ITER

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Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig. Zum Bischof von Chur siehe Lucius Iter.
International Thermonuclear Experimental Reactor
ITER participants
ITER participants
An ITER nehmen 35 Nationen teil
Motto The way to new energy
Sitz 13115 St. Paul Lez Durance, Frankreich
Generaldirektor Osamu Motojima
Gründung 24 Oktober 2007
Website iter.org

ITER (Apronym: englisch für International Thermonuclear Experimental Reactor, lateinisch für Weg) ist ein in Frankreich im Bau befindlicher Kernfusionsreaktor, mit dem notwendige Erkenntnisse auf dem Weg zu vielleicht möglichen Fusionskraftwerken gewonnen werden sollen. Der Reaktor mit vielfältigen Installationen zur Plasmaheizung und -diagnostik basiert auf dem Tokamak-Konzept.

Er wird im Vergleich zu seinem Vorgänger JET wesentlich größer und mit supraleitenden Magnetspulen ausgestattet. Das erste Plasma soll 2020 erzeugt werden, ab 2027 sind Experimente mit Deuterium und Tritium vorgesehen.[1] Mit ITER sollen Brenndauern von bis zu einer Stunde realisiert werden. Dabei soll bei einer Heizleistung von etwa 50 Megawatt eine thermische Leistung von rund 500 Megawatt erreicht werden.[2] ITER wird kein vollständiges Lithium-Blanket haben, sondern modulweise verschiedene Konzepte zum Erbrüten von Tritium erproben. Falls sich mit ITER und parallel durchgeführter Werkstoffforschung (IFMIF) zeigen sollte, dass das Tokamak-Design in den Gigawatt-Bereich vergrößert werden kann, soll das Nachfolgeprojekt DEMO ab etwa 2040 Strom ins Netz einspeisen und einen geschlossenen Tritium-Kreislauf demonstrieren.[3] Ein Erfolg der ITER-Experimente ist also nicht nur Voraussetzung für DEMO, sondern auch für eine verlässlichere Abschätzung, ob Stromerzeugung mit Fusionsenergie wirtschaftlich sein kann.[4]

ITER wird im Forschungszentrum Cadarache als gemeinsames Forschungsprojekt der sieben gleichberechtigten Partner Europäische Atomgemeinschaft, Japan, Russland, Volksrepublik China, Südkorea, Indien und USA entwickelt, gebaut und betrieben. Die USA waren von 1998 bis 2003 vorübergehend aus dem Projekt ausgestiegen, Kanada ist seit 2004 nicht mehr dabei. Zwischen der internationalen Atomenergieorganisation (IAEA) und dem ITER-Projekt wurde 2008 eine Zusammenarbeit auf Expertenebene vereinbart.[5] Frankreichs Ex-Staatspräsident Jacques Chirac bezeichnete das Vorhaben als das größte Wissenschaftsprojekt seit der Internationalen Raumstation.

Technik[Bearbeiten]

ITER funktioniert nach dem Tokamak-Prinzip. Der Reaktor wird zunächst ohne Fusionsreaktionen mit einem Plasma aus normalem Wasserstoff arbeiten, um dessen Stabilität zu optimieren; das ist erstmals für Ende 2020Vorlage:Zukunft/In 5 Jahren vorgesehen.[6] Mit Zusatz von Helium zum Plasma kann der Divertor bereits in dieser Phase optimiert werden. Der Betrieb mit Deuterium und Tritium ist erst ab 2027Vorlage:Zukunft/In 5 Jahren geplant.[7]

