ITER kühlt 330-Tonnen-Magneten auf −269 °C ab und schickt 34.000 Ampere durch ihn hindurch: Was das für den Fusionsreaktor bedeutet

Auf dem Gelände des Internationalen Thermonuklearen Experimentalreaktors ITER im französischen Cadarache wurden die Tests an einer der größten Supraleitenden Magnetspulen des Projekts — der 330 Tonnen schweren Toroidalfeldspule Nr. 17 — erfolgreich abgeschlossen. Das Bauteil wurde auf 4 K (−269 °C) abgekühlt, in den supraleitenden Zustand versetzt und mit einem Strom von 34.000 Ampere beaufschlagt. Laut Angaben des ITER-Konsortiums ist dies ein Meilenstein, der es ermöglicht, das Verhalten des magnetischen Materials, konstruktive Verformungen und die Funktion der elektrischen Kontakte unter realitätsnahen Bedingungen zu überprüfen, noch bevor die Spule in der Reaktorschublade fixiert wird, wo jegliche Nachbesserungen unmöglich wären.

Warum man nicht auf die Reaktormontage warten kann

Der Strom von 34 kA entspricht exakt der Hälfte des Nennarbeitsstroms der Toroidalfeldspulen; der Volllastbetrieb sieht 68 kA vor. Dabei wird die Temperatur der Wicklung konstant bei −269 °C gehalten. Nach eigenem Bekunden der ITER-Ingenieure wurden solche Bauteile unter diesen Bedingungen noch nie zuvor getestet. Wie sich das supraleitende Material bei der Kombination aus extremer Kälte und gigantischen elektromagnetischen Feldern verhält, welche mechanischen Verformungen in der D-förmigen Struktur auftreten, wie sich die Kontakte an den Verbindungsstellen bewähren und was bei teilweiser lokaler Erwärmung geschieht — all diese Fragen waren bis vor Kurzem nur aus Berechnungsmodellen bekannt. Nach der Montage des Reaktors im Schacht wird es keine Antworten mehr geben: Entweder funktioniert die Anlage, oder das Projekt muss als gescheitert und die enormen Investitionen als verloren betrachtet werden. Genau deshalb ist die Kryo-Testanlage Magnet Cold Test Facility (MCTF) zu einem kritischen Element des Programms geworden: Sie ermöglicht es, jeden Magneten und die dazugehörigen Systeme vor dem Einbau in den Reaktorrumpf separat zu überprüfen.

Chronologie: Von Spule Nr. 7 bis zur Entnahme von Nr. 17

Die Tests an Spule Nr. 17 begannen im August 2026. Vor der Stromeinspeisung wurde die Konstruktion auf Betriebstemperatur abgekühlt, um den Übergang in den Supraleitungszustand zu gewährleisten. Dies ist nicht die erste Testkampagne in der MCTF: Bereits im Mai 2026 wurde dort die Toroidalfeldspule Nr. 7 überprüft, die auf 4 K abgekühlt und mit 10 kA betrieben werden konnte. Während dieser Kampagne maßen Ingenieure den elektrischen Widerstand der Wicklungsverbindungen und testeten das System zur Quench-Erkennung. Die MCTF erlaubt nicht nur das Testen der Magnete selbst, sondern auch der Kälteanlagen, Vakuumsysteme, Stromversorgungen, Stromschienen und der Steuerungselektronik — kurz: der gesamten Peripherie, die beim fertig montierten Reaktor für Diagnosen unzugänglich ist. Am 30. Oktober 2026 wurde Spule Nr. 17 aus dem Teststand ausgebaut und in ein Lager gebracht, wo sie auf ihren Einbau in den Reaktor wartet.

Wie es weitergeht: Spule Nr. 19 und Grenzbelastungstests

Das nächste Objekt in der MCTF wird die Reserve-Toroidalfeldspule Nr. 19 sein. Ihre Abkühlung auf 4 K ist für April 2027 geplant, gefolgt von einem Test bei 34 kA. Danach wird die Spule unter Volllast — mit 64 kA — getestet, um die Integrität der HochspannungsetIsolierung an allen Kontakten zu überprüfen. Unter Betriebsbedingungen steigt das Risiko von Verformungen durch extrem starke Magnetfelder, weshalb die Spule vor den Belastungstests zusätzlich durch einen Armierungsrahmen verstärkt wird. Temperaturtests sind ebenfalls vorgesehen: Abschnitte der Wicklung werden gezielt erwärmt, um die Stabilitätsreserve der Supraleitung und die Funktion der Schutzsysteme zu überprüfen. Da es sich bei Spule Nr. 19 um eine Reserveeinheit handelt, sind Tests oberhalb der regulären Normparameter zulässig — eine Option, die bei den regulären Betriebskomponenten nicht besteht.

Kontext: 18 Toroidalfeldspulen und multinationaler Zusammenbau

Das Design des ITER-Reaktors sieht 18 D-förmige Toroidalfeldspulen, sechs Poloidalfeldspulen und ein Zentrales Solenoid vor. Das Zentrale Solenoid, dessen Magnetfeld theoretisch einen Flugzeugträger halten könnte, wurde in den USA hergestellt; eine der größten Poloidalfeldspulen stammt aus Russland. Somit ist jede der in der MCTF getesteten Komponenten das Resultat multinationaler Zusammenarbeit, und ihre erfolgreiche Verprüfung mindert das systemische Risiko für das gesamte Projekt.

Verschobene Zeitpläne und der Weg zu Q=10

Die Realisierung des ITER-Projekts hinkt dem ursprünglichen Zeitplan deutlich hinterher. Im Jahr 2024 wurde der Start des wissenschaftlichen Reaktorbetriebs auf das Jahr 2034 verschoben. Der ursprüngliche Plan sah die erste Plasmagenerierung noch für 2025 vor, doch die COVID-19-Pandemie, Lieferverzögerungen bei Komponenten und die Notwendigkeit zur Behebung von Mängeln an Schlüsselelementen — der Vakuumkammer und dem Hitzeschild — verschoben den Zeitplan erheblich. Die ersten Experimente werden mit Wasserstoff- und Deuteriumplasma durchgeführt, was ein komplexeres Szenario darstellt als beim ersten Programmentwurf angenommen. Bis 2036 soll die volle Leistung und ein Nennplasmastrom von 15 MA erreicht werden, und 2039 sollen die Experimente mit dem Deuterium-Tritium-Gemisch beginnen. Genau in dieser Phase soll die Erzeugung von 500 MW Fusionsleistung bei einem Aufwand von 50 MW für die Plasmabeheizung demonstriert werden, was einem Energiegewinnfaktor von Q=10 entspricht. Der Beginn des Deuterium-Tritium-Programms hat sich gegenüber dem Zeitplan von 2016 um vier Jahre nach hinten verschoben. Dennoch ist das erfolgreiche Bestehen der MCTF-Tests durch Spule Nr. 17 ein konkreter, messbarer Schritt, der bestätigt: Das Magnettypsystem von ITER verhält sich konform zu den Berechnungsmodellen, und das Projekt bewegt sich trotz Terminverschiebungen weiter auf sein physikalisches Ziel zu.