenhang mit der Entwicklung eines integrierten Kern-Piedestal-SOL-Modells (ICPS) am FZK, wurde mit Untersuchungen zum Plasmagleichgewicht und zur Plasmastabilität im Piedestalbereich begonnen. Bis jetzt wurde die Tokamakplasma-Konfiguration im Gleichgewicht mit einem Außenmagnetfeld in Magnetstromkoordinaten simuliert. Die Stabilität gegen toroidale Störungen und die Transportprozesse im multi-fluidalen Plasma im Piedestal sind Gegenstand von weiteren Untersuchungen.

Strahlungsbelastung auf ITER Wandflächen (Ergebnis vonFOREV-2D).

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Plasmaheiztechnik

Fortschrittliche Hochleistungsgyrotrons

Ein Vertrag zur Fertigung eines ersten Prototyps eines koaxialen Gyrotrons mit einer Ausgangsleistung von 2 MW, CW bei 170 GHz wurde zwischen EFDA (European Fusion Development Agency) und der Firma Thales Electron Devices (TED), Frankreich abgeschlossen. Notwendige Voraus-setzungen der Entwicklung dieses Gyrotrons mit koaxialem Resonator beruhen auf Ergebnissen von Untersuchungen, die im Forschungszentrum Karlsruhe in den letzten Jahren durchgeführt wurden. Bei der Fertigung des ersten industriellen Prototyps des koaxialen Gyrotrons wird die Firma TED von EURATOM Assoziationen (FZK Karlsruhe, CRPP Lausanne und HUT Helsinki) unterstützt. Im einzelnen wird die physikalische Auslegung und Spezifikation der Gyrotronkomponenten durch die Assoziationen durchgeführt, während TED für die technische Auslegung und Fertigung zuständig ist. Das Prototypgyrotron soll zu Beginn des Jahres 2006 ausgeliefert werden. Zum Testen des Gyrotrons wird bei CRPP Lausanne ein geeigneter Teststand aufgebaut.

Der Beitrag des Forschungszentrums zu den Arbeiten an dem koaxialen 170 GHz Gyrotron umfaßt zwei Bereiche:

(1) Entwurf und Spezifikation einzelner Komponenten des industriellen Prototyps und

(2) Umbau des experimentellen 165 GHz-Gyrotrons für einen Betrieb bei 170 GHz in der TE34,19-Mode und experimentelle Überprüfung des Entwurfs kritischer Gyrotronkomponenten (Elektronenkanone, Resonator und HF-Auskopplungssystem) unter relevanten Bedingungen. Die Geometrie des Resonators und des quasi-optischen (q.o.) HF-Auskopplungssystems sind gleich wie für den Prototyp vorgesehen, während die Elektronenkanone sehr ähnlich ist.

Im einzelnen wurden im FZK im abgelaufenen Jahr folgende Arbeiten durchgeführt und Ergebnisse erzielt:

ad (1): Der Entwurf nahezu aller einzelnen Komponenten für das industrielle Prototypgyrotron wurde durchgeführt und die entsprechenden Details und Informationen wurden an TED geliefert. Die technische Auslegung der Komponenten wurde zusammen mit TED und den anderen Assoziationen kritisch diskutiert.

ad (2): Das experimentelle Gyrotron bei 170 GHz wurde in Betrieb genommen. Zu Beginn der Messungen wurden sehr starke parasitäre Schwingungen im Frequenzbereich um 300 MHz beobachtet, welche den Gyrotronbetrieb sehr stark behinderten. Nach intensiven Untersuchungen gelang es, diese parasitären Schwingungen zu unterdrücken und stabilen Betrieb des Gyrotrons zu demonstrieren. Bei den anschließenden Messungen wurden folgende Ergebnisse erzielt:

- Das Verhalten der Elektronenkanone entsprach den Erwartungen. Ein Auftreten von Penning-Entladungen, die zu einer Einschränkung des Hochspannungsverhaltens hätten führen können, wurde nicht beobachtet. Elektronenstrahlströme bis 80 A (dies ist nahezu die Grenze der FZK-Gyrotrontest-anlage) wurden im stabilen Betrieb extrahiert.

- Die TE34,19-Betriebsmode des Gyrotrons wurde in einem größeren Parameterbereich stabil und reproduzierbar angeregt. Bei einem Magnetfeld, begrenzt durch den supraleitendem Magneten auf 6,68 T, wurde bei 170 GHz eine maximale Ausgangsleistung von bis zu 1,15 MW erreicht. Der beobachtete Schwingbereich war jedoch kleiner als von Simulations-rechnungen vorhergesagt. Im Experiment wurde ein stärkerer Modenwettbewerb als nach den Simulationsrechnungen

erwartet, beobachtet. Bei Variation der Strahlenergie führte dies zu einer dichteren Modenfolge (TE34,19→TE33,19→TE32,19) als erwartet (TE34,19→TE32,19). Der Grund dafür wird untersucht.

- Die Aufgabe des q.o. HF Auskopplungssystem ist es, die HF-Leistung, welche im Resonator in der TE34,19-Hohlleitermode erzeugt wird, in eine Freiraumwelle mit einem hohen Gauß'schen Anteil umzuwandeln. Das q.o. System besteht aus einem Antennenhohlleiter (Launcher) mit deformierter Innenoberfläche, einem longitudinalen und einem helikalen Schnitt sowie aus drei Spiegeln (Abb.). Dieses System wurde gefertigt und sowohl bei niedrigen Leistungen („kalt“) als auch im Gyrotron („heiß“) vermessen.

Schematischer Aufbau des q.o. HF-Auskopplungssystems.

Sowohl die "kalten" als auch die "heißen" Messungen der Leistungsverteilung des HF-Ausgangsstrahls zeigen eine deutliche Diskrepanz zu den Entwurfsrechnungen. Dagegen besteht eine gute Übereinstimmung zwischen den beiden Messungen. In neuerlichen Simulationsrechnungen wurde gefunden, daß für die ursprünglichen Auslegung des Spiegel-systems eine fehlerhafte Verteilung der Abstrahlungsleistung des Launchers verwendet wurde. Mit der korrekten Verteilung erhält man eine gute Übereinstimmung zwischen Rechnungen und Messungen (Abb.), wodurch das Vertrauen in die Rechenprogramme wiederhergestellt wurde. Um die Qualität des HF-Ausgangsstrahls zu verbessern, wird zur Zeit ein neuer Entwurf des q.o. Auskopplungssystem durchgeführt.

Verteilung des HF Feldes in der Ebene des Ausgangs-fensters. Unten links: "kalte" Messungen; Unten rechts: "heiße" Messungen; Oben links: ursprüngliche Rechnungen; Oben rechts: Rechnungen mit korrektem Abstrahlungsfeld.

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Cooling

Diamonds

Cooling water

d

Copper

Zwei- (oben) und dreidimensionale (unten) Ansicht desDoppelscheibenfensters für ITER.

Hochleistungs-Millimeterwellen-Vakuumfenster

Die Entwicklungsaufgabe basiert auf der Machbarkeit von groß-flächigen synthetischen (CVD) Diamantscheiben, die die geforderten Mikrowellen-Übertragungseigenschaften für Fenster (Vakuum- und Tritium Barrieren) in Hochleistungs- und Lang-pulssystemen der Elektron-Zyklotron-Resonanzheizung und deren Stromtrieb (ECH&CD) besitzen. In früheren Jahren wurden das Design, die Herstellung und Tests von synthetischen Diamantscheiben für ein 170 GHz Gyrotron (Zusammenarbeit mit der russischen ITER-Arbeitsgruppe), sowie das Einsatzverhalten eines mit Neutronen bestrahlten 170 GHz Torusfensters (Zusammenarbeit mit dem japanischen ITER-Team) experimentell validiert. Als neue Tech-nologieschritte wurde nun für die Torus-Fensterscheibe ein Korrossionschutz der Lötverbindungen entwickelt. Weiter wurde die experimentelle Umsetzung von Doppelscheiben-Anord-nungen verfolgt.

Aufbringen einer Kupferschicht auf den Kühlrand

Fenster mit gelöteten Diamantscheiben benötigen einen sicheren Korrosionsschutz bei direktem Kontakt mit dem umge-benden Kühlwasser. Additive im Kühlwasser zur Verhinderung der Korrosion stellten in der Vergangenheit große Probleme dar. Das Konzept, eine Kupferschicht auf den Kühlrand der Scheibe aufzubringen, beinhaltet den zusätzlichen Vorteil, dass nicht nur die Korrosion verhindert wird, sondern auch im Falle eines Fensterbruchs der Eintritt von Tritium in das Kühlwasser verhindert wird.

Nach dem erfolgreichen Aufbringen einer Ti/Au-Schicht auf den 11 mm breiten Kühlrand einer Diamantfensterscheibe (100 mm äußerer Durchmesser, 70 mm Aperturöffnung, 2,15 mm Dicke) konnte eine 0,5 mm dicke Kupferschicht galvanisch aufgebracht werden (siehe Abb.).

Skizze des Kühlkanals für eine (a) konventionelle und (b) mit Kupfer beschichtete Torusfensterscheibe. Das neuartige Torusfenster wurde bei JAERI, Japan, in einer 170 GHz Übertragungsleitung getestet, wobei die transmittierte mm-Wellen-Leitung mit einem Kalorimeter und die Fenster-temperatur mit einer Infrarot (IR)-Kamera gemessen wurden. Die nächste Abb. zeigt die zeitliche Entwicklung der Tempera-turerhöhung im Zentrum der Diamantscheibe bei einem 55 kW, 3,5 s HF-Puls. FEM-Rechnungen mit tanδ = 8,5·10-4 (bei Niedrigleistung gemessen), einer Wärmeleitfähigkeit von 1,9 kW m-1 K-1 und einem Wärmeübergangskoeffizienten von 5 kW m-2 K-1 (18 l/min Kühlwasser) sind in hervorragender Übereinstimmung mit dem Experiment. Die maximale mechanische Spannung am Scheibenrand wurde zu 65 MPa berechnet (Bruchfestigkeit 350 MPa). Diese Bedingungen entsprechen der Transmission eines 1,75 MW HF-Pulses durch eine CVD-Diamantscheibe mit tanδ = 2·10-5 und resonanter Dicke von 1,85 mm. 120 kW/3 s-Pulse, entsprechend einer äquivalenten Leistung von 3,7 MW, konnten ebensogut mit diesen Parametern beschrieben werden.

Zeitliche Entwicklung der Temperaturerhöhung im Zentrum des CVD-Diamantfensters während eines 55 kW, 3,5 s mm- Wellen-Pulses. Vergleich von Experiment und FEM-Rechnun gen. Entwurf und Herstellung eines Doppelscheibenfensters

Der begrenzte Platz für das CVD-Diamantfenster in dem oberen „Port-Plug“ des ITER-Torus erfordert eine sehr kompakte Aus-führung eines Doppelscheibenfensters in einem Vakuumraum. Dieses muss so konstruiert sein, dass ein Austausch gegen ein Einscheibenfenster gemäß dem jetzigen Referenzkonzept von ITER möglich ist. Dafür wurde ein neuer Entwurf durchgeführt, bei dem die Kühlung einer jeden Scheibe nur auf einer Seite erfolgt (siehe Abb.).

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In FEM-Rechnungen wurde gezeigt, dass diese Kühlanordnung durchaus der Standardanordnung (Randkühlung mit direktem Kontakt zwischen Scheibe und Wasser) entspricht und keine höheren Temperaturgradienten entstehen. Bei einer 1 MW mm-Wellenleistung und einem Kühlwasserfluß von 18 l/min (7 kW m-1 K-1) ergeben sich 47°C im Scheibenzentrum und 27°C am Scheibenrand. Die auftretenden mechanischen Spannungen im Diamant sind kleiner als 70 MPa.

Entwurf des Doppelscheibenfensters mit Fenstergehäuse.

Zwei Scheiben mit 106 mm Durchmesser wurden bei Element Six gefertigt, die innerhalb von 1µm die gleiche Dicke aufwiesen. Die Dicke ist resonant bei 140 GHz (d=1,803 mm), um Hochleistungstests mit den vorhandenen Gyrotrons durchführen zu können. Die Lötungen wurden von Thales Electron Devices durchgeführt. Für diese Lötanordnung waren wiederholte Lötversuche notwendig, bevor genügend gute Dichtigkeitsbedingungen an der Lötverbindung erreicht wurden. Durchbiegungen während der Lötung wurden durch eine symmetrische Anordnung vermieden, indem Kupferzylinder auf beiden Seiten der Diamantscheibe angebracht wurden. Diese zusätzlichen Lötungen auf der einen Seite wurden im FZK mechanisch entfernt (Abb.).

CVD-Diamant-Fenstereinheit mit Kühlkanal für ein Doppel-scheibenfenster. Leider ist eine der CVD-Diamantscheiben bei der Überarbeitung der Zentriergenauigkeit der Kühlstruktur am Rand gebrochen, so dass eine neue Fenstereinheit hergestellt werden muss. Glücklicherweise konnte der innere Teil der gebrochenen Scheibe (84 mm Durchmesser) für weitere Versuche in alternativen Fenstergeometrien erhalten werden.

ECR Heizung und Stromtrieb – Frequenzdurchstimmbare Gyrotrons

Magnetohydrodynamische (MHD) Instabilitäten sind eines der Hauptprobleme beim magnetischen Einschluss von Kern-

fusionsplasmen. Die Stabilität ist dabei in einem großen Aus-maß durch die Verteilung der Plasmaströme bestimmt. Der lokalisierte Stromtrieb ist ein leistungsfähiges Werkzeug zur Unterdrückung stromgetriebener Instabilitäten und damit zur Optimierung des Leistungsverhaltens von Tokamaks. Die Unterdrückung der den Plasmadruck begrenzenden MHD-Instabilitäten (so genannte Neoklassische Tearing-Moden) durch lokalisierten Elektron-Zyklotron-Stromtrieb (ECCD) wurde erfolgreich an ASDEX-Upgrade, DIII-D und JT-60U demon-striert.

Die Absorption von HF-Wellen mit der Kreisfrequenz ω hängt von der Resonanzbedingung ω−kzvz = ωc ab. Dadurch kann den Plasmaströmen durch einen externen lokalisierten Stromtrieb entweder durch Ändern des Einstrahlwinkels oder durch eine bestimmte Einstrahlfrequenz entgegengewirkt werden.

Für die Durchführung solcher Experimente zur Plasma-stabilisierung bei ASDEX-Upgrade am IPP Garching mit fort-schrittlicher Elektron-Zyklotron-Resonanzheizung (ECRH) sowie Elektron-Zyklotron-Stromtrieb besteht ein starker Bedarf an durchstimmbaren Mehr-Frequenz-Gyrotrons. Vier Gyrotrons sind bereits oder werden noch durch das IPP Garching beim „Institut für Angewandte Physik (IAP)“ in Nizhny Novgorod, Russland, bestellt. Zwei davon werden Zwei-Frequenz-Gyrotrons bei Frequenzen von 105 GHz und 140 GHz, die beiden anderen werden Mehr-Frequenz-Gyrotrons sein, die auf unterschiedlichen Resonatormoden zwischen 105 und 140 GHz betrieben werden. Als Resonatormode wurde bei 140 GHz der TE22,8-Modus ausgewählt. Die Frequenz von 105 GHz entspricht dabei dem TE17,9-Modus.

Mehr-Frequenz-Gyrotrons müssen mit einem breitbandigen Ausgangsfenster versehen sein, das entweder ein einstellbares Doppelscheibenfenster oder ein Brewster-Fenster, beide aus synthetischem Diamant, ist.

Gyrotronresonator

Das bereits am Forschungszentrum vorhandene TE22,6-Gyrotron wurde für den Betrieb im TE22,8-Modus geändert, um die Ergebnisse direkt mit denen des IAP vergleichen zu können. Mit dem TE22,6-Gyrotron wurde bereits in früheren Experimenten sehr erfolgreich die Frequenzdurchstimmbarkeit über 15 GHz innerhalb einer Sekunde gezeigt. Der Strahltunnel, der Kollektor und das supraleitende Magnetsystem werden für das neue Experiment weiter benutzt. Der Resonator, der quasi-optische Wellentypwandler und das Ausgangsfenster wurden modifiziert bzw. für einen Betrieb bei verschiedenen Frequenzen neu ausgelegt. Eine neue Elektronenkanone wurde vom IAP hergestellt und ausgeliefert. Die Abnahmetests an der Kanone zeigten ein sehr gutes Leistungsverhalten.

Der Resonator mit dem Uptaper wurde neu ausgelegt und gefertigt. Er wurde in Hinsicht auf Breitbandbetrieb optimiert auf eine Modenreihe von TE17,6 bis TE23,8 entsprechend den Frequenzen von 105 GHz bis 143 GHz. Einige zusätzliche Moden von TE24,8 bis TE25,10 können bei noch höheren Frequenzen angeregt werden.

Quasi-optischer Wellentypwandler

Der quasi-optische Wellentypwandler besteht aus einer Hohlleiterantenne mit periodischer Wandstörung und einem strahlformenden Spiegelsystem, das für die neun Moden TE17,6 bis TE23,8 optimiert wurde. Der erste Spiegel ist ein großer, quasi-elliptischer Spiegel, der zweite und dritte sind phasenkorrigierende Spiegel mit einer nicht-quadratischen Funktion der Oberflächenkontur (Abbildung). Die beiden phasenkorrigierenden Spiegel wurden optimiert und für den Betrieb mit dem neuen Brewster-Fenster neu ausgelegt. Der

A Torus vacuum B Interspace vacuum C Secondary pressure side D 2 (of 3) shafts for gap adjustments E 2 (of 3) guiding shafts

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Phasenkorrigierende Oberfläche des zweiten (oben) unddritten Spiegels (unten).

y / m

m

y / m

m

komplette Wellentypwandler wird noch auf dem Niederleistungsmessplatz getestet.

CVD-Diamant Brewsterfenster

Effizienter Betrieb in mehreren Moden bei verschiedenen Frequenzen wird durch die Anwendung eines Brewster- Fensters aus synthetischem Diamant (chemical vapour deposition: CVD) möglich. Durch den großen Brewsterwinkel (67,2°) von Diamant wird zum Erreichen einer ausreichenden Aperturgröße für den HF-Ausgangsstrahl eine Diamantscheibe mit großem Durchmesser erforderlich. Eine Scheibe mit einer Dicke von 1,7 mm und einem Durchmesser von 140 mm wurde von Element Six (früher DeBeers) entwickelt und ausgeliefert. Leider sind durch einen frühzeitigen Prozessabbruch am Rand der Scheibe zwei Risse entstanden. Die Scheibe hat allerdings trotzdem eine geeignete elliptische Fläche mit geringen Verlustwinkel, die für die elliptische Form des Brewster-Fensters mit einer Apertur von 50 mm verwendet werden kann (Abbildung).

Der nächste Schritt bei der Entwicklung eines Brewster-Fensters wird der Lötprozess der Scheibe sein. Finite-Elemente Berechnungen der mechanischen Spannung innerhalb der Scheibe während des Lötprozesses wurden bereits durchgeführt. Das Brewster-Fenster aus CVD-Diamant wird erst Mitte 2005 für Gyrotronexperimente zur Verfügung stehen. Das

Gyrotron wird bis zu diesem Zeitpunkt mit einem Quarzglas-Brewster-Fenster derselben Größe versehen werden.

Um den kompletten Frequenzbereich des Gyrotrons abzudecken, wurde ein neues Echtzeit-Frequenz-Messsystem mit einer Bandbreite von 100–170 GHz aufgebaut und installiert. Es ersetzt das vorherige System mit einer Bandbreite von 130-165 GHz. Die Empfindlichkeit wurde um mehr als 15 dB erhöht.

