Die Fusions-Reaktoren - scinexx | Das Wissensmagazin
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Ein Magnetkäfig für das Plasma

Die Fusions-Reaktoren

Der Stellarator hat seinen Namen vom lateinischen Wort stella für Stern. Sein Konzept erfand der amerikanische Astronom Lyman Spitzer im Jahr 1951 an der Princeton University. Ein Stellarator erzeugt in seiner ringförmigen Vakuumkammer ein in sich verdrilltes Magnetfeld. Die Physiker aus Princeton wollten mit ihren nur tischgroßen Stellaratoren schnell Plasmatemperaturen von einer Million Grad erreichen.

Doch bald mussten sie enttäuscht einsehen, dass ihre Anlagen nicht funktionierten. „Bei der damaligen dreidimensionalen Form des Magnetfelds blieben die schnellsten und damit heißesten Teilchen nicht im Plasma, sondern flogen raus“, sagt Sibylle Günter. Dabei stahlen sie dem Plasma wertvolle Wärmeenergie. „Damit war der Stellarator zunächst tot.“ Erst in den 1980er-Jahren gelang es den Garchinger Physikern, dem Konzept wieder Leben einzuhauchen. „Seine Wiedergeburt war erst möglich, als es gelang, die Magnetfelder zu optimieren“, erklärt die Max- Planck-Direktorin.

Das Prinzip vom Tokamak © Christoph Schneider / MPI für Plasmaphysik

Der Stellarator erfordert ein kompliziertes Magnetfeld, das die umherflitzenden Plasmateilchen nicht aus dem heißen Plasma entkommen lässt. Erst seit kurzem können moderne, leistungsfähige Computer ausrechnen, welche optimale Form die Magnetspulen dafür haben müssen. So entstand das Experiment Wendelstein- 7X, das gerade in Greifswald aufgebaut wird. Im Jahr 2012 soll es in Betrieb gehen. Sein Plasma wird zwar noch nicht die Zündbedingung der Kernfusion erreichen. Doch Wendelstein-7X soll demonstrieren, dass ein Stellarator das im Prinzip schafft. Der Erfolg würde sich lohnen, denn der Stellarator hat eine bestechende Eigenschaft: In ihm kann eine Fusionsreaktion permanent laufen.

Die Rettung kam aus Russland

Ein Tokamak-Reaktor wird dagegen seine Fusionsreaktion nur in Pulsen von einigen Stunden Dauer antreiben können. Dafür ist er einfacher zu konstruieren, denn das Plasma bildet einen Ring. Es braucht keine komplizierten Magnetfelder, um die heißen Teilchen in seinem Inneren zu fangen. Tokamak steht für den russischen Begriff Toroidalnaya kamera w magnetnijch katuschkach, zu Deutsch „toroidales Gefäß mit magnetischen Spulen“. Sein Prinzip geht auf die beiden russischen Nobelpreisträger Igor Tamm und Andrej Sacharow zurück, die es 1952 entwickelt haben. Zum Rettungsring für die frustrierte Gemeinde der Plasmaphysiker wurde 1968 der russische Tokamak T3. Dieses Experiment des Kurchatow-Instituts in Moskau erreichte erstmals ordentlich hohe Plasmatemperaturen.

Plasma zu einem Ring ein. © Christoph Schneider / MPI für Plasmaphysik

Heute sind fast alle großen Plasmaexperimente Tokamaks, auch Asdex Upgrade. Asdex ist übrigens ein Akronym für „Axialsymmetrisches Divertorexperiment“ und steht für eine sehr erfolgreiche Garchinger Entwicklung. Die Divertoren sind Prallplatten an Boden und Decke des Vakuumgefäßes, auf die Magneten das kühle Äußere des Plasmas ablenken. Erst dieser Trick isoliert das heiße Plasmainnere so gut, dass es Temperaturen bis zu 150 Millionen Grad erreichen kann.

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Beim Tokamak muss ein elektrischer Strom durch den Plasmaring fließen. Sein Magnetfeld hält das Plasma wie ein Schlauch zusammen. „Man hat also einen großen Transformator, und das Vakuumgefäß ist seine Sekundärwicklung“, erklärt Zohm. Transformatoren funktionieren aber nur, solange der Strom in einer Spule sich ändert. Dann induziert er in der zweiten Spule, der Sekundärwicklung, ebenfalls einen Strom. Das ist der Grund für den gepulsten Betrieb des Tokamak. In einem Kraftwerk hätte dieser aber den Nachteil, dass der ständige Wechsel das Material sehr stark belasten würde. „Wir versuchen deshalb, dem Tokamak dieses Manko abzugewöhnen“, sagt Hartmut Zohm.

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Stand: 01.09.2006

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Himmlisches Feuer auf Erden
Magnetfelder bändigen die Urgewalt der Sonne

Facts
Das Wichtigste im Überblick

Eine Sonne im Reaktor
Wie aus Feuer Energie wird

Billig – Sauber – Gefahrlos
Der Traum vom perfekten Brennstoff

Die Fusions-Reaktoren
Ein Magnetkäfig für das Plasma

Chaos in der Kaffeetasse
Warum das Plasma Wärme braucht

Die Energie der Zukunft?
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