ITER Internationaler thermonuklearer Versuchsreaktor für Kernfusion

ITER Internationaler thermonuklearer Versuchsreaktor für Kernfusion

Was ist ITER?

ITER (“Der Weg” auf Lateinisch) ist eines der ehrgeizigsten Energieprojekte der heutigen Welt.

In Südfrankreich arbeiten 35 Nationen* zusammen, um den weltgrößten Tokamak zu bauen, eine Magnetfusionsanlage, die die Machbarkeit der Fusion als großtechnische und kohlenstofffreie Energiequelle beweisen soll, die auf demselben Prinzip beruht, das auch unsere Sonne und die Sterne antreibt. Die ITER-Mitglieder – China, die Europäische Union, Indien, Japan, Korea, Russland und die Vereinigten Staaten – arbeiten nun 35 Jahre lang zusammen, um die ITER-Versuchsanlage zu bauen und zu betreiben und gemeinsam die Fusion so weit zu bringen, dass ein Demonstrations-Fusionsreaktor entworfen werden kann.

ITER wird die erste Fusionsanlage sein, die Nettoenergie erzeugt. ITER wird die erste Fusionsanlage sein, die die Fusion über lange Zeiträume aufrechterhält. Und ITER wird die erste Fusionsanlage sein, die die integrierten Technologien, Materialien und physikalischen Systeme testet, die für die kommerzielle Produktion von Elektrizität auf Fusionsbasis notwendig sind.

WAS WIRD ITER LEISTEN?

1) 500 MW Fusionsenergie erzeugen
Der Weltrekord für Fusionsleistung wird von dem europäischen Tokamak JET gehalten. Im Jahr 1997 produzierte JET 16 MW an Fusionsleistung aus einer Gesamtheizleistung von 24 MW (Q=0,67). ITER ist darauf ausgelegt, eine zehnfache Energieausbeute (Q=10) zu erzeugen, also 500 MW Fusionsleistung aus 50 MW zugeführter Heizleistung. ITER wird die Energie, die er produziert, nicht als Elektrizität einfangen, aber – als erstes aller Fusionsexperimente in der Geschichte, das einen Netto-Energiegewinn produziert – wird es den Weg für die Maschine bereiten, die das kann.

2) Erreichen eines Deuterium-Tritium-Plasmas, in dem die Reaktion durch interne Heizung aufrechterhalten wird
Die Fusionsforschung steht heute an der Schwelle zur Erforschung eines “brennenden Plasmas” – eines Plasmas, in dem die Wärme aus der Fusionsreaktion effizient genug innerhalb des Plasmas eingeschlossen ist, um die Reaktion für eine lange Dauer aufrechtzuerhalten. Die Wissenschaftler sind zuversichtlich, dass die Plasmen in ITER nicht nur viel mehr Fusionsenergie erzeugen, sondern auch für längere Zeiträume stabil bleiben werden.

3) Tritiumzucht testen
Eine der Aufgaben für die späteren Phasen des ITER-Betriebs ist es, die Machbarkeit der Tritiumproduktion innerhalb des Vakuumgefäßes zu demonstrieren. Das weltweite Angebot an Tritium (das zusammen mit Deuterium als Brennstoff für die Fusionsreaktion verwendet wird) reicht nicht aus, um den Bedarf zukünftiger Kraftwerke zu decken. ITER wird eine einzigartige Gelegenheit bieten, Mockups von Tritium-Brutdecken innerhalb des Gefäßes in einer realen Fusionsumgebung zu testen.

WAS IST FUSION?

Fusion ist die Energiequelle der Sonne und der Sterne. In der enormen Hitze und Schwerkraft im Kern dieser Himmelskörper kollidieren Wasserstoffkerne, verschmelzen zu schwereren Heliumatomen und setzen dabei enorme Energiemengen frei.

Die Fusionswissenschaft des 20. Jahrhunderts identifizierte die effizienteste Fusionsreaktion in der Laborumgebung als die Reaktion zwischen zwei Wasserstoffisotopen, Deuterium (D) und Tritium (T). Die DT-Fusionsreaktion erzeugt den höchsten Energiegewinn bei den “niedrigsten” Temperaturen.

