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Forschung

ITER - auf neuen Wegen in der Fusionsforschung

Das internationale Fusionsexperiment ITER (lat.: der Weg) soll nach der am 28. Juni 2005 erzielten Einigung zwischen den internationalen Partnern (Europäische Union, China, Russland, Japan, USA, Indien (seit 12/2005)und Süd-Korea) in Cadarache, Frankreich gebaut werden. Mit ITER wird erstmals eine Fusionsanlage entstehen, die einen Netto-Energiegewinn erzielen kann. ITER stellt damit einen entscheidenden Schritt auf dem Weg zu einem kommerziellen Fusionskraftwerk dar.

Nachdem es mit JET (Joint European Torus; Standort: Culham, UK) gelungen ist, sehr nahe an die Zündbedingungen für ein brennendes, d. h. sich selbst unterhaltendes, Fusionsplasma zu kommen, besteht weltweit Einigkeit darüber, dass der nächste Schritt ein Experiment sein muss, das deutlich mehr Fusionsleistung erzeugt als für die Aufheizung des Plasmas benötigt wird. Mit JET wurde in Pulsen von ca. 2 s Dauer eine Spitzenleistung von 16 MW verwirklicht, was ca. 62 % der eingesetzten Heizleistung entspricht.


ITER wird aufgrund seiner konstruktiven Auslegung vor allem dazu beitragen, eine sich selbst erhaltende Fusionsreaktion zu realisieren. Dabei werden auch Erfahrungen mit dem erforderlichen Brennstoffkreislauf sowie mit der Abfuhr der Heliumkerne, die bei dem Verschmelzen von Deuterium und Tritium als "Asche" entstehen, gewonnen. Gleichzeitig wird das Fusionsexperiment intensiv zur weiteren Material- und Werkstoffentwicklung für die Fusionstechnologie eingesetzt.

ITER wurde nach dem Ende des Kalten Krieges gemeinsam von den Präsidenten Gorbachev und Reagan initiiert. An der ersten Design-Phase, die von 1992-1998 dauerte, waren USA, Russland, Japan und die Europäische Union beteiligt. Die USA haben sich 1998 zunächst von der weiteren Zusammenarbeit zurückgezogen. Nach einer Um- und Neukonstruktion, die zu einer deutlichen Kostenreduktion geführt hatte, wurde 2001 nach Vorliegen entscheidungsreifer Unterlagen mit internationalen Verhandlungen zum Bau von ITER begonnen.

ITER wird wie sein Vorläufer JET (das derzeit weltweit größte Fusionsexperiment) ein sog. Tokamak sein; dies ist die bisher am besten untersuchte Entwicklungslinie von Fusionsreaktoren. Tokamaks haben ein ringförmiges ("toroidales") Plasma. Das für den Einschluss des Plasmas nötige Magnetfeld wird von supraleitenden Spulen erzeugt, die den Ring umschließen (vgl. Abb.: Tokamak - Schematische Darstellung). Allerdings ist das so erzeugte Magnetfeld außen schwächer als innen; daher würde das Plasma ohne Korrekturen nach außen driften. Zur Korrektur werden "Poloidalfeld-Spulen" eingesetzt.

Ein ansteigender Strom in den Poloidalfeldspulen treibt wie bei einem Transformator einen Sekundärstrom im Plasma; das hierdurch erzeugte ergänzende Magnetfeld komplettiert den Plasmaeinschluss. Allerdings kann der Strom in der Poloidalfeldspule nicht beliebig hoch und damit auch nicht beliebig lange ansteigen. Dies ist der Grund, warum Tokamak-Plasmen ihrer Natur nach gepulst sind, d. h. sie brennen diskontinuierlich. Für ITER sind Pulslängen in der Größenordnung von einigen Minuten bis zu einer Stunde vorgesehen.

Abb.: Tokamak-Schema

ITER ist ein globales Projekt, an dem viele große Industrienationen beteiligt sind: Europäische Union, China, Russland, Japan, USA, Indien und Süd-Korea. Weitere Länder haben ihr Interesse an einer Mitarbeit bekundet (u. a. Brasilien und Australien).

Die deutschen Fusionsforschungsinstitute Max-Planck-Institut für Plasmaphysik mit Standorten in Garching und Greifswald, Forschungszentrum Karlsruhe und Forschungszentrum Jülich führen seit vielen Jahren Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Bereich Fusion auf höchstem internationalen Niveau durch. Auf der Grundlage der bisherigen Ergebnisse und des geschaffenen nationalen Know-hows sieht das Bundesministerium für Bildung und Forschung gute Chancen für die deutsche Beteiligung bei dem Bau und dem späteren Betrieb von ITER. Aus Sicht des Bundesministeriums für Bildung und Forschung bietet der europäische Standort des ITER für Deutschland optimale Möglichkeiten für eine Zusammenarbeit zwischen der Forschung und der deutschen Industrie sowie vielfältige Chancen für lukrative Aufträge.

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