FG100 Stellarator

11. Januar 2026 · 1 Std. 52 Min.

Die Kernfusion ist physikalisch möglich und notwendig, erfordert aber eine sorgfältig konstruierte Wärmeisolation durch Magnetfelder – und der Stellarator bietet gegenüber dem Tokamak Vorteile für stabile Dauerbetrieb.

Thomas Klingner vom Max-Planck-Institut Greifswald erklärt die physikalischen Grundlagen der Kernfusion, die Anfänge der magnetischen Fusionsforschung in den 1950er Jahren und warum das Wissen lange euphorisch überschätzt wurde. Er zeigt, warum ein stabiles Plasma in einer kalten Umgebung ein gigantisches Isolationsproblem ist, und wie zwei Lösungsansätze – Tokamak und Stellarator – dieses Problem angehen. Der Wendelstein 7-X ist die technologische Speerspitze dieses Ansatzes; die Folge thematisiert den langen Forschungsweg vor der wirtschaftlichen Nutzbarkeit.

Zahlen & Fakten

100 Millionen Grad

Temperatur des Fusionsplasmas, erforderlich für effiziente Kernfusion

100.000-fach

Verdünnung des Wasserstoffgases im Magneteinschluss im Vergleich zur Luft

3–5 Bar

Gasdruck des Plasmas bei der Wendelstein 7-X (vergleichbar mit Fahrradreifendruck)

Weitere 20 Zahlen & Fakten anzeigen

1950er Jahre

Beginn ernsthafter Fusionsforschung nach Zweitem Weltkrieg

50 Jahre

Sprichwörtliches Ziel: Kernfusion ist immer noch '50 Jahre entfernt' (seit ~1950)

30 Kubikmeter

Plasma-Volumen der Wendelstein 7-X

1000 Kubikmeter

Angestrebtes Plasma-Volumen für zukünftige Fusions-Kraftwerke

45 Meter

Geschätzter Durchmesser eines Tokamak-ähnlichen Fusions-Kraftwerks (hochgerechnet von Wendelstein 7-X)

16 Meter

Durchmesser der Wendelstein 7-X

70 Magnete

Anzahl der supraleitenden Magnete in der Wendelstein 7-X

20 Magnete

Zusätzliche Magnete zur Feinkontrolle der Magnetfeld-Konfiguration

3 Kelvin

Betriebstemperatur der supraleitenden Magnete (−270 °C)

150 Grad Celsius

Ausheiz-Temperatur des Plasma-Gefäßes zur Entfernung von Wasser und Gasen

4–6 Wochen

Dauer zum Abkühlen des gesamten Magnetsystems von Raumtemperatur auf 3 Kelvin

5 Monate

Gesamte Vorbereitungszeit bis zur Betriebsbereitschaft der Wendelstein 7-X

2 Megawatt

Stromverbrauch der Helium-Kühlanlage während des Dauerbetriebs

10.000–15.000 Ampere

Stromstärke beim Hochfahren der Magnete

0,01 Gramm

Wasserstoffmenge, die für Plasma-Experimente in Wendelstein 7-X benötigt wird

1000-fach

Dichteunterschied: Plasma in Wendelstein vs. Materiedichte im Zentrum der Sonne

100 Megapascal

Mechanische Spannungen in der Stützstruktur durch Magnetkräfte (vergleichbar: 1 Tonne auf 1 cm²)

30 Größenordnungen

Erhöhung der Fusionswahrscheinlichkeit bei Deuterium-Tritium gegenüber Proton-Proton-Fusion

500 Öffnungen

Anzahl der Öffnungen/Flansche in der Wendelstein 7-X, an denen Vakuum-Leckagen auftreten können

Millisekunden

Zeit bis ein Plasma die Zieltemperatur von 100 Millionen Grad erreicht

Themen & Erkenntnisse

Physikgeschichte: Wie die Kernfusion entdeckt wurde · ab 07:10: Von Rutherford über die Kernspaltung zur Hypothese der Fusion in Sternen: Die theoretischen Grundlagen entstanden aus der Frage, wie Sterne Energie liefern.

