Die weltweit größte "künstliche Sonne", muss der letzte entscheidende Schritt nur von China bewältigt werden?

Chinesische Bauteams sind weltweit schon lange berühmt, aber die Aufgabe, die sie diesmal zu bewältigen haben, ist etwas anders.

Ende Februar 2024 unterzeichnete das weltweit größte "künstliche Sonnensystem" ITER-Projekt einen Vertrag über die Montage von Vakuumkammer-Modulen mit einem französisch-chinesischen Konsortium, das von China Nuclear Engineering Corporation (CNEC) der China National Nuclear Corporation (CNNC) angeführt wird.

Nach der erfolgreichen Installation der "Herz"-Einrichtung von ITER wurde CNNC außerdem der einzige Auftragnehmer für die Installation des ITER-Hauptgeräts.

Warum wird das weltweit größte "künstliche Sonnensystem" von chinesischen Unternehmen installiert?

Das künstliche Sonnensystem

Eine Kernreaktion ist die effizienteste bekannte Methode zur Energieerzeugung durch den Menschen. Es gibt zwei Arten von Kernreaktionen: Kernspaltung und Kernfusion. Die entsprechenden Waffen sind Atombombe und Wasserstoffbombe.

Das Positive Insight Bureau hat früher über nukleare Container-Schiffe berichtet. Der verwendete Vier-Generationen-Schmelzsalzreaktor ist derzeit die Spitze der Kernspaltungstechnologie.

Im Vergleich zur Kernspaltung haben wir am häufigsten mit der Kernfusion zu tun. Wenn wir tagsüber nach oben schauen, können wir die Sonne sehen - die Sonne führt jederzeit Kernfusionsreaktionen durch und gibt Licht und Wärme ab.

Das Prinzip der Kernfusion ist einfacher als das der Kernspaltung. Leichtere Atomkerne, wie Deuterium (D) und Tritium (T), vereinigen sich zu schwereren Atomkernen, wie Helium, und geben dabei enorme Energie ab.

Schematische Darstellung der Kernfusionsreaktion

Das Prinzip ist einfach, aber die Umsetzung ist schwierig.

Da die Kernfusion eine sehr hohe Temperatur erfordert, beherrscht der Mensch derzeit nur die Technologie der thermischen Kernfusion - von der Forschungs- und Entwicklungsroute aus gesehen, gibt es zuerst Atombomben und dann Wasserstoffbomben, denn um eine Wasserstoffbombe zu zünden, muss zuerst eine Atombombe gezündet werden.

Das gilt sowohl für militärische als auch für zivile Zwecke.

Die Stromerzeugung durch Kernspaltung ist schon lange keine Neuigkeit.

Aber die Stromerzeugung durch Kernfusion hat der Mensch bis heute noch nicht erreicht.

Die Kernfusion in einer Wasserstoffbombe erzeugt zu viel Energie in einem Moment und kann nicht zur Stromerzeugung verwendet werden. Der Mensch braucht eine kontrollierbare thermische Kernfusion.

Die Herstellung eines "künstlichen Sonnensystems" ist das Ziel, nach dem Wissenschaftler aller Länder unermüdlich streben.

In den 1950er Jahren stellte ein sowjetischer Wissenschaftler die Idee vor, einen Supraleiter zu verwenden, um ein starkes Magnetfeld zur Energiebeschränkung zu erzeugen. Die Kernkomponente wird Tokamak genannt und dient zur Umsetzung der thermischen Kernfusion.

Der russische Tokamak T - 15MD nach der Modernisierung im Jahr 2021

Im Jahr 1985 starteten die USA, die Sowjetunion, Europa und Japan gemeinsam das International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) - Projekt auf dem Gipfeltreffen in Genf als eines der markanten Handlungen zur Beendigung des Kalten Krieges.

Im Jahr 1988 begann die Forschungs- und Entwurfsarbeit für das ITER-Projekt.

Nach 13 Jahren Arbeit und 1,5 Milliarden US-Dollar an Kosten und der Sammlung globaler Fusionsforschungsergebnisse wurde die Forschungs- und Entwurfsarbeit schließlich im Jahr 2001 abgeschlossen.

Im Jahr 2007 wurde das weltweit größte "künstliche Sonnensystem" offiziell begonnen.

Das ITER-Projekt hatte ursprünglich nur vier Mitglieder: die USA, die Sowjetunion, Europa und Japan. Später wurden es sieben Mitglieder: die USA, Russland, Europa, Japan, China, Südkorea und Indien. Die Anzahl der Kooperationsländer stieg auf 35.

