Chinas HL-4 soll 25-Tesla-Magnete unter Fusionsbedingungen testen

Ein Härtetest für die nächste Magnetgeneration

China positioniert den geplanten Tokamak HL-4 – auch Huanliu-4 genannt – als technische Versuchsanlage für die nächste Entwicklungsstufe der magnetischen Fusion. Im Mittelpunkt steht nicht die sofortige Erzeugung von kommerziellem Strom. HL-4 soll vielmehr klären, ob Hochtemperatur-Supraleitermagnete (HTS) unter den kombinierten Belastungen eines Fusionsexperiments zuverlässig arbeiten können. 12

Tokamaks halten ein extrem heißes Plasma mit starken Magnetfeldern in einer ringförmigen Kammer eingeschlossen. In einem künftigen Fusionskraftwerk müssen die Magnete dabei nicht nur hohe Feldstärken liefern. Sie müssen zugleich intensive Wärmelasten, Strahlung und enorme elektromagnetische sowie mechanische Kräfte verkraften.

Genau diese Kombination unterscheidet einen Reaktortest von einer isolierten Prüfung im Labor. Konferenzunterlagen beschreiben HL-4 als Fusionsanlage der vierten Generation und als Plattform, auf der die Zuverlässigkeit von HTS-Hochfeldmagneten unter „komplexen Fusionsbedingungen“ systematisch überprüft werden soll. 810

HL-4 setzt die Huanliu-Reihe fort

Das Projekt ist als Nachfolger einer Reihe von Anlagen des Southwestern Institute of Physics (SWIP) geplant. Zu dieser Entwicklungslinie gehören HL-1, HL-1M, HL-2A und HL-3; letzterer war zuvor als HL-2M bekannt. HL-3 erreichte 2020 das erste Plasma und 2023 einen Hochkonfinementsbetrieb, den sogenannten H-Modus. 2627

Die Ergebnisse von HL-3 liefern den physikalischen Hintergrund für die nächste Maschine. Eine offizielle Mitteilung der China National Nuclear Corporation (CNNC) nannte für 2025 eine Ionentemperatur von 117 Millionen Grad Celsius und eine Elektronentemperatur von 160 Millionen Grad Celsius. 19 Andere Berichte beschrieben denselben Fortschritt als rund 120 Millionen Grad bei den Ionen und 160 Millionen Grad bei den Elektronen. 1825

Die vorsichtigere Einordnung lautet daher: HL-3 kam bei den Ionen auf etwa 117 bis 120 Millionen Grad Celsius. Entscheidend ist bei HL-4 jedoch nicht, einen weiteren Temperaturrekord aufzustellen. Die geplante Anlage soll zeigen, ob Magnete, Kühlung, Stromversorgung, Struktur und Steuerung den daraus entstehenden Reaktorbedingungen gemeinsam standhalten.

Der Plan für einen 25-Tesla-Magneten

Parallel zu HL-4 hat ein Innovationskonsortium im Jangtse-Delta ein Entwicklungsprogramm für HTS-Hochfeldmagnete angekündigt. Es wird von China Fusion Energy geführt und umfasst insgesamt neun Forschungs- und Industrieorganisationen, darunter Shanghai Superconductor, Eastern Superconductor, die Shanghai Jiao Tong University und die Shanghai Electric Nuclear Power Group. 56

Die Roadmap sieht bis 2028 zunächst eine Entwicklungs- und Testlinie für einen 25-Tesla-Hochtemperatur-Supraleitermagneten vor. Bis 2030 soll anschließend ein Magnetprototyp entstehen. 45

Die Zahl ist vor allem deshalb relevant, weil sie HL-4 mit einem breiteren industriellen Aufbau verbindet. Ein Fusionsmagnet besteht nicht nur aus supraleitendem Material. Benötigt werden auch Fertigungs- und Stützstrukturen, Kryotechnik, leistungsfähige Stromversorgungen, Prüfstände und eine verlässliche Integration in die Tokamak-Anlage.

Was der 582-Tonnen-Magnet zeigt – und was nicht

Wie anspruchsvoll diese Aufgabe ist, zeigt ein anderes chinesisches Fusionsprojekt. In Hefei wurde eine 582 Tonnen schwere supraleitende Spule fertiggestellt und getestet, die als weltweit größter Fusionsmagnet bezeichnet wird. Die D-förmige Spule ist rund 21 Meter lang und 12 Meter breit. Sie ist für den im Bau befindlichen Burning Plasma Experimental Superconducting Tokamak (BEST) vorgesehen. 113

BEST soll nach derzeitiger Planung um 2030 einen Nettoenergiegewinn aus Fusion und die Erzeugung von Elektrizität demonstrieren. 14 Der erfolgreiche Test des riesigen Magneten ist deshalb ein wichtiger Fertigungs- und Integrationsschritt: Er zeigt, dass zentrale Bauteile für den Einschluss eines extrem heißen Plasmas im Maßstab einer künftigen Reaktoranlage hergestellt und geprüft werden können.

Er bedeutet aber nicht, dass China bereits ein kommerzielles Fusionskraftwerk betreibt. Auch das Ziel von BEST für etwa 2030 ist eine geplante Demonstration. HL-4 und der 25-Tesla-Magnet befinden sich ebenfalls noch auf der Ebene angekündigter Entwicklungs- und Engineering-Meilensteine. 14

Fusion als Industrieprojekt

Zusammengenommen deuten HL-4, das 25-Tesla-Programm und die BEST-Hardware auf eine Strategie hin, die weit über die reine Plasmaphysik hinausgeht. China baut Fähigkeiten bei supraleitenden Materialien, der Magnetfertigung, großtechnischen Prüfungen und der Reaktortechnik auf und verknüpft Forschungseinrichtungen mit staatlich unterstützten Industrieunternehmen. 59

Fusionsenergie zählt im Zeitraum des 15. Fünfjahresplans bis 2030 zu den chinesischen Zukunftstechnologien. 33 In weiteren Berichten ist von Investitionen von mehr als 300 Milliarden Yuan bis 2030 die Rede. Diese Summe sollte allerdings als berichtete Schätzung aus Politik und Industrie verstanden werden – nicht als bestätigtes Budget speziell für HL-4. 37

Das strategische Ziel ist klar: China will Abhängigkeiten bei Ausrüstung und Materialien verringern, eine eigene Lieferkette für die Fusion aufbauen und den schwierigen Übergang von experimenteller Physik zu Reaktortechnik beschleunigen. Damit reiht sich das Programm in den internationalen Wettlauf ein, aus der kontrollierten Kernfusion eine praktisch nutzbare Energiequelle zu machen.

Der entscheidende Vorbehalt

Die Ankündigung zu HL-4 ist weniger die Nachricht, dass die Fusionsenergie bereits angekommen ist, als eine Ansage an die nächste große Ingenieursaufgabe. China will testen, ob Hochtemperatur-Supraleitermagnete unter Bedingungen funktionieren, die einem künftigen Fusionsreaktor näherkommen – mit einem damit verbundenen Ziel von 25 Tesla für einen Prototyp bis 2030.

HL-3s Hochtemperatur-Plasma, der 582-Tonnen-Magnet von BEST und der geplante Aufbau einer heimischen HTS-Lieferkette zeigen, dass Chinas Programm in eine stärker industrielle Phase eintritt. Die entscheidenden Belege stehen jedoch noch aus: zuverlässiger Langzeitbetrieb, ein dauerhaft positiver Energieertrag und wirtschaftlich konkurrenzfähiger Strom.