In een fusiereactor heersen extreme omstandigheden. De wand van het reactorvat moet bijvoorbeeld tegen extreme hitte bestand zijn. Veel veelbelovende wandmaterialen zijn al eerder getest en daarbij te licht bevonden. Een wand met vloeibare metalen lijkt nu de oplossing. Vrijdag 21 mei werd bekend dat DIFFER, dat aan de oostzijde van de campus is gevestigd, en de TU/e een NWO Groot-beurs van 2,5 miljoen euro krijgen om een laboratorium te bouwen waar die nieuwe technologie kan worden onderzocht: het LiMeS-lab, wat staat voor Liquid-Metal Shield.

Wolfraam is een hittebestendig metaal, dat vaak als wandmateriaal dient. Maar zelfs dat materiaal redt het niet, ondanks een smeltpunt van 3422 graden Celsius. Projectleider Thomas Morgan van DIFFER: “Ter vergelijking, de wand vangt zwaardere klappen op dan een ruimteschip dat door de dampkring gaat.” Daarom werken fusieonderzoekers sinds een aantal jaren aan een nieuw type hitteschilden, gemaakt van wolfraam met vloeibaar metaal. In een vloeistof kan je immers geen deuk slaan; het kan niet scheuren, breken of barsten.

De wand van de reactor zou dan bestaan uit een sponsachtige structuur, waar het vloeibare metaal in zit. Peter Rindt, onderzoeker bij DIFFER en de faculteit Applied Physics, stelt: “We hebben eerder al aangetoond dat hitteschilden van vloeibaar metaal veelbelovend zijn op conceptueel niveau. De volgende stap is dit concept toepassen in een echte reactor.”

3D-printer

DIFFER en de TU/e ontwikkelden samen een plan om voor dit onderzoek een laboratorium te bouwen, waarin materialen en ontwerpen kunnen worden ontwikkeld en getest: het LiMeS-Lab. Het laboratorium bestaat straks uit twee hoofdonderdelen. Er wordt een 3D-printer gebouwd voor het printen van onder meer wolfraam, een veelbelovende productiemethode voor de benodigde sponsachtige structuren. Dat is een nieuwe technologie. Daarnaast wordt er een grote plasma-opstelling gebouwd, waarin een prototype getest kan worden. Het wordt dan met een plasma beschoten en ervaart bijna dezelfde condities als in een echte fusiereactor. Onderzoekers kunnen dan meekijken hoe het wanddeel de test doorstaat.

De 3D-printer komt in het Additive Manufacturing Lab van de TU/e. De plasma-opstelling wordt bij DIFFER gebouwd. De apparatuur kan ook worden ingezet voor andere vakgebieden waarbij hoge temperaturen een rol spelen, zoals bij andere energiebronnen, EUV-plasmalithografie en neutronenbronnen.

De naam LiMeS is niet alleen een verwijzing naar Liquid-Metal Shield, maar ook naar de Limes, de Romeinse grens- en verdedigingslinie die ook door Nederland liep. Want ook de wand van vloeibaar metaal moet straks een afdoende beschermlinie vormen tegen het hete plasma. De bouw van het lab duurt naar verwachting tot 2024 en dit project zal de intensieve samenwerking van de TU/e met DIFFER op het gebied van fusieonderzoek nog verder versterken.