Fusionsexperiment Wendelstein 7-X - Max-Planck

Die Fusionsforschung konzentriert sich auf zwei Anlagentypen:
den Tokamak und den Stellarator. Beide schließen ein extrem
dünnes, elektrisch geladenes Wasserstoffgas - ein sogenanntes
Plasma - in Magnetfeldern ein. Das Magnetfeld des Stellarators
Wendelstein 7-X wird durch komplex geformte supraleitende
Magnete erzeugt. Diese formen einen Magnetfeldkäfig, in dem
wenige tausendstel Gramm Wasserstoffgas auf Temperaturen
bis zu einhundert Millionen Grad aufgeheizt werden.
Fusionsexperiment
Wendelstein 7-X
Foto: Wolfgang Filser
Sie wollen mehr über den Stand der Forschung und
Wendelstein 7-X erfahren? Besuchen Sie uns!
Termine für Führungen können Sie bei der Abteilung
Öffentlichkeitsarbeit telefonisch unter 03834 882614
oder per E-Mail: [email protected]
vereinbaren.
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP)
Teilinstitut Greifswald
Wendelsteinstraße 1
17491 Greifswald
Tel. 03834 88 1000
E-Mail: [email protected]
www.ipp.mpg.de
Garching - Greifswald
Wendelstein 7-X, die weltweit größte und modernste Fusionsforschungsanlage ihrer Bauart, wird gegenwärtig im Teilinstitut
Greifswald des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP)
aufgebaut. Ziel der theoretischen und experimentellen Grundlagenforschung ist die Entwicklung eines Fusionskraftwerkes,
das - nach dem Vorbild der Sonne - aus der Verschmelzung
von Wasserstoffkernen zu Helium Energie erzeugt. Wenn es
gelingt, diesen Prozess für die Energiegewinnung auf der Erde
nutzbar zu machen, steht eine sichere, saubere und nahezu
unerschöpfliche Energiequelle zur Verfügung.
Die Fusionsforschung konzentriert sich auf zwei Anlagentypen:
den Tokamak und den Stellarator. Beide schließen ein extrem
dünnes, elektrisch geladenes Wasserstoffgas - ein sogenanntes
Plasma - in Magnetfeldern ein. Das Magnetfeld des Stellarators
Wendelstein 7-X wird durch komplex geformte supraleitende
Magnete erzeugt. Diese formen einen Magnetfeldkäfig, in dem
wenige tausendstel Gramm Wasserstoffgas auf Temperaturen
bis zu einhundert Millionen Grad aufgeheizt werden.
Fusionsexperiment
Wendelstein 7-X
Foto: Wolfgang Filser
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Teilinstitut Greifswald
Wendelsteinstraße 1
17491 Greifswald
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www.ipp.mpg.de
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Wendelstein 7-X, die weltweit größte und modernste Fusionsforschungsanlage ihrer Bauart, wird gegenwärtig im Teilinstitut
Greifswald des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP)
aufgebaut. Ziel der theoretischen und experimentellen Grundlagenforschung ist die Entwicklung eines Fusionskraftwerkes,
das - nach dem Vorbild der Sonne - aus der Verschmelzung
von Wasserstoffkernen zu Helium Energie erzeugt. Wenn es
gelingt, diesen Prozess für die Energiegewinnung auf der Erde
nutzbar zu machen, steht eine sichere, saubere und nahezu
unerschöpfliche Energiequelle zur Verfügung.
Die Fusionsforschung konzentriert sich auf zwei Anlagentypen:
den Tokamak und den Stellarator. Beide schließen ein extrem
dünnes, elektrisch geladenes Wasserstoffgas - ein sogenanntes
Plasma - in Magnetfeldern ein. Das Magnetfeld des Stellarators
Wendelstein 7-X wird durch komplex geformte supraleitende
Magnete erzeugt. Diese formen einen Magnetfeldkäfig, in dem
wenige tausendstel Gramm Wasserstoffgas auf Temperaturen
bis zu einhundert Millionen Grad aufgeheizt werden.
