核聚变发电厂可提供近无限的气候友好型能源，世界各地的科学家齐心协力望实现这一目标。这个高度***化的研究领域中涉及一个鲜为人知的一面——金刚石，而它恰恰是核聚变技术不可或缺的材料。卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员开发了用于窗口单元的金刚石盘，用于在核聚变反应堆中加热等离子体。他们与Diamond Materials公司合作生产了直径180毫米的金刚石盘。

    地球上的万物靠着太阳源源不断的能量维持自身的发展。在太阳的中心，温度高达1500万摄氏度，气压达到3000多亿个大气压，在这样的高温高压条件下，氢原子核聚变成氦原子核，并放出大量能量。几十亿年来，太阳犹如一个巨大的核聚变反应装置，无休止地向外辐射着能量。地球上的核聚变发电厂, 这种 "星火" 可能有一天会对安全可持续的能源供应作出贡献。全球范围内的研究人员合作, 使***个反应堆投入运行。在KIT，为ITER研究反应堆和较小的反应堆开发了所谓的回旋管，例如Wendelstein 7X和ASDEX Upgrade。回旋管是微波振荡器，在反应器中产生高达1.5亿摄氏度的温度，类似于非常大的微波炉。高温使氚燃料达到聚变所需的等离子状态。为了将来自回旋管的微波辐射引导到等离子体中并且为了保持真空并将放射性氚保持在反应器内，由DITK Strauss博士和KIT应用材料研究所（IAM）的Theo Scherer教授设计了一个合适的窗口单元。对于圆盘，只有一种材料适合——那就是必不可少的金刚石，Dirk Strauss说，“没有其他的已知材料能够在极端的微波辐射下存活下来，并且在同一时间内具有所需的低损耗下的渗透性。”

    为了将超过一兆瓦的电力辐射引入ITER研究反应堆，IAM设计了许多金刚石窗口，并与工业伙伴合作生产。与此同时，科学家们还在为ITER的继任者DEMO研发窗口装置，将从2050年开始生产电力。然而，由于计划在DEMO中微波加热系统的多频操作，将需要新型的回旋管。它们目前由KIT脉冲功率和微波技术研究所的John Jelonnek教授的研究团队开发。这些新的回旋管将需要新的窗口单元和更大的金刚石盘。“我们的圆盘直径为180毫米，厚度达2毫米。”“这使它成为有史以来***大的可用工业人造金刚石结构。”现在，IAM正在研究窗口微波损耗的表面结构和高频特性。

    圆盘采用化学气相沉积法(CVD)合成金刚石，是一种特殊的涂层技术。CVD金刚石生长在一个充满气体混合物的小型真空反应器的硅表面上。通过微波辐射, 这种混合物变成了等离子体, 类似于核聚变反应堆中发生的, 但能耗更小。等离子体由氢原子组成, 避免不必要的石墨形成, 并且少量的甲烷为金刚石提供碳。“金刚石窗口每小时生长几微米。” ***终产品相应昂贵。Strauss说，为DEMO反应堆生产的金刚石圆盘的成本为六位数。

    然而，在核聚变技术中使用金刚石材料的选择尚未穷尽。到目前为止，在IAM上已经设计出多晶结构的金刚石盘。这些圆盘由许多小钻石组成。目前，我们正致力于开发单晶金刚石圆盘，”Theo Scherer说。“这可能会进一步减少传输过程中的微波损耗。”

    金刚石是自然界存在的特殊材料之一，具有***高的硬度、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、高绝缘、宽能隙、高的声传播速率以及良好的化学稳定性等，如下表。虽然天然金刚石具有这些***的特性，但是它们一直仅仅是以宝石的形式存在，其性质的多变性和稀有性极大地***了其应用。而洛阳誉芯金刚石制备的CVD金刚石膜将这些优异的物理化学性能集一身，且成本较天然金刚石低，能够制备各种几何形状，在电子、光学、机械等工业领域有广泛的应用前景。