Auf der Suche nach dem idealen Hitzeschild

Die Wahl geeigneter Wandmaterialien ist eine der Schlüsselfragen beim Bau zukünftiger Fusionsreaktoren. Über 200 Wissenschaftler treffen sich vom 13. bis 17. Mai in Jülich, um zu diskutieren, welcher Werkstoff am besten den Extrembedingungen in der Brennkammer standhält.

Die Ergebnisse der vom Forschungszentrum Jülich organisierten Konferenz fließen unter anderem in die Planung des Fusionsreaktors ITER, den nächsten großen Schritt der Fusionsforschung, ein. Noch in diesem Jahr soll über die Auskleidung der Brennkammer entschieden werden.

Fusionsreaktoren sollen durch die Verschmelzung von Wasserstoffatomen Energie gewinnen – so wie es auch im Innern der Sonne geschieht. Die Fusionsenergie gilt als klimafreundlich, sicher und praktisch unerschöpfliche Energiequelle.

Das wegweisende Fusionsexperiment ITER soll ab 2020 erstmals im Kraftwerksmaßstab die technologische Machbarkeit der Technologie demonstrieren. Wenn es gelingt, sie zu beherrschen, könnte die Fusion in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts maßgeblich zum Ersatz von Öl, Gas und Kohle beitragen.

Auf der Konferenz präsentieren Experten aus über 28 Ländern neue Ergebnisse, die Aufschluss darüber geben, wie sich ausgewählte Werkstoffe unter extremen Belastungen verhalten. Damit spätere Fusionsreaktoren kontinuierlich, ausfallsicher und kostengünstig arbeiten, dürfen die eingesetzten Materialien nur einem geringen Verschleiß unterliegen. Das heiße Gasgemisch in der Brennkammer von ITER erreicht über 100 Millionen Grad. Starke Magnetfelder halten das sogenannte Plasma von den Gefäßwänden fern.

Dennoch lassen sich Wechselwirkungen mit der Wand nicht vollständig vermeiden. Neben ausbrechenden Teilchen wirken eine intensive Neutronenstrahlung, losgelöstes Material und elektromagnetische Kräfte auf die Komponenten ein. Auch die Rückwirkungen durch abgetragenes Material sind zu beachten. Wenn es in das Plasma gelangt, darf es dieses nicht so stark beeinflussen, dass die Fusionsreaktion infolge der Verunreinigung erlischt.

Für die Fusionskammer von ITER wurden ursprünglich Schutzkacheln aus Grafit, Wolfram und Beryllium vorgesehen. Nach aktuellen Überlegungen spricht aber vieles dafür, die Innenwand nachfolgender Fusionskraftwerke vollständig mit massivem Wolfram auszukleiden. Das Element mit dem höchsten Schmelzpunkt bei 3422 Grad Celsius kann die Plasmaeigenschaften schon durch kleinste Verunreinigungen negativ verändern. Erste Tests mit einer solchen „ITER-like Wall“ aus Wolfram im weltweit größten Fusionsexperiment JET im britischen Culham fielen aber überraschend positiv aus.

Weitere Informationen:

14th International Conference on Plasma-Facing Materials and Components for Fusion Applications:

http://www.fz-juelich.de/conferences/PFMC-14/EN/Home/home_node.html

Institut für Energie- und Klimaforschung, Bereich Werkstoffstruktur und -eigenschaften (IEK-2):

http://www.fz-juelich.de/iek/iek-2/DE/Home/home_node.html

Institut für Energie- und Klimaforschung, Bereich Plasmaphysik:
http://www.fz-juelich.de/iek/iek-4/DE/Home/home_node.html
Iter-like Wall an JET:
http://www.fz-juelich.de/iek/iek-4/DE/Forschung/02_ILW/_node.html

Ansprechpartner:
Dr. Jochen Linke, Institut für Energie- und Klimaforschung, Bereich Werkstoffstruktur und -eigenschaften (IEK-2)
Tel. 02461 61-3230
j.linke@fz-juelich.de

Pressekontakt:
Erhard Zeiss
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