Fusionsexperiment
Wendelstein 7-X
Foto: Wolfgang Filser
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Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP)
Teilinstitut Greifswald
Wendelsteinstraße 1
17491 Greifswald
Tel. 03834 88 1000
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www.ipp.mpg.de
Garching - Greifswald
Wendelstein 7-X, die weltweit größte und modernste Fusionsforschungsanlage ihrer Bauart, wird gegenwärtig im Teilinstitut
Greifswald des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP)
aufgebaut. Ziel der theoretischen und experimentellen Grundlagenforschung ist die Entwicklung eines Fusionskraftwerkes,
das - nach dem Vorbild der Sonne - aus der Verschmelzung
von Wasserstoffkernen zu Helium Energie erzeugt. Wenn es
gelingt, diesen Prozess für die Energiegewinnung auf der Erde
nutzbar zu machen, steht eine sichere, saubere und nahezu
unerschöpfliche Energiequelle zur Verfügung.
Aufbau der Fusionsanlage
Wendelstein 7-X und ITER
Das Fusionsexperiment Wendelstein 7-X wird zusammen
mit nationalen und internationalen Partnern aus Industrie
und Forschung in Greifswald aufgebaut.
Kernstück von Wendelstein 7-X ist das Spulensystem aus 50
nichtebenen und 20 ebenen supraleitenden Magnetspulen.
Im Betrieb werden sie auf minus 270 Grad Celsius abgekühlt,
das ist nahe dem absoluten Nullpunkt. Die supraleitenden
Spulen erzeugen nahezu verlustfrei starke magnetische
Felder, was für den Dauerbetrieb notwendig ist. Wegen der
tiefen Betriebstemperatur sind die Spulen in einem Kryostaten eingebaut, der von Plasma- und Außengefäß gebildet
wird. Das hier erzeugte Vakuum sorgt für die Wärmeisolation
der Spulen.
Mit seinem optimierten Magnetfeldkäfig soll Wendelstein
7-X die Kraftwerkstauglichkeit des Stellarators nachweisen.
Wendelstein 7-X wird jedoch noch keine Energie liefern, da
die Anlage zu klein ist und auch nicht mit dem eigentlichen
Kraftwerksbrennstoff arbeiten wird. Das Verhalten eines
brennenden Plasmas soll der in weltweiter Zusammenarbeit vorbereitete internationale Experimentalreaktor ITER
untersuchen.
Foto: Glen Wurden
Forschungsziele
Gesamtansicht der Fusionsanlage Wendelstein 7-X
Wesentliche Daten von Wendelstein 7-X
Plasma
Zusammensetzung
Volumen
Menge
Plasmaheizung
Plasmatemperatur
Plasmadichte
Energieeinschlusszeit
16 m Durchmesser, 5 m Höhe
725 t
5,5 m (im Mittel)
0,53 m (im Mittel)
3 Tesla
Dauerbetrieb für 30 min
mit Mikrowellenheizung
Wasserstoff, Deuterium
30 Kubikmeter
0,005 bis 0,03 Gramm
15 Megawatt
bis 100 Millionen Grad
20
3
bis 3 x 10 Teilchen/m
0,15 Sekunden
Mit der Inbetriebnahme im Jahr 2014 wird das erste Ziel am
Wendelstein 7-X erreicht: der Nachweis, dass man eine
solch komplizierte Anlage tatsächlich bauen kann.
Im Anschluss soll Wendelstein 7-X den Dauerbetrieb unter
kraftwerksrelevanten Plasmabedingungen zeigen und damit wichtige Erkenntnisse für den Bau eines Demonstrationskraftwerks liefern. Für den Dauerbetrieb der Anlage,
der bisher noch von keiner Fusionsanlage auf der Welt
erreicht wurde, ist die Entwicklung spezieller Technologien
notwendig.
