Die Vision klingt fast zu schön, um wahr zu sein: Ein Kraftwerk, das Energie so erzeugt wie unsere Sonne – durch Kernfusion. Sicher, klimaneutral und nahezu unerschöpflich. Doch der Weg von der physikalischen Theorie zur industriellen Realität führt über eine der größten Materialherausforderungen der modernen Wissenschaft. Im Zentrum dieser Herausforderung steht das neu gestartete Verbundprojekt DINERWA, bei dem Forscherinnen und Forscherinnen und Forscher der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR eine Schlüsselrolle spielen.
Das Akronym DINERWA steht für die „Demonstration der industriellen Fertigung einer neutronenresistenten Ersten-Wand mit maximierter Betriebsdauer“. Die „Erste Wand“ ist das Bauteil, das in einem Fusionsreaktor das millionengrad heiße Plasma unmittelbar umschließt. Sie muss Bedingungen standhalten, die kaum vorstellbar sind: gewaltige Hitze und ein permanentes Bombardement durch hochenergetische Neutronen. Herkömmliche Materialien würden unter dieser Belastung binnen kürzester Zeit versagen oder so spröde werden, dass ein sicherer Betrieb unmöglich wäre.
Hier setzt das Know-how der HFHF an. Das Projekt, das vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) mit rund 11 Millionen Euro gefördert wird, bündelt die Expertise von Wissenschaft und Industrie. Koordiniert wird das Vorhaben vom Laserfusions-Pionier Focused Energy, dessen Mitgründer und leitender Wissenschaftler Markus Roth gleichzeitig als Professor an der TU Darmstadt die Brücke zur hessischen Forschungslandschaft schlägt.
Eine weitere der zentralen Akteurinnen innerhalb der HFHF für dieses Projekt ist Maria Eugenia Toimil-Molares. Als Leiterin der GSI-Materialforschung und ausgewiesene Expertin in der HFHFfür Materialforschung bringt sie mit ihrem Team eine weltweit einzigartige Infrastruktur in das Konsortium ein. An den Beschleunigeranlagen von GSI/FAIR können die extremen Strahlungsbedingungen eines Fusionsreaktors simuliert werden.
Das Team um Toimil-Molares testet die im Projekt entwickelten neuartigen Werkstoffe – darunter oxid-dispersionsverfestigte (ODS) Stähle und innovative Kupferlegierungen – auf ihre sogenannte Strahlungshärte. „ Mit unserer Beteiligung wollen wir dazu beitragen, dass die weiterentwickelten Materialien den extremen Strahlungsanforderungen der Kernfusion standhalten. Unsere dedizierte Ionenbestrahlungsinfrastruktur und Know-how ermöglichen es, Materialien sowohl herzustellen, als auch unter extremen Bedingungen zu testen und zu optimieren. “, so Toimil-Molares. Nur wenn die Komponenten im Reaktor lange halten, können Wartungszeiten gesenkt und die Wirtschaftlichkeit künftiger Kraftwerke gesichert werden.
Mit Partnern wie dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und spezialisierten Firmen wird im Rahmen von DINERWA nicht nur im Labor geforscht. Es entstehen reale Testkomponenten, die am Hochwärmeflussteststand HELOKA geprüft werden. Der Weg zum „Stern auf Erden“ ist zwar noch weit, aber dank der engen Zusammenarbeit innerhalb der HFHF und mit externen Partnern rückt er jeden Tag ein Stück näher.