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ITER: Das Sonnenfeuer glimmt auf

Auf ITER ruhen die Hoffnungen der Energieforscher. Doch der Fusionsreaktor kommt nur zögerlich voran - auch weil sich die beteiligten Nationen bisweilen im Klein-Klein verirren.
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Die wahren Dimensionen dieser Monstermaschine erschließen sich erst, wenn man direkt davor steht, wenn man den Kopf in den Nacken legt, wenn man zwischen den mannshohen Spulen, den armdicken Kabeln und den Schrauben von der Größe eines Schnellkochtopfs spazieren geht. Noch ist das nur in einem fensterlosen Raum auf dem Gelände des südfranzösischen Kernforschungszentrums Cadarache möglich. Dort, hinter Stacheldraht und Elektrozäunen, haben Ingenieure ein virtuelles Modell des künftigen Fusionsreaktors ITER erschaffen. Ausgestattet mit einer 3-D-Brille und verfolgt von Kameras, kann jeder in das ambitionierte Forschungsprojekt eintauchen, herumblicken und einen Eindruck von dessen Komplexität erhaschen.

Und ITER (lateinisch für "der Weg") ist komplex: Das Projekt steht wie kein anderes für große Hoffnungen und enttäuschte Versprechen, für Völkerverständigung und ungelöste technische Probleme. Bereits 1986 hatten sich der damalige US-Präsident Ronald Reagan und sein sowjetischer Gegenspieler Michail Gorbatschow darauf verständigt, gemeinsam einen experimentellen Fusionsreaktor zu bauen. ITER sollte den Weg für eine saubere, sichere und schier unendliche Energiereserve ebnen. Weitere 24 Jahre vergingen, bis in Südfrankreich endlich mit dem Bau des internationalen Milliardenprojekts begonnen werden konnte. Doch noch immer machen technische Unwägbarkeiten, vor allem aber die Herausforderungen der globalen Zusammenarbeit ITER zu schaffen.

Exakt 17 Meter tief ist die Baugrube, die Arbeiter in den vergangenen Jahren in den staubigen Boden der Provence gebuddelt haben – keinen Kilometer vom virtuellen ITER entfernt. Bislang stehen dort allerdings nur die Seitenwände und 493 Betonsäulen. Auf deren erdbebensicheren Stoßdämpfern soll eines Tages das Reaktorgebäude ruhen: 360 000 Tonnen schwer, höher als der Pariser Triumphbogen, durchzogen von mehr als 80 000 Kilometern supraleitender Kabel.

All das ist nötig, um unweit des Dorfes Saint-Paul-lès-Durance ähnliche Bedingungen zu schaffen wie in der Sonne. Dort verschmelzen unter hohem Druck Wasserstoffatome, die zuvor ihrer Elektronen beraubt worden sind, zu Heliumkernen. Deren Masse ist etwas geringer als die ihrer Ausgangsstoffe; die Differenz wird in Form großer Mengen Energie freigesetzt. Ein vergleichbar hoher Druck wie im Innern der Sonne lässt sich auf der Erde allerdings nicht realisieren. Stattdessen wollen die ITER-Forscher die Temperatur hochdrehen: Auf mehr als 100 Millionen Grad Celsius müssen die beiden Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium, die in der Provence zum Einsatz kommen sollen, erhitzt werden. Nur dann können sie ihre gegenseitige Abneigung überwinden, miteinander verschmelzen und dabei ein Neutron erzeugen. Das Elementarteilchen wird schließlich in der Ummantelung des Reaktors abgebremst und erzeugt Wärme.

Die "magnetische Flasche"

Der ionisierte Wasserstoff, ein so genanntes Plasma, darf allerdings unter keinen Umständen mit den Reaktorwänden in Berührung kommen. Er kühlt sonst umgehend ab, das Fusionsfeuer erlischt. Aus diesem Grund wollen die ITER-Forscher 42 supraleitende Spulen rund um den Reaktor anbringen. Deren sorgfältig ausgetüfteltes Magnetfeld soll die geladenen Teilchen einschließen – als würden sie im Innern eines großen Schwimmreifens ihre Runden drehen. "Letztlich ist diese magnetische Flasche das ganze Geheimnis hinter einer solchen Maschine", sagt der britische ITER-Physiker Richard Pitts.

