Der ITER-Reaktor

ITER wird der weltweit größte Kernfusionsversuchsreaktor, wenn er 2018 wie geplant fertiggestellt ist. Er stellt wahrscheinlich den wichtigsten Schritt auf dem Weg zum ersten kommerziell betriebenen Fusionskraftwerk der Zukunft dar, in dem Wasserstoffkerne zu Heliumkernen verschmelzen und dabei riesige Mengen Energie freisetzen.
Bezeichnenderweise kommt der Begriff aus dem Lateinischen und bedeutet “der Weg”. Gleichzeitig steht ITER, ein Gemeinschaftsprojekt der 7 Parteien – Europäische Union, Japan, Russland, China, Süd-Korea, Indien und USA – für “International Thermonuclear Experimental Reactor” (Internationaler thermonuklearer Versuchsreaktor).
Die Idee für dieses bahnbrechende Projekt regte Mijail Gorbachov, Premierminister der damaligen Sowjet Union, 1985 an, um die Fusionsenergieforschung weiterzuentwickeln und zu Friedenszwecken zu nutzen.

Der Reaktor ITER wird mit einem Plasma aus Deuterium und Tritium, beides Wasserstoffisotope, eine Fusionsenergie von mehreren Hundert MW produzieren. Seine Bedeutung im Hinblick auf die Energieversorgung der Zukunft sollte dabei nicht unterschätzt werden.
Denn die Kernfusion stellt die effizienteste Energiequelle überhaupt dar.
Sie ist noch effizienter als die Kernspaltung, in jedem Fall wesentlich effizienter als die Art der Energiegewinnung durch Verbrennen fossiler Rohstoffe. Im Rahmen der Kernfusion sind nur vergleichsweise winzige Mengen Brennstoff erforderlich, um riesige Mengen Energie zu gewinnen. Außerdem entsteht bei dem Prozess der Kernfusion kein Kohlendioxid, was in Zeiten eines fortschreitenden Klimawandels von unschätzbarer Bedeutung ist.

ITER-Tokamak mit Plasma

Ende Mai wurde aber im Fachmagazin “Nature” berichtet, dass insbesondere die Mitgliedsstaaten der EU auf einem Treffen am 26. Mai uneinig darüber waren, wie die zusätzlichen Milliarden für den Bau des Reaktors aufzubringen seien. Die EU soll nämlich mit 45 % einen Großteil der Baukosten übernehmen.
In Nature war auch davon zu lesen, dass einige europäische Staaten sogar so weit gehen würden, dass sie sich von dem Projekt zurückziehen wollten, was katastrophal für das gesamte Projekt wäre.
Unsere Forschungsministerin Annette Schavan äußerte gegenüber der Presse, dass man ITER nicht um jeden Preis unterstützen wolle. Auch der deutsche Anteil der Baukosten ist natürlich gestiegen. Einer ihrer Vorschläge laut Nature war, den ITER-Reaktor umzudesignen, vielleicht einen kleineren zu bauen.
Ein äußerst vermessener Vorschlag, wenn man berücksichtigt, dass der geplante Reaktor bereits nur halb so groß ausfallen wird, als die Forscher ursprünglich gehofft hatten.

Laut Nature hatten die europäischen Mitgliedsstaaten eine “Task Force” gebildet, in der diskutiert werden sollte, wie die höheren Kosten zu finanzieren sind. Die Runde wollte sich wöchentlich bis zum nächsten Treffen des ITER-Rats Mitte Juni treffen. Falls keine Einigung unter den EU-Mitgliedern vor dem Treffen zu finden sei, könnten die anderen sechs ITER-Mitglieder darüber entscheiden, das ITER-Ratstreffen zu verschieben, bis die EU eine Einigung erzielt hat.
Das Treffen des ITER-Rats fand aber glücklicherweise wie geplant vom 16. bis 17. Juni in Suzhou, China, statt. Das dürfte dann wohl ein positives Signal für die Zukunft des Projekts sein.

