Grünes Licht für Wolfram-Divertor
Das internationale Fusionsexperiment ITER könnte nach umfangreichen Untersuchungen und Diskussionen nun von Anfang an mit einem Divertor aus Wolfram ausgestattet werden. Zu diesem Ergebnis kam ein eigens zu diesem Thema eingerichtetes Final Design Review auf einem Treffen Ende Juni 2013. ITER ist der nächste große Schritt der Fusionsforschung. Mit einer Leistung von 500 Millionen Watt soll es die Energiegewinnung aus der Verschmelzung von Atomkernen erstmals im Kraftwerksmaßstab demonstrieren.
Von Jülicher Wissenschaftlern entwickelte „ITER-like Wall“ im Fusionsexperiment JET: Die Lamellenstruktur aus Wolfram im unteren Bildbereich ist zur Kenntlichmachung rot eingefärbt. Sie befindet sich an denjenigen Stellen der Brennkammer, die am höchsten mit der viele Millionen Grad heißen Fusionsmaterie belastet werden: im sogenannten „Divertor“. JET zeigt den Weg mit denselben Materialien wie vorgesehen, wenn ITER mit einem Divertor vollständig aus Wolfram ausgestattet wird.
EFDA-JET
Der ITER-Divertor befindet sich im unteren Teil der Brennkammer. Die Komponente wird unter anderem zum Kühlen und Abtrennen von Heliumatomen aus dem Plasma eingesetzt, die bei der Fusionsreaktion entstehen. Da es an einigen Stellen zum gewollten Kontakt mit dem mehr als 100 Millionen Grad heißen Plasma kommt, muss das Bauteil extrem hitzebeständig ausgelegt werden und über eine effiziente Wasserkühlung verfügen.
Ursprünglich sahen Wissenschaftler und Ingenieure zur Inbetriebnahme von ITER einen Divertor aus faserverstärktem Grafit vor: ein hitzefestes Material, das die Plasmaeigenschaften positiv beeinflusst. Grafit geht aber auch ungewünschte chemische Reaktionen ein und reichert sich mit radioaktivem Tritium an. Für den Dauerbetrieb sollte der Divertor daher erst zu einem späteren Zeitpunkt durch eine ausschließlich aus Wolfram gefertigte Variante ersetzt werden: das Element mit dem höchsten Schmelzpunkt, das die Fusionsreaktion aber schon durch kleinste Verunreinigungskonzentration gefährden kann.
Aufgrund des eingeschränkten Budgets fassten die Organisatoren von ITER ab September 2011 einen Verzicht auf den Grafit-Divertor ins Auge. „Insbesondere nach den letztjährigen Testläufen an der neu fertig gestellten ITER Divertor Test Facility in Russland sind wir optimistisch, direkt mit einem Divertor aus Wolfram starten zu können“, berichtet der Leiter der Final Design Review, Dr. Philippe Mertens vom Forschungszentrum Jülich. Ein Prototyp aus massivem Wolfram wurde in Tausenden Testzyklen Wärmeflüssen von bis zu 20 Megawatt pro Quadratmeter ausgesetzt – zehnmal größer als diejenigen in einer Flugzeugturbine oder an den Kernbrennstäben eines Spaltungsreaktors – ohne nennenswertes Materialversagen aufzuweisen. „Das Design der Wolframblöcke bedarf nur noch einer Verfeinerung der ausgeklügelten Geometrie, damit keine scharfen Metallkanten dem Plasma exponiert werden.“
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