Sonderprojekt Mikrowellenheizung (PMW) für Wendelstein 7-X

Das Vorhaben umfasst die Entwicklung, den Bau und die Inbetriebnahme des kompletten 10 MW, 140 GHz Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Heizsystems (ECRH) für nahezu stationä-ren Betrieb (30 Minuten) am zukünftigen Stellarator W7-X in Greifswald in Zusammenarbeit mit dem IPP Garching/Greifs-wald und dem Institut für Plasmaforschung der Universität Stuttgart sowie in Abstimmung mit der Projektleitung Aufbau W7-X des Max-Planck-Institutes Garching/Greifswald (IPP). Mit der ECRH soll das Plasma aus dem neutralen Füllgas heraus erzeugt (ionisiert) und aufgeheizt werden. Dadurch kann der für Fusionsreaktoren relevante Plasmaparameterbereich mit großer freier Weglänge erreicht werden. Außerdem soll mit der ECRH auch ein nicht-induktiver Strom getrieben werden, der im stationären Betrieb durch die Kompensation unerwünschter Plasmaströme die Sicherstellung des optimierten Plasma-einschlusses erlaubt. Die Mikrowellenleistung soll von zehn 140 GHz Gyrotrons mit einer Leistung von jeweils 1 MW erzeugt und über zwei quasi-optische Vielstrahl-Übertragungsleitungen von etwa 55 m Länge von den Gyrotrons zum Plasmatorus übertragen werden.

Prototyp-Gyrotron-Entwicklung für ECRH an W7-X

Die intrinsische Fähigkeit von Stellaratoren für einen konti-nuierlichen experimentellen Betrieb (continuous wave: CW) kann nur mit einem Dauerstrichheizverfahren hoher Leistung demonstriert werden. Derzeit ist die Realisierung nur mit einem ECRH-System möglich. Die Schlüsseltechnologien hierbei sind Hochleistungsgyrotrons sowie verlustarme Übertragungslei-tungen bis hin zur Einstrahlantenne im Torusgefäß mit der Mög-lichkeit für CW-Betrieb. Für den Stellarator W7-X in Greifswald ist ein 10 MW ECRH-System bei 140 GHz vorgesehen.

Das Forschungszentrum Karlsruhe ist vertraglich verpflichtet, dieses 10 MW ECRH-System am Institut für Plasmaforschung

tanδ [10-5]

-60 -40 -20 0 20 40 60-60

-40

-20

0

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40

60> 5

4 - 5

3 - 4

2 - 3

1 - 2

< 1

Dielektrische Verluste der CVD-Diamantscheibe mit 140 mm Durchmesser, kartographiert über einen inneren Durchmesser von 120 mm.

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Die wieder zusammengebaute Prototypröhre im neuen Magne-ten (Cryomagnetics) im Teststand des Forschungszentrums.

Pulslänge

Leistung (kW) Strahlstrom (A) Wirkungsgrad Energie-Inhalt (MJ) Begrenzung

3m 890 41 0.41 160 HV-Netzgerät 15 m37s 537 24 0.42 505 Druckanstieg 21 m40s 257 26 350 Druckanstieg

Experimentelle Ergebnisse (Pulslänge, Ausgangsleistung, Wirkungsgrad) für die Prototypröhre.

(IPP) in Greifswald zu installieren, und in einer europäischen Zusammenarbeit zwischen dem Forschungszentrum Karlsruhe, dem Centre de Recherche de Physique des Plasmas (CRPP) Lausanne, dem Institut für Plasmaforschung (IPF) der Universität Stuttgart, dem Commissariat à l´Energie Atomique (CEA) in Cadarache und Thales Electron Devices (TED) in Vélizy die Entwicklung der Gyrotrons mit einer Ausgangsleistung von 1 MW durchzuführen.

Die Hauptprobleme von Hochleistungs-Hochfrequenz-Gyrotrons sind gegeben durch die Ohmschen Verluste des Resonators, durch die dielektrischen Verluste im Ausgangsfenster, durch die Leistungskapazität des Kollektors und durch die Streustrahlung, die innerhalb des Gyrotrons absorbiert wird. Die technische Begrenzung der Resonator-Leistungsdichte liegt bei 2 kW/cm². Daher arbeiten Gyrotrons in hohen Volumenmoden mit großem Resonatordurchmesser.

Ein Durchbruch zu hohen Leistungen in kontinuierlichem Betrieb gelang durch die Benutzung von synthetisch hergestellten Diamantfenstern (chemical vapor deposited diamond: CVD-diamond). Diese erlauben den kontinuierlichen Betrieb von Gyrotron-Oszillatoren bei einer Leistung von 1 MW und höher.

Der Betrieb der Gyrotrons mit Energierückgewinnung (de-pressed collector operation) erhöht den Wirkungsgrad der Oszillatoren auf über 50% und reduziert die Belastung des Kollektors erheblich.

Die Vorprototyp-Röhre „Maquette“ wurde sehr erfolgreich im Forschungszentrum Karlsruhe getestet. Die Begrenzung in der Pulslänge war im Wesentlichen gegeben durch den Druckanstieg innerhalb der Röhre. Diese Röhre wurde nach der visuellen Inspektion der inneren Komponenten wieder zusammengebaut und im IPP Greifswald in Betrieb genommen. In Kurzpulsexperimenten (10 ms) konnte eine Ausgangsleistung von etwa 850 kW erreicht werden. Vor der weiteren Optimierung der Betriebsparameter wurden Langpulsexperimente mit einer Ausgangsleistung bis zu 600 kW bei einer Pulslänge von 10 s durchgeführt. Schwierigkeiten bei diesen Experimenten traten nur in der HF-Last auf, die nun entsprechend den Modifikationen der in Karlsruhe benutzten Last geändert werden muss.

Zur Durchführung von Langpulsexperimenten ist wegen der hohen Leistungsdichte auf der Oberfläche des Kollektors ein schnelles Wobbeln des Elektronenstrahls entlang der Ober-fläche (Sweeping) notwendig. Dies erfolgt in der Regel durch normalleitende Magnete, die zentrisch um den Kollektor angeordnet sind und periodisch das axiale Magnetfeld variieren. Unglücklicherweise versagte das Netzgerät dieser Magnete, so dass diese Experimente nicht weiter geführt werden konnten.

Die Hochspannungsanlage und die Schnellabschaltung (Crowbar) der Hochspannungsversorgung zum Schutz der Gyrotrons arbeiteten ohne Probleme.

Zusätzlich zur Europäischen Entwicklung von Hochleistungs gyrotrons mit 1 MW bei 140 GHz fand eine Entwicklung bei „Communication and Power Industries (CPI)“ in den Vereinigten Staaten statt. Nach den erfolgreichen Tests des Gyrotrons bei CPI mit kurzen Pulsen (wenige ms) bei einer Ausgangsleistung von bis zu 920 kW wurde diese Röhre zusammen mit dem supraleitenden Magneten nach Greifswald geliefert und dort in das bestehende System integriert. Die Wasserkühlung, die Vakuumverbindungen, die HF-Abschirmrohre und die

Bleiabschirmungen zur Reduzierung der Röntgenstrahlung wurden installiert.

In den ersten Tests verzögerten Überschläge im Crowbar-System die Inbetriebnahme. Nach der Reparatur wurde in sehr kurzer Zeit eine Ausgangsleistung von 500 kW erreicht. Eine weitere Erhöhung der Ausgangsleistung erforderte ein recht zeitaufwendiges neues Konditionieren. Danach konnten Ausgangsleistungen von 700 kW mit Pulslängen von 40 s und 800 kW mit einigen hundert ms erreicht werden. Weiteres Konditionieren ist notwendig. Während dieser Tests wurden lokale Erwärmungen im Strahltunnel (Halle der Übertragungs-leitung zwischen Gyrotrons und Torushalle) festgestellt. Durch Anbringen von zusätzlichem Absorbermaterial konnte dieses Phänomen vermieden werden.

Die Ergebnisse der TED Prototypröhre sind der Vollständigkeit halber nochmals in der Tabelle zusammengefasst, obwohl sie schon im letzten Bericht erwähnt wurden. Während der Experimente wurden zwei Probleme festgestellt: Die Begrenzung der Ausgangsleistung auf 970 kW und die Begrenzung der Pulslänge auf etwa 16 Minuten selbst bei einer reduzierten Ausgangsleistung von 540 kW. (Die Spezifikation beträgt 1 MW für 30 Minuten). Die Gründe dieser Begrenzungen sind bekannt. Der Elektronen-Emitterring zeigte eine starke Inhomogenität der Oberflächenrauhigkeit (und damit der Emission der Elektronen). Das zweite Problem wird verursacht durch eine übermäßige Erwärmung der internen Ionen-Getter-Pumpen. Eine Temperaturmessung durch das Diamantfenster zeigte eindeutig die extrem starke Erwärmung.

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Das zweite Magnetsystem kurz vor der Fertigstellung.

In Strahlverteilungsmessungen zeigte sich eine leichte Verschiebung (ungefähr 12 mm) des HF-Ausgangsstrahls von der Fensterachse. In Niedrigleistungstests konnte gezeigt werden, dass dieser Effekt durch eine kleine Verschiebung des ersten (quasi-elliptischen) Spiegels des Modenkonverters verur-sacht worden ist.

In der visuallen Inspektion der Röhre konnten keine besonderen Schäden oder Überhitzung der Gyrotronkomponenten festgestellt werden. Anschließend wurde die Prototyp-Röhre mit einigen Verbesserungen insbesondere an der Wasserkühlung der Spiegelbox und mit einem neuen Elektronen-Emitterring (mit besserer Qualitätskontrolle der Oberflächenhomogenität) zusammengebaut und im Forschungszentrum getestet.

In vorläufigen Experimenten wurde in kurzen Pulsen (ms) eine Ausgangsleistung von 1000 kW bei den Auslegungsparametern sicher erreicht. Langpulsexperimente waren nicht möglich, da sich die Netzgeräte für die normalleitenden Kollektormagnete zum Wobbeln des Elektronenstrahles in Reparatur befinden.

Seriengyrotrons für ECRH an W7-X

Sieben Serienröhren sind bei TED bestellt worden. Zusammen mit der Vorprototypröhre „Maquette“, der Prototypröhre und der Röhre von CPI werden damit zehn Gyrotrons im IPP Greifswald zum Einsatz gebracht. Zum Betrieb dieser Röhren werden acht weitere supraleitende Magnete benötigt, die bei Cryomagnetics, Oak Ridge, USA, bestellt wurden.

Um bei den Serienröhren die oben aufgeführten Begrenzungen zu vermeiden, werden an den Emitterringen bessere optische Qualitätskontrollen durchgeführt, bevor sie ins Gyrotron eingebaut werden. Da eine verbesserte Abschirmung der internen Ionen-Getter-Pumpen gegen HF-Strahlung wenn überhaupt nur sehr schwer durchzuführen ist, werden diese außerhalb des Gyrotrongehäuses angebracht. Damit wird eine bessere Abschirmung gewährleistet.

Das Gehäuse der Spiegelbox ist am stärksten der Streustrah-lung ausgesetzt. Daher wurde dessen Kühlung verbessert, indem eine Doppelwandstruktur eingesetzt wurde. Das Wasser mäandriert zwischen diesen beiden Wänden und bedeckt einen großen Anteil der inneren Wand. Weiter wurden solche Edelstahl-Oberflächen, für die eine optimale Kühlung nicht gewährleistet ist, zur Reduzierung der HF-Verluste mit einer Kupferschicht bedeckt.

Das erste Seriengyrotron sollte im September 2004 an das Forschungszentrum geliefert werden. Beim Herstellen der Spiegelbox zeigten sich während des Schweißvorganges große Verformungen, so dass der Einbau in die Röhre ausgeschlossen war. Eine neue Spiegelbox wurde im November an TED geliefert, die Lieferung der Röhre ist für Februar 2005 geplant.

Die acht zum Betrieb der Gyrotrons notwendigen supraleitenden Magnete wurden bei Cryomagnetics bestellt. Trotz der erfolg-reichen Tests der Spulen in einem Dewar bei dem spezifizierten Wert von 5,56 T wurde die Auslieferung stark verzögert. Nach dem Einbau der Spulen in den Kryostaten konnte dieser Wert trotz kontinuierlichen Konditionierens nicht mehr erreicht werden. Eine Schwelle knapp unterhalb 6T (8% über dem Nominalfeld, jedoch 2% unter dem spezifizierten Wert) erwies sich als äußerst hartnäckig. Der Magnet wurde abgenommen und ans Forschungszentrum ausgeliefert.

Während des Transports wurde das System derart schwer beschädigt, dass es an Cryomagnetics zurückgeschickt werden musste. Einer der Bälge wies ein grobes Vakuumleck auf. Der Transport des reparierten Magneten war erfolgreicher. Zwar hatte sich ebenfalls wieder (an einer anderen Stelle) ein Leck von 3.10-9 mb l/s gebildet; dies ist jedoch so klein, dass der

Betrieb nicht beeinträchtigt wird. Die Abnahmetests im Forschungszentrum verliefen zufriedenstellend. Die Abweichung des Feldes von den spezifizierten Werten ist kleiner als drei Prozent. Der Maximalwert der Abweichung befindet sich an einer unkritischen Stelle (etwa mittig zwischen Elektronen-kanone und HF-Resonator), und hat keinen Einfluss auf den Betrieb der Röhre. Die Feldwerte an der Elektronenkanone und am Resonator können durch individuelle Spulen genau auf die spezifizierten Werte eingestellt werden.

Das Ausrichten des Systems zwischen magnetischer und geometrischer Achse gelang einfach und problemlos. Die Abweichung ist kleiner als 0,1 mm über den gesamten Bereich des Magneten.

Obwohl das System zunächst bei niedrigen Werten quenchte, konnte in einem zweiten Versuch der angestrebte Wert, der 5% höher liegt als der Nominalwert, erreicht werden.

Die Herstellung des zweiten Magneten ist nahezu beendet. Die Auslieferung ist noch in 2004 geplant.

Die Prototypröhre ist nun im neuen supraleitenden Magnet-system installiert. Wie schon erwähnt, ergaben erste Messungen eine Leistung von 1 MW.

Übertragungsleitungen für ECRH an W7-X

Die Übertragungsleitungen bestehen aus Einstrahl- (single beam waveguides: SBWG) und Vielstrahl-Elementen (multi-beam waveguides: MBWG). Für jedes Gyrotron wird eine Anpassoptik mit fünf Spiegeln benutzt. Zwei dieser Spiegel (M1,M2) formen den Ausgangsstrahl des Gyrotrons zu einem Gaußschen Strahl mit den richtigen Parametern, zwei weitere Spiegel (P1,P2) mit geeigneter Oberflächenrillung ermöglichen eine Polarisationseinstellung, die für optimale Absorption in dem Plasma benötigt wird. Ein fünfter Siegel (M3) richtet den Strahl zu dem System aus ebenen Spiegeln (beam combining optics: BCO), das fünf Strahlen zu einem Übertragungssystem zusam-menfasst und sich am Eingang des Vielstrahlübertragungs-systems befindet. Die Vielstrahlspiegel sind so ausgelegt, dass sie bis zu sieben Strahlen (fünf bei 140 GHz, einen bei 70 GHz und einen Ersatzkanal) vom Gyrotronbereich (Eingangs-Ebene) zur Stellarator-Halle (Ausgangsebene) übertragen können. Diese Optik besteht aus vier fokussierenden Spiegeln mit optimierter Oberflächen in konfokaler quadratischer Anordnung und gewährleistet daher geringe Modenkonversion. Zusätzliche ebene Spiegel sind angebracht, um die Übertragungsleitung an die Gebäudeform anzupassen. In der Ausgangsebene der MBWG trennt eine Spiegelanordnung (beam divider optics: BDO) die Strahlen und verteilt sie auf die einzelnen Einkoppel-anordnungen am Torus und zu den einzeln verstellbaren Anten-nen im Torus. Um die gesamte Leistung zur Torushalle zu

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M1

M2

M3

P1

P2

Cal

SC1

M5

MD

D

Blick in den Strahltunnel des ECRH-Systems in Greifswald. a) Das linke Bild zeigt die Anpassoptik M1,M2 und die Polarisatoren P1,P2,sowie M3, den Umschaltspiegel SC1 und das Kurzpulskalorimerter CAL für ein Gyrotron. b) In der Mitte sind die Spiegel zurZusammenführung von bis zu sieben Strahlen (BCO) gezeigt (gesehen vom ersten MBWG-Spiegel M5). Die einzelnen Strahlen, dievon den links und recht angebrachten Spiegeln M3 kommen, fallen auf diese ebenen Spiegel und werden auf M5 desVielstrahlübertragungssystems gelenkt. c) Das rechte Bild zeigt einen Blick in den Strahltunnel mit zwei großen Vielstrahlspiegeln M5und den Spiegeln MD, die einen ausgewählten Strahl in die Hochfrequenzlangpulslast D lenken.

übertragen, sind zwei symmetrisch angeordnete MBWG-Übertragungsleitungen installiert.

Die Spiegel M1-M3, die Polarisatoren P1,P2, die BCOs, die Vielstrahlspiegel und die Umschaltspiegel für die Kalorimeter sind komplett installiert. Die Fertigung der Spiegel SD ist nahezu vollständig.

Auf Grund der Verzögerung von W7-X ist es nicht möglich, schon jetzt die Spiegel innerhalb der Torushalle anzubringen. Um trotzdem die Übertragung zu testen, werden Retroreflektor-spiegel angebracht, die in der Ausgangsebene einzelne Strahlen zurück in den Strahltunnel reflektieren und damit Tests ermöglichen. Die Tragestrukturen der Retroreflektorspiegel sind konstruiert. Die Konstruktion der Spiegelhalterungen (Türme) in der Torushalle ist in Arbeit.

Kurzpulskalorimeter werden eingebaut, um die Ausgangleistung eines jeden Gyrotrons zu detektieren. Die anfänglichen Probleme bei der Herstellung der Keramiken sind gelöst. Ein Kalorimeter ist gefertigt und zur Messung der Leistung der Vorprototypröhre an diesem Gyrotron installiert.

Die HF-Abschirmrohre innerhalb der Gyrotronhalle (zwischen Gyrotrons und Strahltunnelwand) sind gefertigt.

In-Vessel-Komponenten für ECRH an W7-X

Verschiedene Möglichkeiten für bewegliche Antennen innerhalb des Plasmatorus wurden untersucht. Das Problem ist, dass der Mechanismus für die Bewegung und die Verbindungen für das Kühlwasser in kleinem Raum integriert werden müssen. Die verlässlichste Lösung scheint ein Gestänge (Push-pull Anordnung) zu sein, in dem die Wasserkühlung integriert ist. Die Konstruktion eines motorgesteuerten Prototyps ist abgeschlos-sen, die Fertigung ist im Gange.

Die Herstellung der CVD-Diamant-Torusfenstereinheiten wurde begonnen (Abbildung). Drei von ihnen wurden gefertigt und sind ausgeliefert. Ihre HF-Eigenschaften wurden im Institut für Materialforschung am Forschungszentrum vermessen. Es

wurden keine durch das Einlöten der Scheiben erhöhten Verluste festgestellt.

Die Mikrowellenkammer zum Test von In-vessel-Komponenten mit HF-Strahlung wurde am IPP Garching erfolgreich in Betrieb genommen. Sie soll auch als Testbett der In-vessel-Antennen dienen.

Kühlsystem für ECRH an W7-X

Die Wasserkühlung für die verschiedenen HF-Abschirmrohre innerhalb der Gyrotronhalle sowie die Nebenschlüsse der Gyrotronkollektoren (soweit diese noch nicht installiert sind) wurden erfolgreich getestet. Die Ansteuerung der Kühlaggregate funktioniert einwandfrei.

Die Kurzpulskalorimeter wurden an das Kühlwassersystem angeschlossen, ebenso die Langpuls-HF-Absorberlasten.

