Sensationeller Erfolg: Deutsche Forscher erstellten eine grenzenlose Energiequelle

Greifswald (Deutschland) – Zehn Jahre Forschungs- und Konstruktionsarbeit, sowie die Investition von rund 350 Millionen Euro haben sich gelohnt: Schon bei den ersten Experimenten mit der Fusionsanlage „Wendelstein 7-X“ am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Greifswald gelang es den Physikern darin am 10. Dezember 2015 das erste Helium-Plasma zu erzeugen – die notwendige Vorstufe zur Kernfusion, mit deren Beherrschung große Mengen an vergleichsweise klima- und umweltfreundlicher Energie zur Verfügung stünden.

Mit einem hellen Leuchten zeigt sich das erste Plasma in der Greifswalder Fusionsanlage „Wendelstein 7-X“. Es bestand aus Helium und erreichte eine Temperatur von rund einer Million Grad Celsius. Copyright: IPP

Mit einem hellen Leuchten zeigt sich das erste Plasma in der Greifswalder Fusionsanlage „Wendelstein 7-X“. Es bestand aus Helium und erreichte eine Temperatur von rund einer Million Grad Celsius.
Copyright: IPP

„Schon die gestrigen Experimente mit der weltweit größten Fusionsanlage vom Typ Stellarator haben gezeigt, dass sich dieser Bautyp als Fusionskraftwerk eignet“, so die beteiligten Wissenschaftler.

Mit einem gewaltigen Magnetfeld, wird im Wendelstein-7-X-Reaktor das darin erzeugte Plasma eingeschlossen und derart kontrolliert, damit es nicht mit der Wand der luftleeren Plasmakammer in Berührung kommt und sich auf diese Weise ungewünscht abkühlt. Auf diese Weise erreichte das für eine Zehntel-Sekunde gezündete Plasma eine Temperatur von rund einer Million Grad Celsius. Zur Verschmelzung von Atomkernen, ähnlich wie im Innern der Sonne, benötigt es jedoch das rund 100-fache der jetzt erreichten Temperatur.

„Wir beginnen mit einem Plasma aus dem Edelgas Helium. Erst im nächsten Jahr wechseln wir zu dem eigentlichen Untersuchungsobjekt, einem Wasserstoff-Plasma“, erläutert Thomas Klinger, Direktor am Max-Planck-Institut für Plasmaforschung (IPP) und Projektleiter von Wendelstein 7-X: „Denn mit Helium ist der Plasmazustand leichter zu erreichen. Außerdem können wir mit Helium-Plasmen die Oberfläche des Plasmagefäßes reinigen.“

Blick in Innere de experimentellen Fusionsreaktors „Wendelstein 7-X“ am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald. Copyright: IPP, Wolfgang Filser

Blick in Innere de experimentellen Fusionsreaktors „Wendelstein 7-X“ am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald.
Copyright: IPP, Wolfgang Filser

In den nächsten experimentellen Schritten wollen die Forscher die Dauer der Plasma-Entladungen verlängern und untersuchen, wie die Helium-Plasmen durch Mikrowellen am besten zu erzeugen und aufzuheizen sind, erläutert die IPP-Pressemitteilung. „Nach einer Pause zum Jahreswechsel geht es im Januar mit Einschlussstudien weiter, bei denen die Forscher unter anderem untersuchen, wie gut das Heliumplasma im Magnetfeld eingeschlossen wird. Mit diesen Experimenten bereiten die Forscher die ersten Experimente mit Plasmen aus Wasserstoff vor, der in Fusionsexperimenten letztlich zu Helium verschmolzen werden soll.“

 Die Fusionsanlage Wendelstein 7-X Foto: IPP, Thorsten Bräuer


Die Fusionsanlage Wendelstein 7-X
Foto: IPP, Thorsten Bräuer

Hintergrund:
Zum Vergleich: Aufnahme im gleichen Blickwinkel in das leere Plasmagefäß, aufgenommen mit einer im Gefäß eingebauten Kamera. Aus wissenschaftlichen Gründen wurde eine Schwarz-Weiß-Kamera gewählt: Sie ist schneller, lichtempfindlicher und liefert Bilder in höherer Auflösung als eine Farbkamera.

