Kernfusion – Heißer als die Sonne

Die Sonne versorgt unseren Planeten seit vielen Millionen Jahren mit Licht und Energie. Ohne die Sonne wäre auf unserem Planeten kein Leben möglich. Das was die Sonne so unglaublich lange und hell erleuchten läßt fasziniert die Wissenschaft seit Jahrtausenden. Könnte man das was in der Sonne geschieht in einem winzig kleinen Maßstab auf der Erde nachvollziehen, es wären alle Probleme der Energieversorgung gelöst. Nahezu beliebig viel Meerwasser könnte in sauberes Trinkwasser umgewandelt werden, Autos könnten wirklich emissionsfrei mit ihren Elektromotoren fahren und langfristig könnten durch eine solche umweltfreundliche Energiequelle sogar Kriege verhindert werden.

Innerhalb der Sonne entsteht Energie durch die Verschmelzung von Atomkernen bei extrem hohen Temperaturen. Vereinfacht könnte man sagen, dass dieser Prozess mehr Energie freisetzt als man benötigt um ihn in Gang zu setzen. In Deutschland forscht man daher seit vielen Jahren auf diesem Gebiet und ist inzwischen soweit, dass man diesen Prozess in Gang setzen und für einen begrenzten Zeitraum aufrechterhalten kann. Rein technisch gesehen könnte man ihn bereits dauerhaft in Gang halten, aber es gibt derzeit noch keine Werkstoffe mit denen es möglich ist ein Gas mit einer Temperatur von 150.000.000 °C dauerhaft einzuschließen und die gewonnene Energie abzuführen.

Das extrem heiße Plasma kann derzeit für etwa 18 Sekunden auf ca. 150 Millionen Grad Celsius gehalten werden. Die Forscher nennen dies einen „Plasmaschuss“. Während dieser 18 Sekunden arbeiten alle Messgeräte auf Hochtouren und es werden Maßdaten mit einem Umfang von bis zu 10 GByte erzeugt. An einzelnen Tagen werden mehrere Plasmaschüsse ausgeführt. An anderen Tagen erfolgen die Wartung und die Reparatur der Versuchsanlage. Ich durfte mir an einem Wartungstag die gesamte Anlage anschauen und am nächsten Tag bei einem Plasmaschuss live dabei sein. Im Video hört an während der knapp 18 Sekunden ein deutliches Dröhnen und Surren. Dies wird durch die vielen Kabel und Schienen in den Wänden erzeugt, die unter der Last der elektromagnetischen Kraft ächzen.

ASDEX-Upgrade-Reaktor

In Garching bei München betreibt die Max-Planck-Gesellschaft für Plasmaphysik seit vielen Jahren eine Forschungseinrichtung in derzeit etwa 20 Jahren an einem Fusionsgenerator gearbeitet wird, den ich im Juli besuchen durfte. Da sich dieser Generator noch einem Versuchsstadium befindet, wird er ständig ausgebaut und erweitert. Die Halle in der er steht ist vollgestopft mit Messapparaturen aller Art. Im Vergleich zu dem was hier geschieht ist die berühmte „Raketenwissenschaft“ etwas für Anfänger.

Bereits im letzten Jahr habe ich eine Anfrage von Herrn Dr. Teschke, dem Leiter eines der Teilprojekte dieser Forschungseinrichtung erhalten. Er ist für die Konstruktion und den Aufbau eines Teilsystems verantwortlich, dem man den schönen Namen BUSSARD gegeben hat. Auf der Suche nach einem Foto für dieses Teilprojekt ist er auf eines meiner Fotos gestoßen. Im Gegenzug für mein Foto durfte ich im Juni 2015 das Teilprojekt BUSSARD besuchen und mir auch viele andere interessante Dinge in dieser Forschungseinrichtung anschauen.

ASDEX-Upgrade-Bau

IMAG2025

Während eines Plasmaschusses benötigt diese Versuchsanlage etwas soviel Strom wie die Stadt München inkl. aller Vororte! Da dieser Strombedarf aber nur sehr kurzfristig ist, würde ein eigenes Kraftwerk kaum bezahlbar. Daher wird innerhalb der Versuchsanlage der Strom für jeden einzelnen Plasmaschuss selbst erzeugt. Um die irrwitzig anmutenden Ströme mit einem Umfang von 60.000 Ampère und mehr zu erzeugen, versetzt man drei gewaltige Schwungräder mit bis zu 20.000 Kilogramm Gewicht in Rotation. Sobald sie ihre Drehzahl erreicht haben und synchron laufen, werden die Antriebe abgeschaltet und die riesigen Generatoren zugeschaltet.

Das Prinzip dieser Schwungräder könnte man sich etwa wie einen Fahrradfahrer vorstellen, der zunächst mühsam einen hohen Berg hinauf strampelt, um dann mit eingeschaltetem Licht einen Berg wieder hinunter zu rollen. Bergab muss er nichts weiter tun als die Fahrt zu genießen und zu warten bis er am Ende des Berges angekommen ist. Danach geht die ganze Quälerei aufs Neue los. Verstanden?

IMAG2027

Während der beiden Tage bei der Max-Planck-Gesellschaft wollte ich gern filmen, aber keinen riesigen Aufwand mit Stativen, großen Kameras und vielen Objektiven betreiben. Daher habe ich mich entschlossen einfach nur meine GoPro 4 Black Edition zu benutzen, manchmal soll weniger ja mehr sein…

Aus mehreren Stunden Videomaterial habe ich nach meiner Heimkehr in Deutschland mit iMovie auf meinem MacBook Air ein Video zusammengeschnitten, dass einige anschauliche Erläuterungen von Herrn Dr. Teschke enthält und so einen guten Einblick in die Arbeit der Wissenschaftler der Max-Planck-Gesellschaft ermöglicht.

Heisser als die Sonne – Zu Besuch beim Kernfusionsreaktor – Full HD 1080p

Für die beiden kurzen Interview-Ausschnitte habe ich zwei Videos von der Webseite der Max-Planck-Gesellschaft verwendet. Der eigentliche „Donut“ ist natürlich nicht für die Öffentlichkeit zugänglich, um selbst winzigste Verunreinigungen zu vermeiden. Sobald ein Mensch innerhalb des „Donuts“ war, um beispielsweise eine Reparatur auszuführen, dauert es mehrere Wochen um alle damit verbundenen Verunreinigungen innerhalb des „Donuts“ wieder vollständig zu entfernen. Dazu wird der „Donut“ mit speziellem „Reinigungsmitteln“ gefüllt, die dann abgesaugt werden. Dies muss sehr oft wiederholt werden bis er wieder einsatzbereit ist.

Für mich waren diese beiden Tage eine absolutes Highlight meiner langen Reise. Als Ingenieur für Elektrotechnik und Energietechnik war dieses Thema natürlich mehr als doppelt interessant. Was die Forscher in Garching leisten ist die Basis für eine Energieversorgung die der Menschheit hoffentlich irgendwann helfen wird zu überleben, wenn fossile Energiequellen längst aufgebraucht sein werden.

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