Das Kühlsystem für das CPI-Gyrotron wurde installiert und zusammen mit dem Gyrotron in Betrieb genommen. Die Kühlung der Gyrotronkathode, die bei CPI als Luftkühlung arbeitete, wurde in Greifswald zu einer Ölkühlung umgewandelt. Dies war wegen der hohen Streustrahlung im Bereich der Kanone für nötig erachtet worden. Im Gegensatz zu den Röhren von TED muss das CPI-Gyrotron mit sauerstofffreiem Kühlwasser betrieben werden. Die Aufbereitung von sauerstofffreiem Wasser wurde vorbereitet und eingebaut.

Energieversorgung für ECRH an W7-X

Nach einigen anfänglichen Problemen beim Betrieb der Vorprototypröhre „Maquette“ arbeitete die Vorprototypversion des Modulators für die Kontrolle der Hochspannungsversorgung zwischen Kollektor und Resonator (Body-Spannung zur Energierückgewinnung mit vorgespanntem Kollektor) in Verbindung mit der Vorprototypversion der Schnellabschaltung (Crowbar-System) zufriedenstellend. Tests der verbesserten Version für die Spannungskontrolle und der Schnellabschaltung wurden ebenfalls erfolgreich durchgeführt.

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Das Konzept des Sicherheitssystems der Hochspannungsan-lage (Personenschutz) hat seine Wirksamkeit während des Betriebs der Gyrotronröhren bewiesen.

Die Fertigung der Serienmodulatoren (einschließlich der Kathodenheizung und des Sicherheitssystems) ist im Gange. Die meisten Teile sind bereits bestellt. Der erste Serienmodulator wird im Dezember 2004 im IPF der Universität Stuttgart getestet und zu Beginn des Jahres 2005 an das IPP Greifswald ausgeliefert.

MSR-Technik für ECRH an W7-X

Das Vorhaben umfasst die Entwicklung und den Aufbau der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (MSR), sowie der Mikrowellendiagnostik für die ECRH an W7-X.

Das bestehende und im FZK getestete Konzept bewies seine Einsatzfähigkeit auch in den Gyrotrontests am IPP Greifswald, wurde jedoch an die besonderen Bedingungen angepasst, verbessert und erweitert.

Für die Tests des CPI-Gyrotrons und des dazu gehörigen Magneten von Accel wurden eine neue Kontroll-Software sowie eine an dieses angepasste Visualisierung entwickelt und installiert.

Die Ansteuerungslogik zum Betrieb der neuen Wasserkühl-systeme wurde entwickelt, und mit der Inbetriebnahme der verschiedenen Kühlsysteme erfolgreich getestet.

Beteiligte Mitarbeiter: DI A. Arnold (Universität Karlsruhe), K. Baumann, Dr. B. Bazylev (Gastwissenschaftler), I. Blumhofer (IMF I), H. Budig, Ing. J. Burbach (IMF I), Dr. G. Dammertz, Dr. I. Danilov (IMF I), A. Flach, A. Götz, P. Grundel, Dr. R. Heidinger (IMF I), Dr. S. Illy, DI J. Jin, Prof. M. V. Kartikeyan (AvH Fellow), Dr. R. Kochergov, DI K. Koppenburg, H.-R. Kunkel, Dr. I. Landman, DI W. Leonhardt, R. Lukits, A. Meier (IMF I), D. Mellein, DI G. Neffe, Dr. P. Pestchanyi (Gastwissenschaftler), Dr. B. Piosczyk, DI O. Prinz, T. Rzesnicki, Dr. R. Schneider, U. Saller, K. Schäfer, DI M. Schmid, P. Severloh (IMF I), W. Spiess, J. Szczesny, Prof. M. Thumm, R. Vincon, Dr. X. Yang, C. Zöller Externe Mitarbeiter am „Sonderprojekt Mikrowellenheizung (PMW) für Wendelstein 7-X“: H. Babylon (IPF Stuttgart), Dr. P. Brand (IPF Stuttgart), Dr. G. Gantenbein (IPF Stuttgart), M. Grünert (IPF Stuttgart), Dr. H. Hailer (IPF Stuttgart), Dr. W. Kasparek (IPF Stuttgart), M. Krämer (IPF Stuttgart), R. Munk (IPF Stuttgart), Dr. G. Müller (IPF Stuttgart), P. Salzmann (IPF Stuttgart), H. Schlüter (IPF Stuttgart), Dr. K. Schwörer (IPF Stuttgart), Dr. R. Wacker (IPF Stuttgart), Dr. H. Braune (IPP Greifswald), Dr. V. Erckmann (IPP Greifswald), H. Hofner (IPP Greifswald), F. Hollmann (IPP Greifswald), L. Jonitz (IPP Greifswald), Dr. H.-P. Laqua (IPP Greifswald), Dr. G. Michel (IPP Greifswald), F. Noke (IPP Greifswald), F. Purps (IPP Greifswald), T. Schulz (IPP Greifswald), DI M. Weißgerber (IPP Garching)

Programm NUKLEAR: Nukleare Sicherheitsforschung Reduzierung der Radiotoxizität Thermohydraulische und material-spezifische Unter-suchungen zur Wärmeabfuhr von thermisch hoch-belasteten Oberflächen mit Hilfe der Flüssigmetallkühlung Flüssiges Blei und Blei-Wismut werden weltweit als geeignetes Spallationsmaterial und Kühlmittel für beschleunigergetriebene

Transmutationsanlagen betrachtet. In solchen Anlagen soll langlebiger hochradioaktiver Abfall (Plutonium, Minore Aktiniden) aus existierenden Leistungsreaktoren in kurzlebige Radionuklide oder stabile Elemente umgewandelt werden, mit dem Ziel die Radioaktivität, das Volumen und die Wärmemenge des in ein Endlager einzubringenden radioaktiven Abfalls entscheidend zu verringern.

Das mittelfristige Ziel des Institutsbeitrags besteht in der Verbesserung der Materialverträglichkeit von Strukturwerk-stoffen in Kontakt mit flüssigem Pb bzw. Pb/Bi durch Ober-flächenbehandlung mittels gepulster Elektronenstrahlen (GESA-Verfahren) und in der Konditionierung des Kühlmittels (Pb, Pb/Bi) hinsichtlich der Sauerstoffaktivität zur Ausbildung von oxydischen Korrosionsschutzschichten und damit zur Mini-mierung der Flüssigmetallkorrosion.

Die Ergebnisse im Berichtszeitraum lassen sich wie folgt zusammenfassen:

- Im Rahmen des Kooperationsvertrages mit JNC, Japan, wurden Auslagerungsversuche durchgeführt, um den Einfluß von Temperaturtransienten auf die Korrosion von Stählen und deren Schweißnähte zu ermitteln. Die Auslagerungszeiten in den COSTA Anlagen des IHM betrugen dabei 2400 h. Es zeigte sich, dass bei zyklischen Temperaturwechseln (550 °C auf 650 °C) die Oxydschichten Risse aufweisen und dass sich auf den Stählen nicht die üblichen Magnetitschichten bilden, da die Sauerstoffaktivität im Flüssigmetall trotz konstanter Sauerstoff-konzentration mit der Temperatur stark abnimmt. Die verbleibenden Oxydschichten bestehen aus FeCr- Spinell mit einem Cr-Oxydband am Übergang zum Grundmaterial.

- Es wurden erstmals Auslagerungsversuche an mit FeCrAlY-beschichteten und anschließend mit GESA behandelten Hüllrohrproben aus austenitischem 1.4970 Stahl in fliessendem Pb/Bi in den Kreisläufen des IPPE Obninsk bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt. Es zeigte sich, dass nach 1000 h bei 600 °C keinerlei Beeinflussung durch das Flüssigmetall beobachet wird. Im Gegensatz dazu, zeigen frühere Untersuchungen unter gleichen Bedingungen einen starken Korrosionsangriff auf unbehandeltem 1.4970 Stahl.

FeCrAlY-beschichtete und mit GESA behandelte Hüllrohrprobe (120 mm Länge, 9,5 mm Durchmesser) nach Auslagerung in fließendem PbBi bei 600 °C nach 1000 h.

- Erste thermozyklische Untersuchungen an T91 Stahl in Luft, der an der GESA mit Aluminium oberflächenlegiert wurde, zeigen, dass bei einem Aluminiumgehalt von 8 -10 Gwt% die Oberflächenschicht der legierten Proben im Vergleich zum unbehandelten Stahl relativ spröde ist. Die maximale Dehnrate bis zur Bildung erster Risse beträgt ca. 0,4 %. Die sich bildenden Risse bleiben allerdings in der Schmelzschicht stecken. Es muss darauf geachtet werden, den Al-Gehalt so gering wie möglich zu halten.

- Nach zweijähriger Entwicklungs- und Bauzeit wurde die zylindrische GESA IV-Anlage am Institut aufgebaut und Ende 2004 in Betrieb genommen. Die Anlage erlaubt nun Brennelementhüllrohre als ganzes für den Einsatz in flüssigen Bleilegierungen zu konditionieren. Die Parameter der Anlage sind wie folgt: Elektronenenergie 120 KeV, Pulsdauer 30 µs, Elektronenstrom 2 kA und durch einen Impuls zu behandelnde Rohrlänge 32 cm (Durchmesser: 6-20 mm).

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Ergebnis der ersten thermozyklischen Tests an Luft mit Al-legierten T91 Stahl

Ansicht der neuen GESA IV Anlage.

Beteiligte Mitarbeiter:

Fr. Dr. A. Heinzel, R. Huber, Dr. G. Müller, Dr. G. Schuhmacher (Gast), Dr. H. Muscher, A. Sivkovich, Dr. A. Weisenburger, DI (FH) F. Zimmermann

Programm UMWELT: Nachhaltigkeit und Technik Verfahren der Hochleistungsimpulstechnik zur Regenerierung von Abwässern und zum Kohlenstoffmanagement

Die Behandlung biologischer Zellen mit starken gepulsten elek-trischen Feldern kann zur irreversiblen Bildung großer Poren in der Zellmembran führen. Dieser in der Literatur mit Elektro-poration bezeichnete Vorgang kann einerseits zur effektiven Gewinnung der Zellinhaltsstoffe, andererseits zur Abtötung von Mikroorganismen genutzt werden. Mittelfristige Ziele der Institutsarbeiten auf diesem Gebiet sind die umweltschonende Keimreduktion in Abwässern aus Kläranlagen und die effektive Gewinnung der Inhaltsstoffe biologischer Zellen für die Nahrungsmittelindustrie sowie die pharmazeutische und chemi-sche Industrie. Voraussetzung für die industrielle Nutzung der Elektroporation ist die Verfügbarkeit zuverlässiger und wirtschaftlicher Hochspannungsimpulsgeneratoren.

Keimabtötung

Elektroimpulsbehandlung von Abwasser aus Kläranlagen zur Keimreduktion. Zur Untersuchung der Keimreduktion mit Hilfe starker gepulster elektrischer Felder im Abwasser von Klär-anlagen, das ein Spektrum sehr unterschiedlicher Keimarten enthält, wurden Proben aus den Kläranlagen des Forschungs-zentrums und der Gemeinde Neureut entnommen. Die Elektro-impulsbehandlung erfolgte mit einem Kabelimpulsgenerator, der Rechteckimpulse mit 100 kV/cm und 600 ns Impulszeit liefert. Behandlungen mit 20 und 40 Impulsen, mit einem Impuls-abstand von 3 Sekunden, induzierten Inaktivierungsraten

zwischen 1 und 2 log-Stufen. Für die Ermittlung der Inaktivierungsraten wurden sowohl die Epifluoreszenzdiagnostik als auch die Plattierung auf Agar-Medium benutzt. Ein Vergleich zwischen der Behandlung von Monokultursuspensionen wie Pseudomonas putida und dem multibakteriellen Spektrum des Abwassers zeigte, dass bei gleichem Energieeinsatz die Keim-reduktion im Abwasser etwa 1-2 log-Stufen geringer war. Es wird vermutet, dass dies auf die große Vielfalt von Keimen im Abwasser mit unterschiedlichen Resistenzen gegenüber Elektroimpulsbehandlung zurückzuführen ist. Auch der Zusam-menschluss von Keimen zu Agglomeraten und die Anlagerung von Biofilmen auf Partikelfracht, die beide schwieriger zu inakti-vieren sind, trägt vermutlich zu dieser geringeren Rate bei. Eine eingehendere Untersuchung der Wechselwirkung zwischen elektrischen Feldern und Zellagglomeraten zur Erhöhung der Inaktivierungsraten ist für den nächsten Berichtszeitraum geplant.

Elektroimpulsbehandlung von Biofilmen zur Unterdrückung von Biofouling. Zu diesem Zweck wurden Edelstahlplatten für meh-rere Wochen in fließendem Leitungswasser mit Biofilmen be-wachsen. Die Elektroimpulsbehandlung erfolgte mit dem Kabelimpulsgenerator in einer Vorrichtung in der die Edelstahl-platten als Elektroden eingesetzt waren. Es wurden ähnliche Ergebnisse erzielt wie bei der Entkeimung von Abwasser aus Kläranlagen. Die Behandlung mit 10 Elektroimpulsen von 100 kV/cm und 600 ns Impulszeit, bewirkte eine Inaktivierung von 53 %. Durch die Erhöhung der Impulszahl auf 40 bzw. 80 Impulse (120 J/ml und 240 J/ml Gesamtenergie), stieg die Inaktivierung der Biofilme auf etwa 2 log-Stufen. Zur Ermittlung der Inaktivierungsraten wurde die Epifluoreszenzdiagnostik unter Verwendung der Markierungsfarbstoffe CTC und DAPI eingesetzt. CTC zeigt die Atmungsaktivität der Zelle an, während DAPI die DNA der Zelle markiert.

Untersuchung zur Keimreduktion von flüssigen Medien durch kombinatorische Verfahren von Elektroimpulsbehandlung und Erwärmung auf 50°C. Hierfür wurde ein Experimentierstand aufgebaut mit dem zugleich Elektroimpulse und Wärmeimpulse (Erwärmung in 3 Minuten auf 50 °C) in kommerzielle Behand-lungsküvetten (Hersteller, BTX) eingekoppelt werden konnten. Die Behandlung von Hefesuspensionen bei Zimmertemperatur mit 25 Rechteckimpulsen, 80 kV/cm und 600 ns Impulszeit (120 J/ml) erzeugte eine Inaktivierung von 2,6 log-Stufen. Die Erwärmung auf 50°C für 2 Minuten alleine (konstante Tempe-ratur) bewirkte keine Inaktivierung. Elektroimpulsbehandlung mit 15 Impulsen, von 80 kV/cm und 600 ns Impulszeit bei Erwär-mung auf 50°C für 2 Minuten bewirkte eine Inaktivierung von 4,3 log-Stufen. Die Behandlung mit gleicher Energie in Form von Elektroimpulsen, erzielte eine Inaktivierung von 3,2 log-Stufen; eine log-Stufe geringer als beim kombinatorischen Verfahren. Damit konnte gezeigt werden, dass es einen Synergieeffekt bei der thermo-elektrischen Behandlung gibt. Zu prüfen ist weiter-hin, ob die Kombination von Chlorierung und Elektroimpuls-behandlung bei gleicher Inaktivierung eine Reduktion der Chlor-Konzentration ermöglicht.

Unterwasserkoronaentladungen. Der Einsatz von Unterwasser-koronaentladungen ist eine Möglichkeit zur Steigerung der Effizienz bei der Keimabtötung. Unterwasserkoronaentladungen sind durch hohe elektrische Feldstärken an der Streamerspitze, Druckimpulse, intensive UV-Strahlung und die Erzeugung von Oxidantien wie OH-Radikale, H2O2, O3, etc. gekennzeichnet. Es wird erwartet, dass die kombinatorische Wirkung dieser Effekte zu einer effizienteren Abtötung von Mikroorganismen führt.

Für die Entkeimung von Abwässern sind große Durchsätze erforderlich. Wir haben daher damit begonnen, einen skalier-baren Reaktor mit beschichteter Keramikanode zu untersuchen, in dem Streamerentladungen großvolumig erzeugt werden können. Für detaillierte Untersuchungen der Eigenschaften gepulster Koronaentladungen in Wasser wurden außerdem ein

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Hochspannungsimpulsgenerator und eine Entladungskammer in Spitze-Platte-Geometrie aufgebaut. Die Hochspannungsimpulse werden durch Entladung eines Kondensators mittels einer getriggerten Funkenstrecke erzeugt. Die Amplituden liegen im Bereich 17-22 kV, die Zeitkonstante bei etwa 10µs. Die Entlade-kammer besitzt vier Quarzglasfenster optischer Qualität die es ermöglichen, die Entladung sowohl mit Emissions- (Abbildung des Eigenleuchtens, Spektroskopie) als auch mit Trans-missions-Methoden (Schatten- und Schlierenfotografie, Mach-Zehnder-Interferometrie) in zwei orthogonalen Richtungen senkrecht zur Achse der Anordnung zu untersuchen. Dazu werden zwei hochauflösende Bildverstärker-Kameras mit einer kürzesten Belichtungszeit von 3 ns bzw. eine Framing-Kamera sowie für Beleuchtungszwecke ein gepulster 100-W-Nd:YAG-Laser bzw. ein Blitzlichtgerät eingesetzt.

Es zeigt sich, dass sich in Wasser trotz seiner Leitfähigkeit und der polaren Struktur der Moleküle zunächst ein „primärer Streamer“ (PS) ausbildet, wie er von Untersuchungen an Transformatorölen (nicht-polar, sehr hoher Widerstand) her bekannt ist: Von einem Fußpunkt an der Anode breiten sich verästelte Filamente aus, deren Spitzen eine Halbkugel mit Radien bis zu 400 µm aufspannen, bevor sich ein an der Peripherie verzweigender „sekundärer Streamer“ ausbildet (vergl. Abb.). Die Lichtemission des primären Streamers ist sehr schwach, so dass sie nur in den Hauptästen nachgewiesen werden kann. Sie scheint auf einer ns-Zeitskala zu oszillieren.

Primärer Streamer (dunkle Filamente in linker Bildhälfte) und sekundärer Streamer ~25ns nach Beginn des Stromanstiegs (Schattenaufnahme mit 3ns Belichtungszeit).

Aus Mach-Zehnder-Interferogrammen folgt, dass durch den Primärstreamer Druckwellen mit Amplituden von etwa 100 bar und Anstiegszeiten von ~20ns erzeugt werden. Messbare Ströme von 1-2 A treten erst während des Aufbaus des sekundären Streamers auf. Dieser besteht aus zahlreichen kurzlebigen Entladungskanälen, die nur während einiger 10 ns Strom tragen und danach kollabieren, sowie aus einigen wenigen (1-3) langlebigen Entladungskanälen (µs-Zeitskala), deren Durchmesser auf bis zu 0,5 mm anwachsen können. Diese Kanäle kollabieren erst nach ~200µs in völlig unregelmäßiger Weise. Sekundäre Streamer erzeugen Druckwellen mit Amplituden von ~1 kbar und ~1µs Dauer.

Für spektroskopische Untersuchungen wurden die Streamer als „beleuchtete Spalte“ aufgefasst und über ein Beugungsgitter direkt in die Bildverstärker-Kamera abgebildet. Gegenüber der konventionellen Methode – Abbildung der Quelle auf den Eingangsschlitz eines Spektrometers – gewinnt man dadurch nicht nur an Intensität sondern behält auch die Information über den Ort bei. So konnte erstmals aus der Stark-Verbreiterung der Wasserstofflinien die Elektronenkonzentration entlang eines Streamers mit einer räumlichen Auflösung von ~50µm und einer zeitlichen Auflösung von 20 ns bestimmt werden. Sie beträgt 2×1018 cm-3 entlang des Streamers und erreicht 1,5×1019 cm-3 an seiner Spitze.