Das ITER-Projekt hat eine lange Zeitspanne und hohe Schwierigkeiten. Es wird als das größte Projekt für die globale Zusammenarbeit aller Menschen nach der Raumstation angesehen.

Nach Plan sollte die gesamte Bauarbeit im Jahr 2025 abgeschlossen werden, wenn alles glatt geht.

Bis 2050 soll das ITER-Projekt eine kontinuierliche und sichere Energieerzeugung im kommerziellen Maßstab erreichen.

Wie viele internationale Kooperationen gibt es auch hinter dem ITER-Projekt politische Spiele.

Das ITER-Projekt ist zu wichtig, und jeder möchte die Führungsrolle übernehmen.

Insbesondere Frankreich und Japan konkurrieren am stärksten.

Frankreich hat reiche Erfahrungen in der Kernenergie, ist bereit, Geld auszugeben, und die EU hat den größten finanziellen Beitrag im gesamten Projekt geleistet. Schließlich gewann Frankreich die Mehrheit der Stimmen.

Die Forschung zur thermischen Kernfusion in Japan hat weltweit führende Positionen. Japan gibt auch reichlich aus, aber es hat einen großen Nachteil: es liegt in einer Erdbebenzone.

Ein Vogelperspektivbild des ITER-Projekts. Das höchste schwarze Gebäude ist der Tokamak-Teil.

Schließlich wurde das ITER-Projekt in der kleinen Stadt Saint-Paul-lès-Durance, etwa 80 Kilometer nördlich der französischen Hafenstadt Marseille, ausgewählt.

Schwierigkeiten auf allen Ebenen

Es scheint, dass für große Projekte die Verzögerung der Frist fast ihr Schicksal ist.

Das ITER-Projekt hat hauptsächlich zwei technische Probleme.

Erstens wurden in der installierten 19×11-Meter (62×36-Fuß) Gas-Kammer Größenfehler an den Fugen der Blöcke, die miteinander verschweißt werden sollen, entdeckt.

Nach der Entwurfsvorstellung muss bei der Fusion die Kerne von leichten Atom-Elementen in einem ultraheißen Plasma zusammengedrückt werden. Deshalb muss das Plasma durch eine starke Magnetkraft in einem Tokamak, d.h. einer geschlossenen Ringkammer, gehalten werden.

Wenn die Fugen der Blöcke die falsche Größe haben, könnte es bei dem Tokamak nicht nur zu einem Gasaustritt kommen, sondern es besteht auch die Gefahr einer Explosion.

Zweitens wurde bei der Auswahl der Wärmedämmplatten, die dazu dienen sollen, die Umwelt vor der enormen Wärme der Kernfusion zu schützen, nach Datenmodellierungen festgestellt, dass die vorhandenen Materialien große Probleme haben.

Das Metall der Kühlrohre, die dicht auf den Wärmedämmplatten verteilt sind, altert leicht bei starken Temperaturänderungen, es bilden sich Risse, die sich durch das gesamte Rohr erstrecken, was erhebliche Sicherheitsrisiken birgt.

Beim Test von ITER wurde festgestellt, dass es bereits Risse in den Rohren gibt.

Der damalige Generaldirektor des Projekts, Pietro Barabaschi, hat einmal gesagt, dass es "ein Problem von Monaten oder sogar Jahren" sei, um die Schwere der Sache zu betonen.

Nach seiner Schätzung ist die Fertigstellung im Jahr 2025 aufgrund dieser beiden Probleme nicht möglich, aber es scheint immer noch möglich, dass das gesamte Projekt bis 2035 abgeschlossen werden kann.

Im Vergleich zu den Verzögerungen durch technische Probleme ist das Fehlen von Geld noch ärgerlich.

Als das Projekt 2006 gestartet wurde, beschlossen die beteiligten Länder, gemeinsam 5 Milliarden Euro in zehn Jahren zu finanzieren. Niemand hätte gedacht, dass dieses Geld so schnell ausgegeben wäre.

Anfang 2023 hat die ITER-Organisation offiziell festgestellt, dass die geschätzten Gesamtkosten aufgrund des gegenwärtigen Projektfortschritts und der Ausgaben über 20 Milliarden Euro betragen werden.

Die neuesten Dokumente zeigen, dass selbst dieser Betrag schon nicht mehr aktuell ist, und die tatsächliche Situation ist sicher noch schlechter.

