Fusion Ceramics

Fusion Ceramics

Fusion Ceramics
Herstellung Charakterisierung Qualifizierung
  • Schmelzbasierter Prozess für Kugeln aus Lithium-Keramik für die Anwendung als Tritium Brutmaterial in der Kernfusion
  • Prozessweiterentwicklung
  • Materialentwicklung
  • Simulation von Recycling und - Reprozessing
  • Kugel-Größenverteilung
  • Dichte
  • Porosität
  • Mikrostruktur
  • Phasenbestand
  • Mechanische Eigenschaften
  • Chemische Zusammensetzung
  • Verunreinigungen
  • Langzeitstabilität
  • Kompatibilität mit Strukturmaterialien
  • Thermische Leitfähigkeit von Kugelschüttbetten
  • Verhalten unter (e und n) Bestrahlung
  • Tritium Freisetzung
  • Aktivierung

Lithum-haltige Keramiken

z.B. Lithiumorthosilikat (Li4SiO4) und Lithiummetatitanat (Li2TiO3), werden als mögliche Tritiumquelle, als sogenanntes Tritium-Brutmaterial, zukünftiger Fusionsreaktoren entwickelt. Im aktuellen Design des Helium-gekühlten Feststoffblankets werden diese Keramiken als Schüttbetten mit Kugeldurchmessern ≤ 1 mm in den das Plasma umgebenden Blanketmodulen eingesetzt. Das instabile Wasserstoffisotop Tritium entsteht während des Betriebs des Reaktors unter Neutronenbeschuss durch Transmutation des Lithium-6-Isotops zu Helium und Tritium. Diese Keramiken sollen im europäischen Test-Blanketmodul eingesetzt werden, das in ITER im südfranzösischen Cadarache erprobt werden wird.

Die Herstellung der Lithiumorthosilikat-basierten Kugeln erfolgt über einen tropfenerzeugenden Schmelzprozess, der insbesondere bezüglich des einfachen Recyclings des Materials große Vorteile gegenüber einer pulvertechnologischen Prozessroute besitzt, da auf diese Weise Abfälle minimiert werden. Am KIT werden für den zukünftigen Einsatz in der Fusionstechnologie die Prozesstechnik sowie die Materialentwicklung und Evaluierung für Mischkeramiken aus Lithiumorthosilikat und Lithiummetatitanat vorangetrieben.

Die Kugeln werden umfassend charakterisiert bevor sie zur Erprobung in zumeist europäisch oder international koordinierten Experimenten eingesetzt werden. Während die Weiterentwicklung und Qualifikation des Materials im Rahmen des EUROfusion Programms und in Fusion for Energy (F4E) Projekten mit europäischen Partnern vorangetrieben wird, besteht daneben eine enge Zusammenarbeit mit den an ITER beteiligten internationalen Partnern, insbesondere mit QST in Rokkasho, Japan.