Echtzeitmessung des Membranpotentials von biologischen Zellen in ns-gepulsten elektrischen Feldern

Die primäre Ursache für die elektrisch induzierte Bildung von Poren in Zellmembranen ist deren Aufladung. Zur Dynamik des Aufladevorgangs im Nanosekundenbereich gab es bislang keinerlei experimentelle Untersuchungen. Simulationsrech-nungen auf der Basis elektrischer Zell- und Membranmodelle führten auf maximale Transmembranspannungen von 2-3 V oder gar 10 V bei extern angelegten Impulsen mit Feldstärken bis zu 200 kV/cm. Bei derart hohen Feldstärken und Impulsdauern von 10 ns wurde von amerikanischen Kollegen die Auslösung des natürlichen Zelltods (Apoptose) ohne Poration der äußeren Membran nachgewiesen. Als Ursache derartiger Kurzpulseffekte wird die Aufladung von Membranen von Zellorganellen gesehen, noch bevor sich Poren in der äußeren Membran bilden können.

Zur Klärung dieser Arbeitshypothesen wurde im Rahmen eines Forschungsaufenthalts an der Old Dominion University in Norfolk, Virginia ein gepulstes Laser-Fluoreszenz-Mikroskop mit einer zeitlichen Auflösung im Nanosekundenbereich aufgebaut.

DelayGenerator

DelayGenerator

Photo-diode

BildverstärkerKamera

Puls-energie

FOC

FM dichroischerSpiegel

Emissions-filter

Invertiertes Mikroskop IX71

Anregungs-filter

100µ-gap

50 Blumlein ImpulsleitungΩ

Nd:YAG /Farbstofflaser

MOSFETSchalter

Aufbau des gepulsten Laser-Fluoreszenz-Mikroskops.

Der 5 ns lange Ausgangsimpuls eines Nd:YAG gepumpten Farbstofflasers (440 nm Wellenlänge) wird per Lichtwellenleiter in ein invertiertes Fluoreszenzmikroskop eingekoppelt. Die Zellen, deren Membranen zuvor mit einem schnellen feldsen-sitiven Fluoreszenzfarbstoff (ANNINE-6) gefärbt wurden, befin-den sich in einer Mikroelektrodenanordnung mit 100 µm Elek-trodenabstand direkt auf dem Mikroskoptisch. Als Impulsspan-nungsquelle dient eine halbleitergeschaltete Blumleinimpuls-leitung. Das emittierte Fluoreszenzlicht, von den gefärbten Zellmembranen ausgehend, wird mit einer Bildverstärkerkamera aufgenommen.

Ausgewertet wird die relative Änderung der Fluoreszenz-intensität vor und während des elektrischen Feldimpulses.

Relative Abnahme der Fluoreszenzintensität zu unterschied-lichen Zeitpunkten während eines 60 ns, 100kV/cm Feldimpulses.

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Die minimal festgestellte Intensität bei t = 25 ns beträgt 35% der Ausgangsintensität, was nach derzeitigem Stand der Kalibrier-arbeiten einem Transmembranpotential von 800 mV entspricht. Danach ist ein leichter Rückgang der Membranspannung zu erkennen, was auf die einsetzende Porenbildung zurück-zuführen ist. Nach dem Ende des Feldimpulses entlädt sich die Membran mit einer Zeitkonstante von etwa 20 ns.

Diese Technik soll im kommenden Jahr zur Untersuchung der Aufladung von Zellgeweben vor dem Hintergrund einer Ertragsteigerung bei der Gewinnung von Zellinhaltstoffen eingesetzt werden.

Zellaufschluss

Ziel dieser Arbeiten ist die Erhöhung der Ausbeute an Nähr– und Rohstoffen aus pflanzlichen Zellen mit Hilfe gepulster elektrischer Felder. Um die in einer biologischen Zelle akkumulierten Rohstoffe oder Nahrungsmittel gewinnen zu können, muss die Zellmembran und meist auch noch die Membran von Organellen, die im Inneren der Zelle als Speicher dienen, geöffnet werden. Dies kann effektiv mit Hilfe starker gepulster elektrischer Felder durch Elektroporation erfolgen.

Der Aufschluss großer Mengen von Zuckerrüben durch Elektroporation ist das Ziel einer Zusammenarbeit zwischen dem Forschungszentrum Karlsruhe und der SÜDZUCKER AG in Mannheim. Das vom BMBF und BMWi geförderte Projekt hat das Potential die Zuckergewinnung zu vereinfachen und dadurch die Produktionskosten zu senken.

Erfahrungen, die in den Kampagnen 2003/2004 mit dem Funk-tionsmuster KEA-ZAR auf dem Gelände der SÜDZUCKER AG in Offstein gewonnen wurden, hatten gezeigt, dass die Feld-homogenität in dem Trommelreaktor der KEA-ZAR nicht aus-reichte, um eine vollständige Elektroporation aller Rübenzellen zu gewährleisten. Daher wurde ein neues Funktionsmuster II entworfen, dass in die Zuckerfabrik integriert werden und einen Rübenteilstrom von 1/10 des Fabrikdurchsatzes (1500 t/Tag) in der Kampagne 2005 kontinuierlich bearbeiten soll.

Das Konzept basiert auf einem rechteckförmigen Elektropora-tionsreaktor mit segmentierten Elektroden, die von 4 Marxgene-ratoren synchron angesteuert werden. Zudem werden die Marx-generatoren bipolar betrieben, was einer Potentialverschlep-pung in und gegen die Transportrichtung der Rüben entgegen-wirkt und auch verringerte Isolationsabstände zu den Gehäuse-wänden und damit eine kompaktere Bauweise ermöglicht. Diese Elektrodenanordnung führt auch zu einer homogenen Feldver-teilung im Reaktor. Zur Synchronisation der Generatoren wurde eine neuartige verschleißarme Überspannungstriggereinrichtung entwickelt. Für einen im kommenden Jahr geplanten Langzeit-versuch für die Marx-Generatoren mit Überspannungstriggerein-richtung wurde ein Dauerversuchsteststand neu erstellt. Ziel ist es, die Lebensdauer aller kritischen Komponenten auf mehr als 2 108 Impulse zu erhöhen.

Neben der Komponentenentwicklung wurden im Berichtszeit-raum Grundlagenuntersuchungen zur Prozessoptimierung fortgeführt. Ursprünglich war von der SÜDZUCKER AG gefor-dert worden, die Elektroporation von Rübenzellen bis hinab zu Temperaturen um 0°C durchführen zu können. Untersuchungen der Abhängigkeit des Aufschlussgrads von der Temperatur und der Feldstärke zeigten jedoch, dass bei Temperaturen um 0°C sehr hohe Feldstärken für den vollständigen Zellaufschluss erforderlich sind. Daher erscheint es energetisch günstiger die Rüben auf einige Grad vorzuwärmen.

Die Dynamik des Aufschlusses von Zellgewebe mittels Elektroporation wird durch die Zeitkonstanten für die Wiederverfestigung der Membran und die Diffusion des Zellplasmas im Gewebe bestimmt. Einfache zweidimensionale

Modelle der Elektroporation von Zellgewebe sagen vorher, dass der Aufschluss nur dann effektiv und vollständig verläuft, wenn der Pulsabstand größer als die Relaxationszeiten für diese Prozesse wird. Um diese Vorhersagen für pflanzliches Gewebe zu prüfen, wurde als zweidimensionales Modell die Zwiebelhaut experimentell untersucht. Dazu wurde die Zwiebelhaut (Rote Zwiebel, lat. Allium cepa) mit Neutral Red, einem pH sensitiven Farbstoff gefärbt und mit Elektroimpulsen behandelt. Die Versuche wurden mit einer für mikroskopische Versuche geeigneten Mikroelektrodenanordnung bei Feldstärken von 0,1-1,0 kV/cm und Impulsdauern von 1µs-1ms durchgeführt.

Aufnahmen der Zwiebelhaut, vor und nach der Behandlung mit 25 Impulsen von 1,0 kV/cm und 1 µs Impulszeit zeigen, dass bei Pulsraten von 20 Hz eine geringere Anzahl von Zellen elektroporiert wird als bei Pulsraten von 1 Hz. Im Bild unterscheiden sich die aufgeschlossenen Zellen (und Vakuolen) von den intakten durch ihre hellere Färbung, die durch die Entfärbung des Farbstoffes beim Austritt aus dem Milieu der Vakuole (pH <6) in das Milieu des Außenraums (pH 7,8) zustande kommt. Es ist geplant diese Untersuchungen an dreidimensionalen Geweben fortzuführen.

Elektroporiertes zweidimensionales Zwiebelhautzellgewebe: Je 25 Impulse mit unterschiedlichen Impulsabständen.

Potentiallinienverteilung in dem neuen Elektroporationsreaktor des geplanten Funktionsmusters II.

Überspannungstriggereinrichtung, eingebaut in den Marx-Generator des Dauerversuchteststands.

20 Hz 1 Hz

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Untersuchungen zum Zellaufschluss mittels Elektroporation wurden im Berichtszeitraum auch an Beeren- und Obstmaischen mit der mobilen Anlage KEA-Wein fortgeführt. Die bereits in der letzten Kampagne gezeigten Prozessvorteile bei der Behandlung von Weintrauben mit gepulsten elektrischen Feldern konnten bestätigt werden. Zusätzlich wurden Obst- und Beerenmaischen behandelt. Dabei konnte die Saftausbeute zum Teil erheblich gesteigert werden. Für Apfelsaft ergab sich eine Steigerung um 15%.

Verbesserung der Eigenschaften von Werkstoffoberflächen mit GESA: Arbeiten zu ASTERIXE und zum Verschleiß von Maschinenteilen

Eigenspannungen sind bei schnellen Abkühlvorgängen, wie sie bei der GESA-Behandlung von Werkstoffoberflächen auftreten, von großer Bedeutung für die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe.

0 1 2 3 4 5 6 7 80

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Eigenspannung GESA

Eigenspannung GESA+ Wärmebehandlung

Härte GESA

Härte GESA+ Wärmebehandlung

Eigenspannung und Härte von Stählen jeweils nach GESA-Umschmelzung und anschließender Temperung.

Messungen mit dem Röntgendiffraktometer zeigen abhängig vom Substrat große Zugeigenspannungen (> 2000 MPa). Diese können während des Abkühlens zu Rissen führen und dadurch die zulässige Belastungshöhe reduzieren. Durch gezielte Temperung der Werkstoffe bei 300 °C nach der GESA-Umschmelzung können die Eigenspannungen auf Werte kleiner 300 MPa verringert werden, wobei die Härte nur um ca. 20 % reduziert wird (s. Abb.). Zukünftig soll untersucht werden, ob durch Kombination unterschiedlicher GESA-Behandlungen und Temperungen eine Reduzierung der Zugeigenspannungen unter Beibehaltung der geänderten Materialeigenschaften erreicht werden kann.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120.00

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Zahnrad

einsatzgehärtet mit GESA einsatzgehärtet ohne GESA

Änderung der Zahnweite beim zweiten Testlauf(Belastung 8000 Nm)

Änderung der Zahnweite von einsatzgehärteten Zahnrädern mit und ohne GESA-Umschmelzung nach einem Testlauf bei 8000 Nm und 160 h Dauer.

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Produktionstechnik der Universität Karlsruhe wurde das Härten von Getriebezahnrädern zur Steigerung der Verschleißfestigkeit untersucht. Dazu wurde ein Getriebeteststand, der das gleichzeitige Testen unter-schiedlich behandelter Zahnräder unter gleichen Bedingungen erlaubt, aufgebaut. Zahnräder aus 16MnCr5 wurden mit der GESA 1 und 2 umgeschmolzen und bis auf 1600 Hv Vickers gehärtet. Durch GESA – Umschmelzung einsatzgehärteter Zahnräder wurde deren Verschleiß, ermittelt durch Messung der Gewichts – und Zahnweitenänderung vor und nach dem Test-lauf, um einen Faktor 6 bis 8 reduziert (s. Abb.).

- Im Rahmen des im Januar 2004 gestarteten EU–Projektes ASTERIXE (Advanced Surface Technology for Extended Resistance in eXtreme Environment) wurden unterschiedliche, dort definierte Aufgaben ausgeführt. In Zusammenarbeit mit industriellen Anwendern wurden unter deren Vorgabe Schichtsysteme entwickelt. Hoch Z - Elemente wie Wolfram sollen in Ti, Al und Stahl einlegiert werden, um die Anbindung von Wolframschichten zu verbessern. Erste Legierungsversuche von W in Titan zeigen, dass dies mit der GESA erreichbar ist (s. Abb.). Die helleren Bereiche sind wolframreiche Phasen (WX ist der Anteil an Wolfram in at%). Bei einer mit dem Elektronen-strahlimpuls von GESA durchgeführten Wärmebehandlung keramischer Schichten zu deren Verdichtung, wurde in ersten Versuchen eine Änderungen der Morphologie beobachtet, was üblicherweise ein Hinweis auf eine erfolgte Sinterung darstellt. Detailliertere Untersuchungen zur Behandlung keramischer Schichten sollen im nächsten Jahr durchgeführt werden.

Oberfläche eines Titan-Substrates nach dem Einlegieren von Wolfram. Hellere Bereiche sind wolframreich.

- Grundlagenuntersuchungen zum besseren Verständnis des Transports intensiver Elektronenstrahlen im Vakuum, der Homogenität dieser Strahlen bezüglich der Stromdichte und ihre Wechselwirkung mit Materialien sind Gegenstand fortlaufender Untersuchungen. Zur Optimierung des Strahlprofils für einen homogeneren Energieeintrag wurden unterschiedlich geformte Gitter untersucht. Zu Beginn der Strahlentstehung konnte dadurch zwar eine Homogenisierung des Profils erreicht werden. Im weiteren Verlauf glichen sich die Profile jedoch durch den Einfluss reflektierter Targetionen immer mehr an, so dass integral keine Änderung feststellbar war.

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Industrielle Mikrowellentechnik

Mit der EADS, Ottobrunn, wurden die Arbeiten an einem um-fassenden CFK-Proben- und Qualifizierungsprogramm, das mit dem Mikrowellensystem HEPHAISTOS-CA1 in einem standar-disierten Prozess umgesetzt wurde, beendet. Es wurde ein Querschnitt von verschiedenen Materialparametern, wie DMA (Dynamo Mechancial Analysis), DSC (Differential Scanning Calorimetry), Ultraschall, Interlaminare Scherfestigkeit (ILS), Bruchfestigkeit, Compression after Impact (CAI), E-Modul für einen Vergleich konventioneller und Mikrowellen basierter Prozesstechnologie erstellt. Als Vergleichssysteme wurden ein thermischer Umluftofen (EADS) sowie ein Autoklav (Institut für Flugzeugbau, Universität Stuttgart, IFB), die alle bei identischen Prozessdefinitionen arbeiteten, verwendet. Die Materialunter-suchungen wurden unabhängig bei der EADS sowie im IFB vorgenommen. Als ein wesentliches und durchgehendes Untersuchungsergebnis zeigte sich, dass sämtliche mit Mikro-wellen prozessierte CFK-Proben reproduzierbar mindestens gleichwertige, bei vielen Parametern (z.B. interlaminare Scherfestigkeit und maximale Bruchkraft) deutlich verbesserte Materialeigenschaften aufweisen.

Zusammen mit dem Institut für Technologiefolgen-Abschätzung ITAS wurden systemanalytische Arbeiten für die Herstellung von mit Mikrowellen prozessierten Bauteilen aus CFK begleitend zu dem Probenprogramm der EADS durchgeführt. Ein technologischer Vergleich der gesamten Prozesskette ist derzeit allerdings noch nicht möglich, da im gegenwärtigen Entwicklungsstadium nur physikalische Einzelparameter der verschiedenen Systeme erfasst und zueinander in eine Beziehung gesetzt werden können. Auch Abschätzungen zur Kosteneinsparung im Vergleich zu konventionellen Prozessen, wie sie heute schon an verschiedenen Standorten z.B. bei Airbus Stand der Technik sind, ist aufgrund der geringen Verfügbarkeit von relevanten Daten aus den Unternehmen selber derzeit nicht aussagekräftig möglich. Die dafür notwendigen Vergleichsverfahren werden zur Zeit ausgearbeitet. Im Wesentlichen sind folgende Parameter in ihren Gewichtungen zu klären:

Energie • Abschätzung des Energieverbrauchs für die betrachteten

Verfahren • Untersuchungen zur Optimierung des Energieverbrauchs • Energieverbrauch bei der Mikrowelle im gesamten System-

Lebenszyklus Prozessparameter • Prozessdauer • Qualität der Produkte • Automatisierungsmöglichkeiten beim Einsatz der Mikrowelle • Flexibilität Untersuchung von Einsatzfeldern der Mikrowelle • Herstellung von Bauteilen aus CFK • Andere Einsatzfelder • Integration in vorhandene Strukturen • Identifikation von fördernden und hemmenden Faktoren bei

der Einführung der Mikrowelle Der mit dem HEPHAISTOS-CA1 entwickelte und nachgewie-sene Technologiekern weist hohe Anwendungspotenziale auf, die unmittelbar für verschiedene Anwender von direktem Inter-esse auf Drittmittelbasis sind (Abb.). Für das nächste Jahr wird ein Arbeitsschwerpunkt Mikrowellen-Komposittechnologie zusammen mit dem IFB gebildet. Es handelt sich dabei um die Themenbereiche: Verbundwerkstoffe, Polymere, Faser und Biostrukturen, Pultrusion, Sandwich-Strukuren sowie Schäume.

In einem Metallwerkzeug mit dem HEPHAISTOS-CA1 gefertigte CFK-Struktur.

Technologie Transfer Projekt: HEPHAISTOS-Serie

Im April dieses Jahres wurde auf der Hannover-Messe ein Modell der zu diesem Zeitpunkt geplanten HEPHAISTOS-CA2 Anlage, sowie verschiedene komplexe Bauteile (siehe Abb.), die eigens zuvor mit dem Prototyp-System HEPHAISTOS-CA1 (IHM) für die Messe zur Präsentation gefertigt worden waren, vorgestellt.

Zusammen mit der Firma Vötsch, Reiskirchen wurde im August des Jahres ein Kooperationsvertrag unterzeichnet, bei dem das Institut für Flugzeugbau (IFB) der Universität Stuttgart ein weite-rer Partner ist. Ein neues Prototyp-Grosssystem HEPHAISTOS-CA2 wurde darin gegenständlich konzipiert und von der Firma Vötsch am 16. Dezember 2004 an das Forschungszentrum Karlsruhe ausgeliefert. Dieses System wird im Laufe des Jahres 2005 mit einzelnen Komponenten, die alle am IHM entwickelt und gefertigt werden, bestückt.

Mehrere Teststände wurden dabei aufgebaut um am IHM ent-wickelte Wellenleiter und Netzteile unter industriellen Bedingun-gen optimieren zu können. Für die vorliegenden Netzteile wird ein Nachweis im Dauerbetrieb von mindestens 1000 absolvier-ten Betriebsstunden angestrebt. Die Netzteile werden dabei laufend von einer Thermokamera überwacht, um etwaige Ermü-dungserscheinungen und fehlerhafte Bauteile frühzeitig erkennen zu können.

Vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF, Projektträger Umweltforschung und -technik: "Innovationen als Schlüssel für Nachhaltigkeit in der Wirtschaft") wird ein Antrag auf Förderung des Vorhabens "Fertigung von Faserverbund-strukturen mit modularen Mikrowellenhärtungsanlagen" mit großer Sicherheit im Laufe des nächsten Jahres genehmigt werden. Die Leitung dieses Projektes liegt dabei beim FZK/IHM. Die Projektlaufzeit soll 4 Jahre betragen und ein Gesamtbudget von 4.800 TEUR (1.200 TEUR / Jahr) aufweisen.

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Ein weiterer Kooperationsvertrag wurde mit dem Institut für Polymer Forschung (IPF) in Dresden geschlossen, der im Dezember unterzeichnet wurde. Es ist beabsichtigt, weitere Anwendungsgebiete der Mikrowellen Prozesstechnik im Zuge der HEPHAISTOS-Technologieentwicklung und Kunststoff-technik zu erschließen.

