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KERNFUSION - ITER richtet sich in Cadarache ein
In Japan oder Europa? Kaum ein wissenschaftliches Ereignis ist derart mediatisiert worden wie 2005 die Ankündigung der internationalen Vereinbarung über den Bau des Demonstrations-Kernfusionsreaktors ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Die Wahl fiel schließlich auf den von der EU vorgeschlagenen französischen Standort Cadarache. Während in der betroffenen Region eine öffentliche Debatte zur Präsentation des Projekts angelaufen ist und die internationalen wissenschaftlichen Teams sich bilden, sind die letzten Klarstellungen zwischen den sieben Partnern in vollem Gang. Eine gute Gelegenheit, eine Bestandsaufnahme der Vorbereitungsarbeiten und der wissenschaftlichen und technologischen Herausforderungen zu machen, die ITER in Angriff nimmt.
Diese potenzielle Energiequelle, die weder eine Begrenzung der Brennstoffversorgung noch Treibhausgasemissionen kennt, keine radioaktiven Abfälle erzeugt, die es zu lagern gilt, und weder ein Verbreitungsrisiko brennbaren Spaltmaterials noch eine Explosionsgefahr birgt, könnte das Energiedilemma, auf das die bald 9 Milliarden Erdbewohner zählende Menschheit zusteuert, von Grund auf revolutionieren. Denn ihr Elektrizitätsbedarf wird weder durch erneuerbare Energieträger allein noch durch die zu belastenden und obendrein über kurz oder lang erschöpften fossilen Brennstoffe gedeckt werden können. Bisher einmalige Mobilisierung
Die Partner sind derzeit dabei, die konkrete Kostenaufteilung (siehe Kasten) und die Einrichtung der Internationalen Organisation ITER die die Maschine bauen und betreiben wird, festzulegen. Die Unterzeichnung eines Vertrags ist für dieses Jahr vorgesehen; er wird in jedem der Partnerländer ratifiziert werden müssen, um in Kraft zu treten. Im Übrigen muss nach französischem Recht in der Standortregion von ITER eine öffentliche Debatte organisiert werden (siehe Eine neue Übung in technischer Demokratie), bevor die endgültige Genehmigung erteilt wird. Komplexes Zusammensetzspiel Gleichzeitig mit den auf die Zielgerade eingeschwenkten Verhandlungen feilt die provisorische internationale Organisation, die derzeit vom Japaner Kaname Ikeda geleitet wird und in Garching (Deutschland), Naka (Japan) und Cadarache (Frankreich) niedergelassen ist, die technischen Spezifizierungen der Maschine und ihrer Errichtung auf dem gewählten Standort aus. Akko Maas, ein diesem Team angehörender niederländischer Forscher, erklärt, dass „die Beiträge eines jeden Partners grundsätzlich in Sachwerten erfolgen, d.h. in Form von Lieferungen an die internationale Arbeitsgruppe, die sie für den Bau von ITER zusammensetzt“. Dieses Zusammensetzspiel wird einige Jahre dauern, vom ersten Betonguss 2008-2009 bis zur Inbetriebnahme 2016. Akko Maas gibt eine Vorstellung des Umfangs des Projekts: „Die Menge Kabel, die erforderlich ist, um die supraleitenden Spulen herzustellen, entspricht der globalen Jahresproduktion dieser Art Bauteile.“ Was Europa betrifft, ist die Gründung eines gemeinsamen, in Barcelona angesiedelten Unternehmens vorgesehen. Laut Serge Paidassi von der Generaldirektion Forschung der Europäischen Kommission „wird die Hauptaufgabe des gemeinschaftlichen Unternehmens darin liegen, den europäischen Beitrag zur Ausstattung der internationalen Organisation ITER zu managen. Für die Lieferung der großen Bestandteile werden Ausschreibungen an die europäische Industrie erfolgen.“ Die „großen Brüder“ zusammenbringen Ziel des Tokamak ITER, des Reaktors in Form eines Torus, ist es, weltweit erstmals magnetisch abgeschirmtes, sich selbst unterhaltendes, stabiles Fusionsplasma herzustellen und dadurch die Fusion als potenzielle Energiequelle zu validieren. Die für seine Konstruktion notwendigen wissenschaftlichen und technologischen Kenntnisse stützen sich auf geduldige Forschungsprogramme, die vorwiegend mit EU-Unterstützung seit über drei Jahrzehnten laufen. Im Jet (Joint European Torus), der seit 1983 in Großbritannien in Betrieb steht, haben die Wissenschaftler die Fusionsreaktionen in einem Plasma – ionisiertes Gas bei einer Temperatur von über 100 Millionen Grad Celsius – gebändigt. Dieses Plasma setzt sich aus einer Mischung zweier Formen von Wasserstoff zusammen: dem Deuterium – einer Komponente des „schweren Wassers“ – und dem radioaktiven Tritium, das aus Lithium erbrütet wird. Andere experimentelle Maschinen in Europa haben zur Exzellenz der europäischen Forschung im Bereich Fusion und Entwicklung der ITER-Technologie beigetragen: Tore Supra in Frankreich