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Ausgabe 02/2004 |
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Ausgabe 02/2004
Fusionsforschung
Doppelte Ausbeute für ITER
Dramatische Verbesserungen für den geplanten internationalen
Testreaktor ITER könnte ein neuer Plasmazustand bringen, der im Max-Planck-Institut
für Plasmaphysik in Garching entwickelt wurde. Er könnte die zu erwartende
Fusionsausbeute mindestens verdoppeln: Statt der angestrebten 400 könnte
die Anlage bei sonst gleichen Bedingungen mehr als 800 Megawatt Fusionsleistung
liefern.
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Blick in das 100 Millionen Grad heiße Plasma der Fusionsanlage ASDEX Upgrade.
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ITER, über dessen Standort noch in diesem Jahr entschieden
werden soll, ist der nächste große Schritt auf dem Weg zu einem Fusionskraftwerk.
Ähnlich wie die Sonne soll es aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie
gewinnen. Um das Fusionsfeuer zu zünden, muss es gelingen, den Brennstoff
– ein Wasserstoffplasma – in Magnetfeldern wärmeisolierend einzuschließen
und auf Temperaturen über 100 Millionen Grad aufzuheizen.
Die vor sechs Jahren an der Garchinger Versuchsanlage ASDEX Upgrade entdeckte
Betriebsweise zeichnet sich aus durch sehr gute Wärmeisolation des Plasmas
bei hohem Energieinhalt. Zusätzlich sorgten kleine Instabilitäten am
Plasmarand dafür, dass die Wärmeenergie aus dem Plasma in kleinen Portionen
gleichmäßig auf den Wänden abgeladen wird. So kam es zu der erwünscht
sanften, die Gefäßwände schonenden Leistungsauskopplung. Mit diesen
guten Eigenschaften war der neue Plasmazustand, das „Verbesserte H-Regime“,
dem normalen H-Regime deutlich überlegen, das – ebenfalls im IPP entdeckt
– als Grundbetriebsweise für ITER vorgesehen ist.
Zunächst war jedoch völlig offen, ob sich die guten Ergebnisse von ASDEX
Upgrade auf den viel größeren ITER übertragen lassen. In den letzten
Jahren gelang es in Garching, den neuen Plasmazustand über einen immer breiteren
Arbeitsbereich einzustellen. Dazu muss es jeweils gelingen, dem Plasmastrom, der
in Anlagen vom Typ Tokamak einen Teil des magnetischen Käfigs erzeugt, von
Anfang an den richtigen Weg im Plasma zu bahnen. Für diesen „Stromtrieb“
kann man an ASDEX Upgrade seit einiger Zeit die Neutralteilchen-Heizung nutzen:
Durch Einschießen schneller Wasserstoffatome – eigentlich eine Heizmethode
– lässt sich ebenso ein elektrischer Strom im Plasma erzeugen und von
außen steuern. Richtig begonnen, bleibt das beim Starten der Entladung geformte
Stromprofil durch komplexe Rückkopplungen zwischen Plasma und Magnetfeld
über die ganze Entladung stabil. Bis zu 50 Prozent des Plasmastroms werden
dann von der Heizung (und einem druckgetriebenen internen Strom) getragen, der
Rest wird auf konventionelle Weise per Transformator im Plasma erzeugt.
Nachdem auch die Fusionsanlage DIII-D in San Diego/USA und schließlich die
europäische Großanlage JET in Culham den günstigen Plasmazustand
erreichen konnten, stand er Ende April 2004 erneut auf dem Garchinger Experimentierplan.
Resultat: Der von der Heizung im Plasma deponierte Energieinhalt erreichte den
neuen Anlagenrekord von 1,5 Megajoule. „Nachdem sich der Plasmazustand auf
verschiedenen Wegen in drei unterschiedlich großen Anlagen erreichen ließ,
sind wir zuversichtlich, dass dies auch in dem nochmals größeren ITER
gelingen wird“, meint der IPP-Wissenschaftler Professor Dr. Hartmut Zohm.
Der neue Plasmazustand findet inzwischen weltweit Interesse; Vergleichsexperimente
sind in Europa, den USA und Japan im Gange. Denn: Je höher man den Energieinhalt
des Plasmas und damit die Fusionsausbeute treiben kann, desto kleiner und also
kostengünstiger wird ein späteres Kraftwerk.
imi
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