Veranstaltungsarchiv
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik
Die Sonne - ein Stern, den Astronome schon seit Jahrhunderten bestaunen, vor allem, wenn man Zeuge eines sehr seltenen Spektakels wird, nämlich einer totalen Sonnenfinsternis. In diesem faszinierendem Augenblick kann man ohne technische Hilfsmittel mit bloßem Auge einen leuchtend hellen Sternenkranz, die Korona, um die vom Mond verdeckte Sonne für wenige Sekunden genießen. Dabei sieht man die Entladungen, während das Sonnenplasma im Weltraum allmählich abkühlt. Wenn unser Stern dann wieder erscheint, merkt man, was für ein mächtiges Fusionskraftwerk acht Lichtminuten von uns entfernt ist, das uns tagtäglich mit Licht und Wärme versorgt. Da es in den zahlreichen Weltraummissionen noch nie gelungen ist, ein kleines Souvenir der Sonne mitzubringen, träumen die Plasmaphysiker schon seit langem davon, hier auf dem blauen Planet eine künstliche Sonne in Form eines Fusionskraftwerks zu bauen, welches die sauberste Energie in großen Mengen nur mit Hilfe von Wasserstoff und Helium erzeugen kann.
Die derzeit größte Fusions-Forschungsanlage in Deutschland ist seit 1991 in Betrieb uns steht vor den Toren unserer Stadt, im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching. Am 19. Juni 2006 starteten wir eine Exkursion zum Max-Plank-Institut, um zu erfahren, was hinter diesen unscheinbaren Gemäuern geschieht und welche neuen Erkenntnisse die Forscher in den letzten Jahren gemacht haben.
Zunächst gab uns ein Diplomant vom Institut für Plasmaphysik (IPP) einen Überblick über die Fusionsforschung des Instituts und Forschungsziele. Dabei wurde v.a. der größere Energiegewinn betont, der bei der Fusion zweier Kerne bei weitem über der Energie liegt, die bei einer Kernspaltung gewonnen werden kann. Zudem erübrigt sich bei der Kernfusion die Frage nach Endlagerstätten, da die durch Neutronenbeschuss radioaktiven Abfallprodukte nur eine geringere Halbwertszeit besitzen im Vergleich zur Kernspaltung. Als Brennstoff für die saubere Energie, wie sie gerne genannt wird, dient nämlich nur ein extrem dünnes, ionisiertes Wasserstoffgas und Helium, das, aufgeheizt auf 100 Mio Grad, gezündet wird. Da das Brennstoffinventar im Reaktor klein ist (Brennstoff muss stets von außen nachgeführt werden) und die Zündbedingungen mit großem Aufwand aufrecht erhalten werden müssen, kann die Kernreaktion nie außer Kontrolle laufen. Aufgrund der hohen Temperatur im Inneren des Reaktors kann der Plasmastrom nur durch sehr starke Magnetfelder begrenzt werden. Dabei wird zwischen zwei verschiedenen Anlagentypen unterschieden, die beide am IPP untersucht werden: Tokamak (z.B. ASDEX-Upgrade) und Stellerator (z.B. Wendelstein 7-X). Der Wesentliche Unterschied zwischen diesen beiden Typen besteht beim Anlegen des Magnetfelds, das das Plasma einschließen soll: Beim Tokamak verwendet man zwei unabhängige Magnetfeld-Kreise, die aufeinander senkrecht stehen, wobei die Feldstärken sehr groß sein müssen und die Spulen sehr viel Platz einnehmen. Beim Stellerator wird das Plasma nur durch einen Magnetfeld-Kreis mit sehr aufwändig geformten Spulen zusammengehalten.
Nachdem wir einige Grundkenntnisse über die Reaktortypen kennengelernt haben, durften wir noch mehr vom Fusionsexperiment ASDEX-Upgrade erfahren, dessen Ziel die Untersuchung von Kernfragen der Fusion unter kraftwerksähnlichen Bedingungen ist, z.B. Teilchen- und Energietransport im Zentralplasma, Wärmeisolation, Physik der Plasmarandschicht, Plasmainstabilitäten, Verbesserung der Wandmaterialien, die extrem großen Temperaturen und Neutronenbeschuss standhalten müssen. Die Erkenntnisse von ASDEX-Upgrade fließen in die Vorbereitung des weltweit größten, internationalen Testreaktors ITER.
