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Plasma-Kocher in Scheiben

 
Kernfusion: Plasma-Kocher in Scheiben
Monstrum aus Metall: die Fusionsanlage "Wendelstein 7-X". Screenshot von Sciencemag.org

Sie lieben die Kulisse aus Man lebt nur zweimal (James Bond von 1967)? Tja. Spätestens jetzt sieht die fiktive Raketen-Basis im Bauch eines Vulkans alt aus gegen die Realität: Die Fusionsanlage Wendelstein 7-X in Greifswald ist ein Monstrum aus Metall, in dem 1,1 Millionen Arbeitsstunden stecken. Diese Grafik aus dem Science-Magazin zeigt, wie das Kernstück aufgebaut ist: ein Versuchsreaktor vom Typ Stellarator.

Die Idee ist simpel: Warum nicht Atomkerne verschmelzen, statt sie zu spalten? Kernfusion erzeugt schließlich Energie, die Sonne beweist das. Seit Jahrzehnten versuchen Forscher nachzumachen, was auf der Sonne passiert. Dazu muss man zuerst ein Plasma aus Wasserstoff-Atomkernen und Elektronen herstellen, bis zu 100 Millionen Grad Celsius heiß. Es darf die Wände der Experimentierkammer allerdings nicht berühren – ein Magnetfeld muss es in der Schwebe halten. Genau das probieren Forscher vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik jetzt auf eine neue Weise aus (mehr zu dem Experiment hier).

Das Science-Magazin zeigt jetzt in seiner Grafik scheibchenweise, was alles zu der Anlage vom Typ Stellarator zählt:

Der Kühler (Cryostat)

Der 16 Meter breite Behälter enthält die Magneten für das Magnetfeld und als Kühlmittel flüssiges Helium. 250 Verbindungsstellen laufen hindurch.

Vakuum-Gefäß (Vacuum vessel)

Das Vakuum trennt die auf 280 Grad heruntergekühlten Magneten von dem Plasma, das auf bis zu 100 Millionen Grad Celsius erhitzt wird.

Planare Spulen (Planar coils)
20 flache Magnetspulen aus Supraleitern halten das Magnetfeld in der Schwebe.

Nichtplanare Spulen (Nonplanar coils)
Sie bilden den Magnetkäfig für das heiße Plasma – aus 50 supraleitenden Spulen, konstruiert mithilfe eines Supercomputers.

Supraleitende Spule (Superconducting coil)
Jede einzelne davon ist dreieinhalb Meter hoch, wiegt sechs Tonnen und ist aus rund einem Kilometer Kabelmaterial aufgewickelt.

Plasma
Hier blau eingezeichnet, soll das Plasma dem Verlauf des Magnetfeldes folgen und so in der Maschine gehalten werden.

Und was macht das?

Ähnliche Experimente werden weltweit schon in Reaktoren vom Typ Tokamak durchgeführt. Greifswald versucht es mit einem Stellarator. Das Konzept für diese Bauart wurde 1951 vom Astrophysiker Lyman Spitzer in Princeton, USA, entwickelt. Bei diesem Typ wird der magnetische Käfig durch ein einziges Spulensystem erzeugt – also anders als beim Tokamak ohne Transformator.

Daher sind Stellaratoren für den Dauerbetrieb geeignet, während Tokamaks zwischendurch abgeschaltet werden müssen. Ob es also bald ein AKW für Fusionsstrom gibt? Nun ja. Egal, wann und wen man fragt – meistens antworten Fusionsphysiker: Es dauert noch 50 Jahre.

Weitere Teilchen finden Sie hier.

15 Kommentare

  1.   Eriko

    Wie kriegt man das Plasma eigentlich auf eine Million, später gar 100 Millionen Grad?

  2.   Kuttich

    Ja, das würde mich auch mal interessieren.

  3.   MrBrutus

    Mit Mikrowellenstrahlung, hab ich mal irgendwo anders gelesen.
    Was ich noch nirgendwo gelesen habe, warum muss das Plasma eigentlich in Bewegung sein?

  4.   einingeneur

    Der absolute null punkt liegt bei 0 kelvin also -273,15 grad Celsius
    Bitte besser recherchieren. ..

  5.   shirley

    Hier wird u.a. an solchen Temperaturen gearbeitet: https://de.wikipedia.org/wiki/Z-Maschine

  6.   Timpson

    In der Abbildung ist sogar noch die Rede von -270°C, wahrscheinlich weil der absolute 0-Punkt bzw. 0 Kelvin garnicht erreicht wird, oder man hat es nur vereinfacht.

    Wie daraus dann „… die auf 280 Grad heruntergekühlten Magneten…“ wird, ist schon ein Witz. Eigentlich müssten es wenn auch schon -280 Grad sein, oder meinte der Autor hier +280 Grad?

  7.   Petka

    Das Plasma muss in Bewegung sein, damit es gefangen bleibt. Stichwort ist die Lorentzkraft (https://de.wikipedia.org/wiki/Lorentzkraft).

    Die geladenen Partikel des Plasmas selbst sind nicht magnetisch, könnten also allenfalls in komplizierten elektrischen Feldern gefangen werden. Wenn man aber ein hübsches Magnetfeld aufbaut und die Partikel in Bewegung sind (das kommt eigentlich automatisch), dann wuseln diese geladenen Partikel aufgrund der Lorentzkraft immer hübsch die Feldlinien entlang. Jetzt muss man nur dafür sorgen, dass entsprechende Feldlinien sich idealerweise immer innerhalb des Reaktors (und nicht an seiner Wand) mit der Aufgabe „Partikel beschäftigen“ ablösen. Also sind auch nicht ganz unkomplizierte Felder aufzubauen …

    Ähnlich kommen übrigens auch Nordlichter zur Erde: die geladenen Teilchen des Sonnenwindes wuseln am Erdmagnetfeld zu dessen Polen.

  8.   einingeneur

    Ich nehme -280 an da sonst sicher keine supra Leitung auftreten kann

  9.   strippenzieher

    Gekühlt wird mit flüssigem Helium, das bei 4,22 K (−268,93 °C) siedet. Es wird daher auf 4 K abgekühlt – das entspricht grob -270 °C. Und da 0 K bzw. -273,15 °C das Temperaturminimum darstellen, hat sich die Autorin wohl schlicht vertippt.
    Ps. Einheiten wären durchaus nützlich. °C sind ja nicht das einzige Maß für Temperatur.

  10.   Saarlaender20123

    Nein -280 existiert nicht. Bei -273,15 Grad stehen alle Atome „still“, tiefer gehts nicht mehr.
    Und Supraleitung geht mit flüssigem Helium He2, einem Element und gleichzeitig Produkt des Kernzerfalls (Fission) im Erdinneren, das bei der Erdgasförderung mit anfällt.