Kernfusionsforschung in Greifswald Sonnenmaschine erzeugt Wunderstoff

Die Menschheit ist dem Wunder der Kernfusion ein Stück näher gekommen. In einem Reaktor in Greifswald ist es gelungen, nach Helium- auch Wasserstoff-Plasma herzustellen. Sind bald alle Energieprobleme gelöst?

Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

Die Kanzlerin selbst hat den Schalter betätigt. Angela Merkel, ausgebildete Physikerin, war dabei, als an diesem Mittwoch in Greifswald ein bedeutendes Experiment begann: die Vorbereitung der Kernfusion, es geht um eine quasi unerschöpfliche Energiequelle.

In der eine Milliarde Euro teuren Anlage Wendelstein 7-X in Greifswald soll die Machbarkeit der Kernfusion erforscht werden, wie sie auf der Sonne abläuft. In der Sonne verschmilzt permanent ein Plasma aus Wasserstoffatomen zu Helium.

Im Plasma lösen sich Elektronen aus den Wasserstoffatomen - so können Fusionsreaktionen der Kerne einsetzen, die die begehrte extreme Energie freisetzen.

Im Dezember war es im Greifswalder Reaktor bereits gelungen, Helium-Plasma zu erzeugen. Jetzt haben die Forscher auch den Kernfusionsstoff Wasserstoff-Plasma erzeugt.

Damit sind die Forscher ihrem eigentlichen Ziel ein Stück näher gekommen: einer kontrollierten Kernfusion, mit der sich eines Tages womöglich die Energieprobleme der Menschheit lösen lassen. Sollte tatsächlich eine kontrollierte Fusion gelingen, könnte sich die Menschheit Hoffnung auf schier unerschöpfliche Energie machen.

Im Video - wie die Sonnenmaschine wächst:

IPP/ Matthias Otte
Mit wenigen Gramm Wasserstoff ließe sich theoretisch ein Großkraftwerk betreiben; ein Gramm Wasserstoff könnte dieselbe Energiemenge erzeugen wie zehn Millionen Gramm Kohle. Der Reaktor in Greifswald soll zeigen, ob sich der Traum erfüllen kann.

An diesem Mittwoch ging es sogar um noch geringere Mengen. Kaum ein Milligramm Wasserstoffgas speiste der Reaktor Wendelstein 7-X in Greifswald auf Merkels Geheiß und unter Kontrolle der Forscher des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) in seinen etwa 30 Kubikmeter fassenden Ring aus Edelstahl. Der Ring ist mit Spezialkeramik ausgekleidet, in ihm herrscht Vakuum.

Computergrafik: 50 nicht ebene Spulen (blau) und 20 ebene Spulen (bronze) erzeugen das verdrillte Magnetfeld
IPP/ Dr. Christian Brandt

Computergrafik: 50 nicht ebene Spulen (blau) und 20 ebene Spulen (bronze) erzeugen das verdrillte Magnetfeld

Um den Ring herum winden sich 70 Magnetspulen, die das Plasma im Inneren auf engen Raum zwingen. Das Plasma muss von den Wänden des Gefäßes ferngehalten werden, weil es sonst abkühlen und zusammenbrechen würde.

Flüssiges Helium kühlt die Magnetspulen auf minus 270 Grad - bei der extremen Kälte sind die Magnete supraleitend, sodass sie die nötige Energie transportieren können.

Es herrschen extreme Temperaturunterschiede auf engstem Raum: Im Innern des Stahlrings wummert das heiße Wasserstoffplasma bei rund 100 Million Grad. So heiß wird es kurzzeitig, weil Mikrowellen den Wasserstoff regelrecht zerfetzen.

Allerdings braucht die Anlage bis zu zehn Megawatt, genug, um eine Kleinstadt mit Strom zu versorgen - die Energiebilanz ist also noch negativ. Sollte es den Forschern gelingen, Kernfusion effektiver zu machen, könnte Wendelstein 7-X Geschichte schreiben.