Die von den verschiedenen Ländern übernommenen Bauteile im ITER-Projekt

Ohne Geld muss das Projekt verzögert werden.

Die internen Mitarbeiter sind sehr pessimistisch und glauben, dass die verbleibenden technischen Herausforderungen den Budgetbedarf exponentiell steigen lassen werden.

Das ITER-Projekt ist vor der Gefahr, außer Kontrolle zu geraten.

China kommt

Seit langem war China vom ITER-Projekt ausgeschlossen.

Die offizielle Begründung war, dass das Niveau der Kernfusionsforschung in China nicht ausreichend sei.

Dieser Grund hält natürlich nicht stand.

Tatsächlich wurde bereits 1994 in China das erste rundquerschnittige, vollsupraleitende Tokamak-Fusions-Experiment-Gerät EAST "Hefei Super Ring" (HT - 7) erfolgreich entwickelt.

Damit wurde China das vierte Land nach Russland, Frankreich und Japan, das über eine supraleitende Tokamak-Einrichtung verfügt.

Das weltweit erste vollsupraleitende Tokamak-Hauptgerät, das in China gebaut wurde

Trotzdem weigerte sich ITER weiterhin, China aufzunehmen, obwohl die meisten der sieben Mitgliedsländer keine eigene supraleitende Tokamak-Einrichtung hatten.

Im Jahr 2003 kam es zu einer Wendung.

Nach dem Misserfolg in der Konkurrenz um den Standort kündigte Kanada entrüstet seinen Austritt aus dem ITER-Projekt an.

Plötzlich gab es eine Finanzlücke von 1 Milliarde Euro im ITER-Projekt. Angesichts der "Geldmacht" Chinas stimmte ITER schließlich zu, dass China beitreten kann.

Chinas Beitritt hatte auch eine Mitwirkungseffekt.

Die USA hatten 1998 unter dem Vorwand, die Grundlagenforschung stärken zu wollen, das ITER-Projekt verlassen.

Nachdem China im Januar 2003 seine Teilnahme an den Verhandlungen angekündigt hatte, kündigten die USA Ende Januar erneut an, das ITER-Projekt wieder aufzunehmen.

Die Rückkehr der USA ist offensichtlich darauf zurückzuführen, dass Chinas Beitritt ihnen Hoffnung auf den Erfolg des Projekts gab.

Chinas Leistung hat auch tatsächlich nicht enttäuscht.

Obwohl China als letztes beigetreten ist, ist es das größte Garant für das Fortschreiten des ITER-Projekts bis heute.

Bis heute wurden die vier wichtigsten Installationsschritte von ITER von Chinesen durchgeführt.

Im Mai 2020 war der erste Schritt die erfolgreiche Hebeoperation des Dauerbecher-Sockels.

Der Dauerbecher-Sockel ist die wichtigste Kernkomponente des ITER-Tokamak-Geräts. Es ist nicht nur die erste große Komponente, die installiert wird, sondern auch die Grundlage für alle wichtigen Geräte und dient als Sicherheitsbarriere.

Der Dauerbecher-Sockel nach der Hebeoperation hat eine ansprechende industrielle Ästhetik.

Der Dauerbecher-Sockel wiegt 1.250 Tonnen, und die Installationsgenauigkeit muss auf 2 Millimeter begrenzt werden.

Eine so schwierige Aufgabe wurde von einem Team von nur 48 Mitarbeitern der CNNC problemlos bewältigt, und dabei wurde auch der Rekord der Installationsgenauigkeit für das Heben von Großgeräten in der chinesischen Kernenergiebranche gebrochen.

Nachdem der Sockel fertig war, musste auch der untere Zylinder des Dauerbechers vier Monate später gehoben werden.

Obwohl dieser "Kleinkram" im Vergleich zum letzten Mal nur 400 Tonnen wiegt, entspricht dies immer noch dem Gewicht von zwei Boeing 747-Flugzeugen. Seine Größe macht ein Drittel des ITER-Tokamak-Geräts aus, und die technische Schwierigkeit der Hebeoperation ist nicht gering.

Im Januar 2021 war die Hebeoperation des Kälteabschirmsystems (LCTS) des Dauerbecher-Sockels erfolgreich, und die Installation des dritten wichtigen Bauteils des Tokamak-Geräts war abgeschlossen.

Im April 2021 war die erfolgreiche Positionierung der polaren supraleitenden Spule PF6 ein Zeichen dafür, dass die