Plasmaring des optimierten
Stellarators Wendelstein 7-X
Der optimierte Stellarator
Das Konzept des Stellarators wurde 1951 von dem amerikanischen Fusionsforscher Lyman Spitzer vorgeschlagen. Im
Gegensatz zum Tokamak erzeugt ein Stellarator die für den
stabilen Plasmaeinschluss notwendige Verdrillung der
Magnetfeldlinien allein durch äußere Magnetfeldspulen.
Foto: Anja Richter Ullmann
Nichtebene Magnetspule des Wendelstein 7-X
Bereits seit 1960 hat man Stellaratoren im IPP in Garching
untersucht. Diese „klassischen“ Stellaratoren schlossen das
Plasma jedoch deutlich weniger gut ein als Tokamaks. Zur
Verbesserung des Plasmaeinschlusses suchte man daher
am IPP systematisch nach dem optimalen Magnetfeld. Eine
Weiterentwicklung der Wendelstein-Stellaratoren mit ihrer
komplexen, dreidimensionalen Geometrie wurde erst durch
leistungsfähige Großrechner in den 1980er Jahren möglich.
Foto: Tino Schulz
Größe des Experiments
Masse
Großer Plasmaradius
Kleiner Plasmaradius
Magnetfeld
Entladungsdauer
Durch 254 Stahlrohre bzw. Stutzen kann das Plasma beobachtet, versorgt und geheizt werden. Um die Wand des
Plasmagefäßes vor den entstehenden Wärmeflüssen und
umgekehrt das Plasma vor Verunreinigungen aus der Wand
zu schützen, wird die Wand kontinuierlich mit Wasser
gekühlt. Ein Hochleistungswärmetauscher (Divertor) sorgt
für die Abfuhr der Wärme an den am höchsten belasteten
Stellen.
Eine Reihe von Technologien, die für Wendelstein 7-X
entwickelt wurden, ist auch für den Bau von ITER von
Bedeutung. So fließen Erfahrungen aus dem Bau der
Spulen für Wendelstein 7-X in die Fertigung der ITERSpulen ein, insbesondere bei der Qualitätssicherung, den
Prüf- und Testverfahren und der Spuleninstrumentierung.
Blick auf ein Modul des Wendelstein 7-X während der Montagephase
Das theoretische Konzept für den optimierten Stellarator
Wendelstein 7-X wurde innerhalb von zehn Jahren
entwickelt. Teile des Konzepts konnte der kleinere Vorgänger
Wendelstein 7-AS (1988 - 2002) in Garching erstmals
experimentell untermauern.
Der Hochleistungswärmetauscher im Plasmagefäß von
Wendelstein 7-X, der Divertor, muss die vom Plasma
abgestrahlte Wärmeleistung von 10 Millionen Watt pro
Quadratmeter im Dauerbetrieb abführen. Dafür wurden
Kacheln aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff entwickelt,
die auf einen wassergekühlten Metallblock gefügt werden.
Der für die Qualifizierung der Serienproduktion in Garching
aufgebaute Hochleistungs-Wärmeteststand wird auch für
Tests von ITER-Bauteilen genutzt. Die Erfahrungen aus der
Serienproduktion und der zerstörungsfreien Untersuchung
der Kacheln sind ebenfalls von hoher Bedeutung für ITER.
Aufbau der Fusionsanlage
Wendelstein 7-X und ITER
Das Fusionsexperiment Wendelstein 7-X wird zusammen
mit nationalen und internationalen Partnern aus Industrie
und Forschung in Greifswald aufgebaut.
Kernstück von Wendelstein 7-X ist das Spulensystem aus 50
nichtebenen und 20 ebenen supraleitenden Magnetspulen.
