Dauerbetrieb der Tokamaks rückt näher        

Die ihrer Natur nach in Pulsen arbeitenden Fusionsanlagen vom Typ Tokamak sind auf dem Weg zum Dauerbetrieb. Im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching wurde dazu untersucht, wie man den magnetischen Käfig, der das viele Millionen Grad heiße Plasma nahezu berührungsfrei einschließt, anders als üblich erzeugen kann.

ASDEX Upgrade während des Aufbaus (Foto: IPP)

Für einen stabilen und dichten Magnetkäfig müssen die Feldlinien in großen Schrauben innerhalb der kreis­förmi­gen Plasmakammer umlaufen. Dabei spannen sie geschlossene, ineinander liegende Flächen auf, wie die Jahresringflächen eines Baumstamms. Anlagen vom Typ Tokamak – wie ASDEX Upgrade in Garching oder der internationale Testreaktor ITER, der zurzeit im französischen Cadarache aufgebaut wird – be­nutzen ein ring­förmi­ges Feld, das durch flache äußere Spulen erzeugt wird. Für die Verdrillung ist das Feld eines im Plasma fließenden Stroms überlagert. Weil dieser Strom pulsweise durch eine Transformatorspule induziert wird, arbeitet normalerweise die gesamte Anlage in Pulsen – anders als die Konkurrenz vom Typ Stellarator und ein Manko der ansonsten so erfolgreichen Tokamaks: „Zum Beispiel könnte die ständig wechselnde Belastung die Lebensdauer des Kraftwerks verkürzen“, erklärt Plasmaphysiker Alexander Bock.

Blick in das 100 Millionen Grad heiße Plasma (Foto: IPP)

Deshalb arbeitet man schon lange daran, auch in Tokamaks Dauerbetrieb zu erreichen: Mit einem zumindest teilweise von außen, durch Mikrowellen und Teilchenstrahlen getriebenen Strom lässt sich die Verdrillung der Feldlinien verändern. Richtig dosiert, kann dies den sogenannten Bootstrap-Strom am Plasmarand verstärken, den das Plasma bei Druckunterschieden von alleine aufbaut. Weil er einige zehn Prozent des Gesamt­stroms ausmachen kann, werden längere Pulse möglich. „Im besten Fall“, so Alexander Bock, „könnte ein solcher ‚Advanced Tokamak’ stationär betrieben werden“.

Zusammensetzung des Plasmastroms (Grafik: IPP)

Dies ist dem ASDEX Upgrade-Team jetzt durch sorgfältiges Steuern der Entladungen gelungen – und zwar im Unter­schied zu früheren Versuchen erstmals an einer Maschine mit rein metalli­scher Innenwand und in dem Wertebereich, in dem auch spätere Kraftwerke arbeiten sollen. Für drei Sekunden blieb der 800 Kiloampere starke Plasmastrom auch ohne Transformator konstant. Der Bootstrap-Strom machte dabei die Hälfte des Gesamtstroms aus.

Wäre die Anlage nicht mit normalleitenden Kupferspulen, sondern, wie später ITER, mit supra­leiten­den Magnetspulen ausgerüstet, hätte diese Phase ungleich länger dauern können – potentiell bis hin zum Dauerbetrieb. Alexander Bocks Fazit: „Es lohnt sich, die Studien zum Advanced Tokamak fortzusetzen“.  

imi