Das Plasma in Wendelstein 7-X soll eine Hitze von 100 Mill. Grad erreichen. Damit soll es der Fusionsforschung gelingen, ähnlich wie bei der Sonne aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie zu gewinnen. Um das Fusionsfeuer zu zünden, muss in einem späteren Kraftwerk der Brennstoff, ein Wasserstoffplasma, in Magnetfeldern wärmeisolierend eingeschlossen und auf extreme Temperaturen aufgeheizt werden. Wendelstein 7-X, die nach der Fertigstellung weltweit grßte Fusionsanlage vom Typ Stellarator, hat die Aufgabe, die Kraftwerkseignung dieses Bautyps zu untersuchen.

Um die hohen Plasmatemperaturen zu erreichen, pumpt später während der Experimente eine Mikrowellenheizung zweimal pro Tag bis zu 30 Minuten lang zehn Megawatt Heizleistung in das Plasma hinein. Weitere Heizungen kommen hinzu. Entsprechend gross sind die Anforderungen an die Kühlung, die diese gewaltigen Wärmemengen von den Wänden des Plasmagefässes wieder abführen muss – und die ebenso für ein späteres Kraftwerk gebraucht wird. Hier ist dann nicht nur, wie in der Experimentieranlage Wendelstein 7-X, die Abwärme wegzuleiten, sondern auch die im Plasma selbst erzeugte Fusionsenergie zu einer Turbine und einem Strom erzeugenden Generator zu transportieren.

In der Wendelstein-Anlage wird die Wärme von rund hundert Kubikmetern Kühlwasser aufgenommen, das in geschlossenen Kreisläufen unter hohem Druck die erhitzten Anlagenbauteile umströmt. Es gibt die aufgenommene Wärme über Wärmetauscher an einen zweiten Kühlkreislauf weiter, der aus einem 1200 Kubikmeter fassenden unterirdischen Kaltwasserbecken gespeist wird. Ein Regelkreis mischt gerade soviel Kaltwasser zu, dass an den Experimentbauteilen die gewünschte Temperatur erreicht wird. Erwärmt strömt das Wasser zurück in ein Auffangbecken, das über Kühltürme wieder abgekühlt und schliesslich in das Kaltwasserbecken zurückgeleitet wird. Kältemaschinen kühlen es hier nachts weiter auf die geforderte Vorlauftemperatur ab.

Nicht kümmern muss sich die Wasserkühlung um die 70 übermannsgrossen Magnetspulen, die den magnetischen Käfig für das Plasma erzeugen: Die supraleitenden Spulen werden über eine eigene Kryo-Anlage mit flüssigem Helium auf Tieftemperatur nahe dem absoluten Nullpunkt gekühlt.

Mit seinen zahlreichen Umwälzpumpen, Wärmetauschern, Filtern, Druckausdehnungsgefässen, Durchflussmessern, Temperaturfühlern, Schaltschränken, Armaturen und mehr als tausend Metern Rohrleitung erstreckt sich die Wasserkühlung vom Technikgebäude über zwei Kellergeschosse der Experimenthalle: Von den beiden unterirdischen Wasserbecken laufen die Rohrleitungen über einen 60 Meter langen Verbindungsgang bis in das zweite Untergeschoss der Experimenthalle, in der zurzeit die Forschungsanlage Wendelstein 7-X aufgebaut wird. Projektleiter Rüdiger Krampitz: „Es war eine grosse Herausforderung, die zahlreichen Komponenten und grossen Rohre in den engen Räumen zentimetergenau und kollisionsfrei zu montieren.“ Durch die Kellerdecke laufen die Sammelleitungen dann in das erste Untergeschoss. Auf viele Einzelleitungen aufgeteilt werden sie schliesslich – in einem zweiten, in etwa drei Jahren beginnenden Bauabschnitt – in der darüber liegenden Experimenthalle an die mehreren hundert Versorgungsöffnungen der Fusionsanlage angeschlossen.

Quelle: Max-Planck-Institut für Plasmaphysik