Management von Baustoffen und Bauwerken

Baustoffrecycling und Abreinigung

Ziel der Arbeiten beim Recycling des nicht kontaminierten Verbundwerkstoffs Beton unter dem Aspekt der Schonung natürlicher Ressourcen und der CO2-Einsparung ist dessen möglichst sortenreine Trennung in die Zuschlagstoffe Sand/Kies und den Zementstein. Für kontaminierten Beton ist weiteres wesentliches Arbeitsziel die Anreicherung der Schadstoffe im Zementstein bzw. die Abreinigung der Zuschlagstoffe, was eine Reduktion der Deponiekosten bzw. die Vermarktung der abgereinigten Zuschlagstoffe ermöglicht. Mit diesen beiden Zielsetzungen wurden im vergangenen Jahr die experimentellen Arbeiten zur Aufarbeitung von Betonbruch mittels der FRANKA-Technik fortgesetzt.

In 2003 konnten an den Anlagen FRANKA-0 und FRANKA-Stein Entladungs- und Prozessparameter bestimmt werden, die eine Aufarbeitung von Beton entsprechend den o.a. Zielsetzungen versprachen: die eingesetzte elektrische Energie wird bei der Behandlung mittels 'schwacher' HV-Pulse im wesentlichen nur zum Abreinigen der Kiesfraktion vom Zementstein verwendet bzw. das Zertrümmern der Zuschlagstoffe wird weitgehend vermieden. Allerdings bewirken diese 'schwachen' HV Pulse nicht mehr die für die Abreinigung erforderliche Durchmischung des Materials in der Reaktionszone. Demnach muss eine Anlage mit einem signifikantem Massedurchsatz (einige t/h) sowohl die geforderte Qualität der Hochspannungspulse als auch Hilfseinrichtungen für einen stetigen Materialtransports unter Wasser aufweisen. Entsprechend diesen beiden grund-sätzlichen Forderungen wurde Ende 2003 das völlig neue Konzept einer Matrixanlage entwickelt, das in 2004 erprobt werden sollte. Hierzu wurde im IHM -in Kooperation mit dem Industriepartner Ammann- die Anlage FRANKA-5 entwickelt, aufgebaut und erprobt. An FRANKA-5 wird der abzureinigende Betonbruch mittels einer Vibrosiebrinne unter Wasser durch insgesamt 5 HV Funkenstrecken, die entsprechend 'schwache' Pulse erzeugen, behandelt. Die bisher vorliegenden ersten Ergebnissen bestätigen die Richtigkeit des neuen Konzepts: die Abreinigung von Betonbruch entsprechend den industriellen Anforderungen hinsichtlich Qualität und Wirtschaftlichkeit scheint erreichbar, Optimierungsversuche an der FRANKA-5 Anlage mit dieser Zielsetzung sollen in 2005 fortgesetzt werden. Bereits jetzt ist der Bau und die Erprobung einer Pilotanlage unter industriellen Bedingungen vorgesehen, mit der eine sortenreine Trennung des Betons, die Anreicherung der Schadstoffe in der Feinfraktion sowie die Trennung des Bindemittels im Asphalt von der Kiesfraktion bei einem Materialdurchsatz von etwa 2t/h erreicht werden soll. Durch Parallelbetrieb mehrerer dieser Einheiten soll dann im nächsten Schritt die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens bei geplanten Massedurchsätzen bis zu 10t/h erreicht werden.

Abtragen und Bohren

Wegen der ausstehenden Vertragsverhandlungen der beteiligten Industriepartner können die Untersuchungen zur Erhöhung der Abtragraten insbesondere an Beton und an unterschiedlichen Felsgesteinen (Marmor, Granit) erst in 2005 fortgesetzt werden.

Beteiligte Mitarbeiter:

Dr. J. Akhtar, DP W. An, Dr. K. Baumung, Prof. Dr. H. Bluhm, R. Bohrmann, Dr. P. Brenner, H. Brüsemeister, DI L. Buth, Dr. V. Engelko (Gastwissenschaftler), Dr. L. Feher, Dr. W. Frey, DP H. Giese, DI S. Gupta, Dr. C. Gusbeth, Dr. P. Hoppé, DI F. Lang, K. Leber, DI H. Massier (bis 31.03.), E. Menesklou, Dr. G. Müller, Dr. H. Muscher, V. Neubert, V. Nuss, Dr. M. Paulson (Uni Karlsruhe bis 11.06.2004), Dr. M. Sack, T. Seitz, DI J. Singer, KD. Schorb, Dr. C. Schultheiß (bis 30.11.), DI R. Sträßner, Dr. D. Strauß (bis 30.04.), DI S. Stanculovic (Uni Karlsruhe), Dr. A. Weisenburger, A. Wolf, R. Wüstner, H. Zimmermann

Programm NANO

Nanoskalige Schichtsysteme und Oberflächen

Mikrowellentechnik zur Erzeugung nanokristalliner Werkstoffe

In Zusammenarbeit mit der Abteilung Nanomineralogie des ITC-WGT wurden die Untersuchung zur Dehydroxylierung von Kaolin zu Metakaolin fortgesetzt. Unter Mikrowellenbehandlung ist eine deutliche Beschleunigung der Umwandlung in Metakaolin festzustellen, was auf die mikrowellenspezifische selektive Absorption durch die Hyroxylgruppen in den Zwischenschichten zurückgeführt wird. So war nach einer Millimeterwellenerwärmung (Mikrowellen bei 30 GHz) des Kaolin auf 600 °C und einer anschließenden Temperierung über 7 Minuten die für Kaolin typischen Röntgenreflexe vollständig verschwunden, d.h. Kaolin hat sich vollständig in Metakaolin umgewandelt. Mit konventioneller Erwärmung im Laborofen waren selbst nach 60 Minuten bei 600 °C noch deutliche Röntgenreflexe zu sehen.

Darüber hinaus wurde das Potential zur Einlagerung von Li-Ionen in Bentoniten untersucht, um die existierenden für manche Anwendungen unerwünschten Schichtladungen zu reduzieren. Dazu wurden neben den Li-Ionen Konzentrationen auch die Prozessparameter sowohl für den konventionellen Prozess als auch für den Mikrowellenprozess systematisch variiert und der Umfang der erreichten Ladungsneutralisation durch die Bestimmung der Kationenaustauschkapazität bestimmt. Auch hier zeigte sich eine durch Mikrowellen deutlich beschleunigte Reaktion, d.h. unter dem Einfluss der Mikrowellenstrahlung läuft die Einlagerung der Li-Ionen in die Al2O3-Oktaederlücken schneller oder bei niedrigeren Temperaturen ab.

In Zusammenarbeit mit dem IMF3 wurden Untersuchungen zum Sintern von Dickschichten aus elektrisch steuerbaren, kerami-schen Dielektrika begonnen. Dickschichten aus nanoskaligem Barium-Strontium-Titanat (BST) auf Aluminiumoxidsubstraten wurden mit Millimeterwellen gesintert, mit dem Ziel, möglichst dichte BST Dickschichten mit gleichzeitig feinskaliger Mikro-struktur herzustellen. Mit Proben aus zwei unterschiedlichen Pulverqualitäten (undotiertes Pulver und mit 0,1gew.% Fe dotiertes BST-Pulver) wurden die Prozessparameter zum Sintern mit der 30 GHz Gyrotronanlage systematisch variiert.

Aufgrund der bei der Dickschichttechnik eingeschränkten Füll-grade für die Dickschichtpasten zeichnen sich die so her-gestellten Dickschichten durch eine geringe Gründichte aus. Der anschließende Sinterprozess wird dadurch erheblich erschwert, so dass die Dickschichten nach konventionellem Sintern eine Restporosität von 20 bis 30 % aufweisen, wie in der folgenden Abb. zu erkennen ist. Die nächste Abb. zeigt, dass die mit Millimeterwellen gesinterte BST Dickschicht hingegen deutlich stärker gesintert ist.

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SEM einer bei 1200 °C, 60 Min. konventionell gesinterten BST-Dickschicht.

SEM einer bei 1200 °C, 20 Min. mit Millimeterwellen gesinterten BST-Dickschicht.

Außerdem wurden mit dem Lehrstuhl für Pulvertechnologie von Glas und Keramik, der Universität in Saarbrücken systematische Untersuchungen zum Millimeterwellensintern von unter-schiedlich dotierten Proben aus ZrO2 mit dem Ziel durchgeführt, möglichst hohe Dichte bei gleichzeitig geringem Kornwachstum zu erzielen. Die Grünkörper wurden durch elektrophoretische Abscheidung von nanoskaligen Keramikpulvern hergestellt. In der folgenden Abb. sind Ergebnisse zusammengefasst, die mit 8 mol% Y2O3 dotiertem tetragonalem ZrO2 der Firma Nanostructured and Amorphous Materials, USA, erzielt wurden. Es zeigt, dass sich durch Millimeterwellensintern höhere Dichten bei gleichzeitig feinskaligerem Mikrogefüge herstellen lassen.

94 95 96 97 98 99 100

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30 GHz 50°C/min konv. 10°C/min

Vergleich der mittleren Korngrößen in Abhängigkeit der rel. Dichte für 8 mol% Y2O3 stabilisiertem ZrO2 nach konven-tionellem Sintern und Sintern mit Millimeterwellen.

Beteiligte Mitarbeiter:

H. Baumgärtner, S. Gaukel, H.-R. Kunkel, Dr. G. Link, Dr. R. Rozental (Gastwissenschaftler), Dr. S. Takayama (Gastwissen-schaftler), Prof. M. Thumm. BST- Schicht

Al2O3- Substrat

BST- Schicht

Al2O3- Substrat

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Publikationsliste Programm Kernfusion:

Buch

KARTIKEYAN, M.V., BORIE, E.; THUMM, M. Gyrotrons: high power microwave and millimeter wave technology. Berlin [u.a.]: Springer, 2004 (Advanced Texts in Physics)

Publikationen in begutachteten Zeitschriften:

BAZYLEV, B.N.; KOZA, Y.; LANDMAN, I.S.; LINKE, J.; PESTCHANYI, S.E.; WÜRZ, H. Energy threshold of brittle destruction for carbon based materials. Proc. of the 10th Carbon Workshop, Jülich, Sept. 17-19, 2003 Physica Scripta, T111(2004) S. 213-17

DAMMERTZ, G.; BRAUNE, H.; ERCKMANN, V.; GANTEN-BEIN, G.; KASPAREK, W.; LAQUA, H.P.; LEONHARDT, W.; MICHEL, G.; MÜLLER, G.; NEFFE, G.; PIOSCZYK, B.; SCHMID, M.; THUMM, M. Progress in the 10 MW ECRH system for the stellarator W7-X. ICOPS 2003: 30th IEEE Int. Conf. on Plasma Science, Jeju, Korea, June 2-5, 2003 Book of Abstracts S. 381 IEEE Transactions on Plasma Science, 32(2004) S.144-51 DOI:10.1109/TPS.2004.823972

DUMBRAJS, O.; NUSINOVICH, G.S. Coaxial gyrotrons: past, present, and future (review). IEEE Transactions on Plasma Science, 32(2004) S.934-46 DOI:10.1109/TPS.2004.829976

DUMBRAJS, O.; ZAGINAYLOV, G.I. Ohmic losses in coaxial gyrotron cavities with corrugated insert. IEEE Transactions on Plasma Science, 32(2004) S.861-66 DOI:10.1109/TPS.2004.827591

DUMBRAJS, O.; IDEHARA, T.; WATANABE, S.; KIMURA, A.; SASAGAWA, H.; AGUSU, L.; MITSUDO, S.; PIOSCZYK, B. Reflections in gyrotrons with axial output. IEEE Transactions on Plasma Science, 32(2004) S.899-902 DOI:10.1109/TPS.2004.827596

DUMBRAJS, O.; NUSINOVICH, G.S.; PIOSCZYK, B. Reflections in gyrotrons with radial output: consequences for the ITER coaxial gyrotron. Physics of Plasmas, 11(2004) S.5423-29 DOI:10.1063/1.1810161

KAS'YANENKO, D.V.; LOUKSHA, O.I.; PIOSCZYK, B.; SOMINSKY, G.G.; THUMM, M. Low-frequency parasitic space-charge oscillations in the helical electron beam of a gyrotron. Radiophysics and Quantum Electronics, 47(2004) S.414-20

KOZA, Y.; AMOUROUX, S.; BAZYLEV, B.N.; BERTHE, E.; KUEHNLEIN, W.; LINKE, J.; PENKALLA, H.J.; SINGHEISER, L. Brittle destruction of carbon based materials. Proc.of the 10th Carbon Workshop, Jülich, Sept. 17-19, 2003 Physica Scripta, T111(2004) S.167-72

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Sonstige Publikationen, die in gedruckter Form vorliegen:

ARNOLD, A.; DAMMERTZ, G.; YANG, X.; KOPPENBURG, K.; THUMM, M.; WAGNER, D. Low power measurements on the output beam of a 140 GHz TE28,8 gyrotron. Displays and Vacuum Electronics: Proc. of the 10th Triennial ITG-Conf., Garmisch-Partenkirchen, May 3-4, 2004 Berlin [u.a.]: VDE Verl.GmbH, 2004 S. 379-84 (ITG-Fachbericht; 183). Incl. CD-ROM

ARNOLD, A.; DAMMERTZ, G.; THUMM, M. Performance measurements on high order gyrotron mode generators. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S. 671-72

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AVRAMIDES, K.A.; VOMVORIDIS, J.L.; PIOSCZYK, B.; IATROU, C.T. Second-harmonic operatioin of coaxial gyrotrons. Towards a proof-of-principle experiment. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S. 627-28

DAMMERTZ, G.; KOPPENBURG, K.; PIOSCZYK, B.; THUMM, M.; HEIDINGER, R. Gyrotronröhren und Millimeterwellentechnik für die Kernfusion. Nachrichten – Forschungszentrum Karlsruhe, 36(2004), S.30-35

DAMMERTZ, G.; ARNOLD, A.; MICHEL, G.; PRETTEREBNER, J.; THUMM, M.; WAGNER, D.; YANG, X. A high efficiency quasi-optical mode converter for a 140 GHz 1 MW-gyrotron. 5th IEEE Int. Vacuum Electronics Conf. (IVEC 2004), Monterey, Calif.; April 27-29, 2004 Piscataway, M.J.: IEEE Operations Center, 2004, S.36-37

DAMMERTZ, G.; ALBERTI, S.; ARNOLD, A.; BORIE, E.; ERCKMANN, V.; GANTENBEIN, G.; GIGUET, E.; HEIDINGER, R.; HOGGE, J.P.; ILLY, S.; KASPAREK, W.; KOPPENBURG, K.; KUNTZE, M.; LAQUA, H.; LECLOAREC, G.; LEGRAND, F.; LEGOFF, Y.; LEONHARDT, W.; LIEVIN, C.; MAGNE, R.; MICHEL, G.; MÜLLER, G.; NEFFE, G.; PIOSCZYK, B.; RZESNICKI, T.; SCHMID, M.; THUMM, M.; TRAN, M.Q. Development of multimegawatt gyrotrons for fusion plasma heating and current drive. 5th IEEE Int. Vacuum Electronics Conf. (IVEC 2004), Monterey, Calif.; April 27-29, 2004 Piscataway, M.J.: IEEE Operations Center, 2004, S.28-29

DAMMERTZ, G.; ALBERTI, S.; ARNOLD, A.; BORIE, E.; BRAND, P.; BRAUNE, H.; ERCKMANN, V.; GANTENBEIN, G.; GIGUET, E.; HEIDINGER, R.; HOGGE, J.P.; ILLY, S.; KASPAREK, W.; KOPPENBURG, K.; KUNTZE, M.; LAQUA, H.; LECLOAREC, G.; LEGRAND, F.; LEONHARDT, W.; LIEVIN, C.; MAGNE, R.; MICHEL, G.; MÜLLER, G.; NEFFE, G.; PIOSCZYK, B.; SCHMID, M.; THUMM, M.; TRAN, M.Q. Status of the 1 MW, CW gyrotrons for the stellarator W7-X. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.113-14

DAMMERTZ, G.; ARNOLD, A.; BORIE, E.; HEIDINGER, R.; ILLY, S.; KOPPENBURG, K.; KUNTZE, M.; LEONHARDT, W.; NEFFE, G.; PIOSCZYK, B.; SCHMID, M.; THUMM, M.; ALBERTI, S.; HOGGE, J.P.; TRAN, M.Q.; ERCKMANN, V.; LAQUA, H.P.; MICHEL,G.; GANTENBEIN,G.; KASPAREK; W.; MÜLLER, G.; SCHWÖRER, K.; GIGUET, E.; LECLOAREC, G.; LEGRAND, F.; LIEVIN, C.; MAGNE, R. The 140-GHz 1-MW gyrotron for the stellarator W7-X. Displays and Vacuum Electronics: Proc. of the 10th Triennial ITG-Conf., Garmisch-Partenkirchen, May 3-4, 2004 Berlin [u.a.]: VDE Verl.GmbH, 2004 S. 35-40 (ITG-Fachbericht; 183). Incl. CD-ROM

DANILOV, I.; HEIDINGER, R.; MEIER, A.; THUMM, M. Design and thermo-mechanical analysis of a double disk window for step-tuneable gyrotrons. Displays and Vacuum Electronics: Proc. of the 10th Triennial ITG-Conf., Garmisch-Partenkirchen, May 3-4, 2004 Berlin [u.a.]: VDE Verl.GmbH, 2004 S. 301-04 (ITG-Fachbericht; 183). Incl. CD-ROM

DENISOV, G.G.; SAMSONOV, S.V.; BRATMAN, V.L.; BOGDASHOV, A.A.; GLYAVIN, M.Yu.; LUCHININ, A.G.; LYGIN, V.K.; THUMM, M.K. Frequency-tunable CW gyro-BWO with a helically rippled operating waveguide. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S. 235-36

DUMBRAJS, O.; NUSINOVICH, G.S.; PIOSCZYK, B. Reflections in gyrotrons with radial output: consequences for the ITER coaxial gyrotron. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.187-88

ILLY, S.; PIOSCZYK, B.; DANILOV, I.; RAFF, S. Design studies of the collector sweeping system for the 2 MW 170 GHz coaxial gyrotron for ITER. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.231-32

ILLY, S.; PIOSCZYK, B.; RAFF, S. Numerical simulation of the single-stage depressed collector for the 2 MW, CW, 170 GHz coaxial cavity gyrotron. Displays and Vacuum Electronics: Proc. of the 10th Triennial ITG-Conf., Garmisch-Partenkirchen, May 3-4, 2004 Berlin [u.a.]: VDE Verl.GmbH, 2004 S.385-88 (ITG-Fachbericht; 183). Incl. CD-ROM

JIN, J.; PIOSCZYK, B.; MICHEL, G.; THUMM, M.; DRUMM, O.; RZESNICKI, T.; ZHANG, S.C. The design of a quasi-optical mode converter for a coaxial-cavity gyrotron. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.669-70

KARTIKEYAN, M.V.; PIOSCZYK, B.; THUMM, M. Feasibility of a 140 GHz, 3.0-3.5 MW, CW coaxial gyrotron with dual beam output. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.189-90

KASPAREK, W.; DAMMERTZ, G.; ERCKMANN, V.; GANTEN-BEIN, G.;GRÜNERT, M.; HOLLMANN, F.; JONITZ, L.; LAQUA, H.P.; MICHEL, G.; NOKE, F.; PLAUM, B.; PURPS, F.; SCHULTZ, T.; SCHWÖRER; K.; WEISSGERBER, M. First high-power tests of the 140 GHz, 10 MW CW transmission system for ECRH on the stellarator W7-X. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.223-24

KAS'YANENKO, D.; LOUKSHA, O.; PIOSCZYK, B.; SOMINSKI, G.; THUMM, M. Measurements of electron beam characteristics in the moderate-power 4-mm gyrotron. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.661-62

