Die größte deutsche Fusionsanlage, ASDEX Upgrade in Garching, ist der Vorbereitung des ITER-Betriebs gewidmet. Der internationale Experimentalreaktor, der zurzeit im französischen Cadarache entsteht, soll zeigen, dass man – ähnlich wie die Sonne – aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie gewinnen kann.
Die Fusionsanlage ASDEX Upgrade (Foto:
IPP, Volker Steger)
Dazu muss es gelingen, den Brennstoff – ein dünnes ionisiertes Wasserstoffgas, ein „Plasma“ – berührungsfrei in einem Magnetfeldkäfig einzuschließen und auf Zündtemperaturen über 100 Millionen Grad aufzuheizen. Eine der großen Herausforderungen ist es, eine verträgliche Wechselwirkung zwischen dem Plasmagefäß und dem darin schwebenden heißen Plasma zu erreichen. Bei ASDEX Upgrade im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik setzt man – weltweit einmalig – auf eine Gefäßwand aus Wolfram, dem Metall mit dem höchsten Schmelzpunkt.
Messergebnis: sauberes Plasma
(Grafik:
IPP)
Nach zweijährigem Experimentieren ist es nun gelungen, die erwarteten Vorteile der Wolfram-Wand zu bestätigen: Mit ihrer Hilfe ließen sich saubere Plasmen erzeugen, ohne nennenswerte Verunreinigung durch Wolfram-Teilchen aus der Gefäßwand – sogar fast zu saubere Plasmen: Während Verunreinigungen im heißen Plasmazentrum unerwünscht sind – sie kühlen sie das Plasma ab, verdünnen es und verringern die Fusionsausbeute – sind sie am Plasmarand durchaus nützlich. Ohne Verunreinigungen in den Randzonen des Plasmas kann es bei hoher Heizleistung zu einer zu starken Belastung einzelner Wandbereiche kommen. Insbesondere der „Divertor“ – Prallplatten am Boden des Gefäßes, auf welche die Plasma-Randschicht magnetisch hingelenkt wird – könnte beschädigt werden.
Damit nicht die gesamte Energie in Form von schnellen Plasmateilchen auf die Platten einschlägt, wurden deshalb in die Randschicht des Plasmas gezielt Verunreinigungen – und zwar Stickstoff – eingeblasen. Durch den Kontakt mit dem heißen Plasma werden sie zum Leuchten angeregt und schaffen so die Energie auf sanfte Weise und über die Gefäßwand verteilt als Ultraviolett- oder Röntgenlicht aus dem Plasma.
Trotz hoher Heizleistung von 20 Megawatt sank die Belastung der Divertorplatten dank der Stickstoff-Kühlung auf ein verträgliches Niveau. Im Zentrum wiesen die Plasmen hohe Reinheit und gute Wärmeisolation auf. Der Energieinhalt der Plasmen war einer der höchsten, der je in der Anlage erreicht wurde. Damit sind alle ITER-Anforderungen vorbildlich erfüllt. Dies ist umso vielversprechender, als ASDEX Upgrade bezüglich der hierfür wichtigsten Vergleichsgröße – die auf den Plasmaradius bezogene Heizleistung – dichter als alle anderen Anlagen weltweit an ITER herankommt.
