Die Sonne halten

Mitte April hatte ich Gelegenheit, das Plasma-Experiment Wendelstein 7-X in Greifswald zu besuchen und mir von dort arbeitenden Wissenschaftlern erklären zu lassen. Anlass genug, hier kurz über Plasmen, Stellaratoren und Wendelstein 7-X zu berichten.

Ein Plasma ist in der Physik1 der vierte Aggregatzustand neben Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen. In Feststoffen sind die Atome so stark aneinander gebunden, dass sie sich nicht von der Stelle bewegen. In Flüssigkeiten reicht ihre Bewegungsenergie aus um aneinander vorbei zu gleiten. Die Materie kann fließen, ihre Atome verlieren aber nie den direkten Kontakt zueinander. In Gasen reicht die Energie schon aus, dass sich Atome oder Moleküle frei voneinander bewegen können. Gase breiten sich aus und nehmen den gesamten zur Verfügung stehenden Platz ein. Wird die Bewegungsenergie der Teilchen noch größer, so sind nicht mehr die Atome die kleinsten intakten Bausteine: Atomkerne2 und Elektronen können sich frei voneinander bewegen. Das ist dann ein Plasma.

Wendelstein 7-X wird voraussichtlich in diesem Jahr seinen Forschungsbetrieb aufnehmen. Neben den Studien an Plasmen selbst wird sich dabei auch zeigen, ob das Konzept des Stellarators gegenüber den weiter entwickelten Tokamaks konkurrenzfähig ist.

Plasmen sind nicht zuletzt notwendig, wenn Kernfusion als Energiequelle erschlossen werden soll. Zur Kernfusion ist Wendelstein 7-X allerdings nicht ausgelegt. Eine Anlage, die mehr Energie durch Fusion erzeugt als sie zur Aufrechterhaltung des Plasmas braucht, müsste etwa fünf mal größer sein als die Forschungsanlage Wendelstein 7-X. Das ergibt sich einfach aus dem Verhältnis von Volumen zu Oberfläche. Die Energieproduktion geschieht überall im Volumen der Maschine, während die Energieverluste fast ausschließlich über die Oberfläche auftreten. Da das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen mit der Größe steigt, werden Fusionskraftwerke groß sein müssen.

Wendelstein 7-X wird zeigen, ob das Stellarator-Konzept geeignet ist, große Plasmamengen langfristig zu halten. Es wird auch dazu beitragen, Plasmaphysik besser zu verstehen und theoretische Plasmamodelle zu überprüfen. Ob die Forschung in Greifswald langfristig zur Energieversorgung beitragen wird, ist dann eine politische Entscheidung.

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(Mehr in: Quantenwelt)