Energie 02.12.2005, 18:41 Uhr

Das Imperium der Ringe  

VDI nachrichten, Zeitz, 2. 12. 05 – Fusion – die Energie der Sonne auf der Erde zu erzeugen, ist ein alter Traum. Vor dessen Realisierung aber steht harte Ingenieursarbeit. Bei Babcock Noell Magnettechnik in Zeitz entstehen die Magneten, mit denen der weltweit größte Stellarator betrieben werden soll.

Von außen ist es der unscheinbaren Halle am Rand von Zeitz, eine gute halbe Stunde vom Flughafen Halle-Leipzig entfernt, kaum anzusehen, aber hier wird an der Zukunft unserer Energieversorgung gearbeitet. Was in dieser Halle gefertigt wird, sagt Frank Eyßelein, „sind die Schlüsselelemente eines zukünftigen Fusionsreaktors“.

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In der gut 6000 m2 großen Halle liegt etwa ein Dutzend seltsam geformter Spulen. Sie sind gut 3,5 m hoch, bis zu 2,5 m breit und bis zu 1,2 m seitlich gebogen. Bei manchen ist die Wicklung deutlich zu erkennen, andere sind in einem Gehäuse aus Edelstahl verschwunden.

Frank Eyßelein ist Geschäftsführer der Babcock Noell Magnettechnik (BNM), die hier in Zeitz im Auftrag des Max Planck Instituts in Garching und Greifswald diese Spulen fertigt. BNM teilt sich diese Fertigung mit dem italienischen Partner Ansaldo.

Die Spulen – 50 werden es insgesamt sein – werden in fünf unterschiedlichen Formen gewickelt. Sie werden einmal die Brennkammer des in Greifswald geplanten Fusionsreaktors Wendelstein 7 X umschließen. Dieser Experimentalreaktor ist der weltweit größte Fusionsreaktor vom Typ Stellarator.

Im Fusionsreaktor halten die Spulen das Plasma in einem Magnetfeld in der Schwebe, das etwa dem 120 000-fachen des Erdmagnetfelds entspricht und verhindern so einen Kontakt des bis zu 100 Mio. °C heißen Plasmas mit der Wand der Reaktor-Brennkammer.

Die Spulen sind ein hochkomplexes System aus Wicklung und Schale. Sie bestehen aus einem in Schlaufen übereinander gelegten Supraleiter – einer Niob-Titan-Legierung – in der Strom nahe dem absoluten Nullpunkt fließen soll. Deshalb müssen die Leiter gekühlt werden. Dafür werden sie mit einer Aluminiumhülle ummantelt, so dass das Kühlmittel, flüssiges Helium, zwischen Leitern und Hülle fließen kann.

Die umhüllten Leiter werden dann in genau 108 Windungen zur Spule gewickelt, mit Kunstharz zu einem Paket verklebt und thermisch ausgehärtet.

Diese nicht planaren Spulen, erläutert Eyßelein, „haben die Tendenz, im Betrieb wieder plan werden zu wollen.“ Deshalb werden sie in Edelstahlgehäuse verpackt, die an vielen Stellen mit Versteifungsrippen versehen sind. Die Gehäuse bestehen aus zwei Halbschalen, deren Wandstärke von 2 cm bis 8 cm variiert. Sie werden von Hand aufwändig verschweißt.

Dann wird das Gehäuse auf 100 °C aufgeheizt, damit es sich weitet und dabei mit Quarzsand aufgefüllt. In dem Gehäuse wurden zuvor kleine Röhren verlegt, in die jetzt flüssiges Harz gepumpt wird. Während das Harz aushärtet, kühlt das Gehäuse samt Spule und Quarzsand ab und wird so zugleich leicht vorgespannt. Abschließend wird noch eine sekundäre Kühlleitung um das Spulengehäuse gelegt.

Schließlich muss die gesamte Spule noch einmal auf ihre Dichtigkeit geprüft werden, dann geht sie ins französische Atomforschungszentrum Saclay für die letzten Funktionstests.

Die Fertigung derartig komplizierter Systeme „ist noch immer zum größten Teil Handarbeit“, so Edwin Knoke, der die Produktion in Zeitz leitet. Dazu wurden in Zeitz eigens Mitarbeiter geschult, vor allem als Schweißer.

Doch der Markt für solche hochspezialisierten Produkte ist klein und eine derartige Spezialisierung hat ihren Preis: „Neue Aufträge in vergleichbarer Größenordnung sind selten“, so Wolfgang Mohr. Mohr ist bei der Mutter von BNM, Babcock Noell Nuclear, für den kaufmännischen Vertrieb zuständig.

Im Werk in Zeitz stellt BNM zwar noch die supraleitenden Dipole für den Large Hadron Collider her, einen riesigen Teilchenbeschleuniger für die europäische Kernforschungsanlage CERN, doch Ende dieses Jahres läuft die Dipolfertigung aus, und Ende 2006 die Herstellung der Spulen für den Wendelstein.

Ein paar kleine Beschleuniger, etwa für die Materialprüfung, können das nicht wettmachen. Doch Mohr ist zuversichtlich, dass es auch für Zeitz eine Zukunft gibt. Schon hat BNM eine Experimentalspule für den neuen europäischen experimentellen Fusionsreaktor ITER getestet. Er soll im französischen Cadarache gebaut werden. Die Spulen für ITER sind fast 16 m hoch, jedoch planar. Da, so Mohr, „wollen wir dabei sein“. moc

Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Mock

    Redakteur und Reporter VDI nachrichten. Fachthemen: Wissenschafts- und Technologiepolitik, Raumfahrt, Reportagen.

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