ist der erste große Tokamak, der die Technologie der Supraleitmagneten eingesetzt und sich auf lang dauernde Hochenergieplasmas spezialisiert hat; die Einrichtung ASDEX Upgrade in Deutschland arbeitet mit Plasmas von derselben Art wie ITER und hat Formen der Plasma-Abschirmung entwickelt, die auf ITER untersucht werden sollen; die Maschine FTU in Italien studiert die intensiven Magnetfelder; das Potenzial der sphärischen Tokamaks wird im Vereinigten Königreich in der Einrichtung MAST untersucht, während die Stellatoren, eine Alternative zu den Tokamas, in Deutschland (Bau der Einrichtung W7-X) und die Maschine TJII in Spanien erprobt werden. Die Ergebnisse der im europäischen Programm durchgeführten Forschung, verbunden mit den Beiträgen der anderen internationalen Partner, vermitteln heute das nötige Vertrauen und alles erforderliche Know-how, um den Bau des ITER zu beginnen und den nächsten entscheidenden Schritt hin zur Fusionsenergie zu machen. Einer der Beiträge von ITER ist die Zusammenführung der Technologie seiner „großen Brüder“ in eine Maschine. „Die internationale wissenschaftliche Gemeinde kam überein, man müsse aufhören, diesen oder jenen Parameter der Fusion in spezialisierten Anlagen zu erforschen, und anfangen, sämtliche Erfordernisse in einer einzigen Maschine zu vereinen. ITER ist der notwendige Schritt, um diese Etappe in kürzest möglicher Zeit zu erreichen und die Fortsetzung vorzubereiten, das heißt ein Werkzeug, das nicht mehr wissenschaftlicher, sondern industrieller Natur sein wird und bereits den Namen Demo trägt“, sagt Michel Chatelier, Leiter des Referats Fusion im französischen Commissariat à l’énergie atomique (CEA – Atomenergiekommissariat). Der leidige Koeffizient Eins
Bisher ist noch keine Maschine soweit. Den Rekord hält Jet, der 1997 während einer Sekunde eine Fusionsspitze von 16 MeV mit einem Leistungsverstärkungskoeffizienten von 0.64 erreichte. Das ist noch ziemlich weit von dem leidigen Koeffizienten 1 entfernt! Um ein solches Plasma zu verwirklichen, muss eine kritische Größe überschritten werden. „ITER hat ein acht Mal größeres Volumen als die heutigen Maschinen“, fährt Michel Chatelier fort. „Wissenschaftliches Ziel ist es, eine um das Zehnfache höhere Leistung zu erzeugen, als für seine Aufheizung nötig ist, das heißt 500 MW thermische Leistung für 50 MW Heizleistung. Und dies für eine Zeitspanne von 400 Sekunden, die für eine wissenschaftliche Demonstration als notwendig erachtet wird.“ Herausforderungen und unbekannte Größen
Die andere große Unbekannte, die erst geklärt werden kann, wenn ein Kernfusionsreaktor auf industrieller Ebene realisierbar wird, ist das Verhalten der Werkstoffe des Sicherheitsbehälters. Diese werden durch die Temperatur und die Fusionsstrahlung einer riesigen Belastung ausgesetzt. Im Rahmen von ITER sollen die Werkstoffe, die in direkten Kontakt mit dem Plasma kommen, sowie das Lithium erbrütende Blanket geprüft werden. Dieser um den Reaktor gelegte, von einem energiereichen, aus dem Sicherheitsbehälter tretenden Neutronenfluss bombardierte Brutmantel wird Lithium enthalten, aus dem das für die Versorgung des Reaktors notwendige radioaktive Tritium erbrütet wird. ITER ist nicht als Prototyp eines Reaktors gedacht, der Elektrizität liefert oder über längere Zeit betrieben wird, denn die für seinen Bau verwendeten Werkstoffe erfüllen noch nicht die Bedingungen einer niedrigen Aktivierung. Serge Paidassi: „Das gemeinsame europäische Unternehmen muss auch das Technologieprogramm Fusion leiten, das zur Vorbereitung auf die auf ITER folgende Etappe, den Bau des Demonstrationsreaktors DEMO, durchgeführt wird. Dazu muss insbesondere eine Versuchseinrichtung für die Werkstoffe (International Fusion Materials Irradiation Facility – IFMIF) bei Neutronenflüssen von 14 MeV gebaut werden, um ihren Widerstand gegen langfristige Bestrahlung abzuklären. Europa wird in Partnerschaft mit den Japanern daran arbeiten. Dies ist eines der Projekte im Rahmen unseres erweiterten Vorgehens.“ Die Betriebsphase von ITER ist auf 20 Jahre geplant, danach soll er am Zeithorizont 2040 wieder abgebaut werden. Als nächste technologische Herausforderung wird dann der Bau von DEMO, des Prototyps eines Fusionsreaktors, der Elektrizität erzeugt, auf die internationale Wissenschaftsgemeinde warten. Der prometheische Traum der Beherrschung der Sonnenenergie durch den Menschen liegt noch in weiter Ferne. Doch ITER (nach dem lateinische Wort iter, der Weg), versteht sich als einer der Wege, die zu diesem Ziel führen können. |
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