Anmerkung der Redaktion: In einer früheren Version hieß es, die "Fusionsreaktionen der Elementarteilchen" könnten einsetzen, tatsächlich fusionieren die Kerne. Außerdem beträgt die Temperatur im Inneren des Stahlrings nicht eine, sondern 100 Millionen Grad. Wir bitten um Entschuldigung und haben die Fehler korrigiert.

Direktor Thomas Klinger vor Wendelstein 7-X: "Aus einem Gramm Wasserstoff können wir dieselbe Energiemenge gewinnen wie aus zehn Millionen Gramm Kohle."

Montage (Dezember 2011): Über 700 Tonnen schwer ist die Anlage. Durch 254 Stahlrohre und Stutzen kann das Plasma im Inneren der ringförmigen Kammer beobachtet und geheizt werden.

Aufbau des sogenannten Stellarators: Zentrale Elemente der Anlage sind 50 nichtebene (blau) und 20 ebene Magnetspulen (bronze). Alle werden auf minus 270 Grad gekühlt und sind supraleitend. Die Magneten erzeugen ein verdrilltes Feld, das das Plasma sicher einschließen soll.

Nichtebene Magnetspule vor dem Max-Planck-Institut in Greifswald: Das Konzept des Stellarators stammt aus den Fünfzigerjahren. Doch erst mithilfe leistungsstarker Computer konnten Physiker berechnen, wie die Magneten konstruiert und positioniert werden müssen, damit das Plasma nicht entwischen kann.

Messung im Juli: Das Foto zeigt die Leuchtspuren eines Elektronenstrahls auf seinem vielfachen Umlauf entlang einer Feldlinie durch das Plasmagefäß. Nun wollen Forscher erstmals ein Plasma in der Kammer erzeugen.

Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald: Knapp 500 Mitarbeiter arbeiten unweit vom stillgelegten AKW Greifswald an der Nutzung einer neuen Primärenergieform.

Blick in die Torushalle: 180 Zentimeter dicke Außenmauern sollen Neutronen zurückhalten, die bei der Fusion von Wasserstoff- und Deuteriumatomen entstehen.

Notschalter am Eingang der Halle: "Wir haben die Probleme am Cern genau analysiert und glauben, dass Ähnliches hier nicht passiert", meint Klinger, wissenschaftlicher Direktor. Wo große Ströme, flüssiges Helium und ein heißes Plasma zusammenkommen, lässt sich das Risiko nicht auf Null senken.

Monteur in der Torushalle: Die Vielzahl an Kabeln, Rohren und Ventilen ist verwirrend.

Energiespender: Das Foto zeigt den Bereich des Stellarators, an dem die energiereiche Mikrowellenstrahlung in das Innere der Anlage gelangt. Sie soll das Plasma auf 100 Millionen Grad aufheizen.

Bei Wendelstein 7-X treffen Extreme aufeinander: Große Teile der Anlage sind dauerhaft auf minus 270 Grad Celsius heruntergekühlt und müssen aufwendig isoliert werden. Parallel wird eine Heizung mit bis zu zehn Megawatt das Plasma erzeugen.

Montage: Der Durchmesser liegt bei 16 Metern, die Höhe bei fünf Metern. Wegen diverser Kabel, Rohre und Zuführungen erstreckt sich die Anlage real über drei bis vier Stockwerke.

Halle im Überblick: Strom wird in Greifswald keiner erzeugt. Dafür ist die Anlage nicht groß genug. Bei einem Durchmesser von etwa 45 Metern wäre die Energieausbeute positiv. Das heißt: Bei der Kernfusion entstünde mehr Wärme als zum Erzeugen des Plasmas in das System gesteckt wurde.

Detail der Anlage: Weder Raumstation noch Atomreaktor. In Wendelstein 7-X wird das Plasma studiert, das Kernfusionen möglich macht.

