3D-geprinte wolfraamtegels op ware grootte doorstaan 74 plasma-ontladingen in fusiereactor DIII-D

De binnenwand van een fusiereactor krijgt veel te verduren. Vooral de divertor, de uitlaat van de machine waar warmte en deeltjes uit het hete plasma terechtkomen. Wolfraam is daarvoor het favoriete materiaal, ook voor de grote internationale proefreactor ITER. Het heeft met 3.422 °C het hoogste smeltpunt van alle metalen.

Maar wolfraam is lastig in vorm te krijgen. Onder zo'n 200 tot 600 °C scheurt het in plaats van dat het buigt. Printen met een laser leverde volgens de onderzoekers vrijwel altijd onderdelen op met gaatjes en scheuren.

Een team van North Carolina State University (NC State), Oak Ridge National Laboratory (ORNL) en de Japanse fabrikant JEOL printte nu tegels van ongeveer 140 bij 130 millimeter. In juli 2026 gingen ze in de onderste divertor van DIII-D, een fusiereactor in San Diego. Drie dagen lang stonden ze direct bloot aan het plasma. Daarbij waren 74 ontladingen op gemiddeld tot hoog vermogen, kortdurende runs van de reactor, samen goed voor ongeveer vier minuten plasma.

Volgens het team kwamen de tegels heel door de test. Jonathan Coburn van Sandia National Laboratories, die het team voor de test uitnodigde, zegt dat ze vanuit de controlekamer gezien heel goed presteerden. Er kwam ook een onverwachte extra test bij. Een gewone tegel ernaast stond iets scheef, smolt langs zijn rand en spatte op een van de geprinte tegels. Zo zag het team meteen hoe het geprinte materiaal daarop reageert.

Het eindoordeel volgt nog. De tegels worden nu uit de reactor gehaald en gefotografeerd, en hun oppervlak wordt gescand. Na een stralingscontrole gaan ze terug naar NC State voor uitgebreid onderzoek.

Van vingertop naar tegel

Het team print met een elektronenbundel, die wolfraampoeder laag voor laag smelt. De bundel houdt het omliggende metaal tijdens het printen boven 1.400 °C, ruim boven het temperatuurgebied waarin wolfraam scheurt. Zo ontstaan onderdelen zonder grote gebreken.

In 2025 testte het team kleine stukjes geprint wolfraam, ter grootte van een vingertop, al in DIII-D. Die kregen een warmtebelasting van rond de 20 megawatt per vierkante meter, met korte pieken boven 35, en liepen weinig schade op aan het oppervlak. Tegels in ITER en latere fusiecentrales moeten langdurig 10 tot 20 megawatt per vierkante meter aankunnen.

De nieuwe tegels zijn veel groter: het grootste wolfraamonderdeel dat NC State eerder printte, was ongeveer 50 millimeter breed. JEOL maakte ze op een grote printer in Akishima, Japan. ORNL leverde kennis over fusiematerialen en financierde de productie. NC State maakte de tegels af en sleep er ongeveer een kwart millimeter vanaf, tot het oppervlak glansde als een spiegel. Van de uitnodiging in december 2025 tot de plaatsing in de reactor duurde het ongeveer acht maanden.

Michael Kirka van ORNL zegt dat de test 3D-printen voor fusie van "veelbelovend" naar "bewezen" brengt. Natuurkundige Florian Laggner van NC State wijst erop dat nieuwe materialen en productiemethoden alleen goedgekeurd worden met meetgegevens uit een echte fusieomgeving, en dat deze test die oplevert. Chris Ledford van ORNL verwacht dat de gegevens helpen bij het ontwerpen van wolfraamonderdelen voor ITER en latere reactoren.

Wat betekent dit voor de weg naar de singulariteit?

Een wereld vol AI, robots en fabrieken vraagt enorm veel energie, en kernfusie is een van de bronnen die dat op den duur kunnen leveren. Een belangrijk probleem daarbij is de wand: die moet jarenlang tegen extreme hitte kunnen en moet te maken zijn in de juiste vorm. Deze tegels zijn een belangrijke stap van kleine proefstukjes naar onderdelen op ware grootte, die in een werkende reactor een test hebben ondergaan.

De volgende stap is de analyse bij NC State. Bevestigt die dat de tegels goed uit de test zijn gekomen, dan wordt 3D-printen een serieuze manier om wolfraamonderdelen te maken, ook in vormen die anders moeilijk te maken zijn. Daarna moet blijken hoe de tegels het doen bij langere en zwaardere belasting, zoals in ITER en de eerste fusiecentrales.

Wat is de technologische singulariteit? Lees de uitleg →