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Erfolgreiche Experimentierrunde

Fusionsanlage erreicht mehrere Weltrekorde

3. Juli 2018, 12:08 Uhr | Hagen Lang

Bllick in das Plasmagefäß der Fusionsanlage Wendelstein 7-X

Die jetzt abgeschlossene Experimentierrunde des Fusions-Forschungsreaktors Wendelstein 7-X vom Typ Stellerator hat sowohl bezüglich erreichter höherer Temperaturen, der Plasmadickte und Pulslänge Weltrekorde aufgestellt.

Am Wendelstein 7-X untersucht das Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) in Greifswald die Reaktortauglichkeit der Technologie. In der jetzigen Experimentierrunde war das Plasmagefäß erstmals mit Kacheln aus Grafik innen verkleidet, wodurch höhere Temperaturen und längere Plasmaentladungen möglich wurden.

Weil die Fusion erst bei Temperaturen über 100 Millionen Grad zündet, darf der Brennstoff – ein dünnes Wasserstoffplasma – nicht in Kontakt mit kalten Gefäßwänden kommen. Von Magnetfeldern gehalten, schwebt er nahezu berührungsfrei im Inneren einer Vakuumkammer, die zusätzlich durch verschiedene Kacheln geschützt werden muss. Den magnetischen »Käfig« von Wendelstein 7-X erzeugt ein Ring aus 50 supraleitenden, etwa 3,5 Meter hohen Magnetspulen, deren spezielle Form das Ergebnis umfangreicher Optimierungsrechnungen ist.

Der sogenannte Divertor regelte darüber hinaus Reinheit und Dichte des Plasmas. Seine Kacheln folgen in zehn breiten Streifen an der Wand des Plasmagefäßes der verwundenen Kontur des Plasmarandes und schützen besonders Wandbereiche auf die entweichende Teilchen aus dem Rand des Plasmaringes gezielt gelenkt werden. Die auftreffenden Teilchen werden zusammen mit Verunreinigungen dort neutralisiert und abgepumpt.

»Die ersten Erfahrungen mit den neuen Wandelementen sind ausgesprochen positiv«, sagt Professor Dr. Thomas Sunn Pedersen. Wurden in der ersten Kampagne Pulsdauern von sechs Sekunden erreicht, sind nun bis zu 26 Sekunden lange Plasmen möglich. Dabei konnten bis zu 75 Megajoule Heizenergie in das Plasma eingespeist werden – 18 Mal mehr als in der ersten Betriebsrunde ohne Divertor. Auch die Heizleistung konnte erhöht werden – eine Voraussetzung für hohe Plasmadichte.

Dadurch wurde ein Weltrekordwert für Stelleratoren beim sogenannten »Fusionsprodukt« erreicht, ein Produkt aus Ionentemperatur, Plasmadichte und Energieeinschlusszeit, das angibt, wie nahe man den für ein brennendes Plasma benötigten Reaktorwerten gekommen ist. Bei rund 40 Millionen Grad Ionentemperatur und einer Dichte von 0,8 x 10²⁰ Teilchen pro Kubikmeter hat Wendelstein 7-X ein Fusionsprodukt von gut 6 x 10²⁶ Grad mal Sekunde pro Kubikmeter erreicht – weltweiter Stellarator-Rekord.

»Dies ist ein für die Größe der Maschine ausgezeichneter Wert, der zudem unter realistischen Bedingungen, d.h. bei hoher Temperatur der Plasma-Ionen erreicht wurde«, so Professor Sunn Pedersen. Die erzielte Energieeinschlusszeit – ein Maß für die Güte der Wärmeisolation des magnetisch eingeschlossenen Plasmas – deutet mit beachtlichen 200 Millisekunden darauf hin, dass die Wendelstein 7-X zugrundeliegende rechnerische Optimierung greift: »Das stimmt uns für die weitere Arbeit optimistisch«.