Broschüre "Kernfusion" - KIT - PL FUSION
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Abb. 28:<br />
Galvanisch mit Kupfer<br />
beschichtete Siliziumkarbid-Fasern<br />
bilden<br />
nach der Konsolidierung<br />
einen neuen<br />
Metallmatrix-Verbundwerkstoff<br />
(Foto: IPP)<br />
Neue Materialien für plasmabelastete<br />
Komponenten<br />
Metall-Matrix-Komposite<br />
Die Verstärkung von Metallen wie<br />
Kupfer oder niedrig-aktivierbarer Stahl<br />
durch keramische Fasern, insbesondere<br />
aus Siliziumkarbid, könnte zu<br />
thermisch hochbelastbaren Werkstoffen<br />
mit hoher Festigkeit führen.<br />
Grundlagenuntersuchungen sollen<br />
zeigen, ob diese Materialklasse, die<br />
insbesondere für die Luftfahrt entwickelt<br />
wurde, auch für die Anwendung<br />
in Fusionsanlagen angepasst<br />
werden kann. Dabei ist die Entwicklung<br />
der Grenzflächeneigenschaften<br />
zwischen der Faserverstärkung<br />
und der metallischen Matrix von entscheidender<br />
Bedeutung für die mechanischen<br />
Eigenschaften des Verbundmaterials.<br />
Entsprechend werden<br />
im IPP Modellkomposite synthetisiert,<br />
an denen die Phasenbildung an<br />
inneren Grenzflächen und die mikromechanischen<br />
Eigenschaften untersucht<br />
werden können (Abb. 28).<br />
Sperrschichten<br />
Wasserstoffisotope können sich in<br />
vielen metallischen Materialien<br />
leicht ansammeln oder auch durch sie<br />
hindurch treten. Im Falle von Tritium<br />
ist diese Permeation unerwünscht, da<br />
in einer Fusionsanlage das Tritiuminventar<br />
möglichst begrenzt und<br />
lokalisierbar sein muss. Dünne oxidische<br />
Beschichtungen auf Metallen<br />
können jedoch zu einer sehr starken<br />
Absenkung der Wasserstoffpermeation<br />
führen. Derartige Sperrschichten<br />
aus Aluminiumoxid werden im IPP<br />
gezielt durch einen atomaren Plasmaprozess<br />
abgeschieden. Durch die<br />
Einstellung der Ionenenergie während<br />
der Abscheidung konnte dabei<br />
eine stabile kristalline Mikrostruktur<br />
der Schicht erreicht werden. Experimente<br />
zeigten, dass durch diese<br />
Schichten eine Reduktion der Permeation<br />
von Wasserstoff um einen Faktor<br />
1000 erreicht werden kann.<br />
Wärmeflusstests an plasmabelasteten<br />
Komponenten<br />
Vom Magnetfeldkäfig berührungsfrei<br />
eingeschlossen, kommt das heiße Fusionsplasma<br />
nur abgekühlt und an<br />
wenigen, speziell ausgerüsteten Stellen<br />
– dem Divertor – in Kontakt mit<br />
der Gefäßwand. In Fusionsanlagen der<br />
nächsten Generation wie Wendelstein<br />
7-X und ITER ist die thermische Belastung<br />
dort dennoch beträchtlich:<br />
Bis zu 10 Megawatt pro Quadratmeter,<br />
kurzzeitig wesentlich mehr, sind zu<br />
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