Kernfusionsforschung Sonnenmaschine für neue Experimente aufgerüstet

Kernfusionen wie auf der Sonne könnten unsere Energieprobleme lösen - wenn sie sich in einem Kraftwerk nutzbar machen lassen. Die Versuchsanlage Wendelstein 7-X wurden nun für noch höhere Temperaturen aufgerüstet.
Anlage Wendelstein 7-X im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

Anlage Wendelstein 7-X im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

Foto: Stefan Sauer/ dpa

In einem 20 Meter breiten Edelstahlkoloss wollen Wissenschaftler ein Plasma erzeugen, wie es auf der Sonne existiert. So soll eine quasi unerschöpfliche Energiequelle geschaffen werden. Nach einem 15-monatigen Umbau der Kernfusions-Versuchsanlage Wendelstein 7-X startet jetzt die zweite Experimentierphase im Greifswalder Max-Planck-Institut für Plasmaphysik.

Ziel der bis Dezember dauernden Experimente sei es, erstmals ein fusionsrelevantes Plasma zu erzeugen, sagte Institutsdirektor Thomas Klinger. Dazu wurden ein Hitzeschild installiert, die Heizung erweitert und neue Messinstrumente eingebaut.

Rund hundert Kernfusionsexperten aus aller Welt haben sich Institutsangaben zufolge zu den Experimenten angemeldet. Sie wollen in der Greifswalder Anlage die Fusion als eine neue Primärenergiequelle auf der Erde erforschen.

Vorbild dafür ist die Sonne, wo bei der Fusion von Wasserstoffkernen zu Helium unter hohem Druck und hohen Temperaturen gigantische Mengen Energie freigesetzt werden.

Nutzung für Kraftwerke getestet

Die Kernfusionsforscher untersuchen, inwieweit diese physikalischen Vorgänge auf der Erde in Kraftwerken für die Energiegewinnung genutzt werden können. Sollte dies gelingen, so Klinger, könnte die Fusion in künftigen Jahrzehnten eine CO2-freie Ergänzung zu den erneuerbaren Energien werden.

Tatsächliche Fusionsexperimente sind im von EU, Bund und Land geförderten Kernfusionsexperiment Wendelstein 7-X jetzt und auch künftig jedoch nicht geplant. Vielmehr wollen die Forscher das Plasma untersuchen, das die Voraussetzung für eine Kernfusion ist. Sie möchten klären, ob das Design der Anlage vom Typ "Stellerator" kraftwerkstauglich ist. Darin hält ein kompliziert verwobenes Magnetfeld das Plasma von den Wänden fern.

Computergrafik: Die verdrillten Magnetspulen der Fusionsanlage

Computergrafik: Die verdrillten Magnetspulen der Fusionsanlage

Foto: IPP/ Dr. Christian Brandt

Wendelstein 7-X ist die weltweit modernste Forschungsanlage dieses Fusionstyps, der - so die Annahmen der Greifswalder Forscher - in einem Kraftwerk im Dauerbetrieb gefahren werden und damit dem pulsbetriebenen Fusionstyp "Tokamak" überlegen sein könne. Dort ist das Magnetfeld viel einfacher konstruiert - ein solcher Reaktor erlaubt nur einen Pulsbetrieb ähnlich wie bei den Platten eines Ceranfelds.

"Jetzt fahren wir Vollgas"

Ende 2015 hatte das Institut mit der Versuchsanlage Wendelstein 7-X das erste Plasma erzeugt. Seitdem konnten bei rund 1000 verschiedenen Experimenten in dem durch einen Magnetring gehaltenen Plasma Elektronen-Temperaturen von bis zu 100 Millionen Grad und Ionen-Temperaturen von bis zu 20 Millionen Grad erzeugt werden.

Nun sei die Maschine in ihrer Leistungsfähigkeit so aufgerüstet worden, dass fusionsrelevante Bedingungen entstehen. Unter diesen Bedingungen könnten bereits Atomkerne effizient fusionieren, sagte Klinger. Die Elektronen- und Ionen-Temperaturen lägen dann bei jeweils etwa 70 Millionen Grad. "Jetzt fahren wir Vollgas."

In der nun beginnenden zweiten Experimentierphase wollen die Forscher Plasmen bei voller Heizleistung für bis zu zehn Sekunden erzeugen. Ziel nach weiteren Umbauten sei es dann, Plasmen für eine Dauer von einer halben Stunde aufzubauen.

Direktor Thomas Klinger: "Jetzt fahren wir Vollgas"

Direktor Thomas Klinger: "Jetzt fahren wir Vollgas"

Foto: Stefan Sauer/ picture alliance / dpa

Techniker hatten in den vergangenen Monaten aus etwa 8500 Kohlenstoff-Kacheln ein auf Mikrometer genau platziertes Hitzeschild im Plasmagefäß der Anlage montiert und sogenannte Divertoren - das sind spezielle Prallplatten aus Graphit - installiert. Damit seien die Voraussetzungen geschaffen worden, die Leistung der Mikrowellenheizung auf 8,5 Megawatt verdoppeln und in der Folge höhere Plasmadichten und -temperaturen erzeugen zu können, sagte Klinger.

Nachdem das für die Experimente notwendige Vakuum erzeugt und die Anlage auf minus 270 Grad nahe dem absoluten Nullpunkt heruntergekühlt wurde, seien inzwischen die Testläufe für die Experimente gestartet worden, hieß es. Das erste richtige Experiment soll Anfang September erfolgen.

Martina Rathke, dpa/brt
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