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Viermal heißer als die Sonne

30.06.1998 - (idw) Justus-Liebig-Universität Gießen

Am Fusionsreaktor "Asdex Upgrade" in Garching ging im Frühjahr die zweite Stufe einer Plasmaheizung in Betrieb, mit der in einem ersten Experiment eine Plasmatemperatur von über 60 Millionen Grad erreicht wurde - das ist das Vierfache der Sonnentemperatur. Das Herzstück der Plasmaheizung geht auf das Ionentriebwerk zurück, das Prof. Dr. Horst Löb vom I. Physikalischen Institut der Universität Gießen für die Raumfahrt entwickelt hat.

Am Fusionsreaktor "Asdex Upgrade" in Garching ging im Frühjahr die zweite Stufe einer Plasmaheizung in Betrieb, mit der in einem ersten Experiment eine Plasmatemperatur von über 60 Millionen Grad erreicht wurde - das ist das Vierfache der Sonnentemperatur. Bei niedrigen Plasmadichten entstehen sogar 100 Millionen Grad. Das Herzstück der Plasmaheizung geht auf das Ionentriebwerk zurück, das Prof. Dr. Horst Löb vom I. Physikalischen Institut der Universität Gießen für die Raumfahrt entwickelt hat. Sein ehemaliger Doktorand Dr. Werner Kraus hat die Technik am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching etabliert.

Er berichtet darüber in einem Pressegespräch am Freitag, dem 3. Juli, um 12.00 Uhr im I. Physikalischen Institut, Heinrich-Buff-Ring 14-20, Gießen.

Ziel der Fusionsforschung ist es, die Energieproduktion der Sonne auf der Erde nachzuvollziehen: Ein Fusionskraftwerk soll Energie aus der Verschmelzung von Atomkernen gewinnen. Brennstoff ist ein dünnes Gas, ein "Plasma" aus zwei Sorten schweren Wasserstoffs. Da auf der Erde der Brennstoff nicht so stark komprimiert werden kann wie unter dem Gewicht der Sonne, müssen zum Ausgleich weit höhere Temperaturen als im Sonneninneren erreicht werden. Man schätzt, daß zum Zünden des Fusionsfeuers 100 Millionen Grad notwendig sind, wie sie für den Internationalen Thermonuklearen Testreaktor (ITER) angestrebt werden. Im ITER, der gegenwärtig in weltweiter Zusammenarbeit geplant wird, soll erstmals ein Plasma gezündet und damit Energie nach dem Vorbild der Sonne produziert werden.

Mit der neuen Plasmaheizung werden Wasserstoffatome mit einer Geschwindigkeit von über 3.000 Kilometern pro Sekunde in das Plasma eingeschossen, wo sie über Stöße ihre Energie an das Plasma abgeben und damit das Fusionsmaterial weiter aufheizen. Die Geschosse stammen aus Ionenquellen, die nach dem Vorbild der Ionentriebwerke von Prof. Löb konstruiert sind. Um Wasserstoffatome beschleunigen zu können, müssen sie zunächst als geladene Teilchen - als Ionen - für elektrische Kräfte "greifbar" werden. In üblichen Ionenquellen werden zur Produktion der Ionen Elektroden benötigt, die einem Verschleiß unterliegen. In den Gießener Ionentriebwerken werden dagegen die Atome mit einem Hochfrequenzfeld von einem Teil ihrer Elektronen befreit - sie werden "ionisiert" und können so in elektrischen Feldern beschleunigt werden. Für Ionentriebwerke in der Raumfahrt wird dieses Prinzip seit vielen Jahren ausgenutzt; in Garching wurden Hochfrequenz-Ionenquellen jetzt weltweit erstmalig in der Fusionsforschung zur Herstellung eines Ionenstrahls verwendet. Da sie technisch einfacher gebaut sind als die bisher benutzten Ionenquellen, sind sie erheblich zuverlässiger und versprechen eine längere Lebensdauer. Auch finanziell hat sich die Entwicklung deswegen für die Garchinger gelohnt. Die Strahlqualität war sogar besser als vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik gefordert.

Die Techniker stehen bei der Plasmaheizung mit schnellen Ionen allerdings vor einem Dilemma: Einerseits müssen die Teilchen elektrisch geladen sein, damit sie auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden können; andererseits können nur elektrisch neutrale Teilchen ungestört die Magnetfelder durchdringen, die das Plasma im Reaktor einschließen. Die elektrisch geladenen Ionen müssen also neutralisiert werden, bevor sie in den Reaktor eingeschossen werden können. Dazu durchlaufen die Ionen einen Gasvorhang, wo sie ihre elektrische Ladung abgeben. Von 19 Megawatt Heizleistung bleiben so nach der Neutralisation noch 7 bis 10 Megawatt Heizleistung übrig. Das ist aber immer noch genug, um am Plasmarand in den Temperaturbereich von 100 Millionen Grad zu kommen, wie er vom geplanten Fusionsreaktor ITER gefordert wird.

Kontaktadresse (nicht zur Veröffentlichung vorgesehen):

Prof. Dr. Horst Löb

I. Physikalisches Institut
Heinrich-Buff-Ring 14-20
35392 Gießen
Telefon (0641) 99-33130
Fax (0641) 99-33139
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