Im Betrieb werden sie auf minus 270 Grad Celsius abgekühlt,
das ist nahe dem absoluten Nullpunkt. Die supraleitenden
Spulen erzeugen nahezu verlustfrei starke magnetische
Felder, was für den Dauerbetrieb notwendig ist. Wegen der
tiefen Betriebstemperatur sind die Spulen in einem Kryostaten eingebaut, der von Plasma- und Außengefäß gebildet
wird. Das hier erzeugte Vakuum sorgt für die Wärmeisolation
der Spulen.
Mit seinem optimierten Magnetfeldkäfig soll Wendelstein
7-X die Kraftwerkstauglichkeit des Stellarators nachweisen.
Wendelstein 7-X wird jedoch noch keine Energie liefern, da
die Anlage zu klein ist und auch nicht mit dem eigentlichen
Kraftwerksbrennstoff arbeiten wird. Das Verhalten eines
brennenden Plasmas soll der in weltweiter Zusammenarbeit vorbereitete internationale Experimentalreaktor ITER
untersuchen.
Foto: Glen Wurden
Forschungsziele
Gesamtansicht der Fusionsanlage Wendelstein 7-X
Wesentliche Daten von Wendelstein 7-X
Plasma
Zusammensetzung
Volumen
Menge
Plasmaheizung
Plasmatemperatur
Plasmadichte
Energieeinschlusszeit
16 m Durchmesser, 5 m Höhe
725 t
5,5 m (im Mittel)
0,53 m (im Mittel)
3 Tesla
Dauerbetrieb für 30 min
mit Mikrowellenheizung
Wasserstoff, Deuterium
30 Kubikmeter
0,005 bis 0,03 Gramm
15 Megawatt
bis 100 Millionen Grad
20
3
bis 3 x 10 Teilchen/m
0,15 Sekunden
Mit der Inbetriebnahme im Jahr 2014 wird das erste Ziel am
Wendelstein 7-X erreicht: der Nachweis, dass man eine
solch komplizierte Anlage tatsächlich bauen kann.
Im Anschluss soll Wendelstein 7-X den Dauerbetrieb unter
kraftwerksrelevanten Plasmabedingungen zeigen und damit wichtige Erkenntnisse für den Bau eines Demonstrationskraftwerks liefern. Für den Dauerbetrieb der Anlage,
der bisher noch von keiner Fusionsanlage auf der Welt
erreicht wurde, ist die Entwicklung spezieller Technologien
notwendig.
Plasmaring des optimierten
Stellarators Wendelstein 7-X
Der optimierte Stellarator
Das Konzept des Stellarators wurde 1951 von dem amerikanischen Fusionsforscher Lyman Spitzer vorgeschlagen. Im
Gegensatz zum Tokamak erzeugt ein Stellarator die für den
stabilen Plasmaeinschluss notwendige Verdrillung der
Magnetfeldlinien allein durch äußere Magnetfeldspulen.
Foto: Anja Richter Ullmann
Nichtebene Magnetspule des Wendelstein 7-X
Bereits seit 1960 hat man Stellaratoren im IPP in Garching
untersucht. Diese „klassischen“ Stellaratoren schlossen das
Plasma jedoch deutlich weniger gut ein als Tokamaks. Zur
Verbesserung des Plasmaeinschlusses suchte man daher
am IPP systematisch nach dem optimalen Magnetfeld. Eine
Weiterentwicklung der Wendelstein-Stellaratoren mit ihrer
komplexen, dreidimensionalen Geometrie wurde erst durch
leistungsfähige Großrechner in den 1980er Jahren möglich.
Foto: Tino Schulz
Größe des Experiments
Masse
Großer Plasmaradius
Kleiner Plasmaradius
Magnetfeld
Entladungsdauer
Durch 254 Stahlrohre bzw. Stutzen kann das Plasma beobachtet, versorgt und geheizt werden. Um die Wand des
Plasmagefäßes vor den entstehenden Wärmeflüssen und
umgekehrt das Plasma vor Verunreinigungen aus der Wand
zu schützen, wird die Wand kontinuierlich mit Wasser
gekühlt. Ein Hochleistungswärmetauscher (Divertor) sorgt
für die Abfuhr der Wärme an den am höchsten belasteten
Stellen.
