Fusionsanlage Wendelstein 7-X Die Sonnenmaschine läuft

Premiere geglückt: Erstmals haben Physiker in dem Greifswalder Reaktor Wendelstein 7-X ein Plasma erzeugt - Voraussetzung für eine Kernfusion. Jetzt können sie damit beginnen, die heiße Suppe aus Atomkernen und Elektronen zu erforschen.

Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

Die Maschine läuft. Neun Jahre hat der Aufbau von Wendelstein 7-X gedauert. Seit einem Jahr wird die Fusionsanlage in Greifswald Schritt für Schritt hochgefahren. Nun haben die Physiker vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik zum ersten Mal ein Plasma erzeugt.

Rund ein Milligramm Heliumgas speisten sie in den ausgepumpten 16 Meter großen Ring ein, schalteten die Mikrowellenheizung für einen kurzen 1,8 Megawatt-Puls an - und konnten über Kameras das erste Plasma beobachten. Es bestand nach Angaben des Instituts für eine Zehntel-Sekunde und erreichte eine Temperatur von rund einer Million Grad.

"Wir beginnen mit einem Plasma aus dem Edelgas Helium", sagte Thomas Klinger, Wissenschaftlicher Direktor des Großexperiments. Erst im nächsten Jahr werde man zu dem eigentlichen Untersuchungsobjekt, einem Wasserstoff-Plasma, wechseln. "Mit Helium ist der Plasmazustand leichter zu erreichen. Außerdem können wir mit Helium-Plasmen die Oberfläche des Plasmagefäßes reinigen."

Die nun in Betrieb gegangene Anlage Wendelstein 7-X könnte Forschungsgeschichte schreiben. Immerhin geht es um eine bislang nicht nutzbare, quasi unerschöpfliche Energieform - die Kernfusion. Mit wenigen Gramm Wasserstoff ließe sich theoretisch ein Großkraftwerk betreiben, sofern es gelingt, den Fusionsprozess unter Kontrolle zu halten.

Im Video - Wie die Sonnenmaschine wächst:

IPP/ Matthias Otte
In der Sonne fusionieren permanent Wasserstoffatome zu Helium, auf der Erde klappte das bislang nur unkontrolliert als Wasserstoffbombe. Die stärkste je auf der Erde gezündete Bombe nutzte Wasserstoff und war 4000 Mal stärker als die Atombombe von Hiroshima. Eine kontrollierte Kernfusion ist Forschern bislang nur für wenige Sekunden gelungen. Fusionskraftwerke könnten langfristig das Energieproblem der Menschheit lösen.

Die Anlage in Greifswald ist allerdings zu klein, um Strom zu erzeugen - trotz der rund 400 Millionen Euro, die sie bislang gekostet hat. Doch Wendelstein 7-X ist groß genug, um die komplexen Magnetfelder zu studieren, mit denen die Forscher das heiße Plasma in der Schwebe halten wollen. Plasma ist ein Aggregatzustand, bei dem sich die Elektronen aus den Wasserstoffatomen lösen. Es handelt sich, wenn man so will, um eine extrem heiße Suppe aus Elektronen und Atomkernen. Nur unter den extremen Bedingungen eines Plasmas können Fusionsreaktionen einsetzen.

Das Plasma muss von den Wänden des Gefäßes ferngehalten werden, ansonsten würde es sich zu sehr abkühlen und zusammenbrechen. Das von den vielen Magneten erzeugte Feld soll die heiße Suppe gefangen halten.

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

Computergrafik: 50 nichtebene Spulen (blau) und 20 ebene Spulen (bronze) erzeugen das verdrille Magnetfeld

"Wir sind sehr zufrieden", sagte Betriebsleiter Hans-Stephan Bosch, nach dem ersten Experimentiertag. "Alles lief wie vorgesehen". Als nächstes wolle man die Dauer der Plasmaentladungen verlängern und untersuchen, wie die Helium-Plasmen durch Mikrowellen am besten zu erzeugen und aufzuheizen sind. Im Januar sollen dann Experimente mit Wasserstoff folgen. Vereinzelte Fusionen wird es erst geben, wenn ein Plasma aus Deuterium, schwerem Wasserstoff, erzeugt wird.

Bei der Anlage Wendelstein handelt es sich um einen sogenannten Stellarator. Darin hält ein kompliziert verzwirbeltes Magnetfeld das Plasma von den Wänden fern. Ein solcher Reaktor kann prinzipiell im Dauerbetrieb arbeiten - anders als beim Typ Tokamak, zu dem der gerade in Südfrankreich gebaute Iter gehört. Dort ist das Magnetfeld viel einfacher konstruiert - ein solcher Reaktor erlaubt nur einen Pulsbetrieb ähnlich wie die Platte eines Ceranfelds. An, aus, an, aus: So sieht der Modus aus. In Greifswald sind bis zu 30 Minuten Dauerbetrieb geplant. Das Experiment Wendelstein wird noch viele Jahre laufen.

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.

hda

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insgesamt 364 Beiträge
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Seite 1
magic88wand 10.12.2015
1. *Applaus*
Wenn die Energiegewinnung aus der Fusion von Wasserstoffatomen gelingen sollte, wäre das wahrscheinlich nicht nur die billigste, sondern auch die umweltfreundlichste Energie - noch vor Solar- und Windkraft.
EinJemand 10.12.2015
2.
Kein einziger Satz zu Risiken? Na dann nehm ich an, es gibt keine.
derpif 10.12.2015
3.
Ich gratuliere von ganzem Herzen!
Ein_denkender_Querulant 10.12.2015
4. Unglaublich!
Ich hätte nie erwartet, dass es funktioniert, weil es extrem schwer ist, dymamische Magnetfelder in der Stärke und Geschwindigkeit so zu regeln. Interessant wird es im nächsten Schritt, wenn zusätzlich Aufheizungen durch Kernfusion das Plasma anregen und die Magnetfelder instabilerer werden. Ich freue mich unglaublich für die beteiligten Wissenschaftler und hoffe auf die nächste Runde positiver Ergebnisse!
soulbrother 10.12.2015
5.
"Fusionskraftwerke könnten langfristig das Energieproblem der Menschheit lösen." Ja, das können sie, daher wird der größte Fusionsreaktor am Himmel immer mehr zur Lösung des Energie(nutzungs)problems eingesetzt.
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