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Ausschreibender Bereich: IEK-4 - Plasmaphysik
Kennziffer: D172/2018, Maschinenbau, Fertigungstechnik, Werkstofftechnik

Doktorarbeit: Entwicklung einer Fügeverbindung für Komponenten der ersten Wand zukünftiger Kernfusionsreaktoren

Beginn der Arbeit: ab sofort oder nach Absprache

Hintergrund
Vor dem Hintergrund nachhaltiger Energieerzeugung wird am IEK-4 Forschung im Bereich der Kernfusion betrieben. In Kernfusionsreaktoren wird in einer Vakuumkammer ein Plasma durch elektromagnetische Felder zu einem Torus geformt. Die Wärme des ca. 100 Mio. °C heißen Plasmas wird auf die so genannte Erste Wand des Reaktors übertragen, wodurch ein Kühlmedium erhitzt und über Wärmetauscher Turbinen angetrieben werden.

Unter anderem aufgrund von extremen Wärmelasten von bis zu 5 MW/m² und den auftretenden Partikelbelastungen, insbesondere durch Wasserstoff und Helium, muss die gekühlte Stahlstruktur der Ersten Wand auf der plasma-zugewandten Seite durch eine Wolframschicht geschützt werden. Durch zyklische Wärmelasten im Betrieb sowie unterschiedliche Materialeigenschaften von Wolfram und Stahl entstehen thermisch induzierte Dehnungen an der Wolfram-Stahl-Grenzschicht, die zu einem frühzeitigen Versagen des Verbundes führen.

Aufgabenbeschreibung
Mit dem Ziel, langlebige Verbunde herzustellen, sollen in diesem Projekt verschiedene Ansätze für die stofffremde Fügung von Wolfram und Stahl vergleichend untersucht werden. Dazu sollen Testkomponenten mit Kühlkanälen im Stahlbereich und unterschiedlichen Zwischenschichten in der Fügezone mittels Diffusionsschweißen hergestellt werden. Bei den Zwischenschichten handelt es sich unter anderem um Kupfer, Titan, Vanadium, sowie um neuartige gradierte Wolfram-Eisen-Schichten, die am IEK-4 entwickelt wurden. Nach erfolgreicher Herstellung der Verbunde sollen diese qualifiziert werden.

Ihre Aufgaben umfassen im Speziellen:

  • Entwickeln eines geeigneten Fertigungsablaufs für das Herstellen von Test-Komponenten mit unterschiedlichen Zwischenschichten (inkl. Diffusionsschweißen und Einbringen von Kühlkanälen in die Stahlstruktur)
  • Modellierung von thermisch induzierten Spannungen und Dehnungen in der Test-Komponente mittels Finiter Elemente Methoden
  • Mikrostrukturelle und mechanische Analyse der Fügeverbindungen
  • Anwendungsnahe Qualifizierung der Fügungen durch zyklisches Aufbringen hoher Wärