Materialtests unter Höchstbelastung

Den Schwerpunkt der Forschungsarbeiten im Hochtemperaturmateriallabor (HML) stellen Experimente zur Charakterisierung von Werkstoffen

und Komponenten für die Erste Wand und den Divertor, der im Bau befindlichen bzw. geplanten Fusionsanlagen ITER und DEMO dar. Diese dem Plasma zugewandten Materialien und Komponenten werden in hohem Maße durch Plasma-Wand-Wechselwirkungsprozesse beansprucht. Dabei handelt es sich zunächst um hohe stationäre thermische Lasten bis zu 20 MW/m2 während des zyklischen Plasmabetriebes. Darüber hinaus treten aber auch eine Reihe von transienten thermischen Pulsen mit Energiedichten bis ca. 50 MJ/m2 auf. Die genannten Belastungen stellen extrem hohe Ansprüche an die Auswahl der Materialien und die Produktionsprozesse der Komponenten. Wärmeflusstests mit Hilfe der Elektronenstrahlanlagen JUDITH 1 und JUDITH 2 werden erfolgreich eingesetzt, um die Qualität der Materialien und die Zuverlässigkeit der Wandkomponenten in punkto Versagensmechanismen und Lebensdauer zu bewerten.

Neben hohen Wärme- und Partikelbelastungen werden die Materialien in zukünftigen Fusionsanlagen zusätzliche Belastungen durch hochenergetische Neutronen erfahren. Diese Neutronen beeinflussen zum Teil in hohem Maße die Eigenschaften der Wandmaterialien und Komponenten. Daher kommt der Nachuntersuchung bestrahlter Materialien eine besondere Bedeutung zu. Um die Bestrahlungseinflüsse zu untersuchen werden Proben und kleine Bauteile in Materialtestreaktoren (z.B. HFR in Petten und BR-2 in Mol) bestrahlt und anschließend im HML untersucht.

Bestrahlungsprobe mit Bestrahlungskapsel in Vorbereitung für den Einsatz im Reaktor.

Bei diesen Untersuchungen handelt es sich einerseits um Referenz- und Nachbestrahlungscharakterisierung der thermo-physikalischen Eigenschaften und andererseits um Wärmeflusstests mit Hilfe der Elektronenstrahlanlage JUDITH 1 sowie der derzeit geplanten linearen Plasmaanlage JULE-PSI inklusive post-mortem Untersuchungen mit Hilfe mikroskopischer und metallographischer Methoden.

Die Arbeiten des HML erfolgen in enger Zusammenarbeit mit dem IEK-2 des Forschungszentrums sowie mit nationalen und internationalen Organisationen und Projekten (ITER, Fusion for Energy – F4E, EUROfusion, JET, ...).

Aufgrund der im HML vorhandenen Expertise auf dem Gebiet der Hochtemperaturmaterialien stellen neben den Arbeiten zu den verschiedenen Kernfusions-Projekten u.a. Arbeiten zur Entwicklung von Röntgendrehanoden, von Keramikdämmschichten in der konventionellen Kraftwerkstechnik und Hochtemperaturkeramiken für die Metallgussindustrie weitere, an Bedeutung gewinnende Themenschwerpunkte dar.

Der wissenschaftliche Artikel Material testing facilities and programs forplasma-facing component testing gibt einen Überblick über relevante Testeinrichtungen.

Kontakt

Dr. Gerald Pintsuk

Telefon 02461 61-6383
Telefax 02461 61-6435
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