Collisions of slow alpha particles with molecules and surfaces (KKKÖ-1/2005)

Projektleitung: Prof. Dr. Friedrich AUMAYR, Institut für Allgemeine Physik der Technischen Universität Wien
Dauer: 2 Jahre (ab 2005)


Kurzfassung

Kollisionen langsamer Alphateilchen mit Molekülen und Oberflächen

In zukünftigen Experimenten zur Entwicklung von Kernfusionsreaktoren auf der Basis magnetisch eingeschlossener Plasmen in der Tokamak-Konfiguration (z.B.: ITER) werden langsame He2+-Ionen, die als "Helium-Asche" durch die Abbremsung der schnellen Alphateilchen aus der D-T-Fusionsreaktion entstehen, eine bedeutende Rolle für die Qualität des Plasmaeinschlusses spielen. Um diese Rolle auf der Grundlage detaillierter Modellrechnungen ausreichend beurteilen zu können, müssen Wirkungsquerschnitte für wesentliche Stoßprozesse von He2+ im Randschichtplasma und an der Ersten Wand bei Stoßenergien von typischerweise unterhalb 1 keV ausreichend genau bekannt sein, was bisher nicht der Fall ist. Experimentelle Untersuchungen dazu sollen u.a. im Rahmen des Projektes Messung totaler und zustandsselektiver Wirkungsquerschnitte für Elektroneneinfang in He2+-H2 Stößen (Energiebereich 10 eV - 1 keV) durchgeführt werden.


Kontakt:
Prof. Dr. Friedrich Aumayr
Institut für Allgemeine Physik
Technische Universität Wien
Wiedner Haupstr. 8-10, 1040 Wien
T +43 1 58801-13430
F +43 1 58801-13499
aumayr@iap.tuwien.ac.at

Improvement of OF-Copper to Tungsten Joints applicable for plasma components in the ITER Divertor (KKKÖ-8/2005)

Projektleitung: Dr. Bertram SCHEDLER, Plansee AG
Dauer: 2 Jahre (ab 2005)


Kurzfassung

Optimierung der Wolfram-Kupfer Verbindung

Mehr als 70% der plasmaseitigen Oberfläche des ITER Divertors ist mit Wolfram bedeckt. Für das Design der Wolfram-Armierung kommen entweder Flachziegel oder Monoblöcke in Betracht, welche durch einen rechteckigen Hohlkörper mit Finnen (Hypervapotron) bzw. über ein zentrales Rohr gekühlt werden. Eine der Herausforderungen für die Verwendung von Wolfram in diesem Bereich ist der Umstand, dass die zu armierende Wärmesenke aus einer ausscheidungshärtbaren CuCrZr Legierung besteht. Aufgrund dieser Materialkombination muss eine solche Komponente sowohl die Eigenspannungen aus dem Herstellprozess als auch die im Einsatz überlagerten zyklischen Thermospannungen aufnehmen. Wärmeflüsse von über 10MW/m2 können während des Einsatzes im Experiment typischerweise auftreten. Alle von PLANSEE bisher hergestellten Komponenten haben die designrelevanten Wärmeflüsse übertroffen. Die Leistungsgrenze war aber in allen Fällen durch einen fortschreitende Delamination des W-Cu Interface bestimmt. Aus diesem Grund sollen im Rahmen dieser Aktivität verschiedene Maßnahmen zur Verbesserung der W-Cu Verbindung untersucht werden.


