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Plasmaphysik

Die Plasmaphysik beschäftigt sich – wie der Name nahelegt – mit den physikalischen Eigenschaften von Plasmen

Mit steigender Temperatur gehen alle Stoffe gewöhnlich nacheinander vom festen in den flüssigen und dann in den gasförmigen Zustand über. Wird die Temperatur noch weiter erhöht, entsteht ein Plasma. Ein Plasma nennt man deshalb auch den "vierten Aggregatszustand der Materie": Die Atome des Gases spalten Elektronen ab und bleiben als geladene Teilchen zurück. 99 Prozent der Materie im Universum liegen in diesem Aggregatzustand vor, denn alle Sterne bestehen aus Plasma. Das extrem heiße ionisierte Gas bildet das Medium, aus dem Sterne durch Kernfusion die Energie gewinnen, die sie unter anderem als Licht abstrahlen. Beispiele für Plasmen aus dem Alltag sind die Plasmasäule in einer Neonröhre, ein elektrischer Funke oder der Plasmafaden eines Blitzes.

Ein Plasma hat ganz andere Eigenschaften als ein normales Gas. Zum Beispiel ist ein Plasma elektrisch leitend. Seine Bewegung lässt sich daher durch elektrische und magnetische Felder beeinflussen. Diese Eigenschaft machen sich Fusionsanlagen des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik in Garching bei München (ASDEX Upgrade) und in Greifswald (Wendelstein 7-X) zunutze: Sie schließen das heiße Plasma in einen "Magnetfeldkäfig" ein.

Virtuelle Tour durch die Fusionsanlagen

Im 360-Grad-Panorama kann der Besucher die Fusionsanlage Wendelstein 7-X erkunden. Ein Mausklick führt mitten hinein in das Plasmagefäß, durch die Experiment-Halle und zu den Vorrichtungen für die Mikrowellenheizung.
Der spektakuläre Rundgang im 360-Grad-Panorama führt mitten in das Herz der Anlage – dorthin, wo 100 Millionen Grad heiße Plasmen erzeugt werden. Ebenso zugänglich werden Unter- und Dachgeschoss der Anlage oder der Kontrollraum, von dem aus die Experimente gesteuert werden.

Energiequelle Fusion

Das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) untersucht in diesen Anlagen die Grundlagen für ein Fusionskraftwerk, das – ähnlich wie die Sonne – Energie aus der Verschmelzung leichter Atomkerne gewinnen soll.

Ziel ist es dabei, die Auswahl an ausreichend ergiebigen Energiequellen, die Kohle, Erdöl und Erdgas in Zukunft ersetzen könnten, zu ergänzen: Neben der Kernspaltung in Atomkraftwerken und erneuerbaren Energien wie Windkraft und Solarenergie bleibt als dritte Möglichkeit die Kernfusion.

Am leichtesten verschmelzen auf der Erde die beiden Wasserstoffsorten Deuterium und Tritium. Dabei entsteht ein Helium-Kern, außerdem wird ein Neutron frei sowie große Mengen nutzbarer Energie: Ein Gramm Brennstoff könnte in einem Kraftwerk 90.000 Kilowattstunden Energie erzeugen – die Verbrennungswärme von 11 Tonnen Kohle.

Die Fusionsbrennstoffe sind billig und auf der Erde gleichmäßig verteilt. Deuterium ist in nahezu unerschöpflichen Mengen im Meerwasser zu finden. Tritium – ein radioaktives Gas mit kurzer Halbwertszeit von 12,3 Jahren – kommt in der Natur kaum vor. Es kann aber innerhalb des Kraftwerks aus Lithium gebildet werden, das ebenfalls reichlich vorhanden ist. Da ein Fusionskraftwerk zudem günstige Umwelt- und Sicherheitseigenschaften aufweisen wird, könnte die Fusion nachhaltig zur künftigen Energieversorgung beitragen.

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