Nieuwe materialen

ITER, Latijn voor ‘de weg’ en voorheen acroniem voor International Experimental Thermo­nuclear Reactor, is de volgende stap op weg naar een elektriciteit producerende fusie-energiecentrale. NRG is met de mul­ti-inzetbare Hoge Flux Reactor (HFR) in Petten, een belangrijke speler bij de kwa­lificatie van Eurofer, een chroomstaal dat in aanmerking komt voor toepassing in ITER. In 2005 is een uitgebreid rapport verschenen over de stralingsresistentie van dit speciale staal voor kernfusiecon­structies. NRG draagt daarmee bij aan de toekomst van kernfusie-energie voor een duurzame elektriciteitsproductie.

Een grote uitdaging in het tot stand bren­gen van kernfusie is de opsluiting van het fusieplasma met zijn enorme hoge tem­peratuur, met behulp van magnetische velden in een stalen vacuümvat. Deze wijze van opsluiting is noodzakelijk om de warmteoverdracht naar de wand van het reactorvat te beperken en het plasma op temperatuur te houden. NRG voert be­stralingsonderzoek uit voor het bepalen van de effecten van de neutronenstra­ling op breuktaaiheid in onderdelen van verschillende grootten en voor het meten van spanningsverlies door bestraling van voorgespannen bouten. Ook worden be­stralingsexperimenten uitgevoerd om het mechanische gedrag van Eurofer97 te on­derzoeken. Dit is het huidige belangrijkste kandi­daat-constructiemateriaal voor een com­merciële fusiereactor en is van de klasse van chroomstalen die gestabiliseerd zijn voor hoge temperatuur gebruik. Er is nog een extra eis voor geringe activering van de materialen door neutronen tijdens be­drijf, zodat complete recycling van een fusiecentrale binnen honderd jaar mogelijk is. Van het Eurofer zijn twee charges op industriële schaal geproduceerd volgens de specificatie van 1997. Momenteel vindt voor het materiaal van dit vat een grote in ternationale beproevingscampagne plaats op het gebied van kruip- en vermoeiingsinteractie vóór en na bestraling bij 450-550 °C. Ook worden de eigenschap pen van oxideversterkt Eurofer97 onder zocht voor en na bestraling. NRG werkt aan de kwalifi catie van het materiaal voor ITER en levert met het voornoemde rap port de belangrijkste bijdrage aan de Eu ropese database van eigenschappen onder bestraling.

Neutronen uit het plasma zijn noodzakelijk voor het kweken van tritium, dat naast deuterium in het fusieproces wordt gebruikt. In ITER worden testopstellingen geïnstalleerd voor zulke tritiumkweek mantels, de zogenaamde Test Blanket Modules (TBMs). NRG heeft vier geminiaturiseerde TBMs volgens het ‘heliumcooled pebble bed’ principe in de HFR bestraald tot ITER-relevante doses en deed daarbij onderzoek naar het thermomechanisch en fysisch-chemisch gedrag van het pebble bed materiaal.

Het onderzoek van NRG aan Eurofer97 en componenten zoals TBMs is van belang om de fabricagetechnologieën te kwalificeren van de kandidaat-materialen voor commerciële fusiecentrales. Deze kwalificatie is noodzakelijk voor gebruik in ITER waar strenge eisen gelden voor bedrijfszekerheid en betrouwbaarheid. ITER is een internationaal project waarin de Volksrepubliek China, de Europese Unie met Zwitserland (vertegenwoordigd door Euratom), India, Japan, Zuid-Korea, de Russische Federatie en de Verenigde Staten participeren. De bouw van ITER is gepland in Cadarache, Frankrijk.