Fusionsforschung startet in den 1950er Jahren mit großem Optimismus · ab 14:46: Nach dem Zweiten Weltkrieg entstand Euphorie über 'unbegrenzte Energie', was zu überoptimistischen Vorhersagen und dem berühmten Witz führte: Fusion ist immer 50 Jahre entfernt.

Das zentrale Problem: Wärmeisolation für heißes Plasma in kalter Umgebung · ab 17:04: Fusion erfordert 100 Millionen Grad in sehr dünnem Gas, das sofort abkühlt bei Kontakt mit Wand. Lösung: immaterielles Gefäß aus Magnetfeldern statt physischer Behälter.

Tokamak versus Stellarator: Zwei Wege zum verdrehten Magnetfeld · ab 31:32: Tokamak nutzt Plasmastrom zur Feldverdrehung, Stellarator formt die Magnete selbst verdreht. Stellarator: stromlos, stabil, dauerfähig; Tokamak: höhere bisherige Leistung, aber stromabhängige Instabilität.

Wendelstein 7-X: Design, Kühlung, Betriebsablauf · ab 50:00: Die Wendelstein 7-X mit 70 supraleitenden Magneten, 16 m Durchmesser, wird mit flüssigem Helium auf −270 °C gekühlt und braucht 5 Monate Vorbereitung zum Betrieb.

Plasma erzeugen, heizen, beobachten und regeln: Ein komplexes Ökosystem · ab 01:07:25: Gas wird ionisiert, mit Mikrowellen geheizt, erzeugt 100 Millionen Grad in Millisekunden. Diagnostik braucht Laser, Spektroskopie, Interferometrie. Regelung über Gasdruck, Heizleistung, Fremdgase.

Warum Wendelstein nie fusioniert, aber trotzdem erfolgreich ist: Roadmap zur Fusionsenergie · ab 01:31:27: Die Wendelstein ist bewusst zu klein für echte Fusion mit Deuterium/Tritium; sie validiert das Magnetfeld-Design für zukünftige Gigawatt-Fusionskraftwerke (45-m-Torus).

Stellarator-Vorteile und mechanische Grenzen: Warum starkere Magnete technisch schwierig werden · ab 01:39:35: Stellarator: stabil, stromlos, dauerbetriebsfähig. Aber: Verdrehte Magnete wollen sich gerade biegen; Magnetkräfte (100+ MPa) belasten Stützstrukturen bis an Stahlgrenzen.

Gesellschaftliche Bedeutung von Fusion: Energieversorgung, Speicherung, Dezentralisierung · ab 01:44:30: Fusion ist nicht Universallösung, aber ideal für Grundlast, Industrie, Fernwärme großer Städte – wo zuverlässig Terawattstunden gebraucht werden, nicht fluktuierend wie Wind/Solar.

Quellen

• Ernest Rutherford – Rutherford-Streuversuche zur Atomkern-Struktur

• Hans Bethe – Kernfusions-Prozesse in Sternen

• Carl Friedrich von Weizsäcker – Beteiligung an Fusionstheorie

Weitere 2 Quellen anzeigen

• George Gamow – Kernphysik und Stellarphysik

• Lyman Spitzer – Project Matterhorn (erster Stellarator, Princeton University)

Wer spricht

Thomas KlingnerGAST

Physiker und Leiter des Bereichs Stellarator-Dynamik und -Transport am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald. Seit 1999 Professor für Plasmaphysik, spezialisiert auf Grundlagenaspekte der Plasmaphysik und magnetischen Fusionsforschung. Langjähriger Forscher an der Wendelstein-Stellarator-Serie, zentral beteiligt an Optimierung des Magnetfeld-Designs und der Stabilisierung turbulenter Plasma-Dynamiken zur Verbesserung der Wärmeisolation.

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