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Greifswald bändigt das Sonnenfeuer

Greifswald Greifswald bändigt das Sonnenfeuer

In der Fusionsanlage Wendelstein 7-X wurde gestern das erste superheiße Wasserstoff-Plasma erzeugt. Was bedeutet das?

Greifswald. Die Idee klingt simpel: Die Sonne scheint seit Milliarden Jahren am Himmel und produziert dabei unendliche Mengen an Energie. Warum sollte man nicht einfach eine kleine Sonne auf der Erde nachbauen, um die Energieprobleme des Planeten zu lösen? In Greifswald ist man diesem Menschheitstraum gestern einen kleinen Schritt nähergekommen.

So simpel die Idee ist, so schwierig ist ihre Umsetzung: In der Sonne brennt ein gigantisches Feuer. 15 Millionen Grad Hitze und ein Druck von 200 Milliarden Bar sind die Voraussetzungen dafür, dass je zwei Wasserstoff- zu einem Heliumteilchen verschmelzen. Dabei wird Energie freigesetzt (s. Info-Kasten). Nun lassen sich die Druckverhältnisse der Sonne auf der Erde nicht so leicht nachbauen. Also muss hier an der anderen Stellschraube gedreht werden: der Hitze. Bei 100 Millionen Grad können die Wasserstoffteilchen auch auf der Erde zur Fusion gezwungen werden.

Doch 100 Millionen Grad heißes Plasma — also elektrisch geladenes Gas — muss erst einmal gebändigt werden. Hier kommt das Greifswalder Experiment des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik ins Spiel: In der Fusionsanlage Wendelstein 7-X soll nachgewiesen werden, dass sich das Sonnenfeuer dauerhaft einsperren lässt. Die Betonung liegt auf dauerhaft: Es gibt bereits andere Fusionsexperimente, die jedoch wegen ihres technischen Aufbaus immer wieder abgeschaltet werden müssen. In Greifswald soll das Plasma dagegen bis zu einer halben Stunde lang am Stück erzeugt werden.

Der Schlüssel dafür liegt in der kuriosen Form des Wendelstein, dessen Grundform an einen verdrehten Rettungsring erinnert. Kernstück der Anlage sind 50 Magnetspulen, die in der Röhre, die sie umschließen, ein Magnetfeld erzeugen. Da das Wasserstoffplasma geladen ist, wird es von dem Magnetfeld angezogen und in Position gehalten. Wären die Magnetspulen einfach ringförmig angeordnet, gäbe es Bereiche, in denen das Magnetfeld stärker und andere, in denen es schwächer ausgeprägt wäre. „Der korkenzieherartige Aufbau soll dafür sorgen, dass das Magnetfeld auf der gesamten Länge der verdrehten Röhre im Schnitt gleich stark ist“, erklärt Institutssprecherin Isabela Milch. Um die Position jeder einzelnen Spule zu ermitteln, waren jahrelange Berechnungen auf Supercomputern nötig.

Im April 2014 war der Aufbau der eine Milliarde Euro teuren Anlage nach neun Jahren und einer Million Arbeitsstunden abgeschlossen. Im Dezember 2015 wurde erstmals nachgewiesen, dass Wendelstein funktionieren kann — wenn auch zunächst mit dem einfacher zu beherrschenden Helium. Ein Milligramm des Gases wurde in die luftleere Röhre eingefüllt und mit Hilfe der außen angebrachten Mikrowellenheizung erhitzt. Für eine Zehntelsekunde entstand so eine Million Grad heißes Plasma.

Gestern der nächste Schritt: Erstmals erzeugten die Wissenschaftler ihr eigentliches Forschungsobjekt, Wasserstoffplasma. Doch das Endprodukt — nämlich Fusionsenergie wie in der Sonne —

wird in Greifswald nicht entstehen. Wendelstein soll lediglich die Grundlagen dafür schaffen und beweisen, dass der besondere Aufbau mit dem verdrehten Ring — der sogenannte Stellarator —

Grundlage für ein Kraftwerk sein kann. Von diesem Typ ist Wendelstein der weltweit größte und modernste.

In die Praxis umgesetzt wird aber zunächst das andere Prinzip, der sogenannte Tokamak. Bei diesem Typ ist der Ring nicht verdreht. Um das Plasma in Form zu halten, wird im Inneren ein zusätzliches Magnetfeld erzeugt, das jedoch immer nur kurz angeschaltet werden kann und so nur pulsweise funktioniert. In Südfrankreich steht im Forschungszentrum Cadarache bereits ein Tokamak-Ring. Seit 2007 wird dort zudem das derzeit größte Forschungsprojekt der Welt umgesetzt: Der internationale Fusionsreaktor Iter soll ebenfalls nach dem Tokamak-Prinzip funktionieren und ab 2025 erstmals mehr Energie abwerfen als nötig ist, um den Fusionsprozess zu starten. Aus 50 Megawatt Heizenergie könnten dann 500 Megawatt Fusionsenergie werden. Das wäre etwa die Hälfte dessen, was ein durchschnittliches Atomkraftwerk heute produziert.

Vom Original — unserer Sonne — ist man damit allerdings noch ein Stückchen entfernt: Sie strahlt rund um die Uhr 386 Quadrillionen Watt ab — das ist eine Zahl mit 24 Nullen.

Axel Büssem

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