Was vielleicht wegen des berüchtigten Garchinger Atom-Ei etwas in den Schatten gerückt wird: Hinter den unscheinbaren Gemäuern des IPP am Forschungszentrum Garching ist seit 1991 die größte Fusionsanlage Deutschlands (ASDEX-Upgrade) in Betrieb. Da an unserem Exkursionstag keine Experimente stattfanden (einmal pro Woche ist nämlich Experimentiertag), hatten wir große das Vergnügen, das Herzstück des IPP mit eigenen Augen zu besichtigen. Wir wurden durch das ASDEX-Upgrade über mehrere Treppen Treppenstufen geführt und konnten sogar einen Blick in den sonst stets verschlossenen Reaktorraum ergattern. Da die Fusionsreaktion sehr empfindlich gegenüber Verunreinigungen ist, steht der Reaktorraum immer unter Vakuum, wenn nicht gerade Wartungsarbeiten an den Innenwänden durchgeführt werden.
Das Experiment selbst hat einen Durchmesser von 10 Metern, ist 9 Meter hoch und wiegt gerade mal 800 Tonnen. Der Plasmaquerschnitt des Torus beträgt ungefähr 1 Meter bei einem Gewicht von 800 Milligramm (Plasma ist ionisiertes Gas), das durch extrem starke Matnetfelder von bis zu 4 Tesla(!) zusammengehalten wird. Diese extrem hohen Magnetfelder können nur mit Hilfe von stark gekühlten Supraleitern erzeugt werden, wobei in kurzer Entfernung Temperaturen von ca. 150 Millionen Grad herrschen - man bedenke einmal, welche enormen Anforderungen an diese Materien gestellt werden. Erzeugt werden diese Temperaturen im Plasma durch drei Heizkreise: einer Neutralteilchenheizung mit einer Leistung von 29 Mio. Watt, einer Ionen-Zyklotronheizung mit 8 Mio. Watt Leistung und einer Elektronen-Zyklotronheizung mit 2 Mio Watt. Aufgrund der Bauweise des Tokamakprinzips, arbeitet der Reaktor nur gepulst, wobei die Pulsdauer 10 Sekunden beträgt. Da dies jedoch ungünstig für ein Kraftwerk ist, werden Methoden untersucht, um kontinuierlich Energie erzeugen zu können (z.B. Wendelstein 7-X oder ITER).
Während der Durchführung des Experiments überwachen und verfolgen die Wissenschaftler im nahegelegenen Kontrollraum. Man kann sich das ganze wie im Kontrollzentrum der NASA vorstellen, bei dem anstatt einer Rakete und der berechneten Flugbahn der Plasmatorus in der Fusionskammer und zahlreiche für das Experiment interessante Daten auf der Großleinwand und den Arbeitsstationen angezeigt werden.
Zu guter Letzt wurden wir noch in das Herzstück der Energieversorgung des Fusionsexperiments geführt: Da es keinem Energieversorger möglich ist, schlagartig eine Leistung von 130 MW für die kurze Dauer von knapp 10 Sekunden zu liefern, wurde ein eigener Energiespeicher für das Experiment errichtet. Vier Schwungräder mit einer Masse von mehreren hundert Tonnen werden mit der elektrischen Energie aus dem öffentlichen Stromnetz in Rotation versetzt, aus denen bei Bedarf mit Hilfe von Generatoren die enorme Energie für die kurze Zeit bereitgestellt wird. Die Fürung des Kraftwerkleiters war ebenfalls aufgrund der großen Dimensionen sehr faszinierend, was aber den Rahmen des jetzt schon so langen Berichts sprengen würde.
Es war sehr interessant, das größte aktuelle Forschungsprojekt des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik kennenzulernen, denn z.B. aufgrund der enormen Anforderungen an die verwendeten Materialien kann man sich vorstellen, mit welchen Problemen die Wissenschaftler zu kämpfen haben, bis ein Fusionsreaktor kraftwerkstauglich werden kann. Als die Exkursionsteilnehmer und ich mehrmals mit den enormen Dimensionen dieses Experiments konfrontiert wurden, kamen wir aus dem Staunen gar nicht mehr heraus und als es dann vor uns stand... Ich kann jedem nur empfehlen, auch einmal den Fusionsreaktor vor den Toren Münchens zu besichtigen.
Weitere Informationen und auch Fotos gibt es auf der Webseite des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik:
www.ipp.mpg.de