Spulentests erfolgreich beendet Wendelstein 7-X: Fusionsfeuer rückt näher - scinexx | Das Wissensmagazin
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Spulentests erfolgreich beendet

Wendelstein 7-X: Fusionsfeuer rückt näher

Computergrafik von Magnetspulen und Plasma der Fusionsanlage Wendelstein 7-X © IPP

Die wissenschaftlich-technologische Schlüsselkomponente für das Fusionsexperiment Wendelstein 7-X ist fertig. Die letzten von insgesamt siebzig übermannsgroßen supraleitenden Magnetspulen haben ihren Funktionstest bestanden und können künftig den magnetischen Käfig erzeugen, der das viele Millionen Grad heiße Fusionsplasma einschließt.

„Mit der so erwiesenen hohen Qualität dieser wichtigen Bauteile sind wir zuversichtlich, dass der Magnetkäfig von Wendelstein 7-X zuverlässig funktionieren wird“, erklärte Professor Thomas Klinger vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP).

Die Forschungsanlage Wendelstein 7-X wird gegenwärtig am IPP-Standort Greifswald aufgebaut. Ziel der Forschung ist es, ein klima- und umweltfreundliches Kraftwerk zu entwickeln, das ähnlich wie die Sonne aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie gewinnt.

Zündtemperatur: 100 Millionen Grad

Die Zündtemperatur für dieses Fusionsfeuer ist gewaltig: über 100 Millionen Grad. Damit sich der extrem dünne Brennstoff, ein Wasserstoffplasma, nicht an den Wänden der Brennkammer abkühlt, muss es gelingen, ihn in Magnetfeldern nahezu berührungsfrei und stabil einzuschließen – ein Aufwand, der sich lohnt: Ein Gramm Fusionsbrennstoff könnte soviel Energie freisetzen wie elf Tonnen Kohle.

Wendelstein 7-X wird nach der Fertigstellung die weltweit größte Fusionsanlage vom Typ Stellarator sein. Sie hat die Aufgabe, die Kraftwerkseignung dieses Bautyps zu untersuchen. Mit bis zu dreißig Minuten langen Entladungen soll sie – erstmals in der Geschichte der Fusionsforschung – seine wesentliche Eigenschaft zeigen, die Fähigkeit zum Dauerbetrieb. Das internationale Großprojekt ITER, das gegenwärtig in Cadarache/Frankreich entsteht, wird auf die mit Wendelstein 7-X gesammelten Erfahrungen aufbauen und sie in die eigenen Anstrengungen zum Erreichen des Dauerbetriebs einbringen.

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Aus den Rechnungen der Plasmaphysiker und Konstrukteure sind fertige Spulen geworden, hier beim Auffädeln auf das Plasmagefäß. © Beate Kemnitz/IPP

Ein magnetischer Käfig für das Plasma

Den magnetischen Käfig für Wendelstein 7-X erzeugen fünfzig supraleitende, etwa 3,5 Meter hohe und jeweils sechs Tonnen schwere Magnetspulen – das Kernstück der Anlage. Ihre bizarren Formen sind das Ergebnis ausgefeilter Optimierungsrechnungen: Sie sollen einen besonders stabilen und wärmeisolierenden magnetischen Käfig für das Plasma erzeugen.

Wegen der angestrebten langen Pulszeiten wurden zum Bau der Magnete nach Angaben der Wissenschaftler supraleitende Stromleiter benutzt. Mit flüssigem Helium auf Tieftemperatur nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt, verbrauchen sie nach dem Einschalten kaum Energie. Um das Magnetfeld verändern zu können, wird ein zweiter Satz von zwanzig flachen, ebenfalls supraleitenden Spulen überlagert.

Zur Prüfung der Betriebseigenschaften wurden alle siebzig Spulen im Anschluss an die Fertigung zu einer Testanlage der französischen CEA nach Saclay bei Paris transportiert. Ziel war es, die Funktionstüchtigkeit und Lebensdauer der teuren Hightech-Bauteile sicherzustellen und später beim Betrieb aufwändige Reparaturen zu vermeiden. In der eigens für diese Prüfung entwickelten Testanlage wurden die auf Tieftemperatur abgekühlten Spulen einer Vielzahl von elektrischen und mechanischen Tests unterworfen.

Quench-Test erfolgreich absolviert

Insbesondere untersuchten die Wissenschaftler, wie sich die Spulen beim so genannten Quench verhalten – dem härtesten Test, den ein Supraleiter bestehen muss: Dabei verliert die Spule plötzlich ihre Supraleitungseigenschaften und wird zu einem normalen Leiter. Zu prüfen war, ob die Spulen den hohen Belastungen unbeschadet standhalten und nach erneuter Abkühlung wieder so supraleitend sind wie zuvor.

Hatte eine Spule alle Tests erfolgreich durchlaufen, wurde sie zur Montage in das IPP nach Greifswald weitertransportiert. Andernfalls ging sie zur Behebung des Problems zurück zum Hersteller. Die erste Spule kam im Juni 2003 in Saclay an. Inzwischen haben alle siebzig ihre Prüfung bestanden und sich dabei als ausgesprochen robust und gutmütig gezeigt.

(idw – Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, 30.09.2009 – DLO)

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