In das evakuierte toroidale Plasmagefäß werden einige Gramm Gas eingelassen und sehr stark erhitzt, so dass alle Atome ionisiert werden, also ein Plasma bilden. Das Plasma wird zusammengepresst von einem starken Magnetfeld, das mit Hilfe von supraleitenden Spulen erzeugt wird. Da das Plasma elektrisch leitend ist, kann darin durch zeitliche Änderung des Magnetfelds nach dem Prinzip des Transformators ein elektrischer Strom induziert werden. Dieser trägt wiederum mit seinem eigenen Magnetfeld zum Einschluss des Plasmas bei und bewirkt außerdem weitere Aufheizung. Diese Einschlussmethode erlaubt es, ein Plasma genügender Dichte so stark aufzuheizen, dass die Fusionsreaktion zündet. Die dabei entstehenden schnellen Neutronen tragen etwa 80 % der Fusionsleistung aus dem Plasma fort und geben den größten Teil davon im Blanket als Wärme ab, die im Fall von ITER aber nicht verwertet wird. Zur intensiven Kühlung der Blankets und der Gefäßwand dient Heliumgas, das in zukünftigen Kraftwerksreaktoren eine Turbine zur Stromerzeugung antreiben soll. Die restlichen 20 % der Fusionsleistung treten als Rückstoßenergie der in der Reaktion entstandenen Helium-4-Atomkerne auf; sie wird an das Plasma abgegeben und trägt erheblich zu dessen Heizung bei. Mit einer zusätzlichen äußeren Heizleistung von etwa 50 Megawatt (MW) „brennt“ das Plasma kontinuierlich weiter. Das Magnetfeld muss Geometrie und Einschluss des Plasmas aufrechterhalten. Es soll eine etwa 10-fache Leistungsverstärkung, also eine Fusionsleistung von etwa 500 MW erreicht werden. Damit ITER als erfolgreich gilt, muss dieser Zustand 400 Sekunden lang stabil bleiben. In einem anderen Betriebsmodus sind Brenndauern von bis zu einer Stunde vorgesehen bei einer Leistungsverstärkung von mindestens 5. Kurzzeitig soll eine Leistungsverstärkung von über 30 erprobt werden, wie sie für kommerzielle Reaktoren vorgesehen ist.[8] Ein Divertor führt das erzeugte Helium und die aus der Gefäßwand herausgeschlagenen Atome ab. Für die Erprobung der Blankettechnologie zur Neutronenvermehrung durch Beryllium und Gewinnung von Tritium aus Neutronen und Lithium sind drei Testflansche vorgesehen, an denen gleichzeitig sechs verschiedene Konstruktionen getestet werden können.

Schnitt durch den Reaktor des ITER. Rechts unten eine Person
Zusammenfassung der technischen Eckdaten
Gesamtradius 10,7 Meter
Gesamthöhe 30 Meter
Großer Plasmaradius 6,2 Meter
Plasmavolumen 837 Kubikmeter
Masse des Plasmas 0,5 Gramm
Magnetfeld 5,3 Tesla
Maximaler Plasmastrom 15 Megaampere
Heizleistung und Stromtrieb 73 Megawatt
Fusionsleistung rund 500 Megawatt
Energieverstärkung rund 10×
Mittlere Temperatur 100 Millionen Grad Celsius
Brenndauer jedes Pulses > 400 Sekunden

Standort[Bearbeiten]

ITER (Frankreich)
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Lage von Cadarache, Frankreich

Seit 2001 wurde über einen Standort für den ITER beraten. Standortbewerbungen kamen aus Frankreich, Spanien, Japan und Kanada. Bis 2003 gab es auch eine inoffizielle deutsche Bewerbung mit dem ehemaligen Kernkraftwerk „Bruno Leuschner“ Greifswald in Lubmin bei Greifswald. Damit wären die Anlagen für das weltgrößte Tokamak-Experiment in direkter Nachbarschaft zur Baustelle des weltgrößten Stellarator-Experiments errichtet worden. Der ITER-Förderverband Region Greifswald unter Führung des früheren Ministerpräsidenten Alfred Gomolka reichte 2002 eine vollständige Standortbewerbung bei der Landesregierung Mecklenburg-Vorpommern ein. Diese wurde jedoch vom zuständigen Ministerpräsidenten Harald Ringstorff nicht weitergeleitet. Im Sommer des Jahres 2003 zog Bundeskanzler Gerhard Schröder die Zusage des ehemaligen Kanzlers Helmut Kohl zur Bewerbung um den ITER-Standort zurück.

