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ODS-Kupfer für die Erste Wand des Fusionskraftwerks
CEP Freiberg beteiligt sich am Verbundforschungsprojekt DINERWA

Zu Jahresbeginn gab das BMBF grünes Licht für DINERWA, ein Forschungsprojekt, das mögliche Werkstoffverbunde für die Erste Wand eines künftigen Kernfusionskraftwerks untersucht. Dabei sind auch die Werkstoffe von CEP Freiberg gefragt.

Sie sollen eine Ausgleichsschicht zwischen der aus einem Wolfram-Werkstoff bestehenden Plasmaschutzschicht, welche dem heißen Reaktionsplasma am nächsten kommt, und dem Stahl der darunter befindlichen Blanket-Struktur bilden.

Natürlich müssen sämtliche Werkstoffe hochtemperaturbeständig sein. Doch das reicht nicht. Eine mindestens ebenso große Herausforderung besteht darin, dass sie der harten Neutronenstrahlung, die der Betrieb eines Fusionskraftwerks mit sich bringt, dauerhaft widerstehen. Klassische metallische Werkstoffe werden durch diese Strahlung binnen kurzem zerstört. Hingegen weiß man, dass oxiddispersionsverfestigte (ODS-) Werkstoffe ihr standhalten. So kommen auch die Kupfer-Hochtemperaturwerkstoffe von CEP Freiberg ins Spiel, denn bei ihnen handelt es sich um ODS-Kupfer. Allerdings werden in deren klassischer Ausführung gerade jene Bestandteile, auf die es ankommt, nämlich die Dispersoidteilchen, durch die Neutronenstrahlung aktiviert. Somit würde man letztlich strahlenden Schrott erzeugen, wie ihn die Kernfusion definitiv vermeiden will. Also gilt es, nicht aktivierbare Dispersoide zu erproben – unter gleichzeitigem Erhalt der ODS-Eigenschaften. Das ist der eine Teil des Beitrags von CEP Freiberg zu DINERWA.

Der andere Teil besteht darin, dicke Oberflächenschichten aus dem ODS-Kupfer auf dem Stahl der Tragstruktur (einem ODS-Stahl) zu erzeugen. Dass es gehen kann, zeigen bereits die „zufälligen“ Verbindungen, die beim heißisostatischen Pressen (HIP) zwischen ODS-Kupfer und dem Stahl der Kapsel entstehen (s. Bild unten). CEP Freiberg wendet dieses Herstellungsverfahren zuweilen für voluminöse Werkstücke an.

Praxistauglicher Schichtverbund aus ODS-Kupfer und Stahl: einer der Schwerpunkte eines ehrgeizigen Forschungsprojekts

Steckbrief Verbundforschungsprojekt DINERWA

Projektname:
Demonstration der industriellen Fertigung einer neutronenresistenten Ersten Wand mit maximierter Betriebdauer (DINERWA) – Teilvorhaben: Entwicklung eines niedrigaktivierenden ODS-Kupfers als Funktionswerkstoff für die Erste Wand

Fördergeber:
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Förderkennzeichen:
13F1003C

Projektpartner (neben CEP Freiberg):

  • Focused Energy GmbH, Darmstadt (Verbundkoordinator)
  • GSI Helmholzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, Darmstadt
  • Hermle Maschinenbau GmbH, Gosheim
  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe
  • Zoz GmbH, Wenden

Projektlaufzeit:
2025 – 2027