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Entwicklung neuer Kernmaterialien für eine nachhaltige Zukunft

Ein EU-finanziertes Projekt förderte die Verbindung zwischen nationalen und europäischen Programmen zur Harmonisierung und Umsetzung wissenschaftlicher und technischer Materialforschung für einen sicheren und nachhaltigen Nuklearsektor.
Entwicklung neuer Kernmaterialien für eine nachhaltige Zukunft
Das Projekt MATISSE lieferte die Grundlage für ein integriertes europäisches Forschungsprogramm, das innovative Materialien untersuchte, mit denen ein sicherer und nachhaltiger Nuklearsektor sichergestellt werden kann. Die Initiative umfasste eine Kombination aus Kooperationsprojekten sowie Koordinierungs- und Unterstützungsmaßnahmen von Forschungsinstituten.

Durch die Zusammenführung von 27 Organisationen aus zehn europäischen Ländern (darunter ein internationaler Partner aus Südkorea) ermöglichte MATISSE den Forschern die Teilnahme an den neuesten europäischen Initiativen zur Entwicklung fortgeschrittener Materialien für die Erzeugung von Kernenergie. Ziel war es, die Verbindungen zwischen den jeweiligen nationalen Forschungsprogrammen durch die Vernetzung und Integration von Maßnahmen im Bereich Materialinnovationen für fortgeschrittene Nuklearsysteme, den Austausch bewährter Verfahren unter den Partnern und die Entwicklung effizienter Kommunikationsinstrumente zu fördern.

„Unter der Schirmherrschaft des europäischen Energieforschungsbündnisses (EERA) haben die Projektpartner ein gemeinsames Programm für Kernmaterialien (Joint Programme on Nuclear Materials, JPNM) ins Leben gerufen, das die Koordinierung nationaler Initiativen, europäischer Fundraising-Programme und anderer Kooperationen künftig verbessern soll“, erklärt Projektkoordinator Dr. Pierre-François Giroux. Das Konsortium konzentrierte sich auf FuE-Aktivitäten, die von JPNM-Partnern als vorrangig eingestuft wurden, und trug zu Fortschritten in den Bereichen konventionelle Materialien, fortgeschrittene Materialien und Voraussagefähigkeit bei.

Neue Materialien mit verbesserten Eigenschaften

Das Projekt unterstützte drei durch das EERA-JPNM definierte „große Herausforderungen“ bezüglich der Ausarbeitung von Designregeln, Bewertungs- und Testverfahren, die für die erwarteten Betriebsbedingungen geeignet sind, sowie der vorgesehenen Materialien. Die übrigen Herausforderungen betrafen die Erstellung physikalischer Modelle in Verbindung mit einer fortgeschrittenen mikrostrukturellen Charakterisierung, um ein ausgeprägtes Verständnis für die Voraussagefähigkeit zu schaffen, und die Entwicklung neuer Materialien mit überlegenen thermomechanischen Eigenschaften und hoher Strahlungsbeständigkeit. „Diese drei großen Herausforderungen müssen angegangen und gelöst werden, um die Nukleartechnologie der vierten Generation in Bezug auf Sicherheit, Leistung und Kosten voll ausnutzen zu können“, betont Dr. Giroux.

Die Unterstützung der Entwicklung des JPNM zu einem integrierten Forschungsprogramm, an dem die Mitgliedstaaten, die Europäische Kommission und die wichtigsten europäischen Interessenvertreter beteiligt sind, war eines der Hauptziele des Projekts. In diesem Sinne wurde der Rahmen des MATISSE-Projekts für die Umsetzung des JPNM, einer mittel- bis langfristigen Strategie sowie eines Fahrplans und einer Zugangsregelung für große Forschungsinfrastrukturen verwendet.

Untersuchung von ODS-Legierungen und keramischen Verbundwerkstoffen

Das Konsortium erarbeitete Leitungs-, Finanz- und Managementstrukturen und implementierte gleichzeitig Programme für Bildung und Ausbildung, Vernetzung, Verbreitung und Kommunikation. Darüber hinaus identifizierten die Projektpartner vorrangige Bereiche für die Durchführung von Forschungsarbeiten, die zu signifikanten Ergebnissen in Bereichen wie der Bewertung der Auswirkungen von strahlungsinduziertem Härten und Kriechen auf die Leistung von ferritischen/martensitischen Legierungen führten. Die Wissenschaftler entschieden sich außerdem für funktionelle Beschichtungen, modifizierte Oberflächenschichten und klassifizierte Phänomene wie die Interaktion zwischen Hülle und Brennstoff sowie der durch die Umwelt unterstützten Korrosion von Stählen in flüssigen Bleilegierungen.

Die Forscher untersuchten des Weiteren das Potenzial von oxid-dispersionsverfestigten (oxide dispersion strengthened, ODS) Legierungen und keramischen Verbundwerkstoffen für moderne Brennstabhüllen sowie neuartige Strukturmaterialien für schnelle Neutronenreaktoren. „Sie analysierten und verbesserten den bisherigen Aufbau und die Eigenschaften von ODS-Stählen und keramischen Verbundwerkstoffen für Verkleidungsanwendungen, um die Datenbank kommerziell erhältlicher Materialien für schnelle Neutronenreaktoren-Prototypen zu erweitern“, so Dr. Giroux.

MATISSE legte Schlüsselprioritäten in der fortgeschrittenen Kernmaterialforschung fest, identifizierte Finanzierungsmöglichkeiten und harmonisierte dieses wissenschaftliche und technische Gebiet auf europäischer Ebene durch die Förderung komplementärer Forschung und die Maximierung von Synergien mit den Hauptakteuren in diesem Bereich. Dr. Giroux fasst zusammen: „Der Mix aus Forschung und Entwicklung sowohl bei konventionellen als auch bei fortgeschrittenen Materialien wirkt sich im Allgemeinen positiv auf Nuklearsysteme aus. Kurz- bis mittelfristig werden Prototypen mit Standardmaterialien gebaut und der erste Kern mit konventionellen Brennelementen betrieben, während langfristig fortgeschrittene Materialien getestet und qualifiziert werden, um sie schließlich in diesen neuen Nuklearsystemen einsetzen zu können.“

Fachgebiete

Nuclear Fission

Schlüsselwörter

MATISSE, nuklear, nachhaltig, europäisches Energieforschungsbündnis, Joint Programme on Nuclear Materials
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