18.03.2020

Fusionsanlage Wendelstein 7-X in Greifswald wird aufgerüstet

Die nächste Runde des schrittweisen Ausbaus der Fusionsanlage Wendelstein 7-X im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Greifswald ist in vollem Gange. Die letzte Lieferung der Komponenten für den sogenannten Divertor steht kurz bevor. Die Vorbereitungen für den Einbau der Teile seien bereits abgeschlossen und die Montagearbeiten würden bis weit in das nächste Jahr dauern, schreibt das IPP.

Die wassergekühlte Innenverkleidung des Plasmagefässes wird die Fusionsanlage für höhere Heizleistung und längere Plasmapulse tauglich machen. Die Fertigung des Herzstücks der neuen Verkleidung, des sogenannten Divertors, hatte der Garchinger Institutsteil des IPP übernommen.

Der Divertor ist die am höchsten beanspruchte Komponente im Plasmagefäss. In zehn breiten Doppelstreifen an der inneren Wand des Gefässes folgen die Divertor-Platten der geschwungenen Kontur des Plasmarandes. Sie schützen genau die Wandbereiche, auf die Teilchen aus dem Rand des Plasmas magnetisch hingelenkt werden. Hinter einem Spalt in der Mitte jedes Doppelstreifens liegt eine Pumpe, welche die auftreffenden Plasma- und Verunreinigungsteilchen entfernt. Auf diese Weise lässt sich mit dem Divertor die Reinheit und Dichte des Plasmas regeln.

Ende 2018 wurden die Experimente an Wendelstein 7-X nach zwei erfolgreichen Arbeitsphasen vorläufig beendet. Seither läuft der Umbau im Plasmagefäss. «Erst einmal musste das meiste heraus. Jetzt kann der Einbau der neuen Teile beginnen», erklärte Prof. Hans-Stephan Bosch, dessen Bereich für den technischen Betrieb der Anlage zuständig ist. Während bisher die meisten Wandschutz-Komponenten ungekühlt betrieben wurden, werden ab der nächsten Experimentrunde grosse Wandpartien wassergekühlt sein: «Damit wird Wendelstein 7-X später bis zu 30 Minuten lange Plasmapulse erzeugen können», so Bosch.
 

In zehn geschwungenen Doppelstreifen folgen die Divertor-Platten dem verwundenen Plasma.
Quelle: IPP

Anspruchsvolle Fertigung

Die neuen wassergekühlten Divertorplatten, welche die bisherigen ungekühlten Platten ersetzen, sollen bei den späteren Hochleistungsexperimenten einer Belastung bis zu 10 MW/m2 standhalten – vergleichbar mit der Wärmebelastung des Hitzeschildes eines Space-Shuttles beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre. Ohne Wasserkühlung könnten die an sich hitzebeständigen Ziegel aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff dieser Belastung für die geplanten, 30 Minuten langen Plasmapulse jedoch nicht standhalten. Deshalb sind sie auf wassergekühlte Platten aus einer Kupfer-Chrom-Zirkon-Legierung aufgeschweisst. Das von stählernen Röhrchen zugeführte Kühlmittel sorgt für den Abtransport der Wärmeenergie.

Plasmabetrieb wieder ab Ende 2021

Voraussichtlich Ende 2021 kann der Plasmabetrieb wieder starten. Geplant ist, zunächst mit geringer Wasserkühlung, kleiner Heizleistung und kurzen Plasmapulsen zu beginnen, um nach der langen Experimentierpause alle Einbauten im Betrieb testen zu können. Mit voller Kühlung sollten danach längere Pulse mit Plasmaenergien bis zu einem Gigajoule möglich werden – ein Wert, an den man sich langsam heranarbeiten wird. Anstelle der bisher maximal hundert Sekunden langen Pulse mit Heizleistungen von 2 MW und Plasmaenergien von 200 MJ soll der gekühlte Hochleistungsdivertor später bei voller Heizleistung bis zu 30 Minuten lange Pulse erlauben. Damit kann Wendelstein 7-X das wesentliche Plus der Stellaratoren demonstrieren: die Fähigkeit zum Dauerbetrieb.

Der Wendelstein 7-X ist die weltweit grösste Fusionsanlage vom Typ Stellarator. Obwohl er keine Energie erzeugen wird, soll die Anlage beweisen, dass Stellaratoren kraftwerkstauglich sind. Mit Wendelstein 7-X soll die Qualität des Plasmaeinschlusses in einem Stellarator erstmals das Niveau der konkurrierenden Anlagen vom Typ Tokamak erreichen.

Quelle: 
M.A. nach IPP, Medienmitteilung, 16. März 2020