Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zu einem Fusionskraftwerk

DURABLE

Designfreiheit für die Fusion durch additive Fertigung: Robustere Armierung und Materialverbünde zur Steigerung der Lebensdauer

Motivation

Die Herstellung von robusten Plasma-Wand Komponenten (PFCs), die alle anspruchsvollen thermo-mechanischen Anforderungen erfüllen, ist eine zentrale Herausforderung hin zu einem zuverlässigen und wirtschaftlichen Fusionskraftwerk. Ohne einer Lebensdauer in der Größenordnung von Jahrzehnten wird ein Kraftwerk nicht kosteneffizient sein, da der Austausch der Innenwand oder des Divertors eines Reaktors einen mehrmonatigen Aufwand und Kosten in der Größenordnung mehrerer Hundert Millionen Euro bedeutet. PFCs bestehen aus Werkstoffkombinationen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Dadurch entstehen im Betrieb thermisch induzierte Spannungen an der Grenzfläche, welche bis zur vollständigen Ablösung der Verbindung führen können.

Ziele und Vorgehen

Neue PFCs, werden simulationsgestützt entwickelt und mit Additiver Fertigung (AM) hergestellt. Als Lösungsansätze zur Vermeidung der thermisch induzierten Spannungen
wird der Verbindungsbereich als gradierter Aufbau realisiert, der unterschiedliche Dehnungen ausgleichen kann. Außerdem wird ein „Conformal Cooling“-Konzept
angewendet, womit das Temperaturfeld insbesondere für den Divertor homogenisiert und die Maximaltemperatur gesenkt wird.

Innovation und Perspektiven

Durch die genannten Ansätze sind größere PFCs mit höheren Belastungsgrenzen möglich, was die notwendige Anzahl reduziert und die Einhaltung der enormen Anforderungen an die Toleranzen vereinfacht. Durch neue Konzepte der PFCs und Einsatz von AM sollen die Versagensursache behoben und die Belastungsgrenzen der PFCs signifikant erhöht werden. Mit robusteren Komponenten steigen auch die Sicherheitsmarge und Wahrscheinlichkeit für Zulassung und erfolgreichen Betrieb eines Reaktors.

Presseaktivitäten der Verbundpartner

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toolcraft AG: Kickoff Bericht, veröffentlicht auf LinkedIn

PROJEKTDETAILS

Projektlaufzeit: 01.11.2024 - 31.10.2027
Projektvolumen: 6,6 Mio. Euro (zu 84 % durch das BMBF gefördert)

PROJEKTKOORDINATION

Niklas Prätzsch
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstraße 15
52074 Aachen

✉ niklas.praetzsch@ilt.fraunhofer.de

PROJEKTPARTNER

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Aachen

H.C. Starck Tungsten GmbH
Goslar

Forschungszentrum Jülich GmbH
Jülich

AMCM GmbH
Bonn

toolcraft AG
Georgensgmünd

ModuleWorks GmbH
Aachen

Access e.V.
Aachen

Reuter Technologie GmbH
Alzenau

Reuter Technologie GmbH (assoziiert)
Bergisch Gladbach

Gauss Fusion GmbH (assoziiert)
München