يعتبر التنغستن مناسبًا بشكل خاص كمادة للأجزاء شديدة الضغط من الوعاء التي تحتوي على بلازما الاندماج الساخنة، فهو المعدن ذو أعلى نقطة انصهار. لكن عيبها هو هشاشتها، مما يجعلها هشة وعرضة للتلف تحت الضغط. تم الآن تطوير مادة مركبة جديدة وأكثر مرونة من قبل معهد ماكس بلانك لفيزياء البلازما (IPP) في جارشينج. وهو يتألف من التنغستن المتجانس مع أسلاك التنغستن المطلية المضمنة. وقد أظهرت دراسة الجدوى للتو الملاءمة الأساسية للمجمع الجديد.

الهدف من البحث الذي تم إجراؤه في IPP هو تطوير محطة طاقة، مثل الشمس، تستمد الطاقة من اندماج النوى الذرية. الوقود المستخدم هو بلازما الهيدروجين منخفضة الكثافة. لإشعال نار الاندماج، يجب أن تكون البلازما محصورة في المجالات المغناطيسية ويتم تسخينها إلى درجة حرارة عالية. في القلب يتم الوصول إلى 100 مليون درجة. التنغستن هو معدن واعد للغاية كمادة للمكونات التي تتلامس مباشرة مع البلازما الساخنة. وقد تم إثبات ذلك من خلال التحقيقات المكثفة التي أجراها IPP. ومع ذلك، فإن المشكلة التي لم يتم حلها حتى الآن هي هشاشة المادة: حيث يفقد التنغستن صلابته في ظل ظروف محطة الطاقة. لا يمكن تجنب الإجهاد الموضعي - التوتر أو التمدد أو الضغط - عن طريق انحناء المادة قليلاً. بدلاً من ذلك، تتشكل الشقوق: وبالتالي تتفاعل المكونات بحساسية شديدة مع التحميل الزائد المحلي.

ولهذا السبب بحث موظفو برنامج التفتيش عن هياكل قادرة على توزيع التوتر المحلي. تم استخدام السيراميك المقوى بالألياف كنماذج: على سبيل المثال، يصبح كربيد السيليكون الهش أقوى بخمس مرات عند تقويته بألياف كربيد السيليكون. بعد بضع دراسات أولية، كان على عالم IPP، يوهان ريش، التحقق مما إذا كان العلاج المماثل يمكن أن يعمل مع معدن التنغستن.

وكانت الخطوة الأولى هي إنتاج المادة الجديدة. كان لا بد من تعزيز مصفوفة التنغستن بألياف طويلة مغلفة تتكون من سلك تنغستن مقذوف رقيق مثل الشعر. تم تصميم الأسلاك في الأصل لتكون خيوط مضيئة لمصابيح الإضاءة، حيث يتم توفيرها من قبل شركة Osram GmbH. تم فحص مواد مختلفة لتغليفها في IPP، بما في ذلك أكسيد الإربيوم. يتم بعد ذلك تجميع ألياف التنغستن المطلية بالكامل معًا، إما بشكل متوازي أو مضفر. لملء الفجوات بين الأسلاك بالتنغستن، قام يوهان ريش وزملاؤه بتطوير عملية جديدة بالتعاون مع الشريك الصناعي الإنجليزي آرتشر تكنيكوات المحدودة. في حين يتم عادةً ضغط قطع عمل التنغستن معًا من مسحوق المعدن عند درجة حرارة وضغط مرتفعين، تم العثور على طريقة لطيفة لإنتاج المركب: يتم ترسيب التنغستن على الأسلاك من خليط غازي عن طريق تطبيق عملية كيميائية في درجات حرارة معتدلة. كانت هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إنتاج التنغستن المقوى بألياف التنغستن بنجاح، مع النتيجة المرجوة: تضاعفت صلابة المركب الجديد ثلاث مرات بالفعل مقارنة بالتنغستن الخالي من الألياف بعد الاختبارات الأولى.

وكانت الخطوة الثانية هي التحقق من كيفية عمل ذلك: العامل الحاسم هو أن الألياف تسد الشقوق في المصفوفة ويمكنها توزيع الطاقة المؤثرة محليًا في المادة. هنا، يجب أن تكون الواجهات بين الألياف ومصفوفة التنغستن، من ناحية، ضعيفة بما يكفي لإفساح المجال عندما تتشكل الشقوق، ومن ناحية أخرى، تكون قوية بما يكفي لنقل القوة بين الألياف والمصفوفة. في اختبارات الانحناء، يمكن ملاحظة ذلك مباشرة عن طريق التصوير المقطعي الدقيق بالأشعة السينية. أظهر هذا الأداء الأساسي للمادة.

ومع ذلك، فإن العامل الحاسم بالنسبة لفائدة المادة هو الحفاظ على المتانة المعززة عند تطبيقها. قام يوهان ريش بفحص ذلك من خلال فحص العينات التي كانت هشة بسبب المعالجة الحرارية السابقة. عندما تم تعريض العينات لإشعاع السنكروترون أو وضعها تحت المجهر الإلكتروني، أكد تمديدها وثنيها أيضًا في هذه الحالة على تحسين خصائص المادة: إذا فشلت المصفوفة عند الضغط عليها، فإن الألياف تكون قادرة على سد الشقوق التي تحدث ووقفها.

وبذلك يتم تحديد مبادئ فهم وإنتاج المادة الجديدة. ومن المقرر الآن إنتاج العينات في ظل ظروف عملية محسنة وباستخدام واجهات محسنة، وهذا هو الشرط الأساسي للإنتاج على نطاق واسع. قد تكون المادة الجديدة أيضًا ذات أهمية تتجاوز مجال أبحاث الاندماج.