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Masterarbeit: Einfluss von Verunreinigungen auf die Deuteriumrückhaltung in niedrig-aktivierbarem Stahl nach Plasmaexposition in der linearen Plasmaanlage PSI-2

Ausschreibendes Institut: IEK-4 - Plasmaphysik
Kennziffer: D145/2017, Physik

Beginn: ab sofort/ nach Vereinbarung

Über uns
Das Institut für Energie- und Klimaforschung entwickelt Technologien und Materialien für die erste Wand in zukünftigen Fusionsreaktoren. Die Qualifizierung dieser Materialien erfolgt durch Experimente in unserem eigenen linearen Plasmagenerator PSI-2, in Europas größtem Tokamak JET (Grossbritanien) und im Stellarator Wendelstein 7-X (Deutschland). Wir testen und konzipieren dabei Wandmaterialien für extreme Lastbedingungen und machen Simulationen, um Prozesse im Plasma, auf der Plasma-Material--Grenzfläche und innerhalb der Materialkomponenten zukünftiger Fusionsreaktoren ITER und DEMO zu verstehen.

Projektbeschreibung
Niedrig-aktivierbare Stähle (Reduced-activation ferritic-martensitic steels –RAFM) wie EUROFER 97 (EU’97) wurden als Strukturmaterialien fuer Fusionsreaktoren entwickelt. Auch der Einsatz von Stahl als Wandmaterial in Bereichen mit geringen thermischen und Plasmabelastungen wird diskutiert. Im Hinblick auf die Anwendung als Wandmaterial ist die Brennstoffrückhaltung ein kritischer Aspekt. Deswegen untersuchen wir die Deuteriumrückhaltung in EU’97 nach Exposition in Plasmen mit Ionenenergien und Teilchenfluenzen, wie sie typisch für die Belastung der ersten Wand in Fusionsreaktoren sind. Diesen Plasmen sind auch Edelgase beigemischt, die in Zukunft zur Kühlung der Plasmarandschicht durch Verunreinigungsstrahlung vorgesehen sind.

Ziel dieser Arbeit ist, den Einfluss der zugeführten Edelgase (Ne, Ar, Kr) auf der Oberflächenmorphologie des exponierten Materials und die Deuteriumrückhaltung zu untersuchen und die Bindungseigenschaften des Deuteriums im und die Freisetzung aus dem Material zu charakterisieren.

Die Deuteriumimplantation in die Stahloberfläche erfolgt durch Exposition in der linearen Plasmaanlage PSI-2 in Jülich. Die notwendige Probencharakterisierung umfasst Rasterelektronenmikroskopie gekoppelt mit fokussierter Ionenstrahl-Technologie und energiedispersiver Röntgenspektroskopie (SEM/FIB/EDX), Kernreaktionsanalyse und Rutherford-Rückstreuspektrometrie (NRA/RBS), sowie thermische Desorptionsspektroskopie (TDS) als Schlüsselmethode dieses Projekts.

Aufgabe
Die experimentelle Untersuchung des Einflusses von Verunreinigungen auf die Deuteriumrückhaltung umfasst folgende Schritte: Nach einer Einführung in das Thema werden sie die Proben vorbereiten (polieren, ausheizen, wiegen). Danach werden Sie die Plasmaexposition des EU’97 Stahls und der Referenzmaterialien planen und durchführen, Mikroskopie-Untersuchungen (SEM) und Tiefenprofilanalyse (NRA) ausführen und die integrale Deuteriumrückhaltung sowie die Energiezustände der Haftstellen mittels der TDS-Messung bestimmen. Datenanalyse und Niederschrift der Arbeit schließen das Projekt ab.

Anforderungen
Sie sind ein/-e hochmotivierter Student/in im Fachbereich Physik oder verwandtem Gebiet und haben ein großes Interesse an interdisziplinärer Forschung und experimenteller Arbeit. Idealerweise sind sie mit den Grundlagen der Massenspektrometrie vertraut. Vorherige Erfahrung mit der Vakuumtechnik (Hoch- oder Ultrahochvakuum) ist vorteilhaft aber keine Voraussetzung.

Ansprechpartner
Haben wir Ihre Interesse geweckt und Sie sind neugerig geworden? Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung. Bitte kontaktieren Sie:

Frau Dr. Yulia Martynova
Forschungszentrum Jülich
Institut für Energie- und Klimaforschung – Plasmaphysik (IEK-4)

Telefon: +49 2461614885
E-Mail: y.martynova@fz-juelich.de
Internet: http://www.fz-juelich.de/fusion


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