Eine Reihe von Technologien, die für Wendelstein 7-X
entwickelt wurden, ist auch für den Bau von ITER von
Bedeutung. So fließen Erfahrungen aus dem Bau der
Spulen für Wendelstein 7-X in die Fertigung der ITERSpulen ein, insbesondere bei der Qualitätssicherung, den
Prüf- und Testverfahren und der Spuleninstrumentierung.
Blick auf ein Modul des Wendelstein 7-X während der Montagephase
Das theoretische Konzept für den optimierten Stellarator
Wendelstein 7-X wurde innerhalb von zehn Jahren
entwickelt. Teile des Konzepts konnte der kleinere Vorgänger
Wendelstein 7-AS (1988 - 2002) in Garching erstmals
experimentell untermauern.
Der Hochleistungswärmetauscher im Plasmagefäß von
Wendelstein 7-X, der Divertor, muss die vom Plasma
abgestrahlte Wärmeleistung von 10 Millionen Watt pro
Quadratmeter im Dauerbetrieb abführen. Dafür wurden
Kacheln aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff entwickelt,
die auf einen wassergekühlten Metallblock gefügt werden.
Der für die Qualifizierung der Serienproduktion in Garching
aufgebaute Hochleistungs-Wärmeteststand wird auch für
Tests von ITER-Bauteilen genutzt. Die Erfahrungen aus der
Serienproduktion und der zerstörungsfreien Untersuchung
der Kacheln sind ebenfalls von hoher Bedeutung für ITER.
Aufbau der Fusionsanlage
Wendelstein 7-X und ITER
Das Fusionsexperiment Wendelstein 7-X wird zusammen
mit nationalen und internationalen Partnern aus Industrie
und Forschung in Greifswald aufgebaut.
Kernstück von Wendelstein 7-X ist das Spulensystem aus 50
nichtebenen und 20 ebenen supraleitenden Magnetspulen.
Im Betrieb werden sie auf minus 270 Grad Celsius abgekühlt,
das ist nahe dem absoluten Nullpunkt. Die supraleitenden
Spulen erzeugen nahezu verlustfrei starke magnetische
Felder, was für den Dauerbetrieb notwendig ist. Wegen der
tiefen Betriebstemperatur sind die Spulen in einem Kryostaten eingebaut, der von Plasma- und Außengefäß gebildet
wird. Das hier erzeugte Vakuum sorgt für die Wärmeisolation
der Spulen.
Mit seinem optimierten Magnetfeldkäfig soll Wendelstein
7-X die Kraftwerkstauglichkeit des Stellarators nachweisen.
Wendelstein 7-X wird jedoch noch keine Energie liefern, da
die Anlage zu klein ist und auch nicht mit dem eigentlichen
Kraftwerksbrennstoff arbeiten wird. Das Verhalten eines
brennenden Plasmas soll der in weltweiter Zusammenarbeit vorbereitete internationale Experimentalreaktor ITER
untersuchen.
Foto: Glen Wurden
Forschungsziele
Gesamtansicht der Fusionsanlage Wendelstein 7-X
Wesentliche Daten von Wendelstein 7-X
Plasma
Zusammensetzung
Volumen
Menge
Plasmaheizung
Plasmatemperatur
Plasmadichte
Energieeinschlusszeit
16 m Durchmesser, 5 m Höhe
725 t
5,5 m (im Mittel)
0,53 m (im Mittel)
3 Tesla
Dauerbetrieb für 30 min
mit Mikrowellenheizung
Wasserstoff, Deuterium
30 Kubikmeter
0,005 bis 0,03 Gramm
15 Megawatt
bis 100 Millionen Grad
20
3
bis 3 x 10 Teilchen/m
0,15 Sekunden
Mit der Inbetriebnahme im Jahr 2014 wird das erste Ziel am
Wendelstein 7-X erreicht: der Nachweis, dass man eine
solch komplizierte Anlage tatsächlich bauen kann.
