氚是核聚变反应的关键燃料,但其原子尺寸极小,易穿透金属结构(即“渗透”现象),导致反应堆壁或管道中的氚逸出,造成不可替代的战略资源损失。为解决这一问题,研究团队致力于研发可承受极端条件的薄涂层,以阻止氚在材料中的迁移。
弗劳恩霍夫IWS研究所采用的涂层技术基于物理气相沉积工艺,此前已在重载工具磨损防护等高性能工业场景中验证。该技术可通过生产就绪方案直接应用于反应堆基础部件。
项目团队对多种涂层类型(包括金属氮化物、氧化物及类金刚石碳)的防渗透性能展开研究。弗劳恩霍夫IWS的沃尔克·韦纳赫特(Volker Weihnacht)博士表示:“我们在模拟反应堆环境的条件下测试涂层性能,包括机械应力、热循环及高能粒子辐照。”研究目标为验证涂层的即时保护效果及长期稳定性。
马克斯·普朗克等离子体物理研究所的阿明·曼哈德(Armin Manhard)博士补充,团队依托长期专业经验,通过高分辨率离子束诊断技术,在多个渗透试验台上追踪氢同位素在聚变材料中的扩散行为。他强调:“我们将多种诊断方法整合,以揭示材料行为并定位工艺参数影响。”
除基础研究外,项目团队同步探索技术实用化路径。韦纳赫特博士指出:“从项目初期,我们即考虑通过大面积涂层或集成保护系统扩大成果应用范围。”该技术未来有望应用于聚变反应堆的规模化防护系统。
核聚变氢同位素反应被视为清洁能源的潜在解决方案,而氚的稳定供应与安全储存是技术商业化的关键前提。此次研究旨在为未来聚变电站提供可靠的材料防护方案。