Tritiumverluste stoppen: Neue Schutzschichten für die Fusionsenergie
Fraunhofer IWS und MPI entwickeln innovative Barriereschichten für
Kernfusions-Reaktoren
Tritium ist ein kostbarer Rohstoff für die
Energiegewinnung durch Kernfusion. Um dessen Verlust in künftigen
Fusionskraftwerken zu verhindern, entwickeln das Fraunhofer-Institut für
Werkstoff- und Strahltechnik IWS und das Max-Planck-Institut für
Plasmaphysik (IPP) neuartige Schutzschichten.
Das gemeinsame
Forschungsprojekt »TritiumStopp« zielt auf hocheffektive
Diffusionsbarrieren, die auch unter extremen Bedingungen standhalten.
Die kontrollierte Fusion von Wasserstoffisotopen gilt als Hoffnungsträger
für eine saubere und sichere Energiezukunft. Tritium spielt dabei eine
zentrale Rolle als Brennstoff. Sein ungewollter Austritt aus Reaktorwänden
oder Rohrleitungen wäre nicht nur teuer, sondern auch sicherheitsrelevant.
Die Herausforderung: Tritium-Atome sind so klein, dass sie sich selbst
durch Metallstrukturen hindurchbewegen können – ein Phänomen, das als
Permeation bezeichnet wird.
Schichtsysteme mit Industrieerfahrung
Das Projekt »TritiumStopp« setzt auf dünne Barriereschichten, die Tritium
am Durchdringen hindern. Anders als bisherige Forschungsansätze greift das
Fraunhofer IWS auf Schichttechnologien zurück, die sich bereits in
industriellen Hochleistungsanwendungen bewährt haben – etwa als
Verschleißschutz auf stark beanspruchten Werkzeugen. »Unsere Schichten
basieren auf etablierten PVD-Verfahren und lassen sich mit industriereifer
Technik auf reale Kraftwerkskomponenten aufbringen«, erklärt Dr. Volker
Weihnacht vom Fraunhofer IWS.
Die Forscher untersuchen verschiedene Schichttypen – darunter
Metallnitride, Oxide und diamantartige Kohlenstoffe – auf ihre
Barrierewirkung. Die Tests erfolgen unter Bedingungen, wie sie im
Fusionskraftwerksbetrieb zu erwarten sind: mechanischer Stress, thermische
Wechselbeanspruchung und insbesondere Neutronenstrahlung. Ziel ist es,
nicht nur kurzfristige Schutzwirkung nachzuweisen, sondern auch die
Langzeitstabilität der Schichten zu verstehen.
Materialdiagnostik und Messplätze im Fokus
Ergänzend zu diesen Tests führen die Forschenden detaillierte Analysen
durch. „Wir bringen langjährige Erfahrung darin mit, nachzuverfolgen, wie
sich Wasserstoffisotope in Fusionsmaterialien ausbreiten“, sagte Dr. Armin
Manhard vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching. An mehreren
Permeations-Messplätzen werden systematische Untersuchungen durchgeführt,
unterstützt durch hochauflösende Diagnostikmethoden. So sollen
werkstoffphysikalische Zusammenhänge aufgeklärt und die Wirkung einzelner
Prozessparameter präzise verstanden werden.
Neben den wissenschaftlichen Erkenntnissen will das Projekt konkrete
Konzepte für die Übertragung der Technologie auf Kraftwerkskomponenten
liefern. »Wir denken von Anfang an mit, wie sich unsere Ergebnisse später
in die Praxis überführen lassen – etwa in Form großflächiger
Beschichtungen oder integrierter Schutzsysteme«, sagt Dr. Weihnacht.
Forschungspartner
- Das Fraunhofer IWS entwickelt innovative Werkstoffe und Technologien, um
Tritium in Fusionsanlagen sicher zu handhaben – etwa durch spezielle
Oberflächenbeschichtungen, Tritiumbarrieren und Recyclingverfahren
- Das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) untersucht in Anlagen wie
ASDEX Upgrade, wie sich Tritium im Plasma verhält, wie es effizient
eingesetzt werden kann und wie Materialien auf den Kontakt mit Tritium
reagieren
Projektinformationen
- Titel: »TritiumStopp – Permeationsdichte Schichtsysteme als Tritium-
Barrieren in Fusionsanwendungen«
- Laufzeit: 2025–2028
- Partner: Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS,
Dresden | Max-Planck-Institut für Plasmaphysik IPP, Garching
- Förderung: Fraunhofer-Max-Planck-Kooperat
Über das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP)
Das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) erforscht die
physikalischen Grundlagen für ein Fusionskraftwerk, das Energie aus der
Verschmelzung von leichten Atomkernen gewinnen soll. Am Standort Garching
bei München betreibt es das Tokamak-Experiment ASDEX Upgrade, in
Greifswald den Stellarator Wendelstein 7-X. Die Arbeiten des IPP sind
eingebettet in das Europäische Fusionskonsortium EUROfusion. Mit rund 1100
Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern ist das IPP eines der größten Zentren
für Fusionsforschung in Europa.
www.ipp.mpg.de
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