Im Anschluss soll Wendelstein 7-X den Dauerbetrieb unter
kraftwerksrelevanten Plasmabedingungen zeigen und damit wichtige Erkenntnisse für den Bau eines Demonstrationskraftwerks liefern. Für den Dauerbetrieb der Anlage,
der bisher noch von keiner Fusionsanlage auf der Welt
erreicht wurde, ist die Entwicklung spezieller Technologien
notwendig.
Plasmaring des optimierten
Stellarators Wendelstein 7-X
Der optimierte Stellarator
Das Konzept des Stellarators wurde 1951 von dem amerikanischen Fusionsforscher Lyman Spitzer vorgeschlagen. Im
Gegensatz zum Tokamak erzeugt ein Stellarator die für den
stabilen Plasmaeinschluss notwendige Verdrillung der
Magnetfeldlinien allein durch äußere Magnetfeldspulen.
Foto: Anja Richter Ullmann
Nichtebene Magnetspule des Wendelstein 7-X
Bereits seit 1960 hat man Stellaratoren im IPP in Garching
untersucht. Diese „klassischen“ Stellaratoren schlossen das
Plasma jedoch deutlich weniger gut ein als Tokamaks. Zur
Verbesserung des Plasmaeinschlusses suchte man daher
am IPP systematisch nach dem optimalen Magnetfeld. Eine
Weiterentwicklung der Wendelstein-Stellaratoren mit ihrer
komplexen, dreidimensionalen Geometrie wurde erst durch
leistungsfähige Großrechner in den 1980er Jahren möglich.
Foto: Tino Schulz
Größe des Experiments
Masse
Großer Plasmaradius
Kleiner Plasmaradius
Magnetfeld
Entladungsdauer
Durch 254 Stahlrohre bzw. Stutzen kann das Plasma beobachtet, versorgt und geheizt werden. Um die Wand des
Plasmagefäßes vor den entstehenden Wärmeflüssen und
umgekehrt das Plasma vor Verunreinigungen aus der Wand
zu schützen, wird die Wand kontinuierlich mit Wasser
gekühlt. Ein Hochleistungswärmetauscher (Divertor) sorgt
für die Abfuhr der Wärme an den am höchsten belasteten
Stellen.
Eine Reihe von Technologien, die für Wendelstein 7-X
entwickelt wurden, ist auch für den Bau von ITER von
Bedeutung. So fließen Erfahrungen aus dem Bau der
Spulen für Wendelstein 7-X in die Fertigung der ITERSpulen ein, insbesondere bei der Qualitätssicherung, den
Prüf- und Testverfahren und der Spuleninstrumentierung.
Blick auf ein Modul des Wendelstein 7-X während der Montagephase
Das theoretische Konzept für den optimierten Stellarator
Wendelstein 7-X wurde innerhalb von zehn Jahren
entwickelt. Teile des Konzepts konnte der kleinere Vorgänger
Wendelstein 7-AS (1988 - 2002) in Garching erstmals
experimentell untermauern.
Der Hochleistungswärmetauscher im Plasmagefäß von
Wendelstein 7-X, der Divertor, muss die vom Plasma
abgestrahlte Wärmeleistung von 10 Millionen Watt pro
Quadratmeter im Dauerbetrieb abführen. Dafür wurden
Kacheln aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff entwickelt,
die auf einen wassergekühlten Metallblock gefügt werden.
Der für die Qualifizierung der Serienproduktion in Garching
aufgebaute Hochleistungs-Wärmeteststand wird auch für
Tests von ITER-Bauteilen genutzt. Die Erfahrungen aus der
Serienproduktion und der zerstörungsfreien Untersuchung
der Kacheln sind ebenfalls von hoher Bedeutung für ITER.
