Erschienen in der Zeitschrift BayernInfo des BDÜ (Ausgabe 1/2018):

Kernfusionsforschung –
Forschung für die Energie
der Zukunft

von Susanne Henke

Rund 20 technikinteressierte Mitglieder des BDÜ-Landesverbandes Bayern nahmen am 22. Februar 2018 an einer Führung durch das Institut für Fusionsforschung am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) teil. 

Die Führung durch das IPP in Garching unter der fachkundigen Leitung eines Doktoranden begann mit einer Filmvorführung über die Grundlagen der Fusionsforschung, einer PowerPoint-Präsentation (die uns anschließend auf Anfrage sowohl in deutscher als auch englischer Sprache zur Verfügung gestellt wurde) und einer Diskussionsrunde.

Anschließend besichtigten wir das Besucherzentrum mit Exponaten zur Fusionsforschung, die unmittelbar an das zuvor Gelernte anknüpften und einige Aha-Effekte auslösten.

Der weitere Weg führte uns zur Stromversorgung der Experimente durch Stoßstromgeneratoren. Hintergrund: Die elektrische Energie für das Fusionsexperiment ASDEX Upgrade – zur Versorgung seiner Magnetfeldspulen und Plasmaheizungsapparaturen – liefern große Schwungradgeneratoren. Ein Experimentierpuls von ASDEX Upgrade benötigt für 10 Sekunden eine elektrische Leistung von insgesamt 400 Megawatt, also etwa halb so viel wie die gesamte Münchner Region. Eine solche schlagartige Netzbelastung ist jedoch nicht zulässig; die elektrische Energie für ASDEX Upgrade kann deshalb nicht direkt aus dem Stromnetz genommen werden. Stattdessen nehmen die Schwungmasse-Generatoren die nötige Energie langsam aus dem Netz auf, speichern sie und geben sie dann in einem kurzen Puls an ASDEX Upgrade ab.

Tokamax ASDEX Upgrade – Panorama unter http://www2.ipp.mpg.de/ippcms/de/externe_daten/panorama/

Tokamax ASDEX Upgrade – Panorama unter http://www2.ipp.mpg.de/ippcms/de/externe_daten/panorama/

Das IPP erforscht die physikalischen Grundlagen für ein Fusionskraftwerk, das – ähnlich wie die Sonne – Energie aus der Verschmelzung von leichten Atomkernen gewinnen soll. Mit rund 1100 Mitarbeitern ist das IPP in Garching und Greifswald eines der größten Zentren für Fusionsforschung in Europa: In Garching betreibt das IPP das Experiment ASDEX Upgrade, eine Großanlage vom Typ Tokamak. Im IPP-Teilinstitut Greifswald forscht man an dem großen Stellarator Wendelstein 7-X.

Fusionsanlagen

Auf dem Weg zu einem Kraftwerk konzentriert sich die Fusionsforschung auf zwei verschiedene Anlagentypen, den Tokamak und den Stellarator.
Die meisten Anlagen sind heute vom Typ Tokamak, der am besten untersucht und am nächsten an die Zündbedingungen herangekommen ist.

Die beiden Bautypen unterscheiden sich im Aufbau des magnetischen Feldes, in dem das Plasma eingeschlossen wird. Beide besitzen annähernd ringförmige Magnetfelder. Tokamaks stellen einen Teil dieses Feldes durch einen im Plasma fließenden elektrischen Strom her. Stellaratoren dagegen bauen den Magnetfeld­käfig ausschließlich mit Hilfe äußerer Spulen auf. Damit lassen sie gerade dort Stärken erwarten, wo Tokamaks Schwächen zeigen. Zum Beispiel sind Stellaratoren für Dauerbetrieb geeignet, während Tokamaks ohne Zusatzmaßnahmen nur pulsweise arbeiten.

Das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik ist das einzige Fusionszentrum weltweit, das beide Experimentiertypen untersucht – in Garching den Tokamak ASDEX Upgrade, in Greifswald den Stellarator Wendelstein 7-X. Dies ermöglicht den direkten Vergleich.

Zum Abschluss ging es in die Halle mit dem ASDEX Upgrade, dem großen Fusionsexperiment des Instituts.

Mit dem Tokamak ASDEX Upgrade werden wesentliche Grundlagen für ein Fusionskraftwerk erarbeitet. Die Großanlage ging 1991 in Garching in Betrieb. ASDEX Upgrade, das „Axialsymmetrische Divertor-Experiment“, soll Kernfragen der Fusionsforschung unter kraftwerksähnlichen Bedingungen untersuchen und die physikalischen Grundlagen für ITER und DEMO erarbeiten. Dazu sind wesentliche Plasmaeigenschaften, vor allem die Plasmadichte, der Plasmadruck und die Belastung der Wände, den Verhältnissen in einem späteren Fusionskraftwerk angepasst.

 

 


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