Auricher Wissenschaftstage –
Forum einer dritten Kultur
Praktikum am Institut für Plasmaphysik in Jülich
vom 16. bis zum 27. Oktober 2006
Von Felix Düvel
In der Zeit vom 16.10.2006 bis zum 27.10.2006 habe ich ein Praktikum am Institut für Plasmaphysik (IPP) im Forschungszentrum Jülich absolviert.
Das Institut liegt außerhalb des Stadtkerns nahe eines Waldes, es ist von Jülich in ca. 10 Minuten mit dem Auto zu erreichen. Das Institut beschäftigt sich hauptsächlich mit der Forschung in den Feldern Festkörper, Energie, Bio- und Nanosysteme, Neurowissenschaften und Biophysik, Chemie und Dynamik der Geosphäre und Kernphysik. Neben der Forschung ist Öffentlichkeitsarbeit und Aufklärung die wichtigste Aufgabe am Forschungsinstitut.
Ich war hauptsächlich beim Tokamak Textor, das ist ein Fusionsreaktor, der mit Hilfe von dynamischen Spulen Plasma in einem künstlichen, runden Magnetfeld über mehrere Sekunden stabil halten kann. Der Textor gehört jedoch nicht zum Projekt Kernphysik, sondern zur Energieforschung.
Während in herkömmlichen Kernkraftwerken Atomkerne gespalten werden, werden
bei der Kernfusion je zwei Kerne miteinander verschmolzen. Diese zwei
unterschiedlichen Prozesse arbeiten dennoch nach dem gleichen physikalischen
Grundprinzip. Nach Einsteins berühmter Formel E = mc2
verwandeln sie Masse in Energie. Sind die bei der Fusion entstandenen Kerne/Teilchen
leichter als die Ausgangskerne, wird die Massendifferenz in Form von Energie frei.
Für die künstliche Kernfusion werden die schweren Isotope des Wasserstoffs – Deuterium (schwerer Wasserstoff) und Tritium (überschwerer Wasserstoff) – verwendet, diese liefern größte Energieausbeute bei der niedrigsten Plasmatemperatur. Weil es sich beim Textor jedoch um einen Forschungsreaktor handelt, wird in Jülich kein radioaktives Tritium verwendet, statt dessen wird die Fusion mit Wasserstoffatomen erreicht. Damit eine Fusion erreicht werden kann, werden die Wasserstoffisotope auf etwa 1000 Kilometer pro Sekunde beschleunigt und auf eine Temperatur von über 100 Mio. Kelvin erhitzt. Dabei wechseln sie in den vierten Aggregatszustand (Plasma). Mit beinahe Lichtgeschwindigkeit treffen die Atomkerne aufeinander und können so die Coulombsche Abstoßungskraft überwinden, dabei werden sie von Magnetspulen in einem Elektromagnetfeld in toroadialer Form gehalten.
In einem späteren Fusionsreaktor wird der Kern des schweren Wasserstoffs Deuterium (ein Proton, ein Neutron) mit dem Kern des überschweren Wasserstoffs Tritium (ein Proton, zwei Neutronen) zum Helium-4-Kern (zwei Protonen, zwei Neutronen) unter Aussendung eines Neutrons fusionieren. Das Neutron bindet ca. 80% der Energie an sich und kann aufgrund seiner neutralen Ladung das elektromagnetische Feld ungehindert verlassen. Sie werden in der Ummantelung der Plasmakammer in Blankets abgebremst. Dadurch entsteht Wärme, die über einen konventionellen Dampfkreislauf in Elektrizität umgewandelt werden kann. Die Energie, die das Helium an sich gebunden hat, trägt zur Aufheizung des Plasmas bei. Die gesamt gewonnene Energie liegt bei etwa 17,6 MeV.
In meiner Praktikumszeit habe ich sehr viel über den Fusionsreaktor erfahren, viele Doktoranten haben mir ihre Doktorarbeit oder ihr aktuelles Forschungsprojekt vorgestellt und ich durfte Messergebnisse auswerten oder andere einfache Arbeiten erledigen. Durch das entspannte Arbeitsklima und die gute Atmosphäre im Institut hat mir die Arbeit sehr viel Spaß gemacht und ich hab mich auf jeden weiteren Tag in Jülich gefreut.
Abschließend möchte ich mich bei allen Organisatoren der Auricher Wissenschaftstage und bei meinen Betreuern im Jülicher Forschungsinstitut bedanken. Ich kann es auch jedem empfehlen, der die Möglichkeit hat, an einem Praktikum der Auricher Wissenschaftstage teilzunehmen, denn das Praktikum war eine sehr interessante Erfahrung und ein guter Einblick in die wissenschaftliche Forschung.