Aufbau der Fusionsanlage
Wendelstein 7-X und ITER
Das Fusionsexperiment Wendelstein 7-X wird zusammen
mit nationalen und internationalen Partnern aus Industrie
und Forschung in Greifswald aufgebaut.
Kernstück von Wendelstein 7-X ist das Spulensystem aus 50
nichtebenen und 20 ebenen supraleitenden Magnetspulen.
Im Betrieb werden sie auf minus 270 Grad Celsius abgekühlt,
das ist nahe dem absoluten Nullpunkt. Die supraleitenden
Spulen erzeugen nahezu verlustfrei starke magnetische
Felder, was für den Dauerbetrieb notwendig ist. Wegen der
tiefen Betriebstemperatur sind die Spulen in einem Kryostaten eingebaut, der von Plasma- und Außengefäß gebildet
wird. Das hier erzeugte Vakuum sorgt für die Wärmeisolation
der Spulen.
Mit seinem optimierten Magnetfeldkäfig soll Wendelstein
7-X die Kraftwerkstauglichkeit des Stellarators nachweisen.
Wendelstein 7-X wird jedoch noch keine Energie liefern, da
die Anlage zu klein ist und auch nicht mit dem eigentlichen
Kraftwerksbrennstoff arbeiten wird. Das Verhalten eines
brennenden Plasmas soll der in weltweiter Zusammenarbeit vorbereitete internationale Experimentalreaktor ITER
untersuchen.
Foto: Glen Wurden
Forschungsziele
Gesamtansicht der Fusionsanlage Wendelstein 7-X
Wesentliche Daten von Wendelstein 7-X
Plasma
Zusammensetzung
Volumen
Menge
Plasmaheizung
Plasmatemperatur
Plasmadichte
Energieeinschlusszeit
16 m Durchmesser, 5 m Höhe
725 t
5,5 m (im Mittel)
0,53 m (im Mittel)
3 Tesla
Dauerbetrieb für 30 min
mit Mikrowellenheizung
Wasserstoff, Deuterium
30 Kubikmeter
0,005 bis 0,03 Gramm
15 Megawatt
bis 100 Millionen Grad
20
3
bis 3 x 10 Teilchen/m
0,15 Sekunden
Mit der Inbetriebnahme im Jahr 2014 wird das erste Ziel am
Wendelstein 7-X erreicht: der Nachweis, dass man eine
solch komplizierte Anlage tatsächlich bauen kann.
Im Anschluss soll Wendelstein 7-X den Dauerbetrieb unter
kraftwerksrelevanten Plasmabedingungen zeigen und damit wichtige Erkenntnisse für den Bau eines Demonstrationskraftwerks liefern. Für den Dauerbetrieb der Anlage,
der bisher noch von keiner Fusionsanlage auf der Welt
erreicht wurde, ist die Entwicklung spezieller Technologien
notwendig.
Plasmaring des optimierten
Stellarators Wendelstein 7-X
Der optimierte Stellarator
Das Konzept des Stellarators wurde 1951 von dem amerikanischen Fusionsforscher Lyman Spitzer vorgeschlagen. Im
Gegensatz zum Tokamak erzeugt ein Stellarator die für den
stabilen Plasmaeinschluss notwendige Verdrillung der
Magnetfeldlinien allein durch äußere Magnetfeldspulen.
Foto: Anja Richter Ullmann
Nichtebene Magnetspule des Wendelstein 7-X
Bereits seit 1960 hat man Stellaratoren im IPP in Garching
untersucht. Diese „klassischen“ Stellaratoren schlossen das
Plasma jedoch deutlich weniger gut ein als Tokamaks. Zur
Verbesserung des Plasmaeinschlusses suchte man daher
am IPP systematisch nach dem optimalen Magnetfeld. Eine
Weiterentwicklung der Wendelstein-Stellaratoren mit ihrer
komplexen, dreidimensionalen Geometrie wurde erst durch
leistungsfähige Großrechner in den 1980er Jahren möglich.
