Broschüre "Kernfusion" - KIT - PL FUSION
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70.5°<br />
3.06 Å<br />
3.06 Å<br />
zeigten unter typischen Brüterbedingungen<br />
im Gegensatz zu austenitischen<br />
Stählen eine sehr gute Schwellresistenz,<br />
eine kaum messbare Helium-Hochtemperaturversprödungsowie<br />
eine sehr gute Bruchzähigkeit.<br />
Unterhalb einer Bestrahlungstemperatur<br />
von rund 400 Grad Celsius neigen<br />
diese klassischen ferritisch-martensitischen<br />
Stähle jedoch zu erheblicher<br />
Bestrahlungsversprödung und<br />
einem damit verbundenen starken<br />
Anstieg der Sprödbruch-Übergangstemperatur.<br />
Eine seit Beginn der 90er<br />
Jahre am Forschungszentrum Karlsruhe<br />
betriebene Legierungsentwicklung<br />
in Richtung niedrige Aktivierbarkeit<br />
brachte einen hochreinen<br />
RAFM-Stahl der Zusammensetzung<br />
9Cr-WVTa hervor, in welchem insbesondere<br />
die klassischen Hauptlegierungselemente<br />
Nb und Mo durch<br />
W und Ta ersetzt wurden. Diese<br />
Legierung ist unter dem Namen<br />
EUROFER zur europäischen Referenz<br />
geworden und die vorliegenden<br />
Daten zeigen, dass zumindest bis 40<br />
dpa eine wesentliche Verbesserung<br />
der radiologischen Eigenschaften<br />
auch mit einem deutlich verbesserten<br />
Bestrahlungsverhalten einhergeht.<br />
Signifikante Verbesserungen des<br />
Wirkungsgrads von Leistungsreaktoren<br />
sowie Einsätze in thermisch<br />
höchstbelasteten Divertorstrukturen<br />
setzen eine Erhöhung der oberen<br />
Einsatztemperatur von 550°C auf<br />
mindestens 650 °C voraus. Dazu werden<br />
in jüngster Zeit weltweit soge-<br />
Abb. 10: Am Forschungszentrum Karlsruhe<br />
entwickelter oxiddispersionsgehärteter Stahl<br />
„EUROFER-ODS“, in unterschiedlichen<br />
Halbzeugen, mit ca. 10 Nanometer kleinen<br />
Y 2O 3-Dispersoiden<br />
nannte oxiddispersionsgehärtete<br />
(ODS) Eisenbasis-Legierungen mit<br />
nanoskaligen Y 2O 3-Einschlüssen entwickelt.<br />
Der jüngst am FZK entwikkelte<br />
EUROFER-ODS Stahl hat eine<br />
homogene Verteilung von 8-12<br />
Nanometer kleinen Y 2O 3 Teilchen,<br />
kann schon in verschiedenen Halbzeugen<br />
hergestellt werden (Abbildung<br />
10) und zeichnet sich neben der<br />
erwarteten Hochtemperaturfestigkeit<br />
durch eine niedrige Aktivierbarkeit<br />
sowie durch sehr gute Duktilitätsund<br />
Sprödbrucheigenschaften aus.<br />
Des weiteren bestätigen erste Neutronenbestrahlungen<br />
die Erwartung,<br />
dass solche ODS-Legierungen mit<br />
homogen verteilten nanoskaligen<br />
Dispersoiden eine bisher unerreichte<br />
Bestrahlungsresistenz aufweisen.<br />
Die Entwicklung von fusionstauglichenSiC/SiC-Faserverbundwerkstoffen<br />
(SiC = Siliziumkarbid) ist<br />
sicherlich die größte Herausforderung<br />
der genannten Werkstoffklassen.<br />
Diese Verbundwerkstoffe zeichnen<br />
sich durch geringe Aktivierbarkeit<br />
und Nachzerfallswärme aus sowie<br />
durch sehr hohe Einsatztemperaturen.<br />
Die Wahrung der strukturellen<br />
Integrität muss aber zunächst für<br />
hohe Neutronendosen noch grundlegend<br />
nachgewiesen werden. Außerdem<br />
fehlen für große SiC/SiC-Komponenten<br />
die Herstellungstechnologie<br />
sowie ein geeignetes Auslegungsregelwerk.<br />
Abb. 11: Atomare Gleitvorgänge in<br />
einer Fe-Legierung während eines<br />
Zugversuchs, simuliert mit einem<br />
molekulardynamischen Code<br />
unter Verwendung fortgeschrittener<br />
Atompotentiale<br />
Schließlich hat in jüngster Zeit nicht<br />
zuletzt aufgrund der Verfügbarkeit<br />
leistungsfähiger Rechner die realitätsnahe<br />
Simulation von Werkstoffeigenschaften<br />
weltweit sprunghaft<br />
zugenommen. Ein maßgebliches Ziel<br />
der fusionsorientierten multiskaligen<br />
Werkstoffmodellierung ist ein ganzheitliches<br />
Verständnis von atomaren<br />
Verlagerungsvorgängen bis zum makroskopischen<br />
Bauteilverhalten. Abbildung<br />
11 zeigt als Beispiel eine molekulardynamische<br />
Simulation eines<br />
Zugversuchs mit experimentell bestätigten<br />
atomaren Gleitvorgängen. Die<br />
quantitative Modellierung und Simulation<br />
„vom Atom zum Bauteil“<br />
dient auch einer effizienten Werkstoffentwicklung<br />
und langfristig<br />
einer wesentlich verlässlicheren<br />
Vorhersage von Bauteillebensdauern.<br />
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