Temperaturen på plasmaet i den internationale fusionsreaktor, Iter, vil nå op på mellem 50 og 100 millioner grader, når reaktoren sættes i drift omkring 2018.

Det betyder, at de inderste vægge i reaktorkammeret bliver udsat for en enorm varmepåvirkning, hvor enkelte områder vil nå temperaturer på cirka 2.000 grader.

Derfor har forskere fra det nationale institut for laser, plasma og strålingsfysik, MEdC, i Bukarest udviklet og industrialiseret en teknik til overfladebehandling, kaldet Combined Magnetron Sputtering and Ion Implantation Technology, CMSII.

Overfladebehandlingen testes netop nu for første gang i samarbejde med britiske og tyske forskere i JET-fusionsreaktoren (Joint European Torus) i Storbritannien.

»Teknikken i sig selv er velkendt, men rumænerne har optimeret den, og gennem industrisamarbejdet udviklet den, så den kan benyttes i stor skala til at behandle overfladerne på de kakler, der er nødvendige for en test i JET,« forklarer Morten Eldrup, seniorforsker ved afdelingen for materialeforskning ved Risø DTU.

Han tilføjer, at løsninger af materialeproblemer er en væsentlig forudsætning for, at fusionsenergi skal blive en succes.

CMSII-teknologien skal i første omgang anvendes til at overfladebehandle cirka 1.000 kakler i JET-reaktoren med 10 mikrometer wolfram for at teste materialerne i en fungerende reaktor.

Kombination af to teknikker
CMSII kombinerer to teknikker, magnetron sputtering, der ’pådamper’ atomer på en overflade, og ion-implantering, der skyder ioner med høj energi ind i overfladen.

Det medvirker til, at de pådampede atomer fæstner sig stærkere til overfladen. Magnetron sputtering af for eksempel wolfram på overfladen af en prøve fungerer ved, at man sætter højspænding på et stykke wolfram, der er omgivet af en gas, for eksempel argon.

Der dannes argon-ioner, som bombarderer wolfram-stykket og slår wolfram-atomer ud. Disse atomer vil sætte sig på en overflade i nærheden, for eksempel overfladen af den prøve, som man ønsker at modificere.

Sættes yderligere et kraftigt magnetfelt på wolfram-stykket, vil der dannes flere argon-ioner, og sputtering-processen bliver dermed blive mere effektiv, forklarer Morten Eldrup:

»På den måde kan man forbedre materialerne, så de bedre kan håndtere den ekstreme varme fra plasmaet. De skal altså kunne tåle en kort, men meget kraftig varmepåvirkning, men samtidig lede varmen væk,« siger den danske materialeforsker.

Årsagen til den kraftige varmepåvirkning er, at plasmaet, der svæver i et magnetfelt, kan blive kortvarigt ustabilt, og derfor kan enkelte af de ekstremt varme partikler ramme væggen. Det svarer til at spilde en dråbe kogende vand på en metalplade.

»Hele pladen vil ikke blive varm, men det lille område, hvor dråben rammer, vil blive opvarmet ganske kortvarigt. Problemet er, at vi taler om så høje temperaturer, at plasmaet i den yderste konsekvens kunne smelte en lille del af reaktorvæggen. Derfor arbejder man så intenst for at finde de bedste materialer,« siger Morten Eldrup.

Den fortrukne løsning til Iters reaktortank er lige nu at bygge indervæggen af beryllium, der har et af de højeste smeltepunkter blandt letmetallerne, kombineret med kulfiber ved særlige kontaktpunkter og wolfram i reaktorkuppelen.