Foto: Tino Schulz
Größe des Experiments
Masse
Großer Plasmaradius
Kleiner Plasmaradius
Magnetfeld
Entladungsdauer
Durch 254 Stahlrohre bzw. Stutzen kann das Plasma beobachtet, versorgt und geheizt werden. Um die Wand des
Plasmagefäßes vor den entstehenden Wärmeflüssen und
umgekehrt das Plasma vor Verunreinigungen aus der Wand
zu schützen, wird die Wand kontinuierlich mit Wasser
gekühlt. Ein Hochleistungswärmetauscher (Divertor) sorgt
für die Abfuhr der Wärme an den am höchsten belasteten
Stellen.
Eine Reihe von Technologien, die für Wendelstein 7-X
entwickelt wurden, ist auch für den Bau von ITER von
Bedeutung. So fließen Erfahrungen aus dem Bau der
Spulen für Wendelstein 7-X in die Fertigung der ITERSpulen ein, insbesondere bei der Qualitätssicherung, den
Prüf- und Testverfahren und der Spuleninstrumentierung.
Blick auf ein Modul des Wendelstein 7-X während der Montagephase
Das theoretische Konzept für den optimierten Stellarator
Wendelstein 7-X wurde innerhalb von zehn Jahren
entwickelt. Teile des Konzepts konnte der kleinere Vorgänger
Wendelstein 7-AS (1988 - 2002) in Garching erstmals
experimentell untermauern.
Der Hochleistungswärmetauscher im Plasmagefäß von
Wendelstein 7-X, der Divertor, muss die vom Plasma
abgestrahlte Wärmeleistung von 10 Millionen Watt pro
Quadratmeter im Dauerbetrieb abführen. Dafür wurden
Kacheln aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff entwickelt,
die auf einen wassergekühlten Metallblock gefügt werden.
Der für die Qualifizierung der Serienproduktion in Garching
aufgebaute Hochleistungs-Wärmeteststand wird auch für
Tests von ITER-Bauteilen genutzt. Die Erfahrungen aus der
Serienproduktion und der zerstörungsfreien Untersuchung
der Kacheln sind ebenfalls von hoher Bedeutung für ITER.
Die Fusionsforschung konzentriert sich auf zwei Anlagentypen:
den Tokamak und den Stellarator. Beide schließen ein extrem
dünnes, elektrisch geladenes Wasserstoffgas - ein sogenanntes
Plasma - in Magnetfeldern ein. Das Magnetfeld des Stellarators
Wendelstein 7-X wird durch komplex geformte supraleitende
Magnete erzeugt. Diese formen einen Magnetfeldkäfig, in dem
wenige tausendstel Gramm Wasserstoffgas auf Temperaturen
bis zu einhundert Millionen Grad aufgeheizt werden.
Fusionsexperiment
Wendelstein 7-X
Foto: Wolfgang Filser
Sie wollen mehr über den Stand der Forschung und
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oder per E-Mail: [email protected]
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Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP)
Teilinstitut Greifswald
Wendelsteinstraße 1
17491 Greifswald
Tel. 03834 88 1000
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Garching - Greifswald
Wendelstein 7-X, die weltweit größte und modernste Fusionsforschungsanlage ihrer Bauart, wird gegenwärtig im Teilinstitut
Greifswald des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP)
aufgebaut. Ziel der theoretischen und experimentellen Grundlagenforschung ist die Entwicklung eines Fusionskraftwerkes,
das - nach dem Vorbild der Sonne - aus der Verschmelzung
von Wasserstoffkernen zu Helium Energie erzeugt. Wenn es
gelingt, diesen Prozess für die Energiegewinnung auf der Erde
nutzbar zu machen, steht eine sichere, saubere und nahezu
unerschöpfliche Energiequelle zur Verfügung.