Russische Wissenschaftler haben bei der Herstellung von Materialien für thermonukleare Reaktoren wichtige Fortschritte erzielt. NUST MISIS hat zusammen mit den Spezialisten von JSC NIIEFA eine neue Technologie speziell für die Herstellung von Materialien für Schlüsselkomponenten entwickelt, die Plasma in thermonuklearen Reaktoren ausgesetzt sind. Diese Komponenten arbeiten in extremen Umgebungen und müssen harten Bedingungen wie hohen Temperaturen und der Einwirkung von Wasserstoffisotopen standhalten, was extrem hohe Anforderungen an die Materialleistung stellt.

Die neue Technologie kombiniert additive Fertigung (3D-Druck) mit klassischen Methoden, um erfolgreich einen bimetallischen Verbundwerkstoff aus Wolfram und Kupfer mit verbesserten Eigenschaften herzustellen. Mithilfe des selektiven Laserschmelzens, einem 3D-Metalldruckverfahren, erzeugten die Wissenschaftler zunächst eine poröse Struktur aus Wolfram und injizierten dann bei hoher Temperatur Kupfer in die Form, um ein Verbundmaterial zu bilden. Dieses Verbundmaterial kombiniert den hohen Schmelzpunkt von Wolfram mit anderen hervorragenden Eigenschaften von Kupfer und seine Leistung übertrifft die ähnlicher Materialien, die derzeit verwendet werden, bei weitem.

Nach der Optimierung gelang es den Wissenschaftlern, ein festes Probeverbundmaterial mit einer relativen Dichte von 96,7 % zu erhalten. Seine Duktilität wurde deutlich verbessert, und bei einer Verformung von 35 % wurde kein Bruch beobachtet, was für die Herstellung von plasmabeschichteten Komponenten von entscheidender Bedeutung ist. Plasmabezogene Komponenten bestehen häufig aus unterschiedlichen Materialien, was zuverlässige Verbindungen erschwert. Neue Technologien ermöglichen die Herstellung von Verbundwerkstoffen aus Wolfram und Kupfer, wobei die Vorteile jedes Materials optimiert und spezielle innere Strukturen erreicht werden.

Auch in Zukunft wollen die Wissenschaftler den 3D-Druck nutzen, um Prototypen plasmagestützter Komponenten herzustellen und thermische Belastungszyklustests durchzuführen, um die Auswirkungen von Bedingungen zu simulieren, die dem tatsächlichen Betrieb thermonuklearer Geräte nahe kommen. Gleichzeitig werden sie die Technologie optimieren, um die Porosität des Materials weiter zu reduzieren, und die funktionellen Eigenschaften des Materials in thermischen und Plasmaumgebungen eingehend erforschen.

Obwohl es noch Jahrzehnte dauern wird, bis die Technologie der thermonuklearen Fusion in der Praxis Anwendung findet, arbeiten die wichtigsten Weltraumforschungsnationen weltweit aktiv an ihrer Entwicklung. Möchte Russland auf diesem Gebiet wettbewerbsfähig bleiben, muss es die entsprechende Forschung weiter vorantreiben. Damit die Energieversorgung ziviler Nutzer funktionieren kann, muss die Kernfusion wirtschaftlich sein. Aktuelle Vorhersagen sind allerdings noch immer mit großen Unsicherheiten behaftet. Als wichtige Quelle kohlenstoffarmer Energie bleibt die Forschung zur thermonuklearen Fusion jedoch weiterhin von großer Bedeutung und wird auch weiterhin fortgesetzt. In diesem Prozess werden die 3D-Drucktechnologie sowie die Forschung und Entwicklung im Bereich Kernreaktoren weiterhin eine Schlüsselrolle spielen.