Fusionsenergie und verborgene Symmetrien

IPP-Wissenschaftler gewinnen Grant der Simons-Stiftung zur Weiterentwicklung der Stellarator-Optimierung

14. Juni 2018

Zum Thema “Verborgene Symmetrien und Fusionsenergie” hat das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Greifswald gemeinsam mit neun Universitäten in den USA, der Schweiz, Großbritannien und Australien Forschungsmittel der renommierten Simons-Stiftung eingeworben. Die von Marilyn und Jim Simons – Mathematiker, Hedgefonds-Manager und Milliardär – gegründete Stiftung in New York fördert Forschung in Mathematik und anderen Grundlagenwissenschaften.


Das rechnerisch optimierte Magnetfeld (gelb) der Stellarator-Anlage Wendelstein 7-X in Greifswald. Es wird von speziell geformten Magnetspulen (blau) hergestellt.

Das Projekt “Verborgene Symmetrien und Fusionsenergie”, welches die Simons-Stiftung vier Jahre lang mit jährlich insgesamt zwei Millionen US-Dollar unterstützen wird, ist der Entwicklung neuer, ausgefeilter Methoden zur rechnerischen Optimierung von Fusionsanlagen des Typs Stellarator gewidmet. Ziel der Fusionsforschung ist ein Kraftwerk, das ähnlich wie die Sonne aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie gewinnt. Weil das Fusionsfeuer erst bei Temperaturen über 100 Millionen Grad zündet, darf der Brennstoff – ein dünnes Wasserstoffplasma – nicht in Kontakt mit kalten Gefäßwänden kommen. Von Magnetfeldern gehalten, schwebt er nahezu berührungsfrei im Inneren einer Vakuumkammer.

Anders als das kreissymmetrische Magnetfeld der Konkurrenten vom Typ Tokamak, das guten Teilcheneinschluss garantiert, lässt das magnetische Feld eines Stellarators auf den ersten Blick keinerlei Symmetrie erkennen. Trotzdem können Stellarator-Felder verborgene Symmetrien besitzen, die ebenfalls zu gutem Teilcheneinschluss führen sollten. Eine „quasi-symmetrische“ Struktur liegt zum Beispiel dem Stellarator HSX in Madison, Wisconsin, zugrunde. Auch der Greifswalder Stellarator Wendelstein 7-X, dessen erste experimentelle Ergebnisse sehr vielversprechend sind, zeigt, dass ein maßgeschneidertes Magnetfeld den Einschluss verbessern kann.

Das internationale Team aus Plasmaphysikern, Mathematikern und Informatikern, die sich zu diesem Projekt zusammengefunden haben, will unter der Leitung eines Wissenschaftlers der Universität Princeton die optimalen Magnetfelder mit verborgenen Symmetrien finden. Ziel ist eine Palette neuartiger, miteinander verbundener mathematischer und numerischer Optimierungswerkzeuge, genannt der „Simons-Stellarator-Optimierer“. Professor Dr. Per Helander vom IPP in Greifswald leitet dabei die Anwendung dieses Optimierers auf neue Stellarator-Entwürfe: „Die Förderung“, sagt Per Helander, „wird in den beteiligten Instituten für vier Jahre acht zusätzliche Wissenschaftler-Stellen ermöglichen – ein beachtlicher Schub für die Stellarator-Optimierung“.  

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