20000-mal Plasma in der Fusionsanlage ASDEX Upgrade

In der vergangenen Woche lief im Fusionsexperiment ASDEX Upgrade im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching bei München die zwanzigtausendste Plasma-Entladung seit Betriebsbeginn der Anlage im Jahr 1991.

„Die Maschine hat das Potential für mindestens nochmals so viele Entladungen“, stellt der Projektleiter Dr. Otto Gruber fest. Aufgaben für ASDEX Upgrade gibt es reichlich: Die Garchinger Anlage, das gegenwärtig größte Fusionsexperiment in Deutschland, ist konsequent auf die Vorbereitung und Begleitung des internationalen Testreaktors ITER (lat.: „der Weg“) ausgerichtet. ITER ist der nächste große Schritt der weltweiten Fusionsforschung hin zu einem Kraftwerk, das ähnlich wie die Sonne aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie gewinnen soll. Die Testanlage wurde von Forschern aus Europa, Japan, Russland und den USA vorbereitet, China und Südkorea haben sich dem Projekt angeschlossen. Mit 500 Megawatt erzeugter Fusionsleistung soll ITER zeigen, dass ein Energie lieferndes Fusionsfeuer möglich ist. Dazu muss der Brennstoff, ein dünnes und heißes Wasserstoffgas, ein so genanntes „Plasma“, wärmeisoliert in Magnetfeldern eingeschlossen und auf Temperaturen über 100 Millionen Grad aufgeheizt werden.

Zur Optimierung des ITER-Betriebs beschäftigt sich ASDEX Upgrade zum Beispiel damit, Plasma-Zustände zu entwickeln, die möglichst gute Wärmeisolation mit langer Pulslänge verbinden. Ein Beispiel ist das mit ASDEX Upgrade entwickelte „Verbesserte H-Regime“, eine Betriebsweise mit besonders hohem Energieinhalt des Plasmas. Ließe sich dies auch in ITER nutzen, dann würde sich die zu erwartende Fusionsausbeute bei sonst gleichen Randbedingungen dort mindestens verdoppeln. Und umgekehrt: Je höher man den Energieinhalt des Plasmas und damit die Fusionsausbeute treiben kann, desto kleiner und damit kostengünstiger wird ein späteres Kraftwerk.

Wie sich günstige Plasma-Zustände dieser Art mit anderen Erfordernissen – Stabilität, Verunreinigungskontrolle und Energieabfuhr – vereinen lassen, ist einer der Arbeitsschwerpunkte von ASDEX Upgrade. Zusätzlich untersucht man unterschiedliche Wandmaterialien, die den Leistungs- und Teilchenflüssen in einem Kraftwerk standhalten können. So wurde neben dem an vielen Fusionsanlagen eingesetzten Kohlenstoff an ASDEX Upgrade erfolgreich mit Wolframbeschichtung der inneren Wand experimentiert: „Inzwischen nutzen Forscher aus ganz Europa die Anlage für ihre Experimente“, erklärt Otto Gruber, „und angesichts der bevorstehenden Bauentscheidung für ITER werden uns die Themen so schnell nicht ausgehen“.