Im Formel-1-Zirkus würde man vom Tunen eines Boliden sprechen. Doch am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald wird nicht ein schnellerer Rennwagen auf die Strecke gebracht, sondern an der Kernfusion als neue Form der Energieerzeugung auf der Erde geforscht. Nach Abschluss der ersten Experimentierphase im Frühjahr 2016 arbeiten Ingenieure, Techniker und Physiker daran, die 725 Tonnen schwere Experimentieranlage Wendelstein 7-X leistungsfähiger zu machen. Die Fachleute verpassen dem Fusionsexperiment, das als weltweit modernste Fusionstestanlage vom Stellarator-Typ gilt, einen Hitzeschild. Dazu montieren sie 8500 Kohlenstoff-Kacheln an den bizarr geformten Magnetring der Anlage.

Der Start der Greifswalder Fusionsanlage hatte sich über Jahre verzögert und damit auch Zweifel an der Sinnhaftigkeit der kostenintensiven Forschung ausgelöst. Doch die erste Experimentierphase, die Ende 2015 begann und zur Erzeugung des ersten Plasmas führte, begeisterte die Wissenschafts-Gemeinschaft weltweit. So konnten bei rund 1000 verschiedenen Experimenten inzwischen Elektronen-Temperaturen von bis zu 100 Millionen Grad und Ionen-Temperaturen von bis zu 20 Millionen Grad erzeugt werden, wie Institutsdirektor Thomas Klinger berichtet.

Weltweite Aufmerksamkeit

Greifswalder Forscher präsentierten die Ergebnisse auf den großen wissenschaftlichen Konferenzen weltweit. "Die Ergebnisse waren sehr beeindruckend", sagt Richard Hawryluk, Professor am Princeton Plasma Physics Laboratory in Princeton (USA) und einer der weltweit führenden Plasmaphysiker. Die Anlage habe viel schneller wichtige wissenschaftliche Ergebnisse geliefert, als viele erwartet hätten. "Wendelstein 7-X hatte einen großartigen Start."

Die Tests in der Fusionsanlage in Greifswald sollen dazu beitragen, eine völlig neue Primärenergiequelle zu erschließen. Die Kernfusion – so die Physiker – ist grundlastfähig und damit eine CO2-freie Ergänzung zu erneuerbaren Energien. Der Rohstoff Wasserstoff steht in nahezu unbegrenzten Mengen zur Verfügung. Vorbild ist die Sonne, wo bei der Fusion von Wasserstoffkernen zu Helium unter hohem Druck und hohen Temperaturen gigantische Mengen Energie freigesetzt werden.

Bild 1 von 10 Kernfusionsexperiment "Wendelstein 7-X" (10 Bilder) Ein Blick ins Innere des Wendelstein 7-X aus dem Jahr 2011. Von Innen nach außen zu sehen: Plasmagefäß, eine der verwundenen Stellaratorspulen, eine ebene Spule, Stützstruktur und Außengefäß. (Bild: IPP, Wolfgang Filser )

Leistungssteigerung durch Hitzeschilde

Mit dem Hitzeschild und dem Einbau von sogenannten Divertoren, speziell graphitbeschichteten Prallplatten, wollen die Greifswalder Forscher die Voraussetzungen schaffen, um die Heizleistung der Anlage um das 20-Fache von vier auf 80 Megajoule zu erhöhen. "Unter diesen Bedingungen wollen wir Plasmen erzeugen, die näher an die Zustände rücken, unter denen in der Sonne Energie aus der Kernfusion von Wasserstoffplasmen gewonnen wird", sagt Klinger. Ziel der zweiten Experimentierphase sei es, Plasmen von zehn Sekunden Dauer zu erzeugen.

Die hitzeabweisenden Kohlenstoffkacheln, mit denen der in sich gedrehte Magnetring der Anlage derzeit verkleidet wird, gibt es nicht von der Stange. Rund 30 Prozent der Kacheln werden von Industriemechanikern in der Instituts-Werkstatt bearbeitet, damit sie später auf Zehntelmillimeter genau die Wand ausfüllen. Nach Angaben von Projektleiter Klinger sollen diese Montagearbeiten im Spätsommer 2017 abgeschlossen sein. Im frühen Herbst – so der Zeitplan – sollen dann die Experimente starten, für die Forscher aus Asien, den USA und anderen Ländern Europas nach Greifswald kommen und bereits rund 260 eigene Experimentiervorschläge angemeldet haben.

Große Erwartungen an das Experiment

Die Erwartungen an die Greifswalder Fusionsanlage ist groß. "Das Wendelstein 7-X-Team hat im ersten Betriebsjahr einen außergewöhnlich hohen Leistungsstandard hingelegt", sagt der amerikanische Plasmaforscher Richard Hawryluk. "Die Greifswalder Forscher haben die Möglichkeit, bahnbrechende Forschung zu machen." EU und Land fördern das Vorhaben. Bislang floss mehr als eine Milliarde Euro in das Gesamtprojekt, davon etwa 400 Millionen Euro in die Anlage.

Nach der zweiten Experimentierphase ist ab Ende 2018 eine weitere Komplettierungsphase des Wendelstein 7-X geplant. Die Anlage erhält dann wassergekühlte Kohlenfaserplatten wie sie bei Raumschiffen – dort allerdings ohne Wasserkühlung – als Hitzeschild für den Eintritt in die Erdatmosphäre benötigt werden. Dies ermögliche, bei einer Heizleistung von einem Gigajoule fusionsfähige Plasmen von bis zu einer halben Stunde Länge zu erzeugen, sagt Klinger.

Eine Fusion selbst – wie sie später im Demonstrationsreaktor ITER in Cadarache erzeugt werden soll – ist in Greifswald nicht geplant. Dafür ist die "Wendelstein"-Anlage zu klein. Dennoch könne diese Forschungsanlage die Tür für künftige dauerbetriebene Kraftwerke öffnen, so die Erwartung der Greifswalder Forscher. (amo)