Nach Changxin wettet Hefei auf Kernfusion

Wo befindet sich das größte „Glücksspielzentrum“ Chinas?

Viele Menschen würden Hefei sagen. BOE, NIO, Changxin Memory – diese Unternehmen, in die die staatlichen Vermögensverwaltungen von Hefei investiert haben, wurden damals fast alle nicht für vielversprechend gehalten, aber am Ende hat sich bewiesen, dass Hefei tatsächlich Weitblick und Mut hat.

Kürzlich wurde Changxin Memory an der A-Aktienbörse notiert, mit einem Marktwert von über 3 Billionen Yuan. Die mit den staatlichen Vermögensverwaltungen von Hefei verbundenen Einheiten halten zusammen etwa 36,79 % der Anteile, mit einem Buchgewinn von über 1 Billion Yuan. Die lokalen Schulden, die Hefei im vorherigen großen Immobilienzyklus angehäuft hat, beliefen sich auf etwa 300 Milliarden Yuan – das hat es mit einem Schlag leicht zurückgewonnen.

Eher als „Glücksspielzentrum“ ist Hefei als „der beste Risikokapitalgeber“ zu bezeichnen. Denn seine Investitionslogik bestand nie darin, auf einzelne Punkte zu setzen, sondern mit dem Denken der Industriekette zu layouten: Zuerst in ein führendes Unternehmen investieren, dann die vorgelagerten und nachgelagerten Zulieferer herbeiholen. Zum Beispiel führt ein Bildschirm zu einer gesamten Anzeigeindustriekette, ein komplettes Fahrzeug zieht eine gesamte neue Energie-Lieferkette nach sich, und ein Speicherchip bringt eine Halbleiterökosystem hervor.

Allerdings gibt es eine Investition in Hefei, die sich von den vorherigen unterscheidet – die kontrollierte Kernfusion.

Anzeigebildschirme, Speicherchips, neue Energie-Fahrzeuge – diese Bereiche haben zumindest ausgereifte Produkte und Märkte. Die Kernfusion hat all das nicht. Bis heute gibt es weltweit keinen kommerziellen Reaktor, niemand kann genau sagen, ob der erzeugte Strom die Kosten decken kann und wann er ins Netz eingespeist werden kann.

Manche sagen, Hefei hat dieses Mal zu viel riskiert. Welches Spiel spielt es eigentlich? Woher kommt sein Selbstvertrauen?

01: Warum hat Hefei auf Kernfusion gesetzt und wie hat es das Layout umgesetzt?

Viele Menschen denken, dass Hefei erst in den letzten Jahren dem Trend zur Kernfusion gefolgt ist, aber der Beginn liegt viel früher, als die meisten Menschen annehmen.

Nordwestlich von Hefei befindet sich der Dongpu-Stausee, in dessen Mitte eine Halbinsel namens Wissenschaftsinsel liegt. Das Institut für Plasmaphysik auf der Insel wurde bereits 1978 gegründet und existiert nun fast 50 Jahre. Das sogenannte Plasma ist die Form der Materie, die bei der Kernfusionsreaktion existiert. Die Kernfusion in Hefei hat auf dieser Insel begonnen.

Lassen Sie uns zuerst erklären, was Kernfusion eigentlich ist. Das Prinzip ist nicht kompliziert: Zwei leichte Atomkerne wie Deuterium und Tritium kollidieren bei extrem hohen Temperaturen mit hoher Geschwindigkeit, verschmelzen zu einem Heliumkern und setzen gleichzeitig enorme Energie frei. Gen so erzeugt die Sonne Licht und Wärme, und die Menschheit möchte eine „kleine Sonne“ auf der Erde bauen.

Deuterium ist überall im Meerwasser vorhanden. Wenn das gesamte Deuterium in einem Liter Meerwasser fusioniert, gibt es Energie frei, die 300 Litern Benzin entspricht. Wenn dies wirklich gelingt, ist das Energieproblem im Grunde gelöst.

Die Schwierigkeit liegt darin, die Atomkerne zum Kollidieren zu bringen.

Alle Atomkerne tragen positive Ladung und stoßen sich gegenseitig ab. Man muss sie auf über 100 Millionen Grad erhitzen, damit sie sich schnell genug bewegen, um die Abstoßungskraft zu überwinden und zusammenzustoßen. Aber bei solch hohen Temperaturen ist die Materie längst kein Festkörper, keine Flüssigkeit und kein Gas mehr – sie wird zu Plasma, dem vierten Zustand der Materie. Kein Behälter aus irgendeinem Material hält das aus, er würde sofort verdampfen, sobald er damit in Berührung kommt.