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KAS'YANENKO, D.V.; LOUKSHA, O.I.; SOMINSKI, G.G.; PIOSCZYK, B.; THUMM, M. Experimental investigation of electron energy spectra in collector region of moderate-power millimeter-wave gyrotron. Displays and Vacuum Electronics: Proc. of the 10th Triennial ITG-Conf., Garmisch-Partenkirchen, May 3-4, 2004 Berlin [u.a.]: VDE Verl.GmbH, 2004 S.81-86 (ITG-Fachbericht; 183). Incl. CD-ROM

KOPPENBURG, K.; ARNOLD, A.; BORIE, E.; DAMMERTZ, G.; DRUMM, O.; KARTIKEYAN, M.V., PIOSCZYK, B.; THUMM, M.; YANG, X. Design of a step-tunable 105-140 GHz, 1 MW gyrotron at FZK. Displays and Vacuum Electronics: Proc. of the 10th Triennial ITG-Conf., Garmisch-Partenkirchen, May 3-4, 2004 Berlin [u.a.]: VDE Verl.GmbH, 2004 S.55-60 (ITG-Fachbericht; 183). Incl. CD-ROM

LEUTERER, F.; GRÜNWALD, G.; MONACO, F.; MÜNICH, M.; RYTER, F.; SCHÜTZ, H.; WAGNER, D.; ZOHM, H.; FRANKE, T.; DAMMERTZ, G.; HEIDINGER, H.; KOPPENBURG, K.; THUMM, M.; KASPAREK, W.; GANTENBEIN, G.; DENISOV, G.G.; LITVAK, A.; ZAPEVALOV, V. Progress in the new ECRH system for ASDEX upgrade. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.219-20

MAGNE, R.; BOUQUEY, F.; CLARY, J.; DARBOS, C.; JUNG, M.; LAMBERT, R.; LENNHOLM, M.; ROUX, D.; ALBERTI, S.; HOGGE, J.P.; BARIOU, D.; LEGRAND, F.; LIEVIN, C.; ARNOLD, A.; THUMM, M. Improvement of the gyrotron TH 1506B for Tore Supra. 5th IEEE Int. Vacuum Electronics Conf.(IVEC 2004), Monterey, Calif., April 27-29, 2004 Piscataway, M.J.: IEEE Operations Center, 2004 S.32-33

OGAWA, I.; IDEHARA, T.; ITAKURA, Y.; HORI, T.; WAGNER, D.; THUMM, M. Conversion of gyrotron output into Gaussian beam and its application to plasma diagnostics. Displays and Vacuum Electronics: Proc. of the 10th Triennial ITG-Conf., Garmisch-Partenkirchen, May 3-4, 2004 Berlin [u.a.]: VDE Verl.GmbH, 2004 S.201-04 (ITG-Fachbericht; 183). Incl. CD-ROM

PIOSCZYK, B.; ARNOLD, A.; BUDIG, H.; DAMMERTZ,G.; ILLY, S.; JIN, J.; RZESNICKI, T.; THUMM, M.; DUMBRAJS, O.; MICHEL, G.; WAGNER, D. 2 MW, CW, 170 GHz coaxial cavity gyrotron. Displays and Vacuum Electronics: Proc. of the 10th Triennial ITG-Conf., Garmisch-Partenkirchen, May 3-4, 2004 Berlin [u.a.]: VDE Verl.GmbH, 2004 S.45-50 (ITG-Fachbericht; 183). Incl. CD-ROM

PIOSCZYK, B.; ARNOLD, A.; BORIE, E.; DAMMERTZ, G.; DUMBRAJS, O.; HEIDINGER, R.; ILLY, S.; JIN, J.; KOPPENBURG, K.; MICHEL, G.; RZESNICKI, T.; THUMM, M.; WAGNER, D.; YANG, X. Development of advanced high power gyrotrons for EC H&CD applications in fusion plasmas. 13th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating, Nizhny Novgorod, Russia, May 17-20, 2004

PIOSCZYK, B.; RZESNICKI, T.; ARNOLD, A.; BUDIG, H.; DAMMERTZ, G.; DUMBRAJS, O.; ILLY, S.; JIN, J.; KOPPENBURG, K.; LEONHARDT, W.; MICHEL, G.; Schmid, M.; THUMM, M.; YANG, X. Progress in the development of the 170 GHz coaxial cavity gyrotron.

Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.107-10

PRINZ, H.O. Aufbau eines breibandigen Echtzeit-Frequenzmesssystems für mm-Wellen Hochleistungsgyrotrons. Wissenschaftliche Berichte, FZKA-7020 (August 2004) Diplomarbeit, Universität Karlsruhe 2004

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TAKAHASHI, K.; ILLY, S.; HEIDINGER, R.; KASUGAI, A.; MINAMI, R.; SAKAMOTO, K.; IMAI, T.; THUMM, M. Recent results of ECH diamond window development. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.721-22

THUMM, M.; ARNOLD, A.; DAMMERTZ, G.; MICHEL, G.; WAGNER, D.; PRETTEREBNER, J. Advanced dimple-wall launcher for a 140 GHz 1 MW continuous wave gyrotron. Displays and Vacuum Electronics: Proc. of the 10th Triennial ITG-Conf., Garmisch-Partenkirchen, May 3-4, 2004 Berlin [u.a.]: VDE Verl.GmbH, 2004 S.195-200 (ITG-Fachbericht; 183). Incl. CD-ROM

THUMM, M.; WIESBECK, W.; [Hrsg.] Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004

THUMM, M.; JIN, J.; KARTIKEYAN, M.V.; PIOSCZYK, B.; RZESNICKI, T. Design of a 170 GHz, 4 MW coaxial super gyrotron with dual-beam output. 13th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating, Nizhny Novgorod, Russia, May 17-20, 2004

THUMM, M.; ARNOLD, A.; DAMMERTZ, G.; MICHEL, G.; PRETTEREBNER, J.; WAGNER, D.; YANG, X. Highly efficient quasi-optical mode converter system for a 1 MW, 140 GHz, CW gyrotron. 13th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating, Nizhny Novgorod, Russia, May 17-20, 2004

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TRAN, M.Q.; ARNOLD, A.; BARIOU, D.; BORIE, E.; DAMMERTZ, G.; DARBOS, C.; DUMBRAJS, O.; GANTENBEIN, G.; GIGUET, E.; HEIDINGER, R.; HOGGE, J.P.; ILLY, S.; KASPAREK, W.; LIEVIN, C.; MAGNE, R.; MICHEL, G.; PIOSCZYK, B.; THUMM, M.; YOVCHEV, I. Development of high power gyrotrons for fusion plamsa applications in the EU. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.59-62

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VERHOEVEN, A.G.A.; VAN ASSELEN, M.P.A.; BONGERS, W.A.; BRUSCHI, A.; CIRANT, S.; ELZENDOORN, B.S.Q.; GANTENBEIN, G.; GRASWINCKEL, M.F.; HEIDINGER, R.; KASPAREK, W.; PIOSCZYK, B.; PLAUM, B.; RONDEN, D.M.S. Design of the mm-wave system of the ITER ECRH upper launcher. 13th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating, Nizhny Novgorod, Russia, May 17-20, 2004

VERHOEVEN, A.G.A.; BONGERS, W.A.; BRUSCHI, A.; CIRANT, S.; ELZENDOORN, B.S.Q.; GANTENBEIN, G.; GRASWINCKEL, M.F.; HEIDINGER, R.; KASPAREK, W.; KRUYT, O.G.; LAMERS, B.; PIOSCZYK, B.; PLAUM, B.; RONDEN, D.M.S.; SAIBENE, G.; ZOHM, H. Design of the mm-wave system of the ITER ECRH upper launcher. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.289-90

WAGNER, D.; GRÜNWALD, G.; LEUTERER, F.; MONACO, F.; MÜNICH, M.; SCHÜTZ, H.; RYTER, F.; WILHELM, R.; ZOHM, H.; FRANKE, T.; DAMMERTZ, G.; HEIDINGER, H.; KOPPENBURG, K.; THUMM, M.; YANG, X.; KASPAREK, W.; GANTENBEIN, G.; HAILER, H.; DENISOV, G.G.; LITVAK, A.; ZAPEVALOV, V. Status of the new ECRH system for ASDEX upgrade. 13th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating, Nizhny Novgorod, Russia, May 17-20, 2004

Vorträge, die nicht in gedruckter Form vorliegen:

ARNOLD, A.; DAMMERTZ, G.; PIOSCZYK, B.; RZESNICKI, T.; THUMM, M.; WAGNER, D. Mode generator and low power measurements on quasi-optical mode converter systems. 16th Joint Russian-German Workshop on ECRH and Gyrotrons, Nizhny Novgorod, Russia, May 22-23, 2004

BAZYLEV, B.N.; LANDMAN, I.S.; PESTCHANYI, S.E. Erosion of ITER divertor armour and contamination of SOL after transient events by erosion products. 10th Int. Conf. on Plasma Physics and Controlled Fusion, Alushta, UA, September 13-17, 2004

BAZYLEV, B.N.; JANESCHITZ, G.; LANDMAN, I.S.; PESTCHANYI, S.E. Erosion of tungsten armor after multiple intense transient events in ITER. 16th Int. Conf. on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices, Portland, Maine, May 24-28, 2004

BAZYLEV, B.N.; JANESCHITZ, G.; LANDMAN, I.S.; LOARTE, A.; PESTCHANYI, S.E. Erosion of tungsten macrobrush armor multiple intense transient events in ITER. 23rd Symp. on Fusion Technology (SOFT), Venezia, I, September 20-24, 2004

BRAUNE, H.; ERCKMANN, V.; HOFNER, J.; HOLLMANN, F.; JONITZ, L.; LAQUA, H.P.; MICHEL, G.; NOKE, F.; PURPS, F.; SCHULZ, T.; WEISSGERBER, M. Commissioning of an first long pulse experiments with the ECRH system for W7-X. 13th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclogron Resonance Heating, Nizhny Novgorod, Russia, May 17-20, 2004

DAMMERTZ, G.; BARIOU, D.; BRAND, P.; BRAUNE, H.; ERCKMANN, V.; GANTENBEIN, G.; GIGUET, E.; KASPAREK, W.; LAQUA, H.P.; LIEVIN, C.; LEONHARDT, W.; MICHEL, G.; MÜLLER, G.; NEFFE, G.; PIOSCZYK, B.; SCHMID, M.; THUMM, M. 140-GHz high-power gyrotron development for the stellarator W7-X. 23rd Symp. on Fusion Technology (SOFT), Venezia, I, September 20-24, 2004

DAMMERTZ, G.; HEIDINGER, R.; KOPPENBURG, K.; PIOSCZYK, B.; THUMM, M. ECRH-development at Forschungszentrum Karlsruhe. US/JAPAN/EU RF Technology Workshop, Amsterdam, NL, October 4-5, 2004

DAMMERTZ, G.; ALBERTI, S.; ARNOLD, A.; BORIE, E.; ERCKMANN, V.; GANTENBEIN, G.; GIGUET, E.; HEIDINGER, R.; HOGGE, J.P.; ILLY, S.; KASPAREK, W.; KOPPENBURG, K.; KUNTZE, M.; LAWUA, H.; LECLOAREC, G.; LEGRAND, F.; LEONHARDT, W.; LIEVIN, C.; MAGNE, R.; MICHEL, G.; MÜLLER, G.; NEFFE, G.; PIOSCZYK, B.; SCHMID, M.; THUMM, M.; TRAN, M.Q. Progress in the development of 1-MW, CW gyrotrons for the Stellarator W7-X. 13th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating, Nizhny Novgorod, Russia, May 17-20, 2004

DARBOS, C.; ALBERTI, S.; ARNOLD, A.; BARIOU, D.; BOUQUEY, F.; CLARY, J.; HOGGE, J.P.; LENNHOLM, M.; LIEVIN, C.; MAGNE, R.; THUMM, M. New design of the gyrotron used for ECRH experiments on Tore Supra. 13th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating, Nizhny Novgorod, Russia, May 17-20, 2004

ELZENDOORN, B.S.Q.; VAN ASSELEN, M.P.A.; BONGERS, W.A.; GENUIT, J.W.; GRASWINCKEL, M.F.; HEIDINGER, R.; PIOSCZYK, B.; PLOMP, T.C.; RONDEN, D.M.S.; VERHOEVEN; A.G.A. Testing a full scale ECRH mm-wave launching system mock-up. 23rd Symp. on Fusion Technology (SOFT), Venezia, I, September 20-24, 2004

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GRISOLA, C.; [Hauptautor]; BEKRIS, M.; CALDWEL NICHOLS, C.J.; CRISTESCU, I.R.; DAY, C.; FISCHER, U.; GLUGLA, M.; JESEN, H.S.; KASPAREK, W.; MÜLLER, G.; PIOSCZYK, B.; THUMM, M.; [FZKA-Mitarb.]; u.a. Autoren JET contributions to the ITER technology issues. 23rd Symp.on Fusion Technology (SOFT), Venezia, I, September 20-24, 2004

HEIDINGER, R.; DANILOV, I.; FISCHER, U.; HAILFINGER, G.; KLEEFELDT, K.; MEIER, A.; STRATMANNS, E.; THUMM, M.; VERHOEVEN, A.G.A. Design and analysis of windows and structural components for the ITER ECRH upper port plug. 13th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating, Nizhny Novgorod, Russia, May 17-20, 2004

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HOGGE, J.P.; ALBERTI, S.; ARNOLD, A.; BARIOU, D.; BEUNAS, A.; BONICELLI, T.; CHAVAN, R.; CIRANT, S.; DUMBRAJS, O.; DRUMM, O.; FASEL, D.; GIGUET, E.; GOODMAN, T.; HENDERSON, M.; ILLY, S.; JIN, J.; LECLOAREC, G.; LIEVIN, C.; MONDINO, P.L.; PIOSCZYK, B.; PORTE, L.; RZESNICKI, T.; SANTINELLI, M.; STERCK, A.B.; THUMM, M.; TRAN, M.Q.; VERHOEVEN, A.G.A.; YOVCHEV, I. Development of a 2 MW, CW, 170 GHz coaxial cavity gyrotrons for ITER. 13th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating, Nizhny Novgorod, Russia, May 17-20, 2004

KASPAREK, W.; DAMMERTZ, G.; ERCKMANN, V.; GANTEN-BEIN, G.; HOLZHAUER, E.; KUMRIC, H.; LAQUA, H.P.; LEUTERER, F.; MICHEL, G.; NIETHAMMER, U.; PLAUM, B.; SCHWÖRER, K.; WAGNER, D.; WACKER, R.; WEISSGERBER, M. High-power millimetre wave transmission systems and components for electron cyclotron heating of fusion plasmas. NATO Advanced Research Workshop on Quasi-Optical Control of Intense Microwave Transmission, Nizhny Novgorod, Russia, February 17-20, 2004 Book of Abstracts S.15

KASPAREK, W.; BRAUNE, H.; DAMMERTZ, G.; ERCKMANN, V.; GANTENBEIN, G.; HOLLMANN, F.; GRÜNERT, M.; KUMRIC, H.; JONITZ, L.; LAQUA, H.P.; LEONHARDT, W.; MICHEL, G.; NOKE, F.; PLAUM, B.; SCHMID, M.; SCHULZ, T.; SCHWÖRER, K.; THUMM, M.; WEISSGERBER, M.; Status of the 140 GHz/10 MW CW transmission system for ECRH on the stellarator W7-X. 23rd Symp. on Fusion Technology (SOFT), Venizia, I, September 20-24, 2004

KNEISEL, P.; CIOVATI, G.; MYNENI, G.R.; WU, G.; SEKUTOWICZ, J.; HALBRITTER, J. First cryogenic tests with JLabs new upgrade cavities. 22nd Int. Linear Accelerator Conf.(LINAC 2004), Lübeck, August 16-20, 2004

LANDMAN, I.S.; PESTCHANYI, S.E.; BAZYLEV, B.N. Numerical simulations for ITER divertor armour erosion and SOL contamination due to disruption and ELMs. 20th IAEA Fusion Energy Conf., Vilamoura, P, November 1-6, 2004

LANDMAN, I.S. Simulation of many-atomic interactions in W-O-H system with the MD code CADAC. 23rd Symp. on Fusion Technology (SOFT), Venezia, I, September 20-24, 2004

LANDMAN, I.S.; BAZYLEV, B.N.; GARKUSHA, I.E.; LOARTE, A.; PESTCHANYI, S.E.; SAFRONOV, V.M. Simulation of tokamak armour erosion and plasma contamination at intense transient heat fluxes in ITER. 16th Int. Conf. on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices, Portland, Maine, May 24-28, 2004

LEUTERER, F.; GRUENWALD, G.; MONACO, F.; MUENICH, M.; SCHUETZ, H.; RYTER, F.; WAGNER, D.; WILHELM, R.; ZOHM, H.; FRANKE, T.; THUMM, M.; DAMMERTZ, G.; HEIDINGER, H.; KOPPENBURG, K.; YANG, X.; KASPAREK, W.; GANTENBEIN, G.; HAILER, H.; DENISOV, G.G.; LITVAK, A.; ZAPEVALOV, V. Progress in the new ECRH system for ASDEX upgrade. 31st IEEE Int. Conf. on Plasma Science (ICOPS 2004), Baltimore, Md., June 28 – July 1, 200 Book of Abstracts S. 370

LEUTERER, F.; GRUENWALD, G.; MONACO,F.; MUENICH, M.; SCHUETZ, H.; RYTER, F.; WAGNER, D.; ZOHM, H.; FRANKE, T.; KASPAREK, W.; GANTENBEIN, G.; HAILER, H.; DAMMERTZ, G.; HEIDINGER, H.; KOPPENBURG, K.; THUMM, M.; YANG, X.; DENISOV, G.; NICHPORENKO, V.; MIASNIKOV, V.; ZAPEVALOV, V. Status of the new ECRH system for ASDEX upgrade. 23rd Symp.on Fusion Technology (SOFT), Venezia, I, September 20-24, 2004

LIEVIN, C.; DARBOS, C.; ALBERTI, S.; ARNOLD, A.; BARIOU, D.; BOUQUEY, F.; CLARY, J.; HOGGE, J.P.; LENNHOLM, M.; LEGRAND, F.; MAGNE, R.; THUMM, M. Improved 118 GHz gyrotron for ECRH experiments on Tore Supra. 23rd Symp.on Fusion Technology (SOFT), Venezia, I, September 20-24, 2004

OGORODNIKOVA, O.V.; PESTCHANYI, S.; KOZA, Y.; LINKE, J. Modelling of thermal shock experiments of carbon based materials in JUDITH. 16th Int.Conf. on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices, Portland, Maine, May 24-28, 2004

PESTCHANYI, S.; BAZYLEV, B.; LANDMAN, I. Radiation losses from ITER SOL due to divertor material plasma. 31th European Physical Society Conf.on Plasma Physics, London, GB, June 28 – July 2, 2004

PIOSCZYK, B.; ARNOLD, A.; DAMMERTZ,G.; HEIDINGER, R.; ILLY, S.; JIN, J.; KOPPENBURG, K.; LEONHARDT, W.; NEFFE, G.; RZESNICKI, T.; SCHMID, M.; THUMM, M.; YANG, X.; ALBERTI, S.; CHAVAN, R.; FASEL, D.; GOODMAN, T.; HENDERSON, M.; HOGGE, J.P.; TRAN; M.Q.; YOVCHEV, I.; ERCKMANN, V.; LAQUA, H.P.; MICHEL; G.; GANTENBEIN, G.; KASPAREK, W.; MÜLLER, G.; SCHWÖRER, K.; BARIOU, D.; BEUNAS, A.; GIGUET, E.; LECLOAREC, G.; LEGRAND, F.; LIEVIN, C.; DUMBRAJS, O. Development of steady-state 2 MW, 170 GHz gyrotrons for ITER. 20th IAEA Fusion Energy Conf., Vilamoura, P, November 1-6, 2004

