En ny metod för fogning som håller för extrem värme kan ge svensk forskning och industri en plats i den snabbt växande internationella fusionsindustrin för tillverkning av koldioxidfri el. Nu tilldelas Farid Akhtar, professor i materialteknik priset som Årets innovatör vid Luleå tekniska universitet för sin innovation att foga samman material som tål höga temperaturer.

– Det här är fantastiskt roligt och en bekräftelse på att forskning från Luleå tekniska universitet kan bidra till framtidens energisystem. Priset tillhör också mina forskarkollegor på materialteknik och våra samarbetspartners på CoorsTek, för det här är verkligen ett lagarbete¸ säger Farid Akhtar.

Fusion, där lätta atomkärnor slås samman under värme och tryck, har potential att ge stora mängder koldioxidfri el dygnet runt utan långlivat kärnavfall. För att fusion ska bli verklighet krävs material som klarar några av de mest extrema miljöerna som finns. En av de största utmaningarna är de komponenter som sitter närmast det flera miljoner grader heta plasmat i reaktorn som frigör energin i form av extrem värme och strålning, som sedan omvandlas till ström. Komponenterna måste tåla extrem värme samtidigt som värmen effektivt leds bort.

Dagens lösning kombinerar volfram, som tål mycket höga temperaturer, med koppar, som leder bort värmen. Men materialen utvidgas olika när de värms upp, vilket skapar spänningar som kan orsaka sprickor i fogen. När fogen skadas försämras kylningen, komponenten riskerar att haverera och måste bytas ut genom kostsamma underhållsinsatser.

Tillsammans med CoorsTek Sweden, som är världsledande inom avancerade keramiska komponenter, har Farid Akhtar utvecklat en ny metod för att sammanfoga volfram och koppar. Genom att låsa samman materialen både mekaniskt och kemiskt skapas en fog som bättre klarar de stora temperaturväxlingarna i en fusionsreaktor. Resultatet är komponenter som håller längre, ger färre driftstopp och sänker kostnaderna, viktiga förutsättningar för att fusion ska kunna bli en konkurrenskraftig energikälla.

Tekniken kan användas i en etablerad industriell tillverkningsprocess, vilket gör den möjlig att skala upp för framtida produktion. Teknikens potential har redan väckt internationellt intresse. Fusion for Energy, den EU-organisation som ansvarar för Europas bidrag till internationella fusionsexperiment, inklusive ITER, och som finansieras via EU:s budget, har beställt plattor för utvärdering. Lösningen kan även få betydelse inom partikelacceleratorer och andra avancerade industrimiljöer där extrema värmeflöden förekommer.

– I stället för att bara foga ihop två material som beter sig väldigt olika har vi utformat själva gränsytan så att de hålls samman även när de utvidgas olika. Att Fusion for Energy har gett oss resurserna och möjligheten att leverera våra plattor till dem för att kunna göra tester, visar att vår lösning väcker intresse hos de kunder inom fusion som ställer allra högst krav på prestanda och kvalitet, säger Farid Akhtar.

Farid Akhtar vill också tacka Big Science Västerbotten, Big Science Sweden och NuMaP – Nuclear Materials Platform. De har finansierat arbetet och skapat de möjligheter till samarbete som förde samman forskargruppen inom materialteknik på Luleå tekniska universitet med CoorsTek, liksom möjligheten att använda de forskningsanläggningar som Big Science Sweden har till sitt förfogande.