Mission des Wendelstein 7-x
Was erwarten die Forscher des IPP von der Technik des Stellarators, die anders als der Tokamak über Jahrzehnte hinweg keinen überzeugenden Plasmaeinschluss zustande gebracht hat? „Wendelstein 7-X hat eine ganz klare Mission“, sagt Prof. Thomas Klinger, der wissenschaftliche Leiter des Greifswalder Standortes. „Es handelt sich um ein neu entwickeltes Einschlusskonzept.“ Das Stellaratorkonzept sei zwar alt. Aber erst die Fortschritte der numerischen Mathematik und moderner Großrechenanlagen haben die Möglichkeit geschaffen, überhaupt der Frage nachzugehen, wie ein optimales Magnetfeld aussehen sollte. Theoretische Konzepte dafür lagen laut Klinger etwa Ende der achtziger Jahre vor. Schon 2003 sind dann die ersten Teile für den Wendelstein 7-X in Greifswald angeliefert worden – für vergleichbare Großanlagen ist das rekordverdächtig schnell.
Wendelstein 7-X wird keine Energie erzeugen
Diese inzwischen weiterentwickelten Konzepte sind in die Greifswalder Anlage eingeflossen. Das Ergebnis ist eine völlig neue Geometrie: Der Torus mit den Magneten ist kein runder Reifen mehr, um den sich die Magnete winden. Er sieht von oben aus wie ein Fünfeck, ein Pentagon. Die Maschine besteht aus fünf gleichartigen Segmenten mit je zehn der in sich verbogenen, sogenannten nicht-planaren Spulen und vier weiteren, die für Feineinstellungen gebraucht werden. Jedes der fünf Segmente ist wiederum in sich symmetrisch, so dass der gleiche Spulentyp zweimal eingebaut werden kann, einmal in umgeklappter Anordnung. Deshalb enthält Wendelstein zwar fünfzig nicht-planare Spulen, aber nur fünf verschiedene Spulentypen – eine große Vereinfachung für die Hersteller in der Industrie.
Diese Geometrie soll sich nun bewähren. Doch der Stellarator Wendelstein 7-X ist überhaupt nicht dafür ausgelegt, jemals Energie zu erzeugen. „Dazu ist er mit dreißig Kubikmeter Plasmavolumen zu klein“, sagt Klinger. Die Aufgabe ist eine grundsätzlichere: „Ziel ist, den Beweis zu führen, dass der Optimierungsprozess des Magnetfeldes so erfolgreich ist, dass der Wendelstein mit seinen 30 Kubikmeter Plasmavolumen mit jedem vergleichbar großen Tokamak der Welt mithalten kann.“ Schon das würde die Karten neu mischen.
Wenn dies gelänge, könnte Wendelstein 7-X seinen konzeptionellen Vorteil ausspielen: „Der Stellarator ist durch seine Natur dauerbetriebsfähig.“ Der Tokamak kann nur im Impulsbetrieb laufen. Er hält das Plasma für die Dauer eines langen Atemzugs. Dann geht er aus und muss neu zünden. Die Greifswalder Forscher wollen ihren Wendelstein 7-X in den nächsten Jahren langsam weiter aufrüsten und schließlich eine Dauerbetriebszeit von einer halben Stunde erreichen, das heißt, das Plasma eine halbe Stunde lang stabil einschließen.
2020 soll es so weit sein. Wie der Betrieb der Anlage während eines solchen Dauerbetriebs aussehen könnte, ahnt man, wenn Hans-Stephan Bosch seine Schlüssel einsteckt und zum Kontrollraum führt. Bosch leitet den Betrieb von Wendelstein 7-X. Wenn die Maschine läuft, ist dieser Raum sein Reich. Mit etwas Fantasie kommt man sich vor wie in der futuristischen Welt eines großen Raumschiffs, allerdings eines, das seine große Zeit erst erwartet. Denn noch ist Umbau; im Kontrollraum brummt und summt nichts, es ist dunkel, niemand läuft herum und die Monitore an der Stirnwand sind ausgeschaltet. 70 bis 100 Menschen werden hier sitzen, herumlaufen, sich absprechen, wenn die Maschine läuft. Die Architektur ist extravagant: Die Arbeitsplätze – schwarze Stühle, helle Tische – sind, je nach Zuständigkeit, in Gruppen zusammengefasst. An diesen Gruppeninseln vorbei zieht sich der 22 Meter lange Hauptkontrolltisch durch den Raum. An ihm allein werden rund 30 Augenpaare die Maschine im Blick behalten.
Der Wendelstein 7-x wird in den kommenden Jahren stufenweise weitere Umbauphasen erleben. Derzeit werden die Innenwände des Plasmagefäßes dort, wo sie durch den Plasmastrahl am meisten belastet werden, mit Graphitkacheln verkleidet. Außerdem wurden in jedes Segment des Plasmagefäßes oben und unten sogenannte Divertoren eingebaut, ebenfalls Graphitplatten, auf die im Betrieb Verunreinigungen aus dem Plasma herausgeleitet werden. Der störende Müll wird dort direkt abgesaugt. Das Prinzip der Divertoren („Ablenker“) wird auch in anderen Plasmaanlagen eingesetzt. Wendelstein 7-X brauchte sie in der ersten Testphase nicht. Später aber, im Dauerbetrieb, müssen diese Divertoren sogar wassergekühlt sein, um die gewaltigen aufprallenden Energiemengen verkraften zu können.
Doch für die nächste Stufe der Experimente bleiben sie vorerst ungekühlt. Ein Dauerbetrieb ist so zwar nicht möglich. Aber in den Leistungsbereich eines gut laufenden Tokamaks, meint Klinger, könne Wendelstein bereits ohne Kühlung kommen. Man merkt: Diesen kleinen Triumph würde er gerne feiern. Im Spätsommer soll es so weit sein.
->Quellen: