Die Kernfusions-Anlage Wendelstein 7-X in Greifswald. (Bild: MPI für Plasmaphysik, Jan Michael Hosan)
Nachdem Wendelstein (8 Minuten Dauer mit einer Leistung von 1,3 Gigajoule), wurde der Stellarator am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Greifswald wie geplant abgeschaltet. Seitdem hat das Wendelstein-7-X-Team die Maschine umfangreich gewartet und mit neuen Modulen ergänzt. Am 10. September 2024 wird W7-X nun in die neue, deutlich optimierte Experimentierphase OP2.2 starten.
Zahlreiche Erweiterungen, Verbesserungen und Reparaturen wurden an Wendelstein 7-X selbst, den Steuerungs- und Datenerfassungssystemen, den Heizsystemen und den fast 50 verschiedenen Plasmadiagnosegeräten vorgenommen. Ein wichtiges Ziel war es, die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Systeme deutlich zu verbessern, wofür eine systematische Fehlermöglichkeitsanalyse durchgeführt wurde. Darüber hinaus wurden die wissenschaftlichen Fähigkeiten aller Systeme erheblich erweitert und wichtige neue Beobachtungsinstrumente hinzugefügt.
Zwei der wichtigsten Verbesserungen:
- Nun steht ein Heizelement (Gyrotron) zur Verfügung, das über Mikrowellen deutlich mehr als 1 Megawatt Leistung in das Plasma bringen kann. Diese ECRH-Methode (Electron Cyclotron Resonance Heating) emittiert Mikrowellen mit genau der Frequenz in das Plasma, mit der die Elektronen im Plasma auf spiralförmigen Bahnen um die Magnetfeldlinien zirkulieren. Zuvor hatte Wendelstein 7-X zehn solcher Module, deren Leistung über mehrere Minuten Betrieb jeweils weniger als 1 Megawatt betrug. Insgesamt waren über mehrere Minuten 7,5 Megawatt möglich. Das neue Modul kann in Spitzenzeiten bis zu 1,5 Megawatt in das Plasma einspeisen. Zwölf solcher Elemente sollen für zukünftige Betriebsphasen zur Verfügung stehen. Dadurch wird die maximale ECRH-Leistung deutlich erhöht. Die ECRH ist die effizienteste und wichtigste Art der Beheizung im Langpulsbetrieb. Entwickelt wurde das neue ECRH-Modul vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und dem Münchner Unternehmen Thales. Es ist das leistungsstärkste Gyrotron der Welt. Dem W7-X-Team stehen zudem die Ionenzyklotronheizung (ICRH) und die Neutral Particle Beam Heating (NBI) zur Verfügung.
- Erstmals kommt auch der neue stationäre Pelletinjektor zum Einsatz. Er wurde im Oak Ridge National Laboratory, einem Forschungszentrum des US-Energieministeriums (DOE), speziell für Wendelstein 7-X gebaut und ist in seiner Kategorie weltweit führend. Es dient dazu, die Zufuhr von Wasserstoffteilchen in das Plasma sicherzustellen – ein wichtiger Schritt auf dem Weg zum Kernfusionskraftwerk. Der Pellet-Injektor erzeugt lange Stäbe aus gefrorenem Wasserstoff, von denen regelmäßig kleine Pellets im Abstand von Sekundenbruchteilen abgeschnitten werden, um sie wie in einem Blasrohr mit hohem Druck in das Plasma zu schießen.
Ziele der neuen Messkampagne
Das umfangreiche wissenschaftliche Programm der neuen Messphasen OP2.2 und OP2.3 zielt vor allem darauf ab, die Leistungsparameter der erzeugten Plasmen schrittweise zu erhöhen. In der letzten Messphase OP2.1 war es möglich, die Ionen im Plasma kurzzeitig auf rund 35 Millionen Grad Celsius (Plasmaphysiker drücken dies in 3 Kiloelektronenvolt aus) aufzuheizen und die Wärmeenergie kontrolliert über den Divertor (die hitzebeständigste Komponente) abzuführen. In Zukunft soll dies über mehrere Minuten bei höheren Plasmatemperaturen möglich sein.
"Wir nähern uns Schritt für Schritt höheren Heizleistungen", sagt IPP-Direktor Prof. Thomas Klinger. "Zum einen geht es darum, die Wärmebelastungsgrenzen an den Kohlenstoffwänden von W7-X sorgfältig zu testen. Zum anderen wollen wir turbulenzgesteuerte Transportprozesse im Plasma und den Ausstoß von Wärme und Teilchen verstehen." Anders als in der letzten Phase des Experiments strebt das W7-X-Team keine neuen Rekorde für die Plasmadauer an, sondern will den Energiedurchsatz erhöhen "Es wäre zwar möglich, aber wissenschaftlich wenig wertvoll, jetzt lange Plasmapulse bei niedrigen Leistungswerten zu erzeugen", erklärt Prof. Klinger. "Das Ziel ist es, lange Pulse bei hohen Plasmatemperaturen zu erreichen. Und daran arbeiten wir gerade."
IPP
