Forschung

Meilenstein bei Wendelstein

05.06.2013 - Die Schweißarbeiten an der stählernen Außenhaut des Fusionsexperiments Wendelstein 7-X sind abgeschlossen.

In der großen Experimentierhalle des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) in Greifswald nähert sich ein 725 Tonnen schweres Großgerät der Zielgeraden: Rund dreißig Jahre nach den ersten Plänen soll der Aufbau des Fusionsexperiments Wendelstein 7-X Mitte 2014 abgeschlossen sein. Dann muss sich in der anschließenden Experimentierphase zeigen, ob ein Stellarator das Potenzial für ein Kraftwerk hat, das wie die Sonne schier unerschöpfliche Energie aus der Verschmelzung von Atomkernen erzeugt. Gegenüber Fusionsanlagen vom Typ Tokamak wie dem in Bau befindlichem ITER verspricht der Stellarator einen wesentlich einfacheren Dauerbetrieb. Der Preis dafür besteht allerdings darin, dass das Plasmagefäß und die Spulen, welche die „magnetische Flasche“ zum Einschluss des Plasmas erzeugen, wesentlich komplizierter geformt sind. Bei Wendelstein 7-X befinden sich Plasmagefäß und 70 supraleitende Spulen in einem torusförmigen Stahltank mit einem Durchmesser von 16 Metern. Ende Mai wurde die letzte Schweißnaht daran fertig gestellt.

In der Plasmakammer wird einer von über 250 Stutzen in Präzisionsarbeit angeschweißt

In der Plasmakammer wird einer von über 250 Stutzen in Präzisionsarbeit angeschweißt. (Bild: A. Ullmann, IPP)

Das Fusionsexperiment besteht aus fünf nahezu baugleichen Modulen. Das Herzstück ist jeweils das stählerne Plasmagefäß, dessen Querschnitt zwischen dreieckig und bohnenförmig variiert. In Millimeterarbeit wurden darauf zehn silbrig glänzende und bizarr geformte supraleitende Spulen sowie vier planare Spulen „gefädelt“. Aus der stählernen Außenhülle ragen zahlreiche Anschlussstutzen, die die Öffnungen der Plasmakammer durch den Spulenbereich hindurch mit dem Außengefäß verbinden. Später werden hier Messgeräte, Pumpen und Heizapparaturen angeschlossen. Das millimetergenaue Einschweißen der bis zu drei Meter langen Rohre, die das Kryovakuum der Magnete durchqueren und daher wärmeisoliert und vakuumdicht sein müssen, war eine besondere Herausforderung.

Gut zwei Jahre hat die aufwändige Stutzenmontage gedauert, bevor Ende Mai der 254ste Stutzen eingeschweißt wurde. Vorausgegangen war eine ebenso lange Testphase – „eine riesige Lernübung“, sagt Montageleiter Lutz Wegener, der die Komplexität der Anlage „absolut faszinierend“ findet: „Hier ballen sich Hochvakuum- und Tieftemperaturtechnik mit enormen elektromechanischen und geometrischen Anforderungen“. Eine der vielen Herausforderungen: Weil Edelstahl beim Schweißen an der Nahtstelle unweigerlich schrumpft, verformen sich die Teile und ändern ihre Position. Rechnungen und Tests hatten für das Verschweißen der fünf Anlagenmodule pro Naht bis zu acht Millimeter Verzug erwarten lassen.

Wendelstein 7-X von außen: Man erkennt die zahlreichen Anschluss-Stutzen sowie – rechts von der Bildmitte – die geschlossene Verbindungsnaht zwischen zwei Modulen

Wendelstein 7-X von außen: Man erkennt die zahlreichen Anschlussstutzen sowie – rechts von der Bildmitte – die geschlossene Verbindungsnaht zwischen zwei Modulen. (Bild: A. Ullmann, IPP)

Die Lösung: Das anzuschweißende Modul wurde – per Laser-Tracker genau vermessen – auf Gleitlagern etwa acht Millimeter von seinem fest fixierten Gegenüber weggeschoben. Damit sich nichts gegeneinander verzieht, begannen anschließend mehrere Schweißer zugleich, die beiden Nahtlücken sowohl der Plasmakammer als auch der Außenhülle zu schließen. Für die zusammen rund vierzig Meter langen, mehrlagigen Nähte brauchten Spezialisten mehrere Wochen, während derer sich das tonnenschwere Modul – dem Schrumpf folgend – in Zehntelmillimeter-Schritten langsam wieder in seine Ausgangslage zurückzog. Inzwischen ist der Ring geschlossen und alle fünf Module stehen auf die verlangten rund zwei Millimeter genau in Position.

Bis 2014 die Montage von Wendelstein 7-X abgeschlossen ist, müssen noch einige Arbeiten folgen, darunter die Verbindung der Magnete mit Strom- und Heliumversorgung sowie der Innenausbau im Plasmagefäß. Parallel werden die Systeme zum Aufheizen des Plasmas aufgebaut, die Versorgungseinrichtungen für elektrische Energie und Kühlung, die Maschinensteuerung und schließlich die zahlreichen Messgeräte, die das Verhalten des Plasmas diagnostizieren sollen.

S. Jorda / IPP 

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