Werkstoff für die Erste Wand

9. Dezember 2025 | Allgemein | Verfasser: Michael Schmidt | Lesedauer: 3 min

Wie CEP Freiberg sich am Kernfusions-Forschungsprojekt DINERWA beteiligt

Seit diesem Jahr arbeitet CEP Freiberg in einem Verbundprojekt an der Entwicklung eines künftigen Fusionskraftwerks mit. Kupfer-Hochtemperaturwerkstoffe sollen eine Rolle beim Aufbau der sogenannten Ersten Wand des Reaktors spielen. Es handelt sich um jene Komponente, die dem heißen und strahlenden Plasma im Innern am nächsten kommt. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die beteiligten Werkstoffe.

Test-Fusionsreaktor ITER
Test-Fusionsreaktor ITER (Schnittdarstellung) – die Erste Wand im Inneren ist gut zu erkennen (Quelle: iStock, Filip Borshch)

Erster Demonstrator – für die Erste Wand

Erst kürzlich berichtete unser Blog darüber, dass CEP Freiberg an der Entwicklung eines neutronenresistenten Kupfer-Hochtemperaturwerkstoffs arbeitet. Der aktuell konkreteste Anlass hierfür ist die Mitarbeit an einem Forschungsprojekt, mit dem die werkstofftechnische und konstruktive Basis für das Innere eines künftigen Kernfusionskraftwerks geschaffen werden soll. Der Name des Projekts lautet: „Demonstration der industriellen Fertigung einer neutronenresistenten Ersten Wand mit maximierter Betriebsdauer“, kurz: DINERWA. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) fördert es mit rund 11 Millionen Euro. Mit „Erster Wand“ ist die innere Auskleidung des Reaktors gemeint – jener Teil der Anlage, der dem extrem heißen und starke Neutronenstrahlung erzeugenden Plasma am nächsten kommt. In unserem Bild vom Testreaktor ITER, der im französischen Cadarache errichtet wurde, ist die Erste Wand gut zu erkennen: die hellen Kacheln. Im Detail allerdings wird das künftige Fusionskraftwerk aufgrund des technischen Fortschritts anders aussehen als der Testreaktor.

Zweite Erprobung

Die Erste Wand ist somit schon die zweite Komponente eines Fusionsreaktors, in die Kupfer-Hochtemperaturwerkstoffe integriert werden sollen: Zuvor wurden sie, wie ebenfalls bereits berichtet, schon im Divertor erprobt. Die Anforderungen an den Werkstoff sind in beiden Fällen die gleichen: beim Abtransport von Wärme mitzuwirken und dabei der kombinierten Beanspruchung aus Hochtemperatur und Neutronenstrahlung zu widerstehen. Im Kern geht es also ein weiteres Mal um die bekannte LT-Eigenschaft unserer Werkstoffe, nur eben hier unter verschärften Bedingungen. Außerdem geht es darum, keine strahlenden Abfälle aus aktivierten Werkstoffen zu hinterlassen. Wahrscheinlich wird es sich bei der Ersten Wand letzten Endes um eine Verschleißkomponente handeln, die von Zeit zu Zeit erneuert werden muss.

Warum CEP Freiberg?

Prinzipiell haben sich oxiddispersionsverfestigte pulvermetallurgische Werkstoffe (ODS-Werkstoffe) im Vergleich mit klassischen Metallen beim Einsatz unter Fusionsreaktor-Bedingungen als resistenter erwiesen. Unsere Kupfer-Hochtemperaturwerkstoffe zählen bekanntlich zu den ODS-Kupfern. Zwar werden solche Werkstoffe nur von wenigen Metallurgie-Unternehmen erzeugt; trotzdem ist CEP Freiberg nicht der einzige Anbieter. Warum also wir? Es hat mit vor allem mit zwei Aspekten zu tun:

  • mit der Herstellung der ODS-Kupfer durch mechanisches Legieren und
  • mit der Fähigkeit zur großtechnischen Umsetzung.

Das genannte Verfahren erscheint derzeit als optimal geeignet, stabile Strukturen aus feinverteilten Dispersoiden nichtklassischer chemischer Zusammensetzung hervorzubringen. Genau darum aber geht es angesichts der Forderung nach Resistenz des Werkstoffs gegen Aktivierung. Mechanisches Legieren wird zumeist nur im Labormaßstab praktiziert; es gibt nur ganz wenige Anbieter, die das Verfahren wie CEP Freiberg großtechnisch anwenden. Zwischen Laborergebnissen und Anwenderpraxis aber klafft in diesem Fall eine große Lücke, so viel ist bereits klar. Das Projekt DINERWA ist auf eine spätere großtechnische Umsetzung hin ausgerichtet, auch wenn es selbst nur bis an deren Schwelle führen soll. Offenkundige Skalierungsprobleme versucht es daher von vornherein auszuschließen – deswegen CEP Freiberg.

Die Projektteilnehmer

Mit der Auswahl der anderen Projektteilnehmer aus der Industrie für DINERWA verhält es sich ähnlich. Es handet sich um die Hermle Maschinenbau GmbH (spezielle Oberflächenbeschichtungen) und um die Zoz GmbH (ODS-Stähle). Die wissenschaftliche Leitung des Projekts liegt in den Händen des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des Laserfusionsunternehmens Focused Energy. Sie haben die Industriepartner ausgewählt. Beteiligt sind auch das GSI-Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und – als assoziierter Partner – das Studienzentrum für Kernenergie im belgischen Mol.