Kontakt:
Dr. Bertram Schedler
Plansee AG, 6600 Reutte
T +43 5672 600-2855
F +43 5672 600-62855
bertram.schedler@plansee.com

Optimisation of the Currently Available Transitions from CuCrZr to the Austenitic Stainless Steel 316L being forseen in the ITER Divertor (KKKÖ-9/2005)

Projektleitung: Dr. Bertram SCHEDLER, Plansee AG
Dauer: 1 Jahre (ab 2005)


Kurzfassung

Optimierung des CuCrZr/316L Übergangs

Plasmaseitige Komponenten, wie sie beispielsweise für den Divertor von ITER vorgesehen sind, benötigen Rohre mit Materialübergängen von Kupferlegierungen auf Stahl. Diese Übergänge sollen einen ausreichenden Widerstand gegenüber internem Druck und Ermüdung aufweisen um während des Einsatzes dicht zu bleiben. Häufig wird für diesen Übergang ein 5-10mm langes Nickelröhrchen verwendet welches mittels Elektronenstrahlschweißen mit der Kupferlegierung bzw. dem Stahl verbunden wird. Weitere Möglichkeiten diesen Übergang zu realisieren sind galvanische Beschichtungen, Diffusionsschweißen oder Reibschweißen. Werden solche Rohrabschnitte belastet, so könnte je nach Belastung Fließen im Bereich des schwächsten Partners auftreten - in vorliegenden Fall ein lokalisiertes Fließen im Nickelröhrchen. Bei zyklischer Belastung könnte dieser Umstand entsprechende Auswirkungen auf das gesamte System haben und beispielsweise zu einem Wasserleck in einer Fusionsanlage führen. Es ist daher das Ziel dieser Aktivität alternative Lösungen für diesen Übergang zu untersuchen, welche robuster im Vergleich zu den bisher bekannten sind.


Kontakt:
Dr. Bertram Schedler
Plansee AG, 6600 Reutte
T +43 5672 600-2855
F +43 5672 600-62855
bertram.schedler@plansee.com

Stress Design in Tungsten Coatings (KKKÖ-10/2005)

Projektleitung: Prof. Dr. Gerhard DEHM, Erich Schmid-Institut für Materialwissenschaften der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW)
Dauer: 2 Jahre (ab 2005)


Kurzfassung

Spannungs-Design von Wolframschichten

Wolframschichten auf Stahl oder Cu-haltigen Substraten werden als "plasmabeständige" Materialkomponenten in Fusionsreaktoren eingesetzt. Neben Erosion führen die hohen Einsatztemperaturen bis 1000ºC aufgrund thermischer Spannungen und Ermüdung zu einer Schädigung der wolframbeschichteten Bauteile. Im Rahmen des Projektes soll die Mikrostruktur der Wolframschichten und die auftretenden Spannungen untersucht werden mit dem Ziel gemeinsam mit Plansee AG (Reutte) eine Optimierung der Wolframschichten für Anwendungen im Fusionsreaktor zu erreichen.

Folgende Experimente sind geplant:

• Messung thermischer Spannungen mit Hilfe von Röntgenbeugungsverfahren und laseroptischen Methoden.
• Korrelation der thermischen Spannungen mit den Herstellungsbedingungen, der Mikrostruktur, dem Zwischenschichtmaterial und dem Substratmaterial.
• Bestimmung der Ermüdungsschädigung und Lebensdauer der Schichten mit Hilfe eines neu konstruierten Ermüdungsmessplatzes.

Das Projekt wird aufzeigen, wie sich das thermo-mechanische Verhalten und damit die Lebensdauer wolframbeschichteter Bauteile in Plasmareaktoren verbessern lässt.


Kontakt:
Prof. Dr. Gerhard Dehm
Erich Schmid Institut für Materialwissenschaften
Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW)
Jahnstrasse 12, 8700 Leoben
T +43 3842 804-112
F +43 3842 804-116
gerhard.dehm@notes.unileoben.ac.at

Installation for High Heat Flux tests of plasma facing components (HHF-Test Installation)

Projektleitung: Dr. Bertram SCHEDLER, Plansee AG
Dauer: 1 Jahr (ab 2007)


Kontakt:
Dr. Bertram Schedler
Plansee AG, 6600 Reutte
T +43 5672 600-2855
F +43 5672 600-62855
bertram.schedler@plansee.com