Entwicklung von Materialien für Demo

Materialien für Fusionsanlagen müssen hohe Wärmeleitfähigkeit und annehmbare Verformbarkeit sowie die notwendige Duktilität und Festigkeit aufweisen. Außerdem müssen die Materialien im größten möglichen Ausmaß gegen Aktivierung durch Neutronenbeschuss resistent sein.

In einer vor kurzem publizierten Studie wurde das Bruchverhalten von 100 μm dicken gewalzten Folien aus 99,97 % reinem Wolfram untersucht. Die Analyse durch Elektronen-Rückstreubeugung (EBSD) zeigt eine in Walzrichtung gedehnte Körnung. Die Materialproben wurden mittels Funkenerosion (EDM) hergestellt. Risse wurden hintereinander mittels Diamantsäge, Rasierklinge und fokussierten Ionenstrahlen (FIB) angebracht. Das Bruchverhalten wurde bei Temperaturen von −196 °C bis 800°C getestet. Anfangs erscheinen Bruchverhalten und Festigkeit gegenüber dem Vollmaterial deutlich verbessert, was mit der stärkeren Verformung während der Herstellung der Folien zu erklären ist. Von Raumtemperatur bis zur höchsten Testtemperatur von 800°C verschlechtern sich diese Eigenschaften allerdings kontinuierlich. Überraschenderweise zeigen die Bruchflächen unter dem Rasterelektronenmikroskop (SEM), dass der Übergang von duktil auf spröde (DBTT) bereits bei Raumtemperatur erfolgt, was für Materialien auf Wolframbasis sehr ungewöhnlich ist. Das Bruchverhalten verändert sich vom Trennbruch bei -196 °C über Schichtablösung zum Verformungsbruch bei der höchsten Testtemperatur.

Ein zukünftiges Fusionskraftwerk wird mit supraleitenden Spulen arbeiten. Supraleitende Spulen werden auf tiefe Temperaturen abgekühlt und verbrauchen nach dem Einschalten keine Energie, der Spulenstrom fließt nahezu verlustlos. Für ITER sind Supraleiter aus Niob-Zinn vorgesehen. Im Kraftwerksprototyp DEMO werden Hochtemperatursupraleiter zum Einsatz kommen. 

M. Eisterer et al. (Technische Universität Wien) untersuchen die Auswirkung von Neutronenstrahlung auf industriell hergestellte Supraleiter.