2005 konkurrierten noch Frankreich mit Cadarache und Japan mit Rokkasho um den Standort. Während die USA, Japan und Südkorea den Standort Rokkasho bevorzugten, stimmten die Europäische Atomgemeinschaft, die Volksrepublik China und Russland für Cadarache. Im November 2004 beschloss der EU-Ministerrat für die EURATOM einstimmig, ITER in Cadarache zu bauen, notfalls auch ohne die Beteiligung Japans, Südkoreas und der USA. Japan wurden Sonderkonditionen eingeräumt, falls der Reaktor in Europa gebaut werden sollte, woraufhin Japan seine Bewerbung zurückzog. Am 28. Juni 2005 entschieden die beteiligten Staaten gemeinsam, den Reaktor in Frankreich zu errichten, das sich damit zu umfangreichen Investitionen in die Infrastruktur wie Straßen, Stromversorgung, Datenleitungen sowie Wohnungen für die zukünftigen Forscher und deren Familien verpflichtete.

Finanzierung[Bearbeiten]

Am 21. November 2006 unterzeichneten die Projektteilnehmer im Elyséepalast in Paris den endgültigen Vertrag, der auch die Finanzierung des Baus regelt. Teilnehmerstaaten sind neben der Europäischen Atomgemeinschaft (EURATOM) die Staaten China, Indien, Japan, Russland, Südkorea und die USA. Der Vertrag trat am 24. Oktober 2007 in Kraft. Als Ausgleich für die Wahl eines europäischen Standortes wurde Japan ein mindestens zehnprozentiger Anteil an den Aufträgen zur Ausstattung des Reaktors sowie die Förderung japanischer Forschung aus Mitteln der EURATOM zugesagt.

Während der Bauphase trägt die Europäische Union bzw. EURATOM 5/11 der Gesamtkosten (etwa 45 %), wovon Frankreich 40 % aufbringt (2/11 der Gesamtkosten). Die übrigen sechs Projektpartner tragen jeweils 1/11 der Gesamtkosten (etwa 9 %) und stellen damit die verbleibenden 6/11 der Mittel. Ein Teil davon wird von jeder Partei als Sachleistung erbracht, die unabhängig von den endgültigen Kosten der Beschaffung und Lieferung zu erbringen sind. Die Kosten des Betriebs und der Deaktivierung werden zu 34 % von EURATOM getragen.[9]

Die Errichtung sollte zunächst gut 5,5 Mrd. Euro kosten (5,896 Mrd. EUR in Preisen des Jahres 2008). Schon im Juni 2008 mehrten sich Stimmen, die eine deutliche Kostensteigerung ankündigten.[10] Im September 2008 erklärte der stellvertretende ITER-Direktor Norbert Holtkamp auf dem 25. Symposium zur Fusionstechnologie in Rostock, dass die ursprünglich geplanten Kosten um mindestens 10 Prozent steigen würden, eventuell sogar um 100 Prozent. Zurückzuführen sei dies auf die stark gestiegenen Preise für Rohstoffe und Energie sowie teure technische Weiterentwicklungen.[11]

Im Mai 2010 teilte die Europäische Kommission mit, dass sich laut einer aktuellen Kostenschätzung ihr Anteil an den Baukosten von ehemals geplanten 2,7 Milliarden Euro auf 7,3 Milliarden Euro verdreifachen wird.[9] Die EU deckelte daraufhin die EURATOM-Mittel bei 6,6 Milliarden Euro. Darüber hinausgehende Kosten will sie durch Umschichtungen aus dem Agrar- und dem Forschungsetat decken.

Während die ITER-Organisation keine Kostenschätzungen abgibt, könnte nach einem aktuellen Worst-Case-Szenario des DOE der US-Anteil auf 6,9 Milliarden US-Dollar steigen, was etwa einer weiteren Verdreifachung der Kosten entsprechen würde.[12]

Projekthistorie[Bearbeiten]

Initiierung durch die Sowjetunion[Bearbeiten]

ehemaliges Logo

Bei Gesprächen mit den Präsidenten Frankreichs und der USA, François Mitterrand und Ronald Reagan, wurden 1985 aufgrund eines Vorschlages des sowjetischen Staatschefs Michail Gorbatschow eine Zusammenarbeit bei der Kernfusions-Forschung und der gemeinsame Bau eines Reaktors beschlossen.[13] Die Planungen begannen 1988 im deutschen Max-Planck-Institut für Plasmaphysik und führten 1990 zu einem ersten Entwurf des Versuchsreaktors. Bis 1998 wurde ein Design (ITER I) mit den Eckdaten 8,1 m großem Torusradius und 1500 MW Fusionsleistung ausgearbeitet.[14]