Ziel der Fusionsforschung ist es, ein klima- und umweltfreundliches Kraftwerk zu entwickeln. Ähnlich wie die Sonne soll es aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie gewinnen. Weil das Fusionsfeuer erst bei Temperaturen über 100 Millionen Grad zündet, darf der Brennstoff – ein dünnes Wasserstoffplasma – nicht in Kontakt mit kalten Gefäßwänden kommen. Von Magnetfeldern gehalten, schwebt er nahezu berührungsfrei im Inneren einer Vakuumkammer. Für den magnetischen Käfig haben sich zwei verschiedene Bauweisen durchgesetzt, Tokamak und Stellarator. Beide Anlagentypen werden im IPP untersucht: In Garching läuft der Tokamak ASDEX Upgrade, in Greifswald seit heute der Stellarator Wendelstein 7-X.

Gegenwärtig traut man nur einem Tokamak – dem internationalen Testreaktor ITER, der in weltweiter Zusammenarbeit zurzeit in Cadarache aufgebaut wird – ein energielieferndes Plasma zu. Wendelstein 7-X, die weltweit größte Fusionsanlage vom Typ Stellarator, wird keine Energie erzeugen. Trotzdem soll die Anlage beweisen, dass auch Stellaratoren kraftwerkstauglich sind. Mit Wendelstein 7-X soll die Qualität von Plasmagleichgewicht und -einschluss erstmals der eines Tokamaks ebenbürtig werden. Und mit 30 Minuten langen Entladungen soll die Anlage das wesentliche Plus der Stellaratoren vorführen, die Fähigkeit zum Dauerbetrieb. Dagegen können Tokamaks ohne aufwändige Zusatzmaßnahmen lediglich in Pulsen arbeiten.

Die Montage von Wendelstein 7-X begann im April 2005: Ein Ring aus 50 supraleitenden, etwa 3,5 Meter hohen Magnetspulen ist das Kernstück der Anlage. Ihre speziellen Formen sind das Ergebnis ausgefeilter Optimierungsrechnungen der Abteilung „Stellarator-Theorie“ und ihrer über zehnjährigen Suche nach einem besonders wärmeisolierenden magnetischen Käfig. Die Spulen sind auf ein stählernes Plasmagefäß aufgefädelt und von einer ringförmigen Stahlhülle umschlossen. In ihrem luftleer gepumpten Innenraum werden die Spulen mit flüssigem Helium auf Supraleitungstemperatur bis nahe an den absoluten Nullpunkt abgekühlt. So verbrauchen sie nach dem Einschalten kaum Energie. Der von ihnen erzeugte Magnetfeldkäfig hält im Inneren des Plasmagefäßes das Forschungsobjekt der Wissenschaftler in Schwebe, das 30 Kubikmeter füllende ultra-dünne Plasma.

Die von Bund, Land und EU getragenen Investitionskosten für Wendelstein 7-X beliefen sich auf 370 Millionen Euro. Die Bauteile fertigten Firmen in ganz Europa; Aufträge im Wert von weit über 70 Millionen gingen an Unternehmen in der Region. Zahlreiche Forschungseinrichtungen im In- und Ausland waren am Aufbau der Anlage beteiligt. So trug im Rahmen der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren das Karlsruher Institut für Technologie die Verantwortung für die Mikrowellen-Plasmaheizung; das Forschungszentrum Jülich baut Messgeräte und fertigte die aufwändigen Verbindungen der supraleitenden Magnetspulen. Den Einbau übernahmen Spezialisten der Polnischen Akademie der Wissenschaften in Krakau. Die US-amerikanischen Fusionsinstitute in Princeton, Oak Ridge und Los Alamos trugen u.a. mit magnetischen Zusatzspulen und Messgeräten zur Ausrüstung von Wendelstein 7-X bei.

 

 

Quellen: grenzwissenschaft-aktuell und Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

 

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

Time limit is exhausted. Please reload CAPTCHA.