Blick auf Wendelstein 7-X: Auf der Sonne fusionieren permanent Wasserstoffatome zu Helium, auf der Erde klappte das bislang nur unkontrolliert als Wasserstoffbombe, sieht man von den bislang nur wenige Sekunden dauernden Versuchen ab.

boj

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insgesamt 245 Beiträge
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Seite 1
syracusa 03.02.2016
1. da kommt niemals Strom zu wettbewerbsfähigen Kosten raus
Sind bald alle Energieprobleme gelöst? Die sind doch schon vollständig gelöst. Wir können uns völlig problemlos dauerhaft mit völlig sauberer Energie versorgen. Sie wird von der Sonne zu uns ausgestrahlt und wir können sie mit Windkraftanlagen und PV-Modulen ernten. Damit die vom Menschen kontrollierte Kernfusion jemals einen Teil zu unserer Energieversorgung beitragen kann, müssten schon noch etliche Wunder geschehen. Nach dem bisherigen Stand der Technik ist es völlíg unmöglich, dass Strom aus einem Fusionskraftwerk jemals auch nur entfernt Strom zu wettbewerbsfähigen Kosten erzeugen kann. Das schaffen ja noch nicht mal die Fissionskraftwerke.
AxelSchudak 03.02.2016
2. Die energiereiche Gesellschaft...
Man stelle sich eine Gesellschaft vor, in der Energie eine Überschussresource ist... Man kann Geld sicherlich auch schlechter ausgeben als für Grundlagenforschung in diesem Gebiet.
spon-49j-k5ri 03.02.2016
3.
Super geil! Ich drücke die Daumen, dass die Fördergelder in den bisherigen Größenordnungen weiterfließen. Fühlt sich nach einer verdammt gut investierten Milliarde an. Weiter so. Vielleicht sehen wir hier die nötigen Grundsteine
Rikus 03.02.2016
4. Noch ein langer Weg
Wendelstein 7X ist ein Vorexperiment. Es war niemals dafür ausgelegt, eine positive Energiebilanz zu erzielen, noch werden in der Anlage Fusionsreaktionen stattfinden. Es wird auch gar kein dafür notwendiges radioaktives Tritium eingesetzt. Es ist lediglich ein Experiment, um das Stelleratorprinzip zu demonstrieren. Also den Einschluss eines kontinuierlichen Wasserstoffplasmas. Davon mal abgesehen gibt es eine ganze Reihe technologischer Hürden, die mit WS 7X gar nicht erst angegangen werden: Tritiumbrüten und stabile Wandmaterialien zum Beispiel. Außerdem entsteht auch in einem Fusionsreaktor starke Strahlung, die einen regelmäßigen Austausch der Wandmaterialien notwendig machen. Ob das jemals kommerziell sinnvoll eingesetzt werden kann, das ist die große Frage. Dazu der radioaktive Abfall... Ja, der strahlt deutlich weniger und kürzer als der auf KKWs, aber er strahlt eben und muss entsprechend gelagert werden. Die Fusionsgemeinde prophezeit ja gerne die Einsatzfähigkeit ihrer Technologie in 30-50 Jahren. Ich prophezeie auch mal: dann bin ich im hohen Alter und werde meinen Strom auf regenerativen Quellen ziehen. Die Forschungs-Forschungsreaktoren werden bis dahin alle abgeschaltet sein. Nach Dutzenden von Milliarden Invest.
ich-geb-auf 03.02.2016
5.
.... alle Energieprobleme gelöst? Wohl kaum.. entweder es wird extra so teuer gemacht, dass sich niemand was leisten kann oder es gibt Krieg. Kein Staat ist an solch einer Energiequelle ernsthaft interessiert, weder die Öl Staaten noch die Staaten wie Deutschland usw.. die durch Steuereinnahmen auf Öl ihren Haushalt finanzieren.
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