Mit der wachsenden Weltbevölkerung steigt auch der Bedarf an Energie und Ressourcen. Der Grund liegt auf der Hand: immer mehr Menschen möchten ihren Lebensstandard verbessern. Die Endlichkeit von fossilen Energiequellen ist eine große Herausforderung für viele Industriezweige ebenso wie für Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen, die sich mit der Entwicklung neuer Verfahren zur Energiegewinnung beschäftigen. Das ITER-Projekt, zu dessen Erfolg das Fraunhofer ICT-IMM mit seinen Bolometer Chips beitragen darf, ist wohl einer der prominentesten Ansätze für solch alternative Verfahren.

International Thermonuclear Experimental Reactor, kurz ITER - das ist ein in der Entwicklung befindlicher Kernfusionsreaktor, mit dem notwendige Erkenntnisse auf dem Weg zu vielleicht möglichen Fusionskraftwerken gewonnen werden sollen. Am Standort Cadarache in Frankreich entsteht der Reaktor als gemeinsames Forschungsprojekt einer internationalen Gemeinschaft gleichberechtigter Partner bestehend aus der Europäischen Union, Japan, Russland, der Volksrepublik China, Südkorea, Indien und den USA. Langfristig könnte ein erheblicher Teil des Energiebedarfs mit der Verschmelzung von leichten Atomkernen in Fusionsreaktoren gedeckt werden.

Das ICT-IMM als Teil eines Forschungs- und Entwicklungs-Konsortiums für spezielle Plasmadiagnostik an ITER

Die europäische ITER-Agentur „Fusion for Energy“ fördert in den nächsten vier Jahren ein Forschungs-Konsortium zur Entwicklung eines wichtigen Messverfahrens für den internationalen Fusionsreaktor ITER. Ziel ist die Weiterentwicklung so genannter Bolometer-Kameras, mit welchen der Plasmaeinschluss im Reaktionsgefäß des ITER überwacht werden soll. Das ICT-IMM arbeitet am Kernstück dieser Kameras, dem Bolometer-Chip. Mit Hilfe dieses Chips soll die Intensität des vom ITER-Plasma abgestrahlten, vom Infraroten bis in den Röntgenbereich reichenden Photonenspektrums gemessen werden. Das Messverfahren wurde vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching entwickelt. In gemeinsamen, durch das BMBF geförderten, Vorarbeiten von ICT-IMM realisierte Bolometer-Chips wurden an der Garchinger Fusionsanlage ASDEX-Upgrade erfolgreich getestet und befinden sich an zwei weiteren internationalen Fusionsmaschinen bereits im Einsatz. Für die neue Großanlage ITER sind jedoch besondere Herausforderungen zu meistern: Das Material muss hoch strahlungsbeständig sein, die Detektoren müssen aufprallenden Fusionsneutronen standhalten sowie hohen Temperaturen von bis zu 450 °C widerstehen. Am Projektende soll ein Fertigungsprozess etabliert und die Funktionsfähigkeit der Bolometer-Kameras im Hinblick auf die an ITER erwarteten Betriebsbedingungen nachgewiesen sein.

Start des ITER für 2022 geplant

ITER wird voraussichtlich 2022 in Betrieb gehen. Erstmalig soll gezeigt werden, dass durch die Verschmelzung von Wasserstoffkernen eine Fusionsleistung von 500 Megawatt über wenigstens 10 Minuten aufrechterhalten werden kann. Bei erfolgreichem Ausgang der Tests an ITER soll in dem geplanten Nachfolgeprojekt DEMO die Reaktorkapazität dann in den Gigawatt-Bereich ausgedehnt und im Testbetrieb ab etwa 2040 erstmalig Strom aus Fusionsenergie ins Netz eingespeist werden. Die ITER-Experimente sind damit ein bedeutender Meilenstein bei der Klärung der Frage, ob Energieerzeugung mit Kernfusion überhaupt wirtschaftlich nutzbar gemacht werden kann.