Japanische Fusionsanlage LHD in Betrieb gegangen

Weltgrößte Anlage aus der Stellarator-Familie / Supraleitende Magnetspulen

31. März 1998

In Japan ist am 31. März 1998 das Großexperiment "Large Helical Device" (LHD), eine Fusionsanlage aus der Stellarator-Familie, nach achtjähriger Bauzeit mit der Erzeugung des ersten Plasmas termingerecht in Betrieb gegangen. LHD wird vom National Institute for Fusion Science (NIFS) in Toki bei Nagoya betrieben und ist - bis zum Betriebsbeginn von Wendelstein 7-X im Teilinstitut Greifswald des IPP - der weltweit größte Stellarator.

Ziel der Fusionsforschung ist es, die Energieproduktion der Sonne auf der Erde nachzuvollziehen und aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie zu gewinnen. Brennstoff ist ein dünnes, ionisiertes Wasserstoffgas, ein "Plasma". Zum Zünden des Fusionsfeuers muß das Plasma in Magnetfeldern eingeschlossen und auf Temperaturen über 100 Millionen Grad aufgeheizt werden.

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Das erste Plasma der japanischen Fusionsanlage "Large Helical Device"

Wesentliche Ziele der Anlage LHD sind es, den Zündbedingungen für das Plasma um einen Faktor 5 bis 10 nahezukommen und die Dauerbetriebsfähigkeit der Anlage zu demonstrieren. Benutzt wird dazu ein Plasma aus normalem und schwerem Wasserstoff (Deuterium). In einem solchen Plasma kann es zwar nicht zu nennenswerten Fusionsleistungen kommen; sein Verhalten läßt sich jedoch auf den zukünftigen Kraftwerksbetrieb mit den eigentlichen Fusionsbrennstoffen, Deuterium und Tritium, modellartig übertragen. Der Plasmaring besitzt einen Durchmesser von acht Metern und einen Querschnitt von rund einem Quadratmeter. Er wird eingeschlossen durch ein 3 Tesla starkes Magnetfeld, das - um Dauerbetrieb zu erreichen - von supraleitenden Magnetspulen erzeugt wird.

Kernstück des magnetischen Systems sind zwei große Magnetspulen, die sich schraubenförmig um das Plasma winden. Zur Herstellung dieser 65 Tonnen schweren Wicklungen wurde direkt in der Experimenthalle eine eigene Wickelmaschine aufgebaut. Numerisch gesteuert, konnte die 10 Meter hohe und 13 Meter breite Maschine den Spulenleiter mit hoher Genauigkeit in die verschraubte Form biegen und aufwickeln. Sechs horizontal liegende, ebenfalls supraleitende Spulen sorgen für die stabile Lage des Plasmas. Ein Kryostat umgibt die supraleitenden Magnete und erzeugt die nötige Wärmeisolierung der tiefkalten Spulen. Zur externen Heizung des Plasmas sind zunächst 5 Megawatt Heizleistung vorgesehen, die später auf 28 Megawatt aufgestockt werden sollen.

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Computergrafik der japanischen Fusionsanlage "Large Helical Device"

Das National Institute for Fusion Science wurde 1989 als inter-universitäre Forschungseinrichtung in Toki gegründet. Mit dem Max-Planck-Institut für Plasmaphysik ist es durch enge wissenschaftliche Zusammenarbeit verbunden. Abgesehen von diesen beiden Forschungsstätten werden Fusionsexperimente vom Typ "Stellarator" in kleineren Anlagen auch in Spanien, den USA, Australien und der Ukraine betrieben. Vorteile dieses Bautyps: Anders als die weltweit überwiegend untersuchten Tokamaks, die zunächst nur pulsweise arbeiten, sind Stellaratoren ohne weitere Zusatzmaßnahmen für Dauerbetrieb geeignet. Mit seinen verdrillt um das Plasmagefäß geschlungenen Magnet-Wicklungen folgt der japanische Stellarator LHD dazu dem hergebrachten Bauprinzip der Stellaratoren. Im Unterschied hierzu werden mit den Wendelstein-Experimenten des IPP Stellaratoren entwickelt, die ein entsprechend den Kraftwerkserfordernissen optimiertes Magnetfeld besitzen. Später mit dem Aufbau beginnend als LHD, zeichnet sich Wendelstein 7-X durch ein optimiertes Magnetfeld aus, das - ohne schraubenförmige Wicklungen - durch ein modular aufgebautes und im Kleinen bereits erprobtes Spulensystem erzeugt wird.

Isabella Milch

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