Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zu einem Fusionskraftwerk

SHARP

Skalierbare High Power Reflektoren für Petawatt

Motivation

Die kommerzielle Nutzung der Laserfusion erfordert Repetitionsraten im Zehntelsekundentakt, was extrem hohe Anforderungen an optische Elemente und Spiegel hinsichtlich Strahlungsfestigkeit und thermischer Belastbarkeit stellt. Aktuelle Großoptiken erfüllen diese Anforderungen nicht. Eine hohe Spiegelreflektion (R > 99,5%) und Laserzerstörschwellen von einigen J/cm² für fs-Pulslängen sind unerlässlich und erfordern perfekte Substrate sowie höchste Präzision in der Schichtabscheidung. Für die Anwendung sind zudem thermische Aspekte zu beachten.

Ziele und Vorgehen

Das übergeordnete Ziel des Verbundprojekts SHARP besteht daher darin, eine neue Generation an großskaligen Hochleistungsspiegelsystemen zu entwickeln, die den Anforderungen zukünftiger Petawatt-Laserfusionsreaktoren gerecht werden.Ein zentraler Aspekt ist das Verständnis der thermischen Eigenschaften in Bezug auf Substrat, Material, Beschichtungstechnologie und Design. Durch interdisziplinäre Zusammenarbeit wird die gesamte Wertschöpfungskette abgedeckt, um die wissenschaftlichen Grundlagen bis zur praktischen Demonstration auf Komponentenlevel zu erarbeiten.

Innovation und Perspektiven

Die Herausforderung besteht darin, dass die Laserspiegel der bis zu 400 Beamlines extremen Belastungen über lange Zeiträume standhalten müssen. Die geplanten Parameter für Laserfusionsreaktoren kombinieren hohe Laserpulsenergien mit sehr hoher mittlerer Leistung. Für die Realisierung der neuartigen Systeme werden kombinatorische Schleif- und Polierprozesse für neue Superpolituren entwickelt. Gleichzeitig werden Methoden zur Abtragung imperfekter Substratoberflächen und Reinigungsstrategien erforscht. Thermische Stabilisierung und aktive Kühlung sind zudem zentrale Forschungsfragen. Neuartige Kühlstrukturen in Glassubstraten sowie thermomechanische Effekte fließen in die Schichtentwicklung ein. Innovative Ansätze wie quantisierende Nanolaminate und optisch transparentes Diamond-Like Carbon (DLC) unterstützen die Entwicklung. Neben der Gesamtsystemverwertung im Bereich der Laserfusion ergeben sich höchst attraktive Nebenverwertungsszenarien in den Zielmärkten der high-power Laseranwendungen und Lasermaterialbearbeitung sowie insbesondere für die nächste Generation von Substraten und Beschichtungen für die EUV-Lithografie.

Presseaktivitäten der Verbundpartner

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Fraunhofer IOF: Neue Hochleistungsspiegel für die Laserfusion

PROJEKTDETAILS

Projektlaufzeit: 01.01.2025 - 31.12.2027
Projektvolumen: 9,2 Mio. Euro (zu 82,8 % durch das BMBF gefördert)

PROJEKTKOORDINATION

Dr. Yakup Gönüllü
SCHOTT AG
Hattenbergstraße 10
55122 Mainz

✉ yakup.goenuellue@schott.com

PROJEKTPARTNER

optiX fab GmbH
Jena

SCHOTT AG
Mainz

asphericon GmbH
Jena

3D-Micromac AG
Wenden

LAYERTEC GmbH
Mellingen

robeko GmbH & Co. KG
Mehlingen

Cutting Edge Coatings GmbH
Hannover

Laser Zentrum Hannover e.V.
Hannover

Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF)
Jena

Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS)
Halle (Saale)