Ich liebe dieses Beispiel einer der komplexesten Formen, die ich mir vorstellen kann, weil es eine Menge Tiefe in der Form zu entpacken gibt. Beispiele wie dieses funktionieren oft gut für viele Zielgruppen, weil jeder seine eigene Interessensstufe wählen kann. Die vielen Schichten des Projekts können auf mehreren Ebenen ansprechen; man kann die visuelle Form schätzen oder die tiefe Wissenschaft hinter der Entwicklung der Form studieren. Da ich von Natur aus neugierig bin, tauche ich sofort ein.
Im Bereich der Architektur, wo räumliches Denken und räumliche Kreativität hoch geschätzt werden, schärft das Studium der Parametrisierung des Wendelstien 7-X Stellarators und der daraus resultierenden Form unser kritisches Denken und unsere analytischen Fähigkeiten, um solche Formen in unserer Arbeitswelt zu verstehen und zu produzieren. Ich finde die Form der supraleitenden Magnete des Stellarators skulptural und modern und bin tief bewegt zu wissen, dass die Form in erster Linie von Naturkräften abgeleitet ist. Die endgültige Form jedes Magneten ist so zart, kontemplativ und schön.
Schließlich stellt der Stellarator für mich das beste Ergebnis dar, das man sich von gemeinschaftlichem Design erhoffen kann. Eine einzelne Person hätte ein solches Design niemals entwickeln können. Das Fachwissen von mehreren Teammitgliedern musste zusammenkommen. Angewandte Mathematiker wurden benötigt, um das Plasma und die Magnetfelder genau zu modellieren; Experimentalphysiker wurden benötigt, um die genauen Kräfte zu berechnen und die Ergebnisse zu analysieren; und schließlich wurden Ingenieure benötigt, um das Ding sicher zu bauen. „Wenn das die zu erwartenden Kräfte sind, wie viel Versteifung und Struktur ist dann nötig?“
Um die verwendete Parametrisierung besser zu verstehen und um zu verstehen, warum es ein gemeinschaftliches Design braucht, um eine so komplexe Form zu erreichen, machen wir einen kurzen Abstecher in die Wissenschaft der Fusionsenergie. Wir werfen nur einen kurzen Blick auf das Thema – da dies ein Architekturblog ist, haben wir uns schon ziemlich weit von unserem ursprünglichen Thema entfernt, um eine komplexe Form zu studieren – aber es muss etwas über die Eigenschaften der Fusionsenergie gesagt werden, da sie die für das Design gewählten Variablen und Parameter stark beeinflussen. Die Verschmelzung der Kerne zweier Atome erfordert extreme Hitze und Druck. Dies wird im Labor mit sehr starken Magnetfeldern erreicht. Frühere Fusionsreaktordesigns verwendeten die Form eines Torus, genannt Tokamak, der die Form der Magnetfelder in der Natur nachahmt. Eine Illustration des Designs finden Sie unten (links) beim Joint European Torus, der in Oxfordshire, UK, untergebracht ist. Die Bilder geben keinen guten Eindruck von den großen Ausmaßen der Reaktoren, die weit größer als ein Mensch sind.
Die Deutschen waren mit ihrem Design deutlich ambitionierter. Der Stellarator (rechts) ist genauso groß und hat einige Ähnlichkeiten mit einem Tokamak, da er ebenfalls torusförmig ist (mit einem Loch in der Mitte wie ein Donut). Doch wer Mathe liebt, dem fällt sofort ein wichtiger Unterschied auf. Das Plasma des 7-X ist geknickt und gefaltet und schlingt sich quasi fünfmal um sich selbst. Dieses Verhalten wird von der verallgemeinerten Knotentheorie, in der solche Muster untersucht werden, vorhergesagt. Um zu verstehen, warum es ein effizienteres Design ist, wende ich mich der Analogie des Auswringens eines nassen Handtuchs zu.
Das Design des Tokamaks ist ähnlich wie der Versuch, Wasser aus einem Handtuch nur durch Kompression auszuquetschen. Wir alle lernen von klein auf, dass es viel effektiver ist, den Lappen zu verdrehen, um so viel Wasser wie möglich herauszubekommen. Das ist in der Tat das, was der Stellarator an den Wendepunkten tut; diese dem Design innewohnende Drehbewegung erhöht drastisch den Druck, der auf den fusionierenden Nukleus ausgeübt werden kann, was wiederum – in der Theorie – mehr Energie freisetzen sollte, als hineingesteckt wird.
Wissenschaftler verwenden keine abstrakte Knotentheorie, um diese Felder zu modellieren, weil sie in der Realität nicht genau genug ist. Die Knotentheorie suggeriert nur ihre Form. Um tatsächlich zu berechnen, welche Kräfte zu erwarten sind, bedarf es einer gemeinschaftlichen Konstruktion. Computational Fluid Dynamics spielen eine große Rolle bei der Modellierung, erstens des Plasmas und zweitens des Magnetfeldes. Sobald die Form, Gestalt und Dichte des Plasmas, das für die Kernfusion benötigt wird, bekannt ist, geht es darum, das Magnetfeld mit den erforderlichen Magneten zu parametrisieren, um es zu erzeugen.
Dieser wissenschaftliche Prozess resultiert in diesen wunderbar schlangenförmigen Magneten, die wahrscheinlich genauer als unterkühlte, supraleitende Magnete bezeichnet werden sollten. Nur so lassen sich ausreichend starke Magnetfelder erzeugen. Die Alienform der Magnete wird benötigt, um das Plasma unter sich zu kräuseln. Der Entwurf sieht 50 gebogene und 20 ebene Magnete vor, um die erforderliche Feldstärke und Form zu erzeugen. Die 50 gebogenen Magnete stellen eine unglaublich komplexe Form dar, sogar ihr Querschnittsprofil passt sich an, während sie das Plasma umkreisen. Und doch finde ich sie unheimlich skulptural, bereit, in einem modernen Kunstmuseum entdeckt zu werden. Und immer wieder komme ich auf die Idee zurück, dass sie nur ein Modell der Natur sind. Nur ein weiteres Element im Universum.
Die Bilder in diesem Beitrag werden der Form kaum gerecht. Jeder Ring ist einzeln wunderschön, und ich wünschte, ich könnte in einer Galerie um sie herumgehen, um ein Gefühl für ihre volle räumliche Wirkung zu bekommen. Um eine bessere Vorstellung davon zu bekommen, wie diese Objekte in 3D aussehen, empfehle ich den Lesern, sich das Video im Anhang zu diesem Beitrag anzusehen. Hoffentlich vermittelt es ein besseres Gefühl dafür, welche Art von 3D-Raum diese Objekte schaffen.