Wendelstein 7-X schreitet voran

Einer der wichtigsten Industrieaufträge zum Bau der Fusionsanlage Wendelstein 7-X wurde im Mai 2010 abgeschlossen: die Herstellung der fünfzig supraleitenden Magnetspulen. Der Auftrag für dieses technologische Kernstück des Experiments, das zurzeit im Teilinstitut Greifswald des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) entsteht, war die bisher größte Einzelbeschaffung in der Geschichte des Instituts. „Auch alle anderen Hauptkomponenten sind fertig“, sagt Professor Dr. Robert Wolf: „Die Herstellungsphase ist damit beendet, der Zusammenbau des Großexperiments in vollem Gange“.

Neben den fünfzig übermannsgroßen, supraleitenden Magnetspulen sowie zwanzig Zusatzspulen, die den magnetischen Käfig für das Plasma erzeugen, sind auch alle übrigen Bauteile im IPP beisammen: die massive Stützstruktur, von der die Spulen in Position gehalten werden, die zwanzig Teile des Plasmagefäßes und seine über 250 Gefäßstutzen sowie schließlich die zehn Teilstücke des Außengefäßes – je 14 Tonnen schwere stählerne Halbschalen. Zusammengesetzt werden sie einen ringförmigen Schlauch von 16 Metern Durchmesser bilden. In ihrem 4,4 Meter weiten Inneren umschließt diese wärmeisolierende Kühlbox später den gesamten, auf Tieftemperatur abgekühlten Spulenkranz, in dessen Innenraum wiederum das Plasmagefäß mit dem viele Millionen Grad heißen Plasma liegt.

Wendelstein 7-X, die nach der Fertigstellung weltweit modernste Fusionsanlage vom Typ Stellarator, soll die Kraftwerkseignung dieses Bautyps untersuchen, insbesondere seine Fähigkeit zum Dauerbetrieb. Ziel ist ein Kraftwerk, das – ähnlich wie die Sonne – aus der Verschmelzung von Atomkernen Energie gewinnt. Dazu muss es gelingen, den Brennstoff, ein Wasserstoffplasma, in Magnetfeldern einzuschließen und auf Temperaturen von über hundert Millionen Grad aufzuheizen.

„Beim Aufbau werden die Einzelteile der Stellaratoranlage zunächst zu fünf nahezu baugleichen Modulen vormontiert“, erklärt Robert Wolf: „Sie werden dann in der Experimentierhalle kreisförmig zusammengesetzt“. Inzwischen wird an allen fünf Modulen zugleich gearbeitet; zwei sind bereits fertig gestellt und stehen an ihrer endgültigen Stelle auf dem Maschinenfundament.
„Begonnen hat alles parallel auf zwei Vormontageständen“, erläutert Robert Wolf, „wo ein Spezialgreifer je eine der sechs Tonnen schweren Magnetspulen vorsichtig über nur Millimeter breite Zwischenräume auf je ein Teilstück des Plasmagefäßes gefädelt hat. Dann konnte man jeweils einen zweiten Plasmagefäß-Sektor anschweißen und die Wärmeisolation an der Nahtstelle schließen. Diese Superisolation trennt die tiefkalten Magnetspulen von ihrer warmen Umgebung. Anschließend wurden je sechs weitere Spulen auf das Gefäßstück gefädelt, ausgerichtet und mit je einem Segment des Tragrings verschraubt. Nach vielen Kontrollvermessungen waren dann die ersten beiden Halbmodule fertig und wurden gemeinsam in einen dritten Montagestand gehoben“.

Während in den leer gewordenen Montageständen die nächsten zwei Halbmodule entstanden, wurden im dritten Montagestand die Modulhälften miteinander verbunden. Nun wurden die Leiter für die elektrische Verschaltung der Spulen angebaut – „ein recht schwieriger Arbeitsgang“, so Robert Wolf.
Die steifen, meterlangen Supraleiter, die im Forschungszentrum Jülich für den Einbau vorbereitet werden, sind bereits in die richtige Form gebogen. Parallel dazu lief – auf mittlerweile engstem Raum – die Verrohrung für die Helium-Kühlung der Spulen. „Alles war auf Leckdichtigkeit zu prüfen. Dann waren noch Sensoren und Messkabel zu verlegen, bevor das erste und danach das zweite Modul den Montagestand Richtung Halle verlassen konnte“, erinnert sich Wolf.

Während sich diese Arbeitsschritte nun für die restlichen Module wiederholen, werden die bereits fertigen Module in der Halle mit ihrer Außenhülle umschlossen und mit je 50 Stutzen versehen, die Plasma- und Außengefäß durch den kalten Spulenbereich hindurch verbinden. Sind schließlich alle Module auf dem Maschinenfundament miteinander zu einem Ring verbunden, folgen die Inneneinbauten im Plasmagefäß. Parallel dazu werden die Systeme zum Aufheizen des Plasmas aufgebaut, darunter die federführend vom Karlsruher Zentrum für Technologie betreute Mikrowellenheizung, die Versorgungseinrichtungen für elektrische Energie und Kühlung, die Maschinensteuerung sowie die zahlreichen Messgeräte, die das Verhalten des Plasmas diagnostizieren sollen. Robert Wolf: „Verläuft alles weiterhin nach Plan, wird Wendelstein 7-X in rund vier Jahren fertig montiert sein und in Betrieb gehen“.