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ITER | In einer ringförmigen Brennkammer von etlichen Metern Durchmesser sollen im Kernfusionsreaktor ITER Wasserstoff- zu Heliumkernen verschmelzen und dabei Energie freisetzen. Die Kammer hat den für Tokamaks typischen "D"-Querschnitt.

Mehr als 50-mal haben Fusionsforscher vergleichbare Reaktortypen ("Tokamak" genannt) bereits erfolgreich realisiert – bislang allerdings nur in deutlich kleinerem Maßstab. Am erfolgreichsten war dabei der "Joint European Torus" im britischen Culham, der 1997 eine Sekunde lang eine Fusionsleistung von 16 Megawatt erzeugte. Allein für seine Heizung mussten allerdings 23 Megawatt aufgebracht werden. Ein Verlustgeschäft.

ITER will mehr: Acht Minuten lang soll der Versuchsreaktor das Zehnfache der investierten Leistung produzieren. Möglich werden soll das vor allem durch die imposante Größe. 840 Kubikmeter umfasst das Reaktorgefäß, in dem lediglich ein Gramm Plasma seine Runden drehen wird. Allein mit dem Vergrößern der bisherigen Technologie ist es allerdings nicht getan: In Südfrankreich müssen auch neue, noch nicht bewährte Methoden zum Einsatz kommen. Direkt neben dem 3-D-Raum wird daher ein alter Versuchstokamak zu neuen Ehren kommen: "Tore Supra", so der Name der drei Meter hohen Maschine, die sich hinter einem Gewirr aus Kabeln, Rohren und Spulen versteckt, soll sich vor allem der Abfallentsorgung widmen. "Das Helium, das bei der Fusion entsteht, ist wie die Asche in einem Feuer: Wir müssen es entfernen, andernfalls erlischt unsere Flamme", sagt Remmelt Haange, Technischer Direktor von ITER.

Wolfram heißt die Hoffnung

Die Magnetfelder sind daher so geformt, dass sich das Helium im unteren Bereich des Schwimmreifens ansammelt. Dort können Vakuumpumpen den Abfall absaugen. Im Fall von ITER muss dieser Mülleimer, Divertor genannt, allerdings viele Minuten lang extremen Temperaturen standhalten. Die Ingenieure wollen die Bauteile daher erstmals mit Wolfram beschichten, einem sehr hitzebeständigen, aber auch spröden und schwer zu reparierenden Schwermetall.

Erste Materialtests in Sankt Petersburg seien deutlich positiver verlaufen als gedacht, erzählt Haange. Tore Supra muss nun die Alltagstauglichkeit der Beschichtung unter Beweis stellen. Erst dann ist an einen Einsatz bei ITER zu denken. Remmelt Haange gibt sich dennoch zuversichtlich – sowohl hinsichtlich der Wolframbeschichtung als auch des ITER-Projekts im Ganzen. "Technisch kommen wir gut voran", sagt der Ingenieur. "Ich sehe keine unüberwindbaren Hindernisse."

Die größte Herausforderung ist ohnehin ganz anderer Natur: Sieben Partner haben sich zum ITER-Projekt zusammengeschlossen – neben der Europäischen Union auch Japan, Indien, Südkorea, Russland, China und die USA. Im Gegensatz zu anderen Gemeinschaftsprojekten wie dem Bau des Genfer Teilchenbeschleunigers LHC überweisen die Partner aber nicht einfach ihren Anteil an die ITER-Zentrale. Jedes Land will vielmehr selbst bauen, es will seine Ingenieure ausbilden, Erfahrung mit der Fusionstechnologie sammeln, vor allem aber Industrieaufträge und Arbeitsplätze sichern. Für die ITER-Verantwortlichen versiebenfacht sich dadurch das Risiko, dass irgendetwas schiefgeht oder dass der Zeitplan durcheinandergerät. Ein schlichtes, rot-graues Gebäude direkt neben der Reaktorgrube zeigt das deutlich: Ende 2011 ist die Werkshalle als erster Bau auf der 42 Hektar großen, topfebenen ITER-Plattform fertig gestellt worden – und eigentlich sollten in ihr längst Spulen gewickelt werden. Doch der 250 Meter lange Bau steht noch immer leer.