ITER-Vertrag[Bearbeiten]

Nachdem der ursprüngliche Entwurf in eine kleinere (500 MW), kostenreduzierte Version von ITER mit geringeren technischen Anforderungen gewandelt wurde, gaben die teilnehmenden Parteien am 28. Juni 2005 nach langen Verhandlungen den Startschuss für den Bau von ITER[14]. Der Beschluss umfasst den Bau eines Versuchsreaktors in Cadarache in Südfrankreich für insgesamt knapp 5 Milliarden Euro. Die Betriebskosten über die geplante Laufzeit des Reaktors von 20 Jahren würden ähnlich hoch sein. Am 21. November 2006 wurde in Paris der ITER-Vertrag von den sieben Partnern unter Teilnahme des damaligen französischen Staatspräsidenten Jacques Chirac unterzeichnet. Gleichzeitig fand die erste Sitzung des ITER Interim Council statt. Der Vertrag trat am 24. Oktober 2007 in Kraft, 30 Tage nachdem er vom letzten Vertragspartner China ratifiziert worden war.

Organisation[Bearbeiten]

Jeder der sieben Partner richtet eine eigene nationale Organisation ein, welche die Aufgabe hat, die vertraglichen Verpflichtungen des jeweiligen Landes gegenüber ITER zu erfüllen. Für die Europäische Atomgemeinschaft fällt diese Aufgabe der neu gegründeten Agentur Fusion for Energy – The European Joint Undertaking for ITER and the Development for Fusion Energy mit Sitz in Barcelona zu.

Von deutscher Seite am Projekt beteiligt sind das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching bei München, das Institut für Plasmaphysik (IEK-4) am Forschungszentrum Jülich und verschiedene Institute des KIT. Weitere wissenschaftliche Zentren liegen in San Diego (USA) und Naka (Japan).

Das Aufsichtsgremium (IC, ITER-Council) hat seinen Sitz in Moskau.

Das zentrale Management (IO, ITER Organization) mit 500 direkten Angestellten und 350 externen Mitarbeitern residiert im nahe der Baustelle gelegenen Dorf Saint-Paul-lès-Durance.[15] Alle zwei Jahre wird das Management einer externen Evaluation unterzogen.[16]

Baufortschritt[Bearbeiten]

Anfang 2007 begannen die Vorbereitungen für den Bau. 2009 war der Baugrund auf 42 Hektar plan. 2011 war die Baugrube für den Hauptkomplex ausgehoben (Seismic Pit, 130×90×17 m3) und der Rohbau des ersten Nebengebäudes, der über 250 m langen Poloidal Field Coils Winding Facility, fertiggestellt. Hier sollen die fünf größten der ringförmigen Spulen für das poloidale Magnetfeld gewickelt werden.[17] 2012 wurde im Seismic Pit das 1,5 m dicke Fundament gegossen. 2013 und 2014 wird auf 2 m hohen, schwingungsdämpfenden Sockeln die 1,5 m dicke Bodenplatte gefertigt, die das Reaktorgebäude und die nördlich und südlich angrenzenden Gebäude für das Tritium-Handling bzw. die Plasmadiagnostik erdbebensicher tragen wird. Zeitgleich wurde das Kontroll- und Verwaltungszentrum bezogen und die temporäre Halle errichtet, in der später die vier 30 m großen und 600 bis 1250 Tonnen schweren Teile des Kryostaten (Deckel, Boden und zwei Ringe) aus 52 von Indien gelieferten Einzelteilen zusammengesetzt werden.[18]

