Deutscher Fusionsrekord: Wie Wendelstein 7-X in Greifswald die Tokamaks bei langen Plasmen überholt

Die Kernfusion gilt seit Jahrzehnten als einer der grössten Träume der Energieforschung. Sie verspricht eine nahezu unbegrenzte, saubere Energiequelle, die dasselbe Prinzip nutzt wie die Sonne. In Deutschland ist nun ein wichtiger Schritt auf diesem langen Weg gelungen. Die Forschungsanlage Wendelstein 7-X hat einen neuen Weltrekord aufgestellt, der die Fachwelt aufhorchen lässt.

Wendelstein 7-X ist die weltweit grösste Fusionsanlage vom Typ Stellarator. Betrieben wird sie vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik im norddeutschen Greifswald. Seit rund zehn Jahren erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dort, wie sich ein extrem heisses Plasma stabil einschliessen lässt. Die Anlage ist damit ein Aushängeschild der deutschen und europäischen Spitzenforschung.

Der neue Rekord betrifft eine der wichtigsten Kenngrössen der Fusionsphysik, das sogenannte Tripelprodukt. Dieser Wert ergibt sich aus der Multiplikation von drei entscheidenden Grössen, nämlich der Dichte des Brennstoffs, seiner Temperatur und der Zeit, für die die Wärme eingeschlossen bleibt. Je höher dieser Wert, desto näher rückt eine Anlage an die Bedingungen heran, die für eine echte Energieerzeugung nötig sind. Genau hier setzte Wendelstein 7-X neue Massstäbe.

Der Rekord im Detail

Das Besondere an dem Erfolg ist nicht nur die Höhe des Wertes, sondern auch seine Dauer. Das Team hielt das rekordverdächtige Tripelprodukt ganze 43 Sekunden lang aufrecht. Damit übertrifft der Stellarator sogar die bisherigen Bestwerte konkurrierender Tokamak-Anlagen bei lang andauernden Plasmen. Bei sehr kurzen Pulsen liegen die Tokamaks zwar weiterhin vorn, doch für den Dauerbetrieb ist dieser Rekord ein starkes Signal.

Um dieses Ergebnis zu erreichen, war ein ausgeklügeltes Zusammenspiel vieler Techniken nötig. Während des Experiments wurden rund 90 gefrorene Wasserstoffpellets in die Anlage geschossen, um das Plasma kontinuierlich mit neuem Brennstoff zu versorgen. Gleichzeitig heizten Mikrowellen das Gas auf über 20 Millionen Grad Celsius auf, mit Spitzenwerten von bis zu 30 Millionen Grad. Erst bei solchen Temperaturen können die Atomkerne überhaupt miteinander verschmelzen.

Ein weiterer Rekord betraf den sogenannten Energieumsatz der Anlage. Dieser stieg auf 1,8 Gigajoule bei einem Plasma, das ganze sechs Minuten lang brannte. Damit übertraf Wendelstein 7-X seinen eigenen früheren Bestwert von 1,3 Gigajoule aus dem Februar 2023 deutlich. Der Energieumsatz beschreibt dabei die eingesetzte Heizleistung multipliziert mit der Dauer des Plasmas.

Wendelstein 7-X hielt das rekordverdächtige Tripelprodukt 43 Sekunden lang und steigerte den Energieumsatz auf 1,8 Gigajoule über sechs Minuten.

Stellarator gegen Tokamak

Um die Bedeutung dieses Erfolgs zu verstehen, lohnt ein Blick auf die zwei grossen Bauweisen der Fusionsforschung. Tokamaks haben eine gleichmässige, ringförmige Gestalt und sind der weltweit am weitesten verbreitete Anlagentyp. Stellaratoren wie Wendelstein 7-X hingegen setzen auf eine komplex verdrehte Form, die entfernt an eine Acht erinnert. Diese verschlungene Geometrie ist technisch anspruchsvoll, bietet aber entscheidende Vorteile.

Der wichtigste Unterschied liegt im Dauerbetrieb. Ein Stellarator kann prinzipiell dauerhaft und stabil laufen, ohne dass zusätzliche Technik nötig ist, um das Plasma in Bewegung zu halten. Tokamaks hingegen benötigen aufwendige Hilfssysteme, um über den reinen Pulsbetrieb hinauszukommen. Für ein späteres Kraftwerk, das rund um die Uhr Strom liefern soll, ist genau diese Fähigkeit zum Dauerbetrieb von zentraler Bedeutung.

Dass ein Stellarator die Tokamaks nun ausgerechnet beim Tripelprodukt für lange Plasmen überflügelt, ist deshalb mehr als ein symbolischer Erfolg. Es zeigt, dass das lange als exotisch geltende Stellarator-Konzept konkurrenzfähig ist. Für die Forschung in Greifswald bestätigt der Rekord, dass sich der jahrzehntelange Aufwand für diese komplizierte Bauweise auszahlt. Die Ergebnisse werden weltweit aufmerksam verfolgt.

Warum das wichtig ist

Die Faszination der Kernfusion liegt in ihrem Versprechen einer sauberen Energiequelle. Anders als bei der Verbrennung von Kohle oder Gas entsteht dabei kein klimaschädliches Kohlendioxid. Auch fällt kein langlebiger hochradioaktiver Abfall an, wie man ihn von der herkömmlichen Kernspaltung kennt. Der Brennstoff, verschiedene Formen von Wasserstoff, ist zudem praktisch überall verfügbar.

Bei aller Euphorie ist jedoch Nüchternheit angebracht. Wendelstein 7-X ist eine reine Forschungsanlage und kein Kraftwerk, das bereits Strom ins Netz einspeist. Bis die Fusion tatsächlich Energie im grossen Massstab liefern kann, sind noch viele weitere Fortschritte nötig. Dennoch bringt jeder neue Rekord dieses ferne Ziel ein Stück näher. Die deutsche Fusionsforschung beweist damit, dass sie an der Weltspitze mitspielt, und liefert wichtige Bausteine für die Energie der Zukunft.