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Montag, 19.05.2014

Heißes Plasma zwischen kalten Spulen

In Greifswald wird seit 2005 das Fusionsexperiment „Wendelstein 7-X“ aufgebaut.

Von Martina Rathke

Bizarr geformter Gigant: 725 Tonnen wiegt das ringförmige Plasmagefäß für das Kernfusionsexperiment „Wendelstein 7-X“ im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald. Foto: ZB/Jens Büttner
Bizarr geformter Gigant: 725 Tonnen wiegt das ringförmige Plasmagefäß für das Kernfusionsexperiment „Wendelstein 7-X“ im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald. Foto: ZB/Jens Büttner

© dpa

Physikern wird ein eher rationales und nüchternes Verhältnis zu ihrem Forschungsgegenstand nachgesagt. Doch Thomas Klinger, Direktor am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald, hat zum Kernfusionsexperiment „Wendelstein 7-X“ inzwischen eine väterlich-emotionale Beziehung – „wie bei einem kleinen Kind, das seine ersten Schritte macht“.

Der 49-Jährige steht unter Spannung, wippt auf den Zehenspitzen. Nicht ohne Grund: Seit 1996 wurde in Greifswald am Fusionsexperiment geplant und gebaut. Mit sieben Jahren Verspätung geht der „Wendelstein“ nun in die Vorbetriebsphase. Morgen soll dafür der offizielle Startschuss gegeben werden.

Bis zu 100 Millionen Grad

Was die Physiker mithilfe von Mitteln des Bundes, der EU und des Landes in Greifswald geleistet haben, ist technologisches Neuland. In einem ringförmigen Magnetfeld – gebildet von 70 supraleitenden Magnetspulen – wollen sie ein bis zu 100 Millionen Grad heißes Plasma erzeugen. Voraussetzung dafür, dass später Atomkerne ähnlich den Prozessen auf der Sonne verschmelzen können und große Energiemengen freigeben.

Anders als bei der Kernspaltung konventioneller Atomkraftwerke werden bei der Fusion nur geringe Mengen Radioaktivität freigesetzt. Unter irdischen Bedingungen verschmelzen am leichtesten die beiden Wasserstoffsorten Deuterium und Tritium. Dabei entsteht ein Helium-Kern, darüber hinaus werden ein Neutron sowie große Mengen Energie frei. Ein Gramm Brennstoff könnte nach Angaben der Fusionsforscher in einem Kraftwerk 90.000 Kilowattstunden Energie erzeugen – die Verbrennungswärme von elf Tonnen Kohle.

Eine Fusion selbst ist in Greifswald nicht geplant. Es soll lediglich das Verhalten des Plasmas unter Hochtemperatur erforscht werden.

Seit der Diskussion um die Kostenexplosion und Bauverzögerungen des internationalen Fusionsreaktors „Iter“ im französischen Cadarache stand auch das Kernfusionsexperiment „Wendelstein 7-X“ in der Kritik. Die Gesamtkosten für das Greifswalder Fusionsexperiment haben sich wegen der längeren Bauzeit von rund 500 Millionen auf über eine Milliarde Euro mehr als verdoppelt. Zuletzt zweifelten Grüne und Umweltverbände an der Strahlensicherheit des Hallenbetons und forderten einen Projektstopp für „Wendelstein 7-X“. Der TÜV Süd hat die Zweifel in einem Gutachten ausgeräumt. Noch gelangen Monteure mit Spezialschuhen und -anzügen in das Innere des 725 Tonnen schweren Plasmagefäßes, um dort die Hitzeschilder zu montieren. Mitte 2015 soll das erste Plasma durch den Ring von 16 Metern Durchmesser fließen – zunächst 0,1 Gramm Helium, später die gleiche Menge Wasserstoff und Deuterium. „Wendelstein 7-X“ ist die weltweit größte Fusionstestanlage vom Typ „Stellarator“.

„Wir haben eine Pfadfinder-Funktion“, sagt Klinger. Die Forscher wollen beweisen, dass ein Fusionsreaktor vom Typ „Stellarator“ mindestens genauso leistungsfähig ist wie die Parallelentwicklung – der „Tokamak“. Dieser Reaktortyp, der bislang nur einen gepulsten Betrieb erlaubt, entsteht in Cadarache. Der „Stellarator“ aber soll einen Vorteil bieten: den Langzeitbetrieb mit kontinuierlicher Energiegewinnung.

„Wendelstein 7-X“ gilt als Schlüsselexperiment. Doch die technologischen Herausforderungen waren enorm: Allein die Entwicklung und der Bau der bizarr geformten Magnetspulen hatten das Projekt um mehrere Jahre zurückgeworfen. Die Fertigung von Großkomponenten wurde zwar in der Industrie begonnen, da vieles aber nicht den Ansprüchen genügte, holte das Institut die Produktion ins eigene Haus.

Umweltverbände und Grüne halten die Fusionsforschung für ein Milliardengrab. Sie komme zu spät, sei zu teuer sowie riskant und behindere eine wirkliche Energiewende. Statt Geld in der Fusionsforschung zu verbrennen, sollten die Mittel in die Erforschung von Speichern für Wind- und Sonnenstrom investiert werden.

Klinger ist dagegen überzeugt, dass Wind, Sonne und Wasser allein nicht ausreichen werden, um künftig den rasant steigenden Energiebedarf decken zu können. Einen „Systemwettkampf“ zwischen Fusion und erneuerbaren Energien sehe er nicht. „Alle Optionen müssen verfolgt werden, um zwischen 2050 und 2070 mehrere Karten auf dem Tisch zu haben.“

Vakuum zwischen den Ringen

Noch steht die Betriebsgenehmigung für das Experiment aus. Nach dem positiven TÜV-Gutachten rechnet das Max-Planck-Institut für Anfang 2015 mit dem Okay des zuständigen Landesamtes. Derzeit wird aus den Zwischenräumen zwischen dem Innen- und Außenring die Luft herausgezogen und ein Vakuum erzeugt. Danach soll die Abkühlung der gewundenen Magnetspulen auf minus 270 Grad beginnen – Voraussetzung dafür, dass das Material supraleitend wird und das Plasma gelenkt werden kann. (dpa)

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