Kernfusion Amerika heizt mit im Sonnenofen

© IPP

Bauarbeiten kurz vor dem Schließen des Stellerators von Wendelstein 7-X.

Drei große amerikanische Forschungsinstitute, die auf dem Gebiet der kontrollierten Kernfusion arbeiten, werden sich in den kommenden drei Jahren am Aufbau der Fusionsanlage Wendelstein 7-X des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) beteiligen. Sie werden für diesen sogenannten Stellarator Bauteile und Messgeräte entwickeln und zur Verfügung stellen, die bislang aus Kostengründen nicht eingeplant waren. Als Gegenleistung sind sie dann Forschungspartner, wenn die Anlage - voraussichtlich 2014 - in Greifswald in Betrieb geht.

Damit es in einer Fusionsanlage zur Verschmelzung von Atomkernen kommt, muss ein mindestens hundert Millionen Grad heißes Plasma eine Zeitlang mit genügend hoher Dichte eingeschlossen werden. Für den üblichen magnetischen Einschluss sorgen bei den meistens wegen ihrer einfachen Konfiguration verwendetenTokamaks rings um das schlauchförmige Plasmagefäß angebrachte Magnete. Diese genügen aber für den Einschluss nicht, es muss zusätzlich ein Strom im Plasma fließen, der ein weiteres Magnetfeld erzeugt. Wegen seiner speziellen Eigenschaften kann ein Tokamak nur gepulst arbeiten, was einem Dauerbetrieb im Wege steht.

In der ersten Phase noch kein Dauerbetrieb

Mit dem Stellarator ist ein Dauerbetrieb eher möglich. Dafür haben sie allerdings eine extrem verdrehte Form, die schwer zu berechnen ist. Bei früheren Stellaratoren waren die Spulen nicht optimal. Trotzdem konnte man mit ihnen bereits die grundlegenden Fragen zum Betrieb einer Fusionsanlage beantworten. Große Fortschritte sind insbesondere mit dem schon fortgeschrittenen Stellarator Wendelstein 7-AS erzielt worden, den das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik von 1988 bis 2002 betrieben hat. Mit seinem Nachfolger, dem Wendelstein 7-X in Greifswald, soll die Tauglichkeit von Stellaratoren vor allem für den Dauerbetrieb getestet werden. Dieser Stellarator ist für halbstündige Entladungen vorgesehen, allerdings erst in der zweiten Betriebsphase, die nach den jetzigen Plänen im Jahr 2017 beginnt. Zunächst muss man sich - da die aktive Kühlung erst später eingebaut wird - mit Entladungen von fünf bis zehn Sekunden begnügen. Als Brennstoff ist ein Plasma aus normalem Wasserstoff und Deuterium vorgesehen.

Der erste Fusionsreaktor aus der Computer-Retorte

Bei seiner Fertigstellung wird der Wendelstein 7-X die weltweit größte Anlage ihrer Art sein - und der erste große Stellarator, für den die komplizierte Form der Magnetspulen vollständig mit dem Computer berechnet werden konnte. Wegen der extrem hohen Temperaturen und den entsprechenden Dichten des Plasmas kommt es in Fusionsanlagen darauf an, dieses möglichst weit vor Verunreinigungen zu schützen und die Gefäßwand vor zu hohen Beanspruchungen zu bewahren. Üblich ist es seit langem, mit einer Art Staubsauger - einem Divertor, wie er beim IPP in Garching entwickelt wurde - Verunreinigungen vom Plasma fernzuhalten. Das Oak Ridge National Laboratory in Tennessee wird nun für Wendelstein 7-X eine Ergänzung konstruieren. Es sind aus wassergekühlten Platten bestehende Elemente, die den Rand des Plasmas in den ersten dreißig Sekunden der halbstündigen Entladungen in Form halten - solange es noch nicht stabilisiert ist.

Das Princeton Plasma Physics Laboratory in New Jersey stellt für Wendelstein fünf Zusatzspulen her, die die Aufgabe haben, die Magnetränder am Plasmarand präzise einzustellen. Damit ist es möglich, die Form des Plasmas, wenn es bereits stabil ist, geringfügig zu korrigieren. Besondere Messgeräte zur Beobachtung des Plasmas schließlich, darunter eine ausgefeilte Infrarot-Diagnostik, wird das Los Alamos National Laboratory in New Mexico für Wendelstein 7-X liefern. Die Beiträge aller drei Forschungsinstitute gehören zu dem Programm "Innovative Approachesto Fusion" des amerikanischen Energieministeriums.

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Kernfusion

Amerika heizt mit im Sonnenofen

Von Günter Paul

Ab 2017 soll der neue Fusionsreaktor „Wendelstein 7-X“ im Halbstundentakt heizen. Ein ehrgeiziger Plan, an dem nun auch Washington mitbastelt. Drei große amerikanische Forschungsinstitute werden sich in den kommenden Jahren am Aufbau der Anlage beteiligen.

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