Wendelstein 7-X: Jetzt wird es spannend

Blick in das mit Grafitkacheln verkleidete Plasmagefäß. (Bild: IPP, J. M. Hosan)

Die Plasmaexperimente an der Fusionsanlage Wendelstein 7-X im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik IPP in Greifswald haben nach 15 Monaten Umbaupause wieder begonnen. Die zusätzliche Ausrüstung hat die Anlage fit für höhere Heizleistung und längere Pulse gemacht. Damit werden nun Experimente möglich, in denen das Wendelstein 7-X zu­grunde­lie­gende optimierte Konzept geprüft werden kann. Wendelstein 7-X, die weltweit größte Fusions­anlage vom Typ Stellarator, soll die Kraftwerkseignung dieses Bautyps untersuchen.

Neben neuen Heizungs- und Mess­appa­raturen wurden seit März letzten Jahres, dem planmäßigen Ende der ersten Experi­mentier­phase, über achttausend Wand­­kacheln und zehn „Divertor“-Module aus Grafit im Plasmagefäß der Fusions­anlage montiert. Diese Ver­klei­dung soll die Gefäßwände schützen und für die kommenden Experimente höhere Tem­pe­ra­turen sowie zehn Sekunden lange Plasmaentladungen möglich machen.

Eine besondere Funktion erfüllen dabei die zehn Teilstücke des Divertors: In breiten Streifen an der Wand des Plasma­gefäßes folgen seine Kacheln genau der verwundenen Kontur des Plasmarands. So schützen sie speziell diejenigen Wand­bereiche, auf die entweichende Teilchen aus dem Rand des Plasma­rings gezielt gelenkt werden. Zu­sam­men mit uner­wünschten Verun­rei­nigungen werden die auftref­fenden Teilchen hier neu­tra­li­siert und abgepumpt. Der Divertor ist damit ein wichtiges Werkzeug, Reinheit und Dichte des Plasmas zu regeln.

Eine der ersten Plasma­­ent­la­dungen im auf­ge­rüs­­te­ten Gefäß (eingefärbtes Schwarz-­Weiß-­Foto; Bild: IPP /­ Wigner RCP)

Bereits am kleineren Vorgänger, dem Stella­rator Wendel­stein 7-AS im IPP in Garching, waren die Er­geb­nisse der Divertor­tests ermutigend. Aber erst im deutlich größeren Greifswalder Nachfolger Wendelstein 7-X sind die geome­trischen Verhält­nisse – insbesondere das Verhältnis von Divertor­fläche zu Plasma­volumen – kraft­werks­ähnlich. „Wir sind deshalb sehr gespannt, nun erstmals unter­suchen zu können, ob das Divertor­­kon­zept eines optimierten Stella­rators wirklich gut funk­tio­niert“, sagt Projekt­leiter Professor Thomas Klinger. Diese Tests werden breiten Raum einnehmen: Sorgfältig wird man in vielen Detailuntersuchungen prüfen, wie das Plasma zu führen ist und welche Mag­net­­feld­­struk­turen, Heiz- und Nachfüllverfahren am er­folg­reichsten sind.

Da für die Mikrowellen-Heizung des Plasmas inzwischen alle zehn Mikro­­wellen­­sender einsatzbereit sind, werden nun ein größerer Energie­­durch­satz und Plasmen höherer Dichte möglich: Von vier Megajoule im Jahr 2016 wird man sich jetzt – indem man nach und nach alle Einsatz­varianten der Mikro­­wellen­­heizung durch­spie­len und testen wird – auf eine Energie von achtzig Megajoule 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. Statt hundert Millionen Grad heißer Elektronen und kalter Ionen mit zehn Millionen Grad wie bisher werden in den neuen Plasmen Elektronen und Ionen fast gleiche Temperatur bis zu siebzig Millionen Grad besitzen. Damit sollte auch die Wärm­e­isolation des Plasmas steigen. War sie bislang, bezogen auf die Anlagen­größe, nur oberer Durchschnitt, sollte sich nun die Wirkung der Wendelstein 7-X zugrunde­liegenden Optimierung zeigen können: „Es wird sehr spannend“, sagt Thomas Klinger. (Quelle: IPP / vip-journal.de)

Links: Wendelstein 7-X im Teilinstitut Greifswald, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP), Garching & Greifswald

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