टंगस्टन गर्म संलयन प्लाज्मा को घेरने वाले बर्तन के अत्यधिक तनाव वाले हिस्सों के लिए सामग्री के रूप में विशेष रूप से उपयुक्त है, यह उच्चतम पिघलने बिंदु वाली धातु है। हालाँकि, एक नुकसान इसकी भंगुरता है, जो तनाव के तहत इसे नाजुक बना देता है और क्षति की संभावना होती है। गारचिंग में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर प्लाज़्मा फिजिक्स (आईपीपी) द्वारा अब एक नवीन, अधिक लचीली यौगिक सामग्री विकसित की गई है। इसमें लेपित टंगस्टन तारों के साथ सजातीय टंगस्टन शामिल है। एक व्यवहार्यता अध्ययन ने नए परिसर की बुनियादी उपयुक्तता को दर्शाया है।

आईपीपी में किए गए शोध का उद्देश्य एक ऐसा बिजली संयंत्र विकसित करना है, जो सूर्य की तरह, परमाणु नाभिक के संलयन से ऊर्जा प्राप्त करता है। प्रयुक्त ईंधन कम घनत्व वाला हाइड्रोजन प्लाज्मा है। संलयन अग्नि को प्रज्वलित करने के लिए प्लाज्मा को चुंबकीय क्षेत्र में सीमित करना पड़ता है और उच्च तापमान तक गर्म करना पड़ता है। कोर में 100 मिलियन डिग्री प्राप्त होती है। गर्म प्लाज्मा के सीधे संपर्क में आने वाले घटकों के लिए सामग्री के रूप में टंगस्टन एक अत्यधिक आशाजनक धातु है। यह आईपीपी में व्यापक जांच द्वारा प्रदर्शित किया गया है। हालाँकि, अब तक एक अनसुलझी समस्या सामग्री की भंगुरता रही है: टंगस्टन बिजली संयंत्र की स्थितियों के तहत अपनी कठोरता खो देता है। स्थानीय तनाव - तनाव, खिंचाव या दबाव - को सामग्री के थोड़ा सा रास्ता देने से कम नहीं किया जा सकता है। इसके बजाय दरारें बनती हैं: इसलिए घटक स्थानीय ओवरलोडिंग के प्रति बहुत संवेदनशील रूप से प्रतिक्रिया करते हैं।

इसीलिए आईपीपी ने स्थानीय तनाव को वितरित करने में सक्षम संरचनाओं की तलाश की। फाइबर-प्रबलित सिरेमिक को मॉडल के रूप में परोसा जाता है: उदाहरण के लिए, सिलिकॉन कार्बाइड फाइबर के साथ प्रबलित होने पर भंगुर सिलिकॉन कार्बाइड पांच गुना अधिक कठोर हो जाता है। कुछ प्रारंभिक अध्ययनों के बाद आईपीपी वैज्ञानिक जोहान रीश को यह जांच करनी थी कि क्या समान उपचार टंगस्टन धातु के साथ काम कर सकता है।

पहला कदम नई सामग्री का उत्पादन करना था। एक टंगस्टन मैट्रिक्स को लेपित लंबे फाइबर के साथ मजबूत किया जाना था जिसमें बाल के समान पतले बाहर निकाले गए टंगस्टन तार शामिल थे। तार, मूल रूप से प्रकाश बल्बों के लिए चमकदार फिलामेंट के रूप में थे, जहां ओसराम जीएमबीएच द्वारा आपूर्ति की गई थी। आईपीपी में उन पर कोटिंग करने के लिए विभिन्न सामग्रियों की जांच की गई, जिनमें एर्बियम ऑक्साइड भी शामिल है। फिर पूरी तरह से लेपित टंगस्टन फाइबर को एक साथ जोड़ दिया गया, या तो समानांतर या लट में। टंगस्टन के साथ तारों के बीच के अंतराल को भरने के लिए जोहान रीश और उनके सहकर्मियों ने अंग्रेजी औद्योगिक भागीदार आर्चर टेक्नीकोट लिमिटेड के साथ मिलकर एक नई प्रक्रिया विकसित की। जबकि टंगस्टन वर्कपीस को आमतौर पर उच्च तापमान और दबाव पर धातु पाउडर से एक साथ दबाया जाता है, एक और अधिक यौगिक के उत्पादन की सौम्य विधि पाई गई: मध्यम तापमान पर एक रासायनिक प्रक्रिया लागू करके गैसीय मिश्रण से तारों पर टंगस्टन जमा किया जाता है। यह पहली बार था कि टंगस्टन-फाइबर-प्रबलित टंगस्टन का वांछित परिणाम के साथ सफलतापूर्वक उत्पादन किया गया था: पहले परीक्षणों के बाद फाइबर रहित टंगस्टन के संबंध में नए यौगिक की फ्रैक्चर कठोरता पहले से ही तीन गुना हो गई थी।

दूसरा कदम यह जांचना था कि यह कैसे काम करता है: निर्णायक कारक यह साबित हुआ कि फाइबर मैट्रिक्स में दरारें पाटते हैं और सामग्री में स्थानीय रूप से अभिनय ऊर्जा को वितरित कर सकते हैं। यहां फाइबर और टंगस्टन मैट्रिक्स के बीच इंटरफेस, एक तरफ, दरारें बनने पर रास्ता देने के लिए पर्याप्त कमजोर होना चाहिए और दूसरी तरफ, फाइबर और मैट्रिक्स के बीच बल संचारित करने के लिए पर्याप्त मजबूत होना चाहिए। झुकने वाले परीक्षणों में इसे एक्स-रे माइक्रोटोमोग्राफी के माध्यम से प्रत्यक्ष रूप से देखा जा सकता है। इससे सामग्री की बुनियादी कार्यप्रणाली का प्रदर्शन हुआ।

हालाँकि, सामग्री की उपयोगिता के लिए निर्णायक बात यह है कि इसे लागू करने पर बढ़ी हुई कठोरता बनी रहती है। जोहान रीश ने उन नमूनों की जांच करके इसकी जांच की जो पूर्व थर्मल उपचार से खराब हो गए थे। जब नमूनों को सिंक्रोट्रॉन विकिरण के अधीन किया गया या इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के नीचे रखा गया, तो उन्हें खींचने और मोड़ने से भी इस मामले में बेहतर सामग्री गुणों की पुष्टि हुई: यदि तनाव होने पर मैट्रिक्स विफल हो जाता है, तो फाइबर होने वाली दरारों को पाटने और उन्हें रोकने में सक्षम होते हैं।

इस प्रकार नई सामग्री को समझने और उसका उत्पादन करने के सिद्धांत तय हो जाते हैं। नमूने अब बेहतर प्रक्रिया स्थितियों के तहत और अनुकूलित इंटरफेस के साथ उत्पादित किए जाने हैं, यह बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए पूर्व शर्त है। नई सामग्री संलयन अनुसंधान के क्षेत्र से परे भी रुचिकर हो सकती है।