Verzögerung wegen europäischer Spulen

Schuld daran sind die Europäer: Die EU hat den Zuschlag bekommen, die größten ITER-Spulen – Kolosse mit bis zu 25 Metern Durchmesser und 380 Tonnen Gewicht – direkt vor Ort zu bauen. Auf die Ausschreibung meldete sich allerdings nur ein Konsortium aus allen in Frage kommenden Firmen, das auf diese Weise den Preis diktieren wollte. Notgedrungen musste die EU den Auftrag zurückziehen und in sieben kleinere Teile zerstückeln. Der neue Auswahlprozess läuft. Anfang nächsten Jahres, vielleicht auch erst zur Jahresmitte, soll dann endlich Leben in die leere Halle kommen.

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Luftaufnahme der ITER-Baustelle | Langsam macht der Bau in der Provence Fortschritte. Die Ingenieure erwarten die Zündung des Sonnenofens aber nicht vor 2020.

23 Monate hinkt Haange derzeit hinter dem selbst gesteckten Zeitplan her. Statt für November 2020 peilt der Niederländer das erste, noch nicht fusionierende Plasma nun für Oktober 2022 an. Mit der Zündung des Sonnenfeuers ist nicht vor 2027 zu rechnen. Weitere fünf bis zehn Jahre dürften vergehen, bis sicher ist, ob ITER wie geplant funktioniert und den Weg für ein kommerzielles Fusionskraftwerk freimachen kann. Verzögerungen aber kosten Geld, und das hat ITER nicht: Europa hat bereits klargemacht, dass es keinen Cent mehr als die zugesagten 6,6 Milliarden Euro ausgeben will – nachdem ursprünglich nur 2,7 Milliarden eingeplant waren. Insgesamt wird der Versuchsreaktor nach derzeitigen Schätzungen wohl mindestens 15 Milliarden Euro kosten.

Ob es dabei bleibt, hängt im Wesentlichen davon ab, wie gut die sieben ITER-Partner und die Zentrale zusammenarbeiten. Bislang knirscht es noch: Jedes Land versucht, die Designvorgaben im eigenen Interesse ein klein wenig zu verändern. Italien, das sich mit Südkorea den Bau des 5000 Tonnen schweren Reaktorgefäßes teilt, hätte seine Komponenten zum Beispiel gerne geschraubt. Korea will konventionell schweißen. Mehr als ein Jahr dauerten die Verhandlungen, bis die Italiener schließlich zum Elektronenstrahlschweißen überredet werden konnten. "Je mehr unterschiedliche Schnittstellen wir haben, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass am Ende irgendwas nicht genau passt", sagt Haange leicht resigniert. "Aber das ist politisch gewollt, das können wir nicht ändern, damit müssen wir fertigwerden."

Die 3-D-Wand im nahen Kernforschungszentrum soll deshalb nicht nur Besucher unterhalten. Jede Änderung am ITER-Design, jede Montage, jedes Festzurren einer Schraube wird dort simuliert. "Passt etwas nicht, dann holen wir die Verantwortlichen und ermuntern sie, ihre Entwürfe zu überdenken", sagt ITER-Ingenieur Jens Reich diplomatisch. Die Macht der 3-D-Bilder wirkt ganz offenbar: Zu Beginn der Arbeiten hatten Reich und seine Kollegen noch 1500 potenzielle Probleme ermittelt. Inzwischen sind es nur noch einige Dutzend.

19. KW 2013

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 19. KW 2013

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