Zou een diamant-wolfraamcoating een effectieve manier kunnen zijn om de binnenwanden van een kernfusie-reactor te verbeteren?

Antwoord

Zoals u in uw vraag aangeeft, zou de meest interessante toepassing van een diamant-wolfraamverbinding zijn voor de onderdelen van de binnenwand die in contact komen met plasma, namelijk de blanket, de first wall en het divertorsysteem. De componenten van fusiereactoren worden rechtstreeks blootgesteld aan het plasma, waardoor een zeer complexe omgeving ontstaat. Deze omgeving wordt gekenmerkt door extreem hoge warmtefluxen (in het bereik van enkele megawatts per vierkante meter), een blootstelling aan ionen en neutronen en thermische vermoeidheid. 

Deze combinatie van thermische vermoeidheid, thermische schokken en ionenbombardementen kan kritieke erosie veroorzaken, wat kan leiden tot aanzienlijke schade aan de betrokken onderdelen. Deze erosie is ook een belangrijke bron van verontreiniging van het plasma door onzuiverheden die vrijkomen uit de plasma-blootgestelde materialen, wat een negatieve invloed kan hebben op het systeem als geheel. 

In het geval van diamant leidt de erosie van C-atomen in het plasma via een C-H-reactie tot de verwijdering van tritium (een waterstofisotoop), dat de brandstof is voor de fusiereactie, met als gevolg dat het plasma instabiel wordt of, in het ergste geval, de fusiereactie stopt. 

Toch wordt er op dit gebied onderzoek gedaan om de toepasbaarheid van het diamant-wolfraamconcept te evalueren. In de huidige wetenschappelijke literatuur worden ook complete ontwerpen voorgesteld. Een voorbeeld hiervan zijn functioneel gegradeerde materialen van W/W-diamant/Cu-diamont/Cu.

Kort gezegd is het antwoord ‘misschien’, wat betekent dat dit soort coating op dit moment nog niet voldoende ontwikkeld is om te worden gebruikt op een plasma-blootgestelde component, maar het concept is intrigerend en wordt momenteel verder onderzocht.
 
---
Dr. Erich Stergar

Hoofd van de onderzoeksgroep Structurele Materialen