Längere Wasserstoffpulse 07.07.2016, 13:11 Uhr

So wird der Fusionsreaktor Wendelstein 7-X noch besser

In Sachen Kernfusion wagt der Forschungsreaktor Wendelstein 7-X in Greifswald den nächsten Schritt: Derzeit wird die Anlage aufgerüstet, um längere Pulse erzeugen zu können. Es ist ein weiterer kleiner Schritt hin zur Realisierung eines Traums: unbegrenzte Energie aus Kernfusion.

Das erste Wasserstoffplasma in Wendelstein 7-X dauerte eine viertel Sekunde und erreichte eine Temperatur von rund 80 Millionen °C. Jetzt wird der Reaktor aufgerüstet, um deutlich längere Pulsare erzeugen zu können.

Das erste Wasserstoffplasma in Wendelstein 7-X dauerte eine viertel Sekunde und erreichte eine Temperatur von rund 80 Millionen °C. Jetzt wird der Reaktor aufgerüstet, um deutlich längere Pulsare erzeugen zu können.

Foto: IPP

„Mit den Ergebnissen der ersten Experimentierphase sind wir mehr als zufrieden“, zieht Projektleiter Professor Thomas Klinger vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik eine erste Bilanz der bisherigen Experimente. Die Fusion eines Plasmas aus Wasserstoffatomen mit Helium war in Greifswald erstmals im Februar gelungen.

Damals hatte Bundeskanzlerin Angela Merkel (CDU), selbst Physikerin, den Auslöseknopf dafür betätigt und immerhin eine Viertelsekunde lang das sogenannte Sonnenfeuer leuchten lassen.

Im November 2011 ließ sich in das Innere von Wendelstein 7-X noch hineinsehen. Von innen nach außen sieht man das Plasmagefäß, eine der verwundenen Stellaratorspulen, eine ebene Spule, die Stützstruktur und das Außengefäß zusammen mit zahlreichen Kühlleitungen und Stromzuführungen.

Im November 2011 ließ sich in das Innere von Wendelstein 7-X noch hineinsehen. Von innen nach außen sieht man das Plasmagefäß, eine der verwundenen Stellaratorspulen, eine ebene Spule, die Stützstruktur und das Außengefäß zusammen mit zahlreichen Kühlleitungen und Stromzuführungen.

Foto: Wolfgang Filser/IPP

Bis zu jenem Zeitpunkt waren in der Anlage zwar bereits Plasmen erzeugt worden, allerdings „nur“ aus Helium, das deutlich leichter in den Plasmazustand übergeht als Wasserstoffgas. Im Laufe der Versuchsreihe im Frühjahr ist es den Forschern gelungen, die Pulsdauern der Wasserstoffplasmen deutlich zu verlängern.

Zuletzt wurden Wasserstoffpulsare von sechs Sekunden Dauer erzeugt 

Zu Anfang lag die Dauer bei einer viertel Sekunde, am Ende wurden bereits sechs Sekunden erreicht – und es soll länger werden. Damit in zwei Jahren Hochleistungsplasmen mit Heizleistungen bis zu 8 MW und zehn Sekunden Dauer möglich werden, wird das Plasmagefäß jetzt überarbeitet.

Auf wärmeableitende Platten aus Kupfer-Chrom-Zirkon, die sich bereits auf den Wänden des Gefäßes befinden, werden in den kommenden Wochen Graphitkacheln gesetzt – gut 6000 Stück an der Zahl.

Rund 6200 unterschiedlich geformte Wandkacheln aus Kohlenstoff werden in das Plasma­­gefäß des Fusionsreaktors eingebaut.

Rund 6200 unterschiedlich geformte Wandkacheln aus Kohlenstoff werden in das Plasma­­gefäß des Fusionsreaktors eingebaut.

Foto: Mathias Müller/IPP

Knifflig hierbei: Der Einbau muss bis auf 1 bis 2 mm genau geschehen, was in dem asymmetrischen Plasmagefäß nicht gerade ein Kinderspiel sein dürfte. „Nach genauer Vermessung der Innenwand vergleichen wir deshalb mit einem numerischen Verfahren die Wandmaße mit den Kachelabmessungen und arbeiten, wo nötig, die Kacheln mit einer computergesteuerten Fräße nach“, erläutert Mathias Müller von den Technischen Diensten in Greifswald. In vier Jahren, so der Plan, sollen in Greifswald sogar bis zu 30 Minuten lange Entladungen möglich sein, bei einer Heizleistung von 10 MW. 

Herzstück des Reaktors ist ein Ring mit Vakuum

Herzstück der Fusionsanlage Wendelstein 7-X ist ein etwa 30 Kubikmeter fassender Ring aus Edelstahl, in dem ein Vakuum herrscht. 70 Magnetspulen sorgen dafür, dass das Plasmagas ständig berührungsfrei schwebt.

Würde es in Kontakt mit den kälteren Gefäßwänden kommen, wäre das Plasma aufgrund der Abkühlung futsch. Im Inneren des Stahlrings wabert das heiße Wasserstoffplasma bei rund 100 Millionen °C umher und simuliert die Vorgänge auf und in der Sonne. Die Mikrowellen zerfetzen bei diesen Temperaturen den Wasserstoff – eine Voraussetzung für die Kernfusion.

Blick in das Plasmagefäß: Auf wärme­ableitende Platten aus Kupfer-Chrom-Zirkon, die bereits vor der ersten Experimentierrunde montiert wurden, werden in den kommenden Wochen Graphitkacheln gesetzt.

Blick in das Plasmagefäß: Auf wärme­ableitende Platten aus Kupfer-Chrom-Zirkon, die bereits vor der ersten Experimentierrunde montiert wurden, werden in den kommenden Wochen Graphitkacheln gesetzt.

Foto: Dr. Torsten Bräuer/IPP

Damit bildet der Reaktor eine Reaktion nach, die ständig in der Sonne geschieht. Auch dort verschmelzen Atomkerne und setzen dabei enorme Energien frei. Bei Entstehen eines Plasmas lösen sich die Elektronen von den Kernen der Helium- und Wasserstoffatome.

Zumindest in der Theorie könnte die Kernfusion Basis eines klima- und umweltfreundlichen Kraftwerks der Zukunft sein, das es wirklich in sich hätte: Vier Eimer Wasser könnten so viel Energie bereitstellen wie 40 Tonnen Kohle – rein rechnerisch wohlgemerkt und bislang fern jeder Realität. Aber toll wär’s schon. 

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