Bei der Konstruktion der Fertigungsanlagen und des Reaktors selber sind jedoch große Verzögerungen aufgetreten, "one year delay for each year of the project", mit entsprechenden Kostensteigerungen. Das Ergebnis der letzten Evaluation des Managements durch Madia & Associates fiel so vernichtend aus, dass die ITER-Organisation den Bericht unter Verschluss halten will.[19] The New Yorker hat die Executive Summary des Berichts veröffentlicht.[16] Die ITER-Organisation zeigt auf die Projektpartner: Das Management würde dadurch erschwert, dass jeder der sieben Projektpartner mit Rücksicht auf die heimische Industrie lieber Teile konstruiert und liefert als Geld zu überweisen. In zähen Verhandlungen werden Entwicklungs- und Fertigungsaufträge zerstückelt, mit dem Risiko, dass die Teile bei der Montage nicht zusammenpassen.[20] Neil Mitchell führt eine Übersicht über den Fertigungsstand der Zulieferteile (Stand: Ende 2013).[21].

Literatur[Bearbeiten]

  • Daniel Clery: „ITER’s $12 Billion Gamble“, in: Science 314, 2006, S. 238–242. doi:10.1126/science.314.5797.238
  • Rüdiger von Preuschen-Liebenstein: „Internationale ITER-Fusionsenergieorganisation: Wegbereiterin der Energieerzeugung durch Kernverschmelzung“ in: atw 2006,S. 622-625
  • N. Holtkamp: „An overview of the ITER project“, in: Fusion Engineering and Design 82, 2007, S. 427–434. doi:10.1016/j.fusengdes.2007.03.029

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Webseite des Projekts ITER. Abgerufen am 1. Januar 2013 (englisch).
  2. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatFrom experiment to power plant. European Fusion Development Agreement, abgerufen am 30. Dezember 2012 (englisch).
  3. iter.org: ITER & Beyond, 2013. Abgerufen am 2. Januar 2013.
  4. mdcampbell.com (ITER-Planungsbüro): Beyond ITER (PDF-Datei; 278 kB), updated 2005. Abgerufen am 8. Mai 2011.
  5. ITER, IAEA sign deal to move nuclear fusion research forward. In: Energy Daily, 13. Oktober 2008. Abgerufen am 8. Mai 2011.
  6. ITER Dodges Trouble With Superconducting Cables (27. Februar 2012)
  7. Physik Journal :: Hürde aus dem Weg geräumt :: pro-physik.de
  8. R. A. Pitts (ITER, Plasma Operations): The ITER Project, 2010.
  9. a b Mitteilung der Kommission an das Europäische Parlament und den Rat: ITER: aktueller Stand und Zukunftsperspektiven. Brüssel, 4. Mai 2010, KOM(2010) 226 endgültig.
  10. Der Spiegel, 11. Juni 2008: Fusionsreaktor: "Iter" angeblich vor Kostenexplosion, aufgerufen 8. Mai 2013
  11. Milliardenprojekt in Finanznot. Fusionsreaktor Iter wird deutlich teurer. Handelsblatt, 15. September 2008. Abgerufen am 8. Mai 2011.
  12. David Kramer: US taking a hard look at its involvement in ITER. Physics Today 67, 2014, S. 20, doi: 10.1063/PT.3.2271 (online).
  13. The ITER story. Abgerufen am 13. Juni 2013 (englisch).
  14. a b Max-Planck-Institut für Plasmaphysik: Der lange Weg zu ITER (PDF; 10,0 MB), 28. Oktober 2005. Abgerufen am 24. Juni 2013.
  15. iter.org: ITER Organization
  16. a b Raffi Khatchadourian: How to Fix ITER. The New Yorker, 28. Februar 2014.
  17. iter.org: Winding the largest magnets on site, Dez. 2011
  18. iter.org: kommentiertes Fotoalbum von der Großbaustelle.
  19. Daniel Clery (Science Editor): Updated: New Review Slams Fusion Project's Management, 28. Februar 2014.
  20. Alexander Stirn: Politik des Sonnenofens. Süddeutsche Zeitung, 4. Mai 2013.
  21. Neil Mitchell: Status of ITER and Progress on Critical Systems. CERN, 18. Dezember 2013.

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: ITER – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

43.7089065.77846Koordinaten: 43° 42′ 32,1″ N, 5° 46′ 42,5″ O