Het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) heeft, in opdracht van de Nucleair Research en consultancy Group (NRG), een materiaal ontwikkeld dat extreme warmtebelastingen aankan.

Het materiaal is ontwikkeld voor de internationale kernfusiereactor Iter, maar is ook voor andere extreme toepassingen te gebruiken, aldus ECN.

Een extreem thermo-proof materiaal is nodig voor het bouwen van een reactor, waarin het plasma een temperatuur van 100 tot 120 miljoen graden Celsius bereikt. ‘De reactorwand bevindt zich op twee tot drie meter daarvandaan en krijgt voornamelijk te maken met temperaturen tussen de 300 en 1100 graden Celsius. Soms wordt het plasma echter voor een milliseconde instabiel en kan het de wand raken’, vertelt Jan Opschoor van ECN.

De ECN-onderzoekers gebruikten wolfraam, een metaal dat sowieso al bekend staat als enorm hittebestendig. Zij voegden daar minieme verontreinigingen van yttrium aan toe om de prestaties verder te verbeteren. Ook ontwikkelden zij een speciaal spuitgietproces om het wolfraam gemakkelijk in alle mogelijke vormen te maken. Hierbij wordt een mengsel van plastic en wolfraam in de juiste vorm gegoten. Na uitharden wordt het plastic uit de vorm gestookt en de poriën die daarbij ontstaan dichtgesinterd (door verhitting tot dichtbij de smelttemperatuur). ‘Als je een materiaal gaat walsen en buigen, kun je je voorstellen dat het in een bepaalde richting uitrekt. Door het spuitgietproces is het juist zeer homogeen, met dezelfde microstructuur in drie dimensies. Dat maakt het sterker in alle richtingen’, aldus Opschoor.

Uit tests blijft het materiaal stabiel tot een temperatuur van ruim boven de 2000 graden Celsius. Ook een cyclus van duizend korte pulsen van 1,13 GW/m² (ter vergelijking: het vermogen van een grote elektriciteitscentrale op een oppervlakte van een vierkante meter) leiden niet tot scheurvorming, in tegenstelling tot conventioneel materiaal.

Naast Iter ziet Opschoor ook andere toepassingen. ‘Bijvoorbeeld in ovens of andere apparaten met plasma-achtige effecten.