PIOSCZYK, B. Entwicklung eines 2MW, CW koaxialen Gyrotrons bei 170 GHz für ITER. Vortr.: Institut für Plasmaforschung (IPF), Stuttgart, 15. Januar 2004

PIOSCZYK, B.; ARNOLD, A., BUDIG, H.; DAMMERTZ, G.; DUMBRAJS, O.; HEIDINGER, R.; ILLY, S.; JIN, J.; MICHEL, G.; RZESNICKI, T.; THUMM, M.; YANG, X. Experiments on a 170 GHz coaxial cavity gyrotron. 23rd Symp.on Fusion Technology (SOFT), Venezia, I, September 20-24, 2004

PIOSCZYK, B.; ARNOLD, A.; DAMMERTZ, G.; DUMBRAJS, O.; HEIDINGER, R.; ILLY, S.; JIN, J.; KOPPENBURG, K.; MICHEL, G.; RZESNICKI, T.; THUMM, M.; YANG, X. Research on advanced high power gyrotrons at FZK. 15th Int.Conf. on High-Power Particle Beams, St.Petersburg, Russia, July 19-23, 2004

TAKAHASHI, K.; ILLY, S.; KASUGAI, A.; SAKAMOTO, K.; HEIDINGER, R.; THUMM, M.; Minami, R.; IMAI, T. Development of reliable diamond window for EC launcher on fusion reactors. 23rd Symp.on Fusion Technology (SOFT), Venezia, I, September 20-24, 2004

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THUMM, M.; ARNOLD, A.; BORIE, E.; DAMMERTZ, G.; HEIDINGER, R.; ILLY, S.; JIN, J.; KOPPENBURG, K.; MICHEL, G.; PIOSCZYK, B.; RZESNICKI, T.; WAGNER, D.; YANG, X. Advanced high power gyrotrons for EC H&CD applications in fusion plasmas. 31st IEEE Int.Conf. on Plasma Science (ICOPS 2004), Baltimore, Md.; June 28-July 1, 2004 Book of Abstracts S.265

THUMM, M.; ARNOLD, A.; DRUMM, O.; JIN, J.; MICHEL, G.; RZESNICKI,T.; WAGNER, D.; YANG, X. QO mode converters in advanced high-power gyrotrons for nuclear fusion plasma heating. NATO Advanced Research Workshop on Quasi-Optical Control of Intense Microwave Transmission, Nizhny Novgorod, Russia, February 17-20, 2004 Book of Abstracts S.28

THUMM, M.; DAMMERTZ, G.; ERCKMANN, V.; GANTENBEIN, G.; KASPAREK, W.; LAQUA, H.P.; MICHEL, G.; LEONHARDT, W.; MUELLER, G.; NEFFE, G.; SCHMID, M. Status of the 10 MW 140 GHz, CW ECRH system for the stellarator W7-X. 31st IEEE Internat.Conf.on Plasma Science (ICOPS 2004), Baltimore, Md., June 28 – July 2, 2004 Book of Abstracts S.370

VERHOEVEN, A.G.A.; BONGERS, W.A.; BRUSCHI, A.; CIRANT, S.; DANILOV, I.; ELZENDOORN, B.S.Q.; GENUIT, J.W.; GRASWINCKEL, M.F.; HEIDINGER, R.; KASPAREK, W.; KLEEFELDT, K.; KRUIJT, O.G.; NOWAK, S.; PIOSCZYK, B.; PLAUM, B.; PLOMP, T.C.; RONDEN, D.M.S.; ZOHM, H. Design of the mm-wave system of the ECRH upper launcher for ITER. 23rd Symp.on Fusion Technology (SOFT), Venezia, I, September 20-24, 2004

WAGNER, F.; ANDREEVA, T.; BALDZUHN, J.; BENNDORF, A.; BOLT, H.; BOSCARY, J.; BOSCH, H.S.; BRAEUER, T.; BRAKEL, R.; BRAND, P.; CARDELLA, A.; CZERWINSKI, M.; DAMIANI, C.; DAMMERTZ, G.; DUEBNER, A.; EHMLER, H.J.; ELIO, F.; ENDLER, M.; ERCKMANN, V.; FEIST, J.; FILLUNGER, M.; GANTENBEIN, G.; GARDEBRECHT, W.; GASPAROTTO, M.; GIESEN, B.; GREUNER, H.; GREVE, H.;GRIGULI, P.; GROTE, H.; HARMEYER, E.; HARTFUS, H.J.; HARTMANN, D.; HEIN, B.; HEINEMANN, B.; HOLTUM, D.; HUGUET, M.; HURD, F.; JAKSIC, N.; KASPAREK, W.; KISSLINGER, J.; KLINGER, T.; KNAUER, J.; KRAMPITZ, R.; LAQUA, H.; LENTZ, H.; LIESENBERG, K.; MAIER, J.; MAIX, R.; MENDELEVICH, B.; MICHEL, G.; NAGEL, M.; NAUJOKS, D.; NIEDERMEYER, H.; NUEHRENBERG, C.; OPTIZ, A.; PFEIFFER, G.; PIETSCH, M.; REICH, J.; RISSE, K.; RONG, P.; RUMMEL, K.; RUMMEL, T.; SBORCHIA, C.; SCHAUER, F.; SCHROEDER, R.; SCHULZ, U.; SCHWEIZER, S.; SIMON-WEIDNER, J.; SOCHOR, M.; SONNERUP, L.; STREIBL, B.; TRETTER, J.; THUMM, M.; VIEBKE, H.; WANNER, M.; WEGE-NER, L.; WEISSGERBER, M.; WERVER, A.; WINKLER, M. Physics, technologies, and status of the Wendelstein 7-X device. 20th IAEA Fusion Energy Conf., Vilamoura, P, November 1-6, 2004

YANG, X.; DAMMERTZ, G.; HEIDINGER, R.; KOPPENBURG, K.; LEUTERER, F.; PIOSCZYK, B.; WAGNER, D.; THUMM, M. Design of an ultra-broadband single-disk output window for a frequency step-tunable 1 MW gyrotron. 23rd Symp.on Fusion Technology (SOFT), Venezia, I, September 20-24, 2004

ZHITLUKHIN, A.; ARKHIPOV, N.; GINIYATULIN, R.; KLIMOV, N.; LANDMAN, I.; PODKOVYROV, V.; SAFRONOV, V.; LOARTE, A.; MEROLA, M.; FEDRICI, G. Effects of ELMs and disruptions on ITER divertor armour materials. 16th Int.Conf. on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices, Portland, Maine, May 24-28, 2004

Erteilte Patente

DUMBRAJS, O. Innenleiter eines koaxialen Gyrotrons mit um den Umfang gleichverteilten axialen Korrugationen. DE-PS 10 040 320 (28.5.2001) US-PS 6 787 998 (7.9.2004)

PIOSCZYK, B. Kollektorwand und Kollektorspulengruppe eines Gyrotrons. DE-PS 10 105 441 (17.4.2002) EP-OS 1 362 358 (19.11.2003)

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Programm Nukleare Sicherheitsforschung

Publikationen in begutachteten Zeitschriften:

FURUKAWA, T.; MÜLLER, G.; SCHUMACHER, G.; WEISEN-BURGER, A.; HEINZEL, A.; ZIMMERMANN, F.; AOTO, K. Corrosion behavior of FBR candidate materials in stagnant Pb-Bi at elevated temperature. Journal of Nuclear Science and Technology, 41(2004) S.265-70

FURUKAWA, T.; MÜLLER, G.; SCHUMACHER, G.; WEISENBURGER, A.; HEINZEL, A.; AOTO, K. Effect of oxygen concentration and temperature on compatibility of ODS steel with liquid, Stagnant Pb45Bi55. 3rd Int. Workshop on Materials for Hybrid Reactors and Related Technologies, Roma, I, October 13-15, 2003 Journal of Nuclear Materials, 335(2004) S.189-93 DOI:10.1016/j.jnucmat.2004.07.016

MÜLLER, G.; HEINZEL, A.; KONYS, J.; SCHUMACHER, G.; WEISENBURGER, A.; ZIMMERMANN, F.; ENGELKO, V.; RUSANOV, A.; MARKOV, V. Behavior of steels in flowing liquid PbBi eutectic alloy at 420- 600 °C after 4000 – 7200 h. 3rd Int. Workshop on Materials for Hybrid Reactors and Related Technologies, Roma, I, October 13-15, 2003 Journal of Nuclear Materials, 335(2004) S.163-68 DOI:10.1016/j.jnucmat.2004.07.010

Sonstige Publikationen, die in gedruckter Form vorliegen:

MASCHEK, W.; CHENG, X.; RINEISKI, A.; STIEGLITZ, R.; KONYS, J.; MÜLLER, G.; BROEDERS, C.; SCHIKORR, M.; STRUWE, D. Partitioning und Transmutation: Eine neue Perspektive bei der Behandlung nuklearer Abfälle? Nachrichten – Forschungszentrum Karlsruhe, 36(2004) S.103-09

MÜLLER, G.; SCHUMACHER, G., WEISENBURGER, A.; HEINZEL, A.; Zimmermann, F.; FURUKAWA, T.; AOTO, K. Study of Pb-Bi corrosion of structural and fuel cladding materials for nuclear applications. Part III. Corrosion investigation of steels between 500 and 6500C during 10, 000 h of exposure to stagnant liquid Pb-Bi containing 10-6 wt% of oxygen. JNC TY9400 2003-026 (January 2004)

MÜLLER, G.; SCHUMACHER, G.; WEISENBURGER, A.; HEINZEL, A.; ZIMMERMANN, F.; FURUKAWA, T.; AOTO, K. Study of Pb-Bi corrosion of structural and fuel cladding materials for nuclear applications. Part IV: Corrosion investigation of steels between 500 and 650°C after 800, 2,000 and 5,000 h of exposure to stagnant liquid Pb-Bi containing 10-4 and 10-8 wt% of oxygen. JNC TY9400 2003-028 (January 2004)

Vorträge, die nicht in gedruckter Form vorliegen:

BOEHME, R. 10 years of SNEAK operation. Seminar, Korea Atomic Energy Research Institute, Daejeon, Korea, November 1-10, 2004

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Programm Nachhaltigkeit und Technik

Publikationen in begutachteten Zeitschriften

AKHTAR, M.J.; OMAR, A.S. An analytical approach for the inverse scattering solution of radially inhomogeneous spherical bodies using higherer order TE and TM illuminations. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 42(2004) S.1450-55 DOI:10.1109/TGRS.2004.826784

ARKHIPOV, A.V.; KOVALEV, V.G.; MISHIN, M.V.; MUELLER, G.; SOMINSKY, G.G.; ENGELKO, V.I. Experimental studies of intense pulsed large-area electron beams. Radiophysics and Quantum Electronics, 47(2004) S.421-28

ENGELKO, A.; BLUHM, H. Optimal design of semiconductor opening switches for use in the inductive stage of high power pulse generators. Journal of Applied Physics, 95(2004) S.5828-36 DOI:10.1063/1.1707207

FEHER, L.; THUMM, M. Microwave innovation for industrial composite fabrication. The HEPHAISTOS technology. ICOPS 2003 : 30th IEEE Internat.Conf.on Plasma Science, Jeju, Korea, June 2-5, 2003 IEEE Transactions on Plasma Science, 32(2004) S.73-79 DOI:10.1109/TPS.2004.823983

PLIQUETT, U.; GUSBETH, C. Surface area involved in transdermal transport of charged species due to skin electroporation. Bioelectrochemistry, 65(2004) 27-32 DOI: 10.1016/j.bioelechem.2004.05.005

SCHROOTEN, J.; JAECQUES, S.V.N.; ELOY, R.; SCHULTHEISS, C.; BRENNER, P.; BUTH, L.H.Q.; VAN HUMBEECK, J.; VAN DER SLOTEN, J. Bioactive glass coating for hard and soft tissue bonding on Ti6Al4V and silicone rubber using electron beam ablation. Bioceramics 16, Porto, P, November 6-9, 2003 Key Engineering Materials, 254(2004) S.427-30

SCHULTHEISS, C.; BLUHM, H.J.; MAYER, H.G.; SACK, M.; KERN, M. Principle of electroporation and development of industrial devices. Zuckerindustrie, 129(2004) S.40-44

ZARETSKY, E.B.; KANEL, G.I.; RAZORENOV, S.V.; BAUMUNG, K. Impact strength properties of nickel-based refractory superalloys at normal and elevated temperatures. International Journal of Impact Engineering, 31(2004) S.41-54 DOI:10.1016/j.ijimpeng.2003.11.004

Sonstige Publikationen, die in gedruckter Form vorliegen:

AKHTAR, M.j.; FEHER, L.; THUMM, M. A robust optimization algorithm for the reconstruction of dielectric properties of lossy composite materials. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.387-88

AKHTAR, M.J.; SPILIOTIS, N.G.; OMAR, A.S. An experimental setup for the microwave imaging of inhomogeneous dielectric bodies.

Proc. of the IEEE Antennas and Propagation Society Symp., Monterey, Calif., June 20-25, 2004; Vol. 1 S.225-28 Piscataway, M.J.: IEEE, 2004

ALLEN, R.J.; OTTINGER, P.F.; COMMISSO, R.J.; SCHUMER, J.W.; HOLT, T.A.; Hoppe, P.; SMITH, I.; JOHNSON, D.L. Electrical modeling of mercury for optimal machine design and performance estimation. Giesselmann, M. [Hrsg.] 14th IEEE Pulsed Power Conf., Dallas, Tex., June 15-18, 2003 Digest of Technical Papers Vol.2 S. 887-90 Piscataway, N.J. : IEEE, 2003 Auch auf CD-ROM

FEHER, L.; FLACH, A.; NUSS, V.; SEITZ, T.; THUMM, M. Aerospace composites microwave processing with the 2.45 GHz HEPHAISTOS system. Conference Digest of the Joint 29th Internat.Conf.on Infrared and Millimeter Waves and 12th Internat.Conf.on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 - October 1, 2004 Piscataway, M.J.: IEEE, 2004 S.833-34

FEHER, L.; NUSS, V.; SEITZ, T.; THUMM, M. Aerospace structural composite fabrication with the 2.45 GHz HEPHAISTOS system. Microwave 2004 : Internat.Symp.on Microwave Science and its Application to Related Fields, Takamatsu, J, July 27-30, 2004 Proc. S.86-90

FEHER, L.; BORIE, E. Electromagnetic wave propagation - a methodical discussion on analytical and numerical field prediction techniques. Conference Digest of the Joint 29th Internat.Conf.on Infrared and Millimeter Waves and 12th Internat.Conf.on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 - October 1, 2004 Piscataway, M.J.: IEEE, 2004 S.835-36

FEHER, L.; FLACH, A.; NUSS, V.; SEITZ, T.; THUMM, M. Industrial composite curing with the 2.45 GHz HEPHAISTOS system. Displays and Vacuum Electronics: Proc. of the 10th Triennial ITG-Conf., Garmisch-Partenkirchen, May 3-4, 2004 Berlin [u.a.]: VDE Verl.GmbH, 2004 S.317-20 (ITG-Fachbericht; 183). Incl. CD-ROM

NOCHOVNAYA, N.; SHULOV, V.; PAYKIN, A.; ENGELKO, V.; MÜLLER, G.; WEISENBURGER, A. Technological aspects of intense pulsed electron beam application for properties improvement and repair of gas turbine engine blades from titanium alloys. Lüthering, G. [Hrsg.] Ti-2003 : Sciene and Technology ; Proc.of the 10th World Conf.on Titanium, Hamburg, July 13-18, 2003 Vol.V S.2777-84 Weinheim : Wiley-VCH, 2004

SACK, M.; SCHULTHEISS, C.; BLUHM, H. Triggered Marx-generators for the industrial-scale electroporation of sugar beets. OPTIM 2004 : Proc.of the 9th Internat.Conf.on Optimization of Electrical and Electronic Equipment, Brasov, R, May 20-21, 2004 Vol.I: Electrotechnics S.163-68 Brasov : Transilvania University Press, 2004

SACK, M.; SCHULTHEISS, C.; BLUHM, H.J. Wear-less trigger method for Marx generators in repetitive operation. Giesselmann, M. [Hrsg.] 14th IEEE Pulsed Power Conf., Dallas, Tex., June 15-18, 2003 Digest of Technical Papers Vol.2 S. 1415-18 Piscataway, N.J. : IEEE, 2003. Auch auf CD-ROM

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SCHULTHEISS, C.; SACK, M.; BLUHM, H.J.; MAYER, H.G.; KERN, M.; LUTZ, W. Operation of 20 Hz Marx generators on a common electrolytic load in a electroporation chamber. Giesselmann, M. [Hrsg.] 14th IEEE Pulsed Power Conf., Dallas, Tex., June 15-18, 2003 Digest of Technical Papers Vol.1 S. 669-72 Piscataway, N.J. : IEEE, 2003 Auch auf CD-ROM

STANCULOVIC, S.; FEHER, L.; THUMM, M. Optimization of slotted waveguide feeding for 2.45 GHz applicators using new slot shape. Internat. Symp. on Antennas, Nice, F, November 8-10, 2004 Proc.on CD-ROM S.392-93

Vorträge, die nicht in gedruckter Form vorliegen:

AKHTAR, M.J.; FEHER, L.; THUMM, M. A generalized approach for measuring the dielectric properties of lossy composite materials. 4th World Congress on Microwave and RF Applications, Austin, Tex., November 7-11, 2004

AN, W.; MÜLLER, G.; BLUHM, H.J.; ENGELKO, V. Optical investigation of intense electron beams and target plasma. 15th Int.Conf.on High-Power Particle Beams, St.Petersburg, Russia, July 19-23, 2004

ARKHIPOV, A.; MISHIN, M.; MÜLLER, G.; SOMINSKI, G. Apparatus for 2d electron energy analysis in high-power beams. 15th Int.Conf.on High-Power Particle Beams, St.Petersburg, Russia, July 19-23, 2004

ARKHIPOV, A.; ENGELKO, V.; KOVALEV, V.; MISHIN, M.; MÜLLER, G.; SOMINSKI, G. Energy and oscillatory characteristics of a high-power long-pulse electron beam. 15th Int.Conf.on High-Power Particle Beams, St.Petersburg, Russia, July 19-23, 2004

ARKHIPOV, A.; MISHIN, M.; SOMINSKI, G.G.; ENGELKO, V.; KOVALEV, V.; MÜLLER, G. Installation of electron energy distributions and non-conservative processes in GESA II electron-beam material treatment facility. Displays and Vacuum Electronics: Proc. of the 10th Triennial ITG-Conf., Garmisch-Partenkirchen, May 3-4, 2004 Berlin [u.a.]: VDE Verl.GmbH, 2004 S.263-68 (ITG-Fachbericht; 183). Incl. CD-ROM

BLUHM, H. Applications of intense pulsed electron beams to material surface modifications. Vortr.: 21st Century Center of Excellence on Pulse Power Science, Kumamoto, J, 2.September 2004

BLUHM, H. Industrial scale processing and inactivation of biological cells with pulsed electric fields. 31st IEEE Internat.Conf.on Plasma Science (ICOPS 2004), Baltimore, Md., June 28 – July 1, 2004

BLUHM, H.; AN, V.; BAUMUNG, K.; BRENNER, P.; BUTH, L.; ENGELKO, V.; FREY, W.; GIESE, H.; GUSBETH, C.; HEINZEL, A.; HOPPE, P.; MÜLLER, G.; SACK, M.; SCHULTHEISS, C.; SINGER, J.; STRÄSSNER, R.; WEISENBURGER, A. Progress in high-power-particle beams and pulsed power for industrial applications at Forschungszentrum Karlsruhe. 15th Internat.Conf.on High-Power Particle Beams, St. Peters-burg, Russia, July 19-23, 2004

