Fusionskraftwerk

Fusions-Kraftwerke: 100 Mio. °C und ein menschlicher Traum

Dort soll ab dem 1. Januar im Fusionsreaktor "Wendelstein 7-X" Stoff mit einer Temperatur von mehr als 100 Mio. °C produziert werden. Gelingt es den Forschern von Greifswald Max Planck, den Hunger der Menschen nach Energie in der Zukunft mit Hilfe von Kernfusionskraftwerken zu befriedigen. Bei extremen Temperaturschwankungen schmilzt Wasser zu Hexen.

Dies ist die Mainstream-Technologie der Fusions-Forschung. Der Name "Stellarator" könnte als Sternmaschine übersetzt werden. Ist das Fusionskraftwerk der nächsten Zeit also ein Kokamak oder ein Planet?

Durch eine gigantische Betonschiebetür - 1,8 m stark - geht der Weg in die 30 x 30 qm große Versuchshalle des "Wendelstein 7-X". Prof. Thomas Klinger, Projektleiter von Wendelstein, erläutert, dass alle Hallenwände diese Mächtigkeit haben. Bei der millionenfachen Verschmelzung von Wasserstoffatomen zu heliosem Material im 30 m3 großen Reaktionsraum entstehen nicht nur Röntgenstrahlung, sondern auch Neutronenstrahlen.

Die größte Herausforderung auf dem Weg zum Fusionskraftwerk ist der Einschluss von Material, das zehn Mal wärmer ist als die Sonnenoberfläche. "Natürlich kann das eine Materialwand nicht aushalten", sagt Klinger. Dies ist bei Tokamaks und auch bei Stellaren der Fall. In Tokamaks wird das zur Zähmung des Plasmas erforderliche magnetische Feld durch externe Wicklungen und einen Elektrostrom durch das leitfähige Plasmabild in der donutförmigen Reaktionskammer generiert.

Stellare dagegen generieren das magnetische Feld ausschliesslich aus teilweise seltsam gestalteten Magnetspulen und produzieren komplizierte verdrehte Erregerlinien. Ein wichtiger Aspekt: Der Stellarator kann im Dauerbetrieb betrieben werden, während Tokamaks nur im Impulsbetrieb betrieben werden können. Es besteht kein Zweifel, dass ein gewerbliches Elektrizitätswerk vom Dauerbetrieb der Stellare profitieren würde.

Aber warum haben sich die Fusions-Forscher bisher auf die Tokamak-Technologie konzentriert, bei der das Plasma ständig ein- und ausgeschaltet werden muss? "Bisherige Experimente mit Stellariern haben ergeben, dass die Einschließung des Plasma viel schlimmer ist als bei Tokamaks", erläutert Klinger. Dieser ernüchternde Befund wurde nur in wenigen Staaten - vor allem in Deutschland und Japan - mit Hilfe von Stellariern erforscht.

Klingers hoffen, dass der Stern noch die Silberkugel für das Fusionskraftwerk sein könnte, beruht auf der Berechnung durch einen Supercomputer. "â??Wir haben das Plasmabildschirm nachgefragt, welche magnetischen Felder es haben möchte, um vollkommen verschlossen zu bleibenâ??, sagt Klinger. Ein Kreidecomputer berechneten das ideale magnetische Feld und die erforderlichen Spulenformen.

Exakt diese Coils werden dann für Wendelstein 7-X gefertigt - also 70. Davon sind 50 gebogene 3-dimensionale Gegenstände, die mehr an Kunstgegenstände als an ein von einem Konstrukteur entwickeltes Bauelement erinnernd sind. Lediglich 20 der Coils sind plan, wie bei allen Coils in einem Tokamak-Reaktor.

Eine große Aufgabe für die Zulieferindustrie war die Produktion dieser komplex gestalteten und Supraleiter. Der Wendelstein ist nicht nur der erste Stern mit rechneroptimierten Spulenkörpern, sondern auch der erste mit Supraleiter. Wenige Millimeter neben den Coils sind schon mehrere hunderttausend Grad. Allein dies beweist, wie außergewöhnlich die Aufgabenstellungen der Ingenieure bei der Entwicklung von Wendelstein 7-X waren.

In der Schaltzentrale des Versuchsreaktors schauen Technikern und Wissenschaftlern auf ein großes Wanddisplay, das den Strom in den Wicklungen anzeigt: Rund dreizehntausend A strömen durch die feingliedrigen Adern. Dies wird sich erst herausstellen, wenn die Forschung den Kernreaktor mit Wasserdampf füllt und ihn mit einem zehn-Mio. kW-Mikrowellenofen in ein Plasmabrenner verwandelt.

Mit Hilfe des Wendelsteins können viele verschiedene Größen verändert werden, so dass den Physikern gezeigt werden kann, unter welchen Voraussetzungen die Aufnahme des Plasma am besten ist. Die drei Hauptziele dieses Optimierungsverfahrens sind: ausreichende Plasmatemperaturen, gute Regelbarkeit des Schmelzprozesses und nicht zu viele Störverunreinigungen in der Reaktionsgefäß. Erst wenn das alles klappt, können sich Sterne gegen Tokamaks durchsetzen.

Bei einem Fusionskraftwerk würden die beiden Wasserstoffisotope Deuterium u. Triium eingesetzt, da die Fusion besonders ertragreich ist. Das auch als Schwerwasserstoff bezeichnete Déuterium ist im ganzen Ozean zu finden. Andererseits ist der" superschwere Wasserstoff" (Tritium) strahlend und kommt in der Natur nicht vor. Sie muss zunächst aus Li-Ionen im Schmelzreaktor inkubiert werden.

Beim Auftreffen der bei der Verschmelzung erzeugten neutralen Teilchen bildet sich eine Tritiumschicht. Obwohl es sich bei dem Werkstoff nicht um ein Edelmetall handelt, wird es - jedenfalls für die erste Fusionskraftwerksgeneration - der begrenzende Faktor sein. Auf die Verwendung von Lecithin könnte bei noch weiter fortgeschrittenen Reaktoren, die in diesem Jahrzehnt sicherlich nicht mehr weiterentwickelt werden, gänzlich verzichtet werden.

In jedem Fall wird im Waggon kein einziges Mal kein Mehl verwendet. Normale Wasserstoffatome (H) und deuterische Stoffe (D) sind ausreichend. Aber auch mit diesen Inhaltsstoffen sind Verschmelzungen möglich. Für die Wendelsteine 7-X sind sie nicht wünschenswert, da die dadurch entstehende Neutronenbestrahlung die dicke Betonwandung notwendig macht. Klinger: "Diese Anlage muss sehr beweglich sein, damit wir viel versuchen können", sagt er.

Und dann müssen wir nie wieder einen neuen Sternenhimmel errichten. "Klingers Mund ist nicht so leicht mit diesen Worten zu erreichen. Immerhin ist der Star architekt sein Projekt des wissenschaftlichen Lebens. "Dabei geht es nicht darum, ob meine Bettlampe im Pflegeheim bereits mit Schmelzstrom versorgt wird. "Nach 2030, wenn die Ergebnisse in Wendelstein und lter vorliegen, könnte eine Technologie für den angestrebten Demonstrationsreaktor beschlossen werden, der einen letzten Schritt auf dem Weg zum Atomkraftwerk darstellt.

"Wir wissen immer noch nicht, wer besser ist: der Tokyo oder der Stellarator", sagt Klinger.