13.09.2017

Wendelstein 7-X: Beginn der zweiten Experimentierphase

Das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Greifswald hat die Fusionsanlage Wendelstein 7-X in den vergangenen 15 Monaten ausgebaut. Nun führen die Forscher mit der Anlage wieder Plasmaexperimenten durch – mit höherer Heizleistung und längeren Pulsen.

Neben neuen Heizungs- und Messapparaturen wurden seit dem planmässigen Ende der ersten Experimentierphase im März 2016 über 8000 Wandkacheln und zehn Divertormodule aus Grafit im Plasmagefäss von Wendelstein 7-X montiert. Die Verkleidung dient als Schutz für die kommenden Experimente, bei denen höhere Temperaturen sowie zehn Sekunden lange Plasmaentladungen erreicht werden sollen. Eine besondere Funktion hat der Divertor zu erfüllen. Mit ihm wird Reinheit und Dichte des Plasmas geregelt. Seine Kacheln an der Wand des Plasmagefässes folgen genau der verwundenen Kontur des Plasmarandes. Auf diese Kacheln werden gezielt Teilchen aus dem Rand des Plasmaringes gelenkt, wo sie zusammen mit unerwünschten Verunreinigungen neutralisiert und abgepumpt werden.

Gemäss IPP waren die Ergebnisse der Divertortests am kleineren Vorgänger, dem Stellarator Wendelstein 7-AS im IPP in Garching, bereits ermutigend. Aber erst im deutlich grösseren Nachfolger Wendelstein 7-X sind die geometrischen Verhältnisse – insbesondere das Verhältnis von Divertorfläche zu Plasmavolumen – kraftwerksähnlich. Projektleiter Professor Thomas Klinger ergänzt: «Wir sind deshalb sehr gespannt, nun erstmals untersuchen zu können, ob das Divertorkonzept eines optimierten Stellarators wirklich gut funktioniert.» Die Wissenschafter in Greifswald wollen nun in vielen Detailuntersuchungen prüfen, wie das Plasma zu führen ist und welche Magnetfeldstrukturen, Heiz- und Nachfüllverfahren am erfolgreichsten sind.

Mit neu hinzugekommenen Messinstrumenten wird man in Greifswald erstmals auch die Turbulenz im Plasma beobachten können. Wirbel beeinflussen den magnetischen Einschluss und die Wärmeisolation des heissen Plasmas – beides wichtige Werte für ein späteres Kraftwerk, weil sie die Grösse der Anlage und damit die Wirtschaftlichkeit bestimmen. «Wir werden zum ersten Mal prüfen können, ob die vielversprechenden Vorhersagen der Theorie für einen vollständig optimierten Stellarator richtig sind. Im Vergleich zu bisherigen Anlagen lässt sie nämlich für Wendelstein 7-X ganz neue, womöglich sogar bessere Verhältnisse erwarten», so Klinger.

Kraftwerksähnliche Werte

Da für die Mikrowellen-Heizung des Plasmas inzwischen alle zehn Mikrowellensender einsatzbereit sind, werden nun ein grösserer Energiedurchsatz und Plasmen höherer Dichte möglich: Von 4 MJ im Jahr 2016 wird man die Energie nun – indem man nach und nach alle Einsatzvarianten der Mikrowellenheizung durchspielt und testet – auf 80 MJ steigern. Die bisher noch recht niedrige Plasmadichte lässt sich damit auf kraftwerksähnliche Werte mehr als verdoppeln. Dies hat bedeutende Konsequenzen: Erst bei genügender Dichte des Plasmas können Elektronen und Ionen effektiv Energie austauschen. Zuvor hatte die Mikrowellenheizung fast nur die Elektronen geheizt, wodurch bei den Elektronen 100 Mio. Grad, aber bei den Ionen «nur» 10 Mio. Grad erreicht wurden. In den neuen Plasmen sollen Elektronen und Ionen fast die gleiche Temperatur von bis zu 70 Mio. Grad erreichen.

Wendelstein 7-X, die weltweit grösste Fusionsanlage vom Typ Stellarator, soll die Kraftwerkseignung dieses Bautyps untersuchen.

Blick in das mit Grafitkacheln verkleidete Plasmagefäss. Das Bild rechts zeigt ein eingefärbtes Schwarz-Weiss-Foto einer Plasmaentladung.
Quelle: IPP, Jan Michael Hosan und Wigner RCP
Quelle: 
M.B. nach IPP, Medienmitteilung, 11. September 2017