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02.07.2018 | Energietechnik | Infografik | Onlineartikel

Graphit-Kacheln schützen das Plasmagefäß

Autor:
Dieter Beste

Höhere Temperaturen und Dichten des Plasmas, längere Pulse und einen weltweiten Rekord für das Fusionsprodukt hat der Stellarator Wendelstein 7-X in Greifswald erreicht. Forscher untersuchen mit der Fusionsanlage die Kraftwerkseignung dieses Bautyps.

Ziel der Fusionsforschung ist es, ein klima- und umweltfreundliches Kraftwerk zu entwickeln. Weil das Fusionsfeuer erst bei Temperaturen über 100 Millionen Grad zündet, darf der Brennstoff – ein dünnes Wasserstoffplasma – nicht in Kontakt mit kalten Gefäßwänden kommen. Von Magnetfeldern gehalten, schwebt er nahezu berührungsfrei im Inneren einer Vakuumkammer. Den magnetischen Käfig von Wendelstein 7-X erzeugt ein Ring aus 50 supraleitenden, etwa 3,5 Meter hohen Magnetspulen. Ihre speziellen Formen sind das Ergebnis ausgefeilter Optimierungsrechnungen.

Im Unterschied zur ersten Experimentierrunde 2015/16 – die Auswertung von Messdaten aus dieser Kampagne ist gerade in der Fachzeitschrift Nature Physics erschienen – ist das Plasmagefäß von Wendelstein 7-X seit September letzten Jahres mit einer Innenverkleidung ausgerüstet, wie das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) berichtet. Kacheln aus Graphit bedecken jetzt die Gefäßwände und machen höhere Temperaturen und längere Plasmaentladungen möglich. Mit einem sogenannten Divertor lässt sich darüber hinaus die Reinheit und Dichte des Plasmas regeln: In zehn breiten Streifen an der Wand des Plasmagefäßes folgen seine Kacheln der verwundenen Kontur des Plasmarandes. So schützen sie speziell die Wandbereiche, auf die entweichende Teilchen aus dem Rand des Plasmaringes gezielt gelenkt werden. Zusammen mit Verunreinigungen werden die auftreffenden Teilchen hier neutralisiert und abgepumpt.

"Die ersten Erfahrungen mit den neuen Wandelementen sind ausgesprochen positiv", sagt Professor Dr. Thomas Sunn Pedersen. Waren am Ende der ersten Kampagne Pulsdauern von sechs Sekunden zu erreichen, sind nun bis zu 26 Sekunden lange Plasmen möglich. Dabei konnten bis zu 75 Megajoule Heizenergie in das Plasma eingespeist werden – 18 Mal mehr als in der ersten Betriebsrunde ohne Divertor. Auch die Heizleistung konnte erhöht werden – eine Voraussetzung für hohe Plasmadichte. Auf diese Weise wurde ein Rekordwert für das "Fusionsprodukt" erreicht. Dieses Produkt aus Ionentemperatur, Plasmadichte und Energieeinschlusszeit gibt an, wie nahe man den Reaktorwerten für ein brennendes Plasma kommt. Bei rund 40 Millionen Grad Ionentemperatur und einer Dichte von 0,8 x 1020 Teilchen pro Kubikmeter hat Wendelstein 7-X ein Fusionsprodukt von gut 6 x 1026 Grad mal Sekunde pro Kubikmeter erreicht – weltweiter Stellarator-Rekord.

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