IGNITOR-Reaktor

Italien und Russland planen den Bau dieses neuen Kernfusionsexperiments, IGNITOR genannt. Nach vorausgegangenen Gesprächen zwischen Italiens Premierminister Silvio Berlusconi und dem russischen Premierminister Vladimir Putin unterzeichneten Minister beider Länder letzten Montag ein diesbezügliches Memorandum.

Die Idee zum Bau dieses Reaktors stammt von dem italienischen Plasmaphysiker Bruno Coppi vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, USA. Er brachte die Idee bereits in den 1970er Jahren auf, als er Experimente im Rahmen des Alcator Fusionsforschungsprogramms am MIT durchführte, das auch von ihm initiiert worden war.
Alcator C-Mod, wie der derzeitige Reaktor heißt, ist der größte Fusionsreaktor an einer Universität in der Welt. Seit den ersten Experimenten am MIT hat Coppi – dort immer noch Professor – mit einer kleinen Gruppe von Mitarbeitern in den USA und Italien seine Vision zu Papier gebracht und weiterentwickelt. Sogar die ersten Prototyp-Bauteile wurden bereits gebaut. Das Projekt wurde von der italienischen Regierung unterstützt, was Italien bisher etwa 20 Millionen Euro gekostet hat.
Das Konzept des neuen Reaktors soll sich die jahrzehntelange Erfahrung in der Forschung an den Alcator Maschinen zunutze machen.
Zusammen mit der italienischen Nationalen Agentur für neue Technologien, Energie und Umwelt (ENEA) und dem Präsidenten des Curchatov Atomic Energy Institute aus Moskau, Evgeny Velikhov, will Coppi die endgültigen Pläne zum Bau des Reaktors fertigstellen, der in Troitsk bei Moskau gebaut werden soll.
Gemäß einer Schätzung des ENEA von 2003 sind für den Bau des IGNITOR Reaktors weitere 226 Millionen Euro vonnöten.

Es hat lange gedauert, bis Coppi seine Vision in die Tat umsetzen konnte. Jetzt will er mit dem Bau des Reaktors die generelle Machbarkeit von Plasmazündungen demonstrieren und unter Beweis stellen. Dies soll außerdem viel billiger und früher als im internationalen Versuchsreaktor ITER geschehen, in dem erst 2026 das erste Plasma gezündet wird.

ITER-Reaktor

Das Kernstück des IGNITOR-Reaktors, wie auch des ITER-Reaktors, wird ein sog. Tokamak sein, der die Tatsache ausnutzt, dass die Teilchen, aus denen das zu entzündende Plasma besteht, geladen sind.
Ein Fusionsplasma besteht aus positiv geladenen Atomkernen – in der Regel Kernen der Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium – und freien Elektronen. Geladene Teilchen werden durch ein Magnetfeld abgelenkt und können so eingefangen oder eingeschlossen werden. Denn um ein heißes Plasma von mehr als 100 Millionen Grad zünden zu können, muss man es über einen ausreichend langen Zeitraum in einem begrenzten Volumen einschließen. Dies stellt allerdings ein schwieriges Unterfangen dar.
Die Wände des Gefäßes können sich bei den derart hohen Temperaturen auflösen, oder das Plasma würde sich zu schnell wieder abkühlen, was kontraproduktiv ist.
Damit dies nicht geschieht, muss das Plasma von den Wänden des Behältnisses, in dem es sich befindet, ferngehalten werden. Dies geschieht durch sehr starke Magnetfelder in den Tokamaks.
Tokamaks besitzen eine Torusform. Der magnetische Käfig entsteht hier aus der Überlagerung eines ringförmigen Feldes, das durch äußere elektromagnetische Spulen erzeugt wird, mit einem zweiten magnetischen Feld, das von einem Strom im Plasma generiert wird. Auch der Alcator C-Mod am MIT, der als wissenschaftliche Grundlage für den neuen IGNITOR-Reaktor gilt, gehört zu der Klasse der Tokamaks.