Die Wissenschaftler haben einen Trick gefunden: Ein unsichtbarer Käfig aus starkem Magnetfeld, der das Plasma im Vakuum schweben lässt, sodass es nichts berührt. Dieses Gerät, das Plasma mit Magnetfeld einengt, heißt Tokamak.

Hefei hat schon sehr früh mit der Tokamak-Forschung begonnen. Die ersten Forscher, die auf die Insel kamen, haben fast von Grund auf angefangen. Damals gab es noch keine ordentlichen Straßen, für eine Sitzung in der Stadt mussten sie stundenlang auf einem Traktor mit Anhänger fahren, und bei Regen waren die Füße voller Schlamm.

Unter diesen Bedingungen haben sie mit einfachsten Rechenwerkzeugen und einfachen Werkzeugmaschinen nacheinander zwei Geräte gebaut: HT-6B im Jahr 1983 und HT-6M im Jahr 1985. Nach heutigen Maßstäben sind diese beiden Geräte sehr primitiv, aber sie waren die ersten Tokamaks in China, die wirklich in Betrieb genommen wurden.

Sie ermöglichten es chinesischen Wissenschaftlern, zum ersten Mal selbst mit Millionen Grad heißem Hochtemperaturplasma in Kontakt zu kommen, und sie ließen sie einen physikalischen Engpass klar erkennen: Die Kupferspulen erwärmen sich bei Stromdurchfluss zu stark, sodass Experimente nur wenige Sekunden dauern können. Um Fusionsstrom zu erzeugen, musste man auf die „Supraleitungs“-Route umsteigen – Supraleitende Materialien haben einen Widerstand von Null, sodass sie auch bei hohem Strom nicht erwärmt werden.

Der echte Durchbruch gelang mit HT-7, dem ersten wirklich in Betrieb genommenen supraleitenden Tokamak in China.

Der Wendepunkt lag in den frühen 1990er Jahren. Das T-7-Gerät des Kurchatov-Instituts der ehemaligen Sowjetunion musste wegen Finanzierungsproblemen außer Betrieb genommen werden. Akademiker Katorntsev, der Direktor des Instituts, schrieb einen Brief an Huo Yuping, den Direktor des Plasmainstituts, und schlug vor, das Gerät an China zu schenken. Aber damals war die Devisenversorgung in China extrem knapp, selbst die Fracht- und Demontagekosten konnten nicht aufgebracht werden. Huo Yuping traf eine unkonventionelle Entscheidung: Das Gerät mit Lebensmitteln zu tauschen.

Damals stand die sowjetische Wirtschaft kurz vor dem Zusammenbruch, der Rubel wertete stark ab, und Lebensmittel wie Daunenjacken und Jeans waren mehr wert als Rubel.

Also wurden Daunenjacken, Jeans, Porzellan und andere Güter in die ehemalige Sowjetunion transportiert, und im Gegenzug erhielt man das T-7-Gerät im Wert von 18 Millionen Rubeln. Manche sagten halb scherzhaft, dass dies mit mehreren Waggons voller Daunenjacken ein „supraleitendes Rüstzeug“ für die chinesische Fusionswissenschaft eingetauscht wurde.

Als das Gerät in Hefei ankam, war sein Zustand viel schlechter als erwartet: Die Komponenten waren gealtert, die Zeichnungen waren verschwunden, das Steuerungssystem war unvollständig. Im Ausland sagten einige sogar voraus, dass dieser Haufen Altmetall nie wieder in Betrieb genommen werden kann. Aber das Team des Plasmainstituts gab nicht auf und sanierte das Niedertemperatur-System, das Stromversorgungssystem, die Vakuulkammer und andere Teile vollständig.

1994 gelang dem umgerüsteten HT-7 die erfolgreiche Entladung, es wurde später als „Hefei Suprazirkel“ bezeichnet. China wurde damit nach Russland, Frankreich und Japan das vierte Land der Welt, das über einen supraleitenden Tokamak verfügt. HT-7 hat mit supraleitenden Magneten bewiesen, dass der Weg „Null-Widerstand, keine Erwärmung“ gangbar ist, und hat eine maximale Plasmaentladungsdauer von 60 Sekunden erreicht.