Um die Fusion im Labor zu erreichen, müssen drei Bedingungen erfüllt sein: eine sehr hohe Temperatur (in der Größenordnung von 150.000.000° Celsius), eine ausreichende Dichte der Plasmateilchen (um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass es zu Kollisionen kommt) und eine ausreichende Einschlusszeit (um das zur Ausdehnung neigende Plasma in einem definierten Volumen zu halten).

Bei extremen Temperaturen werden die Elektronen von den Kernen getrennt und ein Gas wird zu einem Plasma – oft als vierter Zustand der Materie bezeichnet. Fusionsplasmen bieten die Umgebung, in der leichte Elemente fusionieren und Energie liefern können.

In einer Tokamak-Anlage werden starke Magnetfelder verwendet, um das Plasma einzuschließen und zu kontrollieren.

WAS IST EIN TOKAMAK?

Visualisierung mit freundlicher Genehmigung von Jamison Daniel, Oak Ridge Leadership Computing Facility

Kraftwerke basieren heute entweder auf fossilen Brennstoffen, Kernspaltung oder erneuerbaren Quellen wie Wind oder Wasser. Unabhängig von der Energiequelle erzeugen die Kraftwerke Elektrizität, indem sie mechanische Kraft, z. B. die Rotation einer Turbine, in elektrische Energie umwandeln. In einem kohlebefeuerten Dampfkraftwerk wird durch die Verbrennung von Kohle Wasser in Dampf verwandelt, der wiederum Turbinengeneratoren antreibt, um Strom zu erzeugen.

Der Tokamak ist eine experimentelle Maschine, die entwickelt wurde, um die Energie der Kernfusion nutzbar zu machen. Im Inneren eines Tokamaks wird die durch die Verschmelzung von Atomen erzeugte Energie als Wärme in den Wänden des Gefäßes absorbiert. Genau wie ein konventionelles Kraftwerk nutzt ein Fusionskraftwerk diese Wärme, um Dampf und anschließend über Turbinen und Generatoren Strom zu erzeugen.

Das Herzstück eines Tokamaks ist seine donutförmige Vakuumkammer. Darin wird unter dem Einfluss von extremer Hitze und Druck gasförmiger Wasserstoffbrennstoff zu einem Plasma – genau die Umgebung, in der Wasserstoffatome zur Verschmelzung und Energiegewinnung gebracht werden können. Die geladenen Teilchen des Plasmas können durch die massiven Magnetspulen, die um das Gefäß herum angeordnet sind, geformt und kontrolliert werden; die Physiker nutzen diese wichtige Eigenschaft, um das heiße Plasma von den Gefäßwänden weg zu begrenzen. Der Begriff “Tokamak” kommt von einem russischen Akronym, das für “toroidale Kammer mit Magnetspulen” steht.

Erstmals von der sowjetischen Forschung in den späten 1960er Jahren entwickelt, hat sich der Tokamak weltweit als die vielversprechendste Konfiguration eines Magnetfusionsgeräts durchgesetzt. ITER wird der größte Tokamak der Welt sein – doppelt so groß wie die größte derzeit in Betrieb befindliche Maschine, mit dem zehnfachen Volumen der Plasmakammer.

WANN WERDEN DIE EXPERIMENTE BEGINNEN?

ITERs erstes Plasma ist für Dezember 2025 geplant.

Das wird das erste Mal sein, dass die Maschine eingeschaltet wird, und der erste Akt von ITERs mehr Jahrzehnte dauerndem Betriebsprogramm.
Sehen Sie sich die Vorbereitungsarbeiten für dieses riesige Projekt auf YouTube an.

ITER-Zeitleiste

Dez 2025                  Erstes Plasma

2025-2035                Schrittweises Hochfahren der Maschine

2035                          Deuterium-Tritium-Betrieb beginnt

Wir laden Sie ein, die ITER-Website zu erkunden, um weitere Informationen über die Wissenschaft von ITER, die internationale Zusammenarbeit bei ITER und das groß angelegte Bauprojekt in Saint Paul-lez-Durance, Südfrankreich, zu erhalten.

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