Forschung für eine neue Primärenergiequelle mittels LFA und DSC

Forschung für eine Gesellschaft im Wandel: Mit dieser Mission arbeiten im Forschungszentrum Jülich über 7000 Menschen an Optionen für die digitalisierte Gesellschaft, ein klimaschonendes Energiesystem und Ressourcen schützendes Wirtschaften. Natur-, Lebens- und Technikwissenschaften in den Bereichen Information, Energie und Bioökonomie verbinden wir mit besonderer Expertise im Höchstleistungsrechnen und setzen einzigartige wissenschaftliche Infrastrukturen ein. Das Forschungszentrum Jülich zählt als Mitglied der Helmholtz-Gesellschaft zu den großen interdisziplinären Forschungszentren in Europa. Im Institut für Energie- und Klimaforschung, Bereich Plasmaphysik (IEK-4) werden Themen rund um die Plasma-Material Wechselwirkungen erforscht. ´Wir sind Teil einer weltweit vernetzten gemeinsamen Anstrengung, Kraftwerke auf der Basis von Kernfusion zu realisieren. Wir wollen den Prozess, mit dem die Sonne und andere Sterne ihre Energie erzeugen, auch auf der Erde in Gang setzen und damit eine sichere, umweltfreundliche und langfristig zur Verfügung stehende Energieversorgung entwickeln`, heißt es auf der Website des Forschungsinstitutes. (Quelle: Plasmaphysik (IEK-4) (fz-juelich.de))

Heute erfahren wir mehr zu deren aktueller Forschung:

Im Hochtemperatur-Materiallabor (HML) des IEK-4 wird derzeit Forschung für eine neue Primärenergiequelle betrieben: In ITER¹, einem Fusionsreaktor, der derzeit in Süden Frankreichs errichtet wird bzw. DEMO², dem nächsten Schritt in Richtung zukünftiger kommerzieller Nutzung der Kernfusion, treten im Betrieb hohe stationäre (bis zu 20 MW/m²) und transiente (im Bereich von GW/m² für µs bis ms) thermische Belastungen auf. Diese erfordern Materialien und Komponenten, die einerseits eine hohe Thermische StabilitätEin Material ist thermisch stabil, wenn es sich unter Temperatureinfluss nicht zersetzt. Eine Möglichkeit, die thermische Stabilität einer Substanz zu bestimmen ist die Verwendung eines TGA (thermogravimetrischer Analysator).thermische Stabilität aufweisen und andererseits die Wärme auch entsprechend schnell abführen können.

^{1ITER: International Thermonuclear Experimental Reactor: Ein Versuchs-Kernfusionsreaktor mit dem Fernziel der Stromerzeugung aus Fusionsenergie.}

^{2DEMO: DEMOnstration Power Plant: Das Nachfolgeprojekt zum Kernfusionsreaktor ITER. Es soll zukünftig der Entwicklung von Technologien, Steuerungsalgorithmen und physikalischen Betriebsbereichen dienen.}

Als typisches Beispiel dient die Temperaturverteilung in einer Divertorkomponente im Monoblockdesign bestehend aus Wolfram, dem plasmabelasteten Material, einem CuCrZr-Rohr und einer Zwischenschicht aus reinem Kupfer zur Kompensation der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Wolfram und CuCrZr.

Das Hochtemperatur-Materiallabor (HML) des IEK-4 im Forschungszentrum Jülich dient hauptsächlich der Charakterisierung und Qualifizierung dieser Materialien und Komponenten vor aber auch nach Neutronenbestrahlung durch Belastung mittels Plasma- und Elektronenstrahlanlagen sowie damit verbundener Nachcharakterisierungsmethoden. Im Thermophysiklabor des HML des IEK-4 werden einerseits mittels der Laser Flash-Anlage NETZSCH LFA 427 die TemperaturleitfähigkeitDie Temperaturleitfähigkeit (a mit der Einheit mm2/s) ist eine materialabhängige Stoffeigenschaft zur Charakterisierung des instationären Wärmetransports. Sie gibt an, wie schnell ein Material auf eine Temperaturänderung reagiert.Temperaturleitfähigkeit bis 2800°C und andererseits mittels einer altgedienten DSC 404 C Anlage als auch einer DSC 404 F1 Pegasus^®® die Wärmekapazität von metallischen und keramischen Materialien bis zu 1575°C bestimmt.

Dies reicht von Wolframlegierungen und -kompositen über Kohlefaser-verstärkte Kohlenstoffkomposite und Graphitfilze, u.a. für die Raumfahrt, bis hin zu keramischen Isolatoren im Bereich Turbinenschaufeln und toxischen Materialien, wie z.B. Beryllium. Zudem werden Vorbereitungen getroffen, um in Zukunft zusätzlich die Möglichkeit der Messung an schwach radioaktiven Proben zu bieten und in weiterer Folge steht ein weiterer Ausbau der Testmöglichkeiten von hoch radioaktiven Materialien durch Installation von Anlagen in der Heißen Zelle (engl.: hot cell) zur Diskussion.

Der Beginn der Kollaboration mit der NETZSCH-Gerätebau GmbH reicht bereits viele Jahre zurück. Der Austausch geht heute weit über die Beteiligung am Arbeitskreis Thermophysik und die Durchführung von Round Robin Tests hinaus - insbesondere dann, wenn außergewöhnliche Problemstellungen nur durch Kombination von Expertise im Haus mit jener der Firma NETZSCH zu lösen sind.“

Vielen Dank an Herrn Gerald Pintsuk vom Forschungszentrum Jülich für den Einblick in die Arbeit der Primärenergiequellen-Forschung! 

Wir freuen uns auf eine weiterhin so partnerschaftliche und erfolgreiche Zusammenarbeit.

Erfahren Sie mehr zu unseren Analysegeräten:

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  LFA 427
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  DSC 404 F1 Pegasus^®