Persistent research on thermonuclear magnetic confinement fusion has led to current design activities regarding a demonstration fusion reactor (DEMO). One predominantly challenging issue with respect to the realisation of a DEMO reactor is the design and manufacture of highly loaded plasma-facing components (PFCs) that have to sustain intense particle, heat and neutron fluxes during fusion operation. A particularly critical aspect with respect to PFCs in a DEMO reactor are transient wall loadings that can e.g. arise due to plasma instabilities in a tokamak. Such transient events can lead to very intense heat loadings (several tens of GW/m^2 for time periods of a few ms) on PFCs that in turn can damage the blanket structures of a reactor severely. In order to protect the wall of a fusion reactor against such events specific limiter PFCs are currently being investigated. These components are foreseen to baffle the short and intense heat pulses to the reactor walls in order that blanket structures behind these limiter components are not thermally overloaded or damaged. A possible material solution for such limiter PFCs is the use of tailored porous tungsten (W) materials. With such metamaterials, components can be realised that combine an overall low thermal conductance due to the incorporated porosity with the beneficial plasma-wall interaction properties of W.The talk will give an overview regarding the context in which the development of the abovementioned limiter components is currently being performed in the framework of EUROfusion DEMO activities. Furthermore, it will be presented how IPP is involved in these activities through the fabrication and investigation of tailored anisotropic W lattice structures that are fabricated by means of additive manufacturing. [mehr]

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Das Ziel dieser Arbeit war es, Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoffe auf Basis additiv gefertigter Vorformen herzustellen und zu charakterisieren. Dazu wurden 3D-Modelle sowohl für gitter-basierte als auch wabenbasierte Vorformen erstellt, die anschließend am Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik hergestellt wurden. In Vorexperimenten wurden optimale Fertigungsparameter ermittelt und damit Material basierend auf einer Gitter- oder einer Wabenstruktur mit einen Wolframvolumenanteil von 15%, 30% und 45% hergestellt. Neben Zug- und Druckproben wurden auch Proben zur Ermittlung der Temperaturleitfähigkeit gefertigt.In den Zug- und Druckversuchen konnte gezeigt werden, dass der auf Waben basierende Verbundwerkstoff nur für Belastungen parallel zu den Waben geeignet ist. In dieser Richtung hat der Werkstoff die höchste Festigkeit und zeigt gleichzeitig ein duktiles Verhalten beim Bruch. Senkrecht zu den Waben ist die Festigkeit deutlich geringer und der Werkstoff verhält sich sehr spröde. Der Gitter-basierende Verbundwerkstoff kann für alle Belastungsrichtungen eingesetzt werden, zeigt insgesamt aber eine geringere Festigkeit als ein Wabenbasierter in paralleler Lastrichtung. Ab einem Wolfram-Volumenanteil von 35% verhalten sich alle Proben unabhängig von ihrer internen Struktur bei Zugbelastung spröde. Ab diesen Wolfram-Volumenanteil sinkt ebenfalls die Temperaturleitfähigkeit sehr deutlich ab, weshalb dieser Wert für die Verwendung als Wärmesenke nicht überschritten werden sollte. [mehr]

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