BLUHM, H.J. Aufschluss und Abtötung biologischer Zellen mit Hilfe starker gepulster elektrischer Felder. Frühjahrstagung des Fachverbands Kurzzeitphysik der DPG, Kiel, 8.-11.März 2004 Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, R.6, Bd. 39(2004) K III

BLUHM, H.J.; SCHULTHEISS, C.; FREY, W.; GUSBETH, C.; SACK, M.; STRAESSNER, R. Industrial scale treatment of biological cells with pulsed electric fields. IEEE Power Modulator Conf., San Francisco, CA, May 24-28, 2004

BRENNER, P., BUTH, L.; SCHULTHEISS, C.; BLUHM, H. Development of a medical implant coating with bioactive glass for temperature sensitive materials using a pulsed electron beam device. 31st IEEE Internat.Conf.on Plasma Science (ICOPS 2004), Baltimore, Md., June 28 – July 1, 2004, Book of Abstracts S.202

BRENNER, P.; BUTH, L.; SCHULTHEISS, C.; BLUHM, H. Innovative coatings for medicaldevices. 4. Tagung des DVM-Arbeitskreises 'Biowerkstoffe', Köln, 26.-27.März 2004

COMMISSO, R.J.; ALLEN, R.J.; BOLLER, J.R.; COOPER-STEIN, G.; FISHER, R.C.; HINSHELWOOD, D.D.; HOLT, T.A.; MURPHY, D.P.; NERI, J.M.; OTTINGER, P.F.; PHIPPS, D.G.; SCHUMER, J.W.; STOLTZ, O.; CHILDERS, K.; BAILEY, V.; CREELY, D.; DRURY, S.; JOHNSON, D.L.; KISHI, J.; KLATT, M.; NISHIMOTO, H.; SMITH, I.; HOPPE, P.; BLUHM, H.J. Status of the mercury pulsed-power generator, a 6-MV, 360-kA, magnetically insulated inductive voltage adder. Giesselmann, M. [Hrsg.] 14th IEEE Pulsed Power Conf., Dallas, Tex., June 15-18, 2003 Diggest of Technical Papers Vol.1 S. 383-86 Piscataway, N.J.: IEEE, 2003. Auch auf CD-ROM

FEHER, L.; DRECHSLER, K.; FILSINGER, I. Neueste Entwicklungen bei der Mikrowellenhärtung von Faserverbundwerkstoffen. 10.Nat.Forum 'Impulse für die Faserverbundtechnologie', Dresden, 12.-13. Februar 2004

FEHER, L.; THUMM, M. Aerospace CFRP structure fabrication with the 2.45 GHz HEPHAISTOS system. Internat.Symp.on Novel Materials Processing by Advanced Electromagnetic Energy Sources (MAPEES'04), Osaka, J, March 19-22, 2004

FEHER, L.; DRECHSLER, K.; FILSINGER, J. Composite manufacturing by using a novel modular 2.45 GHz microwave processing system. 36th Internat.SAMPE Technical Conf., San Diego, Calif., November 15-18, 2004

FEHER, L.; DRECHSLER, K.; FLACH, A.; FILSINGER, J.; HERKNER, T.; NUSS, V.; SEITZ, T. HEPHAISTOS - a novel modular 2.45 GHz microwave processing system for pressure less aerospace composite fabrication. SAMPE Europe : 25th Internat.Conf.and Forums, Paris, F, March 30 - April 1, 2004

FEHER, L.; NUSS, V.; SEITZ, T.; THUMM, M. Industrial composite curing with the 2.45 GHz HEPHAISTOS system. 4th World Congress on Microwave and RF Applications, Austin, Tex., November 7-11, 2004

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FREY, W Low-intensity laser-triggering of multichannel spark gaps. Vortr.: Massachusetts Institute of Technology ,Cambridge, Mass., 30. Juli 2004

FREY, W.; BAUMUNG, K.; KOLB, J.; CHEN, N.; WHITE, J.; BEEBE, S.J.; SCHOENBACH, K.H. Real-time imaging of the membrane charging of mamalian cells exposed to nanosecond pulsed electric fields. IEEE Power Modulator Conf., San Francisco, Calif., May 24-28, 2004

GUSBETH, C.; FREY, W.; BLUHM, H. Evidences for membrane elektroporation during application of nanoseconds electrical pulses. 31st IEEE Internat.Conf.on Plasma Science (ICOPS 2004), Baltimore, Md., June 28 – July 1, 2004 Book of Abstracts S.195

HUNYAR, C.; FEHER, L.; THUMM, M. Simulations and experiments on the effects of millimeter-wave heating of orthotropic and anisotropic CFRP composites. 4th World Congress on Microwave and RF Applications, Austin, Tex., November 7-11, 2004

MÜLLER, G.; ENGELKO, V.; AN, W.; BLUHM, H.J.; KUZNETSOV, V.; KOVALEV, V.; GALYA, V. Investigation of mechanisms leading to precision of intense electron beams. 15th Internat.Conf.on High-Power Particle Beams, St. Peters-burg, Russia, July 19-23, 2004 Book of Abstracts S.25

PAULSON, M.; FEHER, L.; THUMM, M. Quasi-stationary electro-thermal heating model for microwave/ hybrid-processed materials using greens function techniques. Internat.Symp.on Novel Materials Processing by Advanced Electromagnetic Energy Sources (MAPEES'04), Osaka, J, March 19-22, 2004

SACK, M.; SCHULTHEISS, CHR.; BLUHM, H. Parameter studies on the electroporation efficiency of sugar beets. 31st IEEE Internat.Conf.on Plasma Science (ICOPS 2004), Baltimore, Md., June 28 – July 1, 2004 Book of Abstracts S.196

SCHULTHEISS, C.; SACK,M.; BLUHM, H.; MAYER, H.G.; KERN, M. Operational experience of industrial scale electroporation devices. 31st IEEE Internat.Conf.on Plasma Science (ICOPS 2004), Baltimore, Md., June 28 – July 1, 2004 Book of Abstracts S.114

SCHULTHEISS, C.; BRENNER, P.; BUTH, L.; BLUHM, H. Survey on pulsed electron beam deposition work in technique and medicine. 15th Internat.Conf.on High-Power Particle Beams, St.Petersburg, Russia, July 19-23, 2004

SCHULTHEISS, C.; BRENNER, P.; BUTH, L.; BLUHM, H. Survey on the channel spark coating method and applications in technique and medicine. 31st IEEE Internat.Conf.on Plasma Science (ICOPS 2004), Baltimore, Md., June 28 – July 1, 2004 Book of Abstracts S.213

SIGLER, J.; SCHULTHEISS, C.; MAYER, H.G.; KERN, M. Zellporation in der Weinbereitung. INTERVINIS - INTERFRUCTA 2004 : Internat. Technologie-messe für Wein, Obst und Fruchtsaft, Stuttgart, 11.-15.Mai 2004

STANCULOVIC, S.; FEHER, L.; THUMM, M. Optimization of slotted waveguides for 2.45 GHz applicators by using the novel slot shape. Internat.Symp.on Novel Materials Processing by Advanced Electromagnetic Energy Sources (MAPEES'04), Osaka, J, March 19-22, 2004

Erteilte Patente

FEHER, L. Kompaktes millimeterwellentechnisches System zum Enteisen und/oder Vorbeugen einer Vereisung. Compact millimeterwave system for de-icing and for preventing the formation of ice on the outer surfaces of shell structures exposed to meteorological influences. DE-OS 10 016 259 (18.10.2001) DE-PS 10 016 259 (16.1.2002) US-PS 6 642 490 (4.11.2003)

FEHER, L.; PABSCH, A. Microwave device for de-icing, or keeping hollow bodies free from ice and method for the operation of the device. US-PS 6 787 744 (7.9.2004) EP-OS 1 377 503 (7.1.2004)

FREY, W. Verfahren zum Erzeugen eines gepulsten Elektronenstrahls und Elektronenstrahlquelle zur Durchführung des Verfahrens. DE-OS 19 813 589 (30.9.1999) DE-PS 19 813 589 (21.1.2002) EP-PS 1 145 269 (21.7.2004)

GIESE, H.; HOPPE, P. Aufbau einer elektrodynamischen Franktionieranlage. DE-PS 10 346 055 (6.8.2004)

SCHULTHEISS, C.; KERN, M. Elektroporationsreaktor zur kontinuierlichen Prozessierung von stückigen Produkten. DE-PS 10 144 479 (3.4.2003) EP-OS 1 424 910 (9.6.2004) HU-OS 0 401 095 (28.9.2004)

SCHULTHEISS, C. Verfahren zum kontinuierlichen nichtthermischen Aufschluß und Pasteurisieren industrieller Mengen organischen Prozessguts durch Elektroporation und Reaktor zum Durchführen des Verfahrens. DE-PS 10 144 486 (11.11.2002) EP-OS 1 425 104 (9.6.2004)

SCHULTHEISS, C.; ADELHELM, C.; BERGFELDT, B.; STRÄSSNER, R.; NEUBERT, V.; KOTTE, B.; DENNING, H. Verfahren zur Aufbereitung von Asche aus Müllverbrennungs-anlagen und von mineralischen Rückständen durch Entsalzung und künstliche Alterung mittels elektrodynamischer Unter-Wasser-Prozesse und Anlage zur Durchführung des Verfahrens. DE-OS 19 902 010 (10.8.2000) DE-PS 19 902 010 (24.8.2000) EP-PS 1 153 149 (2.7.2003) US-PS 6 761 858 (13.7.2004)

VÄTH, W.; FREY, W. Verfahren zur rechnergestützten Prozessführung einer Fragmentieranlage. DE-PS 10 302 867 (17.11.2003)

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Programm Nanotechnologie

Publikationen in begutachteten Zeitschriften:

KARTIKEYAN, M.V.; BORIE, E.; DRUMM, O.; ILLY, S.; PIOSCZYK, B.; THUMM, M. Design of a 42-GHz 200-kW gyrotron operating at the second harmonic. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 52(2004) S. 686-92 DOI:10.1109/TMTT.2003.822015

KONOPLEV, I.V.; PHELPS, A.D.R.; CROSS. A.W.; Ronald, K.; McGRANE, P.; HE, W.; WHYTE, C.G.; GINZBURG, N.S.; PESKOV, N.Yu.; SERGEEV, A.S.; THUMM, M. Experimental and computational studies of novel coaxial 2D Bragg structures for a high-power FEM. Proc. of the 25. Int. Free Ectron Laser Conference, and the 10. FEL Users Workshop, Tsukuba, Ibaraki, J, September 8-12, 2003 Nuclear Instruments and Methods A, 528(2004) S.101-05 DOI:10.1016/j.nima.2004.04.027

LUO, J.; HUNYAR, C.; FEHER, L.; LINK, G.; THUMM, M.; POZZO, P. Potential advantages for millimeter-wave heating of powdered metals. International Journal of Infrared and Millimeter Waves, 25(2004) S.1271-83 DOI:10.1023/B:IJIM.0000045137.68600.13

LUO, J.R.; HUNYAR, C.; FEHER, L.; LINK, G.; THUMM, M.; POZZO, P. Theory and experiments of electromagnetic loss mechanism for microwave heating of powdered metals. Applied Physics Letters, 84(2004) S.5076-78 DOI:10.1063/1.1713032

Sonstige Publikationen, die in gedruckter Form vorliegen:

ARZHANNIKOV, A.V.; GINZBURG, N.S.; KALININ, P.V.; KUZNETSOV, A.S.; KUZNETSOV, S.A.; PESKOV, N.Yu.; SERGEEV, A.S.; SINITSKY, S.L.; STEPANOV, V.D.; ZASLAVSKY, V.Yu..; THUMM, M. Frequency spectrum generated by planar FEM at ELMI device. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.565-66

ARZHANNIKOV, A.V.; KALININ, P.V.; KUZNETSOV, A.S.; KUZNETSOV, S.A.; SINITSKY, S.L.; GINZBURG, N.S.; PESKOV, N.Yu.; SERGEEV, A.S.; THUMM, M. Planar FEM resonator with reflectors composed by Bragg gratings. Displays and Vacuum Electronics: Proc. of the 10th Triennial ITG-Conf., Garmisch-Partenkirchen, May 3-4, 2004 Berlin [u.a.]: VDE Verl.GmbH, 2004 S.193-94 (ITG-Fachbericht; 183). Incl. CD-ROM

DENISOV, G.G.; SAMSONOV, S.V.; BRATMAN, V.L.; BOGDASHOV, A.A.; GLYAVIN, M.Yu.; LUCHININ, A.G.; LYGIN, V.K.; THUMM, M.K. Frequency-tunable CW gyro-BWO with a helically rippled operating waveguide. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.235-36

KONOPLEV, I.V.; McGRANE, P.; RONALD, K.; CROSS, A.W.; HE, W.; WHYTE, C.G.; PHELPS, A.D.R.; ROBERTSON, C.W.; SPEIRS, D.C.; GINZBURG, N.S.; PESKOV, N.Yu.; SERGEEV, A.S.; THUMM, M. Free electron maser experiments based on a coaxial 2D Bragg cavity. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.569-70

LINK, G.; HAUSER-FUHLBERG, M.; JANEK, M.; NÜESCH, R.; TAKAYAMA, S.; THUMM, M.; WEISENBURGER, A. Millimeter-wave high temperature processing of powders. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.829-30

LINK, G.; WEISENBURGER, A.; THUMM, M. Millimeter-wave technology for powder processing. Displays and Vacuum Electronics: Proc. of the 10th Triennial ITG-Conf., Garmisch-Partenkirchen, May 3-4, 2004 Berlin [u.a.]: VDE Verl.GmbH, 2004 S.311-16 (ITG-Fachbericht; 183). Incl. CD-ROM

LINK, G.; HAUSER-FUHLBERG, M.; JANEK, M.; NÜESCH, R.; TAKAYAMA, S.; THUMM, M. The application of microwave technology for powder materials. Microwave 2004: Int.Symp.on Microwave Science and its Application to Related Fields, Takamatsu, J, July 27-30, 2004 Proc. S.145-50

OGAWA, I.; IDEHARA, T.; SASAGAWA, H.; KIMURA, A.; MITSUDO, S.; HORI, T.; WAGNER, D.; THUMM, M. High quality operation of gyrotron aiming toward the convenient radiation source in the submillimeter wave length range. Displays and Vacuum Electronics: Proc. of the 10th Triennial ITG-Conf., Garmisch-Partenkirchen, May 3-4, 2004 Berlin [u.a.]: VDE Verl.GmbH, 2004 S.371-74 (ITG-Fachbericht; 183). Incl. CD-ROM

OGAWA, I.; IDEHARA, T.; MITSUDO, S.; WAGNER, D.; THUMM, M. High quality operation of high frequency gyrotron. Microwave 2004: Int.Symp.on Microwave Science and its Application to Related Fields, Takamatsu, J, July 27-30, 2004 Proc. S.258-61

OGAWA, I.; IDEHARA, T.; ITAKURA, Y., ANDO, H.; MYODO, M.; WAGNER, D.; THUMM, M. Mode conversion of a gyrotron output into a Gaussian beam for its various applications. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.797-98

OGAWA, I.; IDEHARA, T.; ITAKURA, Y.; HORI, T.; WAGNER, D.; THUMM, M. Plasma scattering measurement by using a submillimeter wave gyrotron as a radiatiion source. Kostenko, A. [Hrsg.] 5th International Kharkov Symp.on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter, and Submillimeter Waves, Kharkov, RUS, June 21-26, 2004 Piscataway, M.J.: IEEE, 2004 Vol.2 S.501-03

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PHELPS, A.D.R.; KONOPLEV, I.V.; CROSS, A.W., HE, W.; McGRANE, P.; WHYTE, C.G.; RONALD, K.; GINZBURG, N.S.; PESKOV, N.YU.; SERGEEV, A.S.; THUMM, M. Experimental study of a high power free electron maser based on a two-dimensional Bragg cavity. Displays and Vacuum Electronics: Proc. of the 10th Triennial ITG-Conf., Garmisch-Partenkirchen, May 3-4, 2004 Berlin [u.a.]: VDE Verl.GmbH, 2004 S.187-92 (ITG-Fachbericht; 183). Incl. CD-ROM

SAALA, G. Schnelle Leistungsmessung an einem 30 GHz/15kW Gyrotron. Wissenschaftliche Berichte, FZKA-7023 (September 2004)

SINGH, G.; BASU, B.N.; KARTIKEYAN, M.V., THUMM, M. A magnetron-like interaction structure for gyro-TWTs. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.643-44

TAKAYAMA, S.; LINK, G.; SATO, M.; THUMM, M. Millimeter wave heating of metal powder compacts. Microwave 2004: Int.Symp.on Microwave Science and its Application to Related Fields, Takamatsu, J, July 27-30, 2004 Proc. S.151-54

TAKAYAMA, S.; LINK, G.; SATO, M.; THUMM, M. Sintering of metal powder samples with millimeter wave technology. Conference Digest of the Joint 29th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics, Karlsruhe, September 27 – October 1, 2004 Piscataway, N.J.: IEEE, 2004, S.729-30

Vorträge, die nicht in gedruckter Form vorliegen:

KONOPLEV, I.V.; McGRANE, P.; CROSS, A.W.; PHELPS, A.D.R.; HE, W.; WHYTE, C.G.; RONALD, K.; GINZBURG, N.S.; PESKOV, N.Yu.; SERGEEV, A.S.; THUMM, M. High power free electron maser based on a two-dimensional Bragg cavity 31st IEEE Internat.Conf.on Plasma Science (ICOPS 2004), Baltimore, Md., June 28 - July 1, 2004 Book of Abstracts S.318

LINK, G.; HAUSER-FUHLBERG, M.; JANEK, M.; NÜESCH, R.; TAKAYAMA, S.; THUMM, M.; WEISENBURGER, A. High temperature processing of powders using millimeter-waves. 4th World Congress on Microwave and RF Applications, Austin, Tex., November 7-11, 2004

LINK, G.; WEISENBURGER, A.; THUMM, M. The benefits of millimeter-wave technology for alumina powder processing. 16th Joint Russian-German Workshop on ECRH and Gyrotrons, Nizhny Novgorod, Russia, May 22-23, 2004 Viewgraphs Collection Moskva: Russian Academy of Sciences, 2004

OGAWA, I.; IDEHARA, T.; ITAKURA, Y.; ANDO, H.; WAGNER, D.; THUMM, M. Quasi-optical system for converting gyrotron output into Gaussian beam. 31st IEEE Internat.Conf. on Plasma Science (ICOPS 2004), Baltimore, Md.; June 28 .- July 1, 2004 Book of Abstracts S.371

TAKAYAMA, S.; LINK, G.; SATO, M.; THUMM, M. Microwave sintering of metal powder compacts. 4th World Congress on Microwave and RF Applications, Austin, Tex., November 7-11, 2004

THUMM, M.; FEHER, L.; LINK, G. Micro- and millimeter-wave processing of advanced materials at Karlsruhe Research Center. Internat.Symp.on Novel Materials Processing by Advanced Electromagnetic Energy Sources (MAPEES'04), Osaka, J, March 19-22, 2004

WHYTE, C.G.; RONALD, K.; PHELPS, A.D.R.; KONOPLEV, I.V.; McGRANE, P.; CROSS, A.W.; HE, W.; ROBERTSON, C.W.; GINZBURG, N.S.; PESKOV, N.Yu.; SERGEEV, A.S.; THUMM, M. Experimental study of a high power free electron maser based on a co-axial two-dimensional Bragg cavity. 15th Internatl.Conf.on High-Power Particle Beams, St. Peters-burg, Russia, July 19-23, 2004 Book of Abstracts S.141

Erteilte Patente

FEHER, L.; BAUMGÄRTNER, H.; LINK, G. Mikrowellentechnischer Durchlauferhitzer. DE-PS 10 128 038 (1.7.2002) EP-OS 1 393 595 (3.3.2004)