(Das Forschungsteam von HT-7)

Ende der 1990er Jahre verschaffte der Erfolg von HT-7 China eine Stimme in der internationalen Fusionsgemeinschaft. Aber die Wissenschaftler wussten genau: HT-7 hat einen kreisförmigen Querschnitt, während das bevorstehende ITER (Internationales Thermonukleares Versuchsreaktor, damals das größte internationale Fusionskooperationsprojekt der Welt) einen fortschrittlicheren D-förmigen Querschnitt verwendet. Um mit der internationalen Spitzenforschung Schritt zu halten, musste China selbst eine neuere Generation von Geräten bauen. Also wurde das Projekt HT-7U offiziell genehmigt, das später einen klangvolleren Namen erhielt:

EAST, auf Chinesisch „Ost-Suprazirkel“ genannt.

Der damalige Gesamtverantwortliche von EAST hieß Wan Yuanshi, er hat seinen Master an der Physikfakultät der Peking-Universität absolviert und wurde später Akademiker der Chinesischen Ingenieurakademie. Damals war die Insel noch sehr karg, das Gras war mannshoch. Er fuhr jeden Tag mehr als eine Stunde mit dem Fahrrad zum Labor, und das drei Jahre lang.

Schwieriger als die Lebensbedingungen waren die technischen Probleme. Die supraleitenden Magnete von EAST erforderten, dass das supraleitende Material zu extrem dünnen Fäden gezogen und dann zu Spulen gewickelt wird. Ein 0,8 mm starker Strang musste kilometerlang gezogen werden, ohne zu reißen – das war damals ein weltweit anerkanntes Herstellungs problem. Das chinesische Team hat diese technische Engstelle durch eigene Forschung und Entwicklung durchbrochen.

Im Gegensatz zu HT-7 besteht der größte Unterschied von EAST darin, dass alle Magnete aus supraleitendem Material bestehen, während bei HT-7 nur ein Teil der Magnete supraleitend war. 2006 wurde EAST auf der Insel gebaut und erfolgreich entladen, es wurde der weltweit erste vollständig supraleitende Tokamak mit nicht-kreisförmigem Querschnitt. Der nicht-kreisförmige Querschnitt ist D-förmig, dieses Design ist stabiler und eignet sich besser für Langzeitbetrieb.

Mit Geräten und Talenten braucht man auch eine Industrie. Hefei hat in der Fusionsindustriekette vom vorgelagerten Material bis zum nachgelagerten Gesamtgerät Layouts vorgenommen, aber die Vorgehensweise unterscheidet sich von der in anderen Orten. Viele Orte bieten bei der Investitionsförderung nur Land und Subventionen an, und die Ansiedlung des Unternehmens ist bereits erledigt. Hefei hingegen bringt die Industrie durch große wissenschaftliche Geräte hervor.

Das Gerät selbst ist eigentlich der größte Nachfrager. Bei jeder Modernisierung von EAST müssen eine große Anzahl von Komponenten und speziellen Materialien beschafft werden. Einige davon sind auf dem Markt nicht erhältlich, und niemand im Inland hat sie je hergestellt. Dann können nur lokale Unternehmen den Auftrag annehmen oder gemeinsam mit den Forschern auf der Insel versuchen, sie herzustellen. Am Anfang mag es nur um ein kleines Teil gehen, aber nach und nach wachsen Technik und Aufträge mit.

Aufträge allein reichen nicht. Die Komponenten von Fusionsgeräten stellen extrem hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit. Nach der Herstellung müssen sie in einer Umgebung getestet werden, die einem echten Fusionsreaktor nahe kommt, um zu prüfen, ob sie hohen Temperaturen, starker Strahlung und großen Magnetfeldern standhalten.

Solche Testanlagen sind extrem teuer, Unternehmen können sie sich nicht leisten, eine große Testplattform kostet leicht mehrere hundert Millionen Yuan. Hefei hat selbst CRAFT gebaut, die umfassende Forschungsanlage für Schlüsselsysteme des Fusionsreaktor-Hosts, die von den Mitarbeitern auf der Insel „Kuafu“ genannt wird. Sie dient speziell dazu, die Schlüsseltechnologien und Komponenten von Fusionsreaktoren zu validieren, und steht auch Unternehmen für Tests zur Verfügung. Wenn Unternehmen echte Testdaten erhalten, haben sie mehr Selbstvertrauen, um die nächste Stufe der Forschung und Entwicklung voranzutreiben.

Neben EAST und CRAFT baut Hefei auch ein kompaktes Fusionsversuchsgerät namens BEST, dessen Ziel es ist,