Wendelstein 7-X wird aufgerüstet

Blick in das Plasmagefäß: Auf wärmeableitende Platten aus Kupfer-Chrom-Zirkon, die bereits vor der ersten Experimentierrunde montiert wurden, werden in den kommenden Wochen Graphitkacheln gesetzt. (Bild: T. Bräuer, IPP)

Blick in das Plasmagefäß: Auf wärmeableitende Platten aus Kupfer-Chrom-Zirkon, die bereits vor der ersten Experimentierrunde montiert wurden, werden in den kommenden Wochen Graphitkacheln gesetzt. (Bild: T. Bräuer, IPP)

Nach rund 2200 Plasma-Pulsen seit Betriebs­beginn im Dezember 2015 ging die erste Experimentier­­kampagne an der Forschungs­­anlage Wendels­tein 7-X im Max-Planck-Institut für Plasma­­physik IPP in Greifswald im März erfolgreich zu Ende. Zurzeit laufen Umbauten im Plasma­­gefäß, um die Anlage fit für höhere Heiz­­leistung und längere Pulse zu machen. Wendel­stein 7-X, die weltweit größte Fusions­anlage vom Typ Stellarator, soll die Kraftwerks­­eignung dieses Bautyps untersuchen.

Seit Betriebs­start im Dezember 2015 wurden in Wendel­stein 7-X kontinuier­lich Plasmen erzeugt – zunächst aus Heliumgas, ab Februar 2016 aus Wasserstoff. Rund 2200-mal verwandelte die Mikro­wellen­­heizung eine winzige Menge Gas in ein ultra­dünnes, extrem heißes Plasma. Im magnetischen Käfig von Wendelstein 7-X einge­schlossen, schweben die geladenen Teilchen nahezu berührungs­frei vor den Wänden der Plasma­kammer.

„Mit den Ergebnissen der ersten Experimentier­­kampagne sind wir mehr als zufrieden“, sagt Projekt­­leiter Thomas Klinger. Lagen die erreich­baren Puls­dauern der Wasserstoff-Plasmen zu Anfang bei einer halben Sekunde, haben die Forscher am Ende Pulsdauern von sechs Sekunden erreicht. Die Plasmen mit den höchsten Tempera­turen ließen sich bei vier Megawatt Mikro­wellen-Heiz­leistung für die Dauer von einer Sekunde erzielen: Bei mittleren Plasma­­dichten konnten die Physiker Tempera­turen von 100 Millionen Grad Celsius für die Plasma­­elektronen messen sowie zehn Millionen Grad für die Ionen. „Damit wurde viel mehr erreicht, als unsere eher vorsichtigen Vorhersagen erhoffen ließen“, so Thomas Klinger.

Die Struktur und die Einschluss­eigenschaften des neuartigen Magnet­­feldes erwiesen sich überdies in den ersten Prüfungen so gut wie erwartet. Zu weiteren Physik­­unter­suchungen – zum Beispiel zur Wärme­last­­verteilung an den Wand­blenden oder zum Einfluss der externen Trimm­spulen – kamen technische Entla­dungen zum Reinigen des Plasma­­gefäßes oder zur Prüfung der Maschine­n­systeme, d.h. Magnete, Kälteanlage, Mikrowellen­heizung und Maschinen­­steuerung.

Am 10. März endeten plangemäß die Experimente. Inzwischen ist das Plasma­­Gefäß wieder geöffnet, um gut 6.000 Kohlenstoff­­kacheln zum Schutz der Gefäß­wände sowie den Divertor einzubauen: In zehn breiten Streifen an der Wand des Plasma­­gefäßes sollen seine Kacheln der verwundenen Kontur des Plasma­­randes folgen. Denn am Rand des Plasma­­ringes laufen Energie und Teilchen auf begrenzte Partien der Gefäßwand. Werden diese Wand­­bereiche durch spezielle Prall­platten geschützt, lassen sich die auf­treffenden Teilchen zusammen mit uner­wünschten Verun­reinigungen neutralisieren und abpumpen. Der Divertor ist damit ein wichtiges Werkzeug, Verun­reinigung und Dichte des Plasmas zu kontrollieren.

Entworfen und gefertigt wurden die Wand­elemente und ihre Träger­­strukturen im IPP in Garching in Kooperation mit externen Firmen. Der Einbau der 6200 unter­schiedlich geformten Wandkacheln und zehn Divertor­­module muss bis auf ein bis zwei Millimeter genau geschehen, was in dem asymmetrischen Plasma­­gefäß recht heikel ist: „Nach genauer Vermessung der Innenwand vergleichen wir deshalb mit einem numerischen Verfahren die Wandmaße mit den Kachel­­abmessungen und arbeiten, wo nötig, die Kacheln mit einer computer­­gesteuerten Fräse nach“, erläutert Mathias Müller von den Technischen Diensten in Greifswald.

Bis Mitte 2017 wird die Montage dauern: Danach ist Wendelstein 7-X mit verklei­deter Wand fit für Hoch­leistungs­­plasmen mit Heiz­­leistungen bis zu acht Megawatt und zehn Sekunden Dauer. Nach gründ­licher Prüfung der Divertor-Funktion sollen in späteren Ausbauten die Graphit­­kacheln durch Kohlenstoff­­faser­ver­stärkte Kohlenstoff-Elemente ersetzt werden, die zusätzlich wasser­­gekühlt sind. Damit werden – in etwa vier Jahren – bis zu dreißig Minuten lange Entladungen möglich, in denen bei einer Heiz­leistung von zehn Megawatt überprüft werden kann, ob Wendel­stein 7-X auch dauerhaft seine Optimierungs­­ziele erfüllt. (Quelle: IPP)

Link: Wendelstein 7-X, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik Greifswald

Weitere Beiträge: Wendel­stein 7-X erzeugt erstes Was­ser­stoff-Plas­ma, energyviews.de, 4. Februar 2016 • Gefangen im Magnetfeld, energyviews.de, 15. Dezember 2015 • Wendel­stein 7-X: Elek­tro­nen­strahl läuft rund!, energyviews.de, 5. August 2015

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