Die „Erste Wand“ für ein Fusionskraftwerk: GSI/FAIR-Materialforschung bringt im Verbundprojekt DINERWA Expertise in Materialentwicklung und Strahlungshärte ein
13.01.2026 |
Diese News basiert auf einer Veröffentlichung des Karlsruher Instituts für Technologie KIT
Hitzefest, strahlenresistent und industriell herstellbar – mit diesen Eigenschaften soll die „Erste Wand“ künftiger Fusionskraftwerke den extremen Bedingungen im Reaktorinneren standhalten. Im neuen Verbundprojekt DINERWA, das vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) mit rund 11 Millionen Euro gefördert wird, entwickeln Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie unter der Koordination des Laserfusionsunternehmens Focused Energy neuartige Werkstoffe und Fertigungsprozesse. GSI/FAIR ist dabei mit zentraler Material- und Strahlungshärtetest-Expertise vertreten.
Einen Stern auf der Erde zünden – mit Kernfusion soll das möglich werden, weshalb Fusionskraftwerke als große Hoffnungsträger für saubere und nahezu unerschöpfliche Energieproduktion gelten. „Eine der größten technologischen Herausforderungen für zukünftige Kraftwerke ist dabei die ‚Erste Wand‘. Sie schirmt das heiße Plasma ab und muss enormen Temperaturen und Neutronenstrahlung standhalten“, erklärt Dr. Carsten Bonnekoh vom Institut für Angewandte Materialien (IAM). Im Verbundprojekt DINERWA („Demonstration der industriellen Fertigung einer neutronenresistenten Ersten-Wand mit maximierter Betriebsdauer“) entwickeln die Beteiligten aus Wissenschaft und Industrie dafür Werkstoffe und Fertigungstechnologien. Außerdem wollen sie Testkomponenten praktisch fertigen und unter kraftwerksähnlichen Bedingungen untersuchen.
GSI/FAIR ist mit seiner Abteilung Materialforschung wesentlich an dem Projekt beteiligt: Das Team trägt sowohl durch die Entwicklung und Herstellung für die Fusion relevanter Materialien als auch durch die Prüfung der Strahlungshärte der im Konsortium gefertigten Werkstoffe maßgeblich zum Projekterfolg bei.
Im Fokus des Projekts steht die Entwicklung von widerstandsfähigen Struktur- und Funktionswerkstoffen. Diese sollen den hohen Temperaturen und dem großen Neutronenfluss im Reaktorinneren möglichst lange standhalten, um Wartungskosten und damit verbundene Stillstandszeiten der „Ersten Wand“ zu reduzieren. Die Expertise der GSI/FAIR-Forschenden in der Materialherstellung und deren Charakterisierung unter extremen Strahlungsbedingungen bildet dafür einen zentralen Baustein.
Neben neuen Legierungen auf ODS-Basis – also oxid-dispersionsverfestigten Stählen und Kupferwerkstoffen – untersuchen die Projektbeteiligten auch nanostrukturiertes Wolfram und Hochentropie-Legierungen. Ergänzend entstehen Fertigungsverfahren, mit denen sich diese Materialien zuverlässig zu komplexen Modulen verbinden lassen. „So wollen wir eine deutlich verlängerte Lebensdauer der ‚Ersten Wand‘ erreichen, ihre industrielle Fertigung gewährleisten und einen wichtigen Schritt hin zur Wirtschaftlichkeit industrieller Fusionskraftwerke gehen“, sagt Professor Wolfgang Theobald, leitender Wissenschaftler beim Laserfusionsunternehmen Focused Energy und Projektleiter von DINERWA.
Wissenschaftlich begleitet wird diese Werkstoffentwicklung am KIT. Die Forschenden am IAM entwickeln und charakterisieren die neuen ODS-Stähle und -Kupferlegierungen, Partner übertragen die Laborergebnisse dann in größere Produktionschargen und fertigen daraus Testkomponenten. Diese werden anschließend am Hochwärmeflussteststand HELOKA (Helium-Kreislauf Karlsruhe) am KIT unter Bedingungen geprüft, wie sie auch in einem Fusionskraftwerk herrschen würden. „Wir wollen zeigen, dass sich die Materialien nicht nur im Labor bewähren, sondern auch unter realen Belastungen stabil bleiben“, so Bonnekoh, der die Arbeiten am KIT leitet. „Damit schaffen wir die Grundlage, um die heute noch experimentellen Materialien in künftigen Kraftwerkskomponenten tatsächlich einsetzen zu können.“
Professorin Maria Eugenia Toimil-Molares, Leiterin der GSI/FAIR-Materialforschung, betont: „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. Wir freuen uns, unsere Erfahrung in das DINERWA-Konsortium einzubringen, das einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung von Fusionsmaterialien für eine neutronenresistente „Erste Wand“ in Fusionsreaktoren der Zukunft leisten wird.“ (BP)
Über DINERWA
Das BMFTR fördert das Verbundprojekt innerhalb des Förderprogramms „Basistechnologien für die Fusion – auf dem Weg zu einem Fusionskraftwerk“ mit rund 11 Millionen Euro. DINERWA steht beispielhaft für die enge Zusammenarbeit von Forschungseinrichtungen und der Industrie in der Fusionsforschung und bildet die Basis für zukünftige Demonstrationsanlagen. Beteiligt sind neben dem KIT und dem koordinierenden Laserfusionsunternehmen Focused Energy außerdem als industrielle Partner die CEP Freiberg, die pulvermetallurgische Kupfer-Hochtemperaturwerkstoffe herstellt (ODS-Kupfer). Außerdem die Hermle Maschinenbau GmbH in Ottobrunn, die sich auf Additive Fertigung mittels Metall-Pulver-Auftrag spezialisiert (MPA-Verfahren) sowie die Zoz GmbH, die pulvermetallurgische Stähle herstellt. Auf Forschungsseite wirkt das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung an der Untersuchung der Strahlungshärte von Materialien mittels Ionenstrahlung mit. Assoziierter Partner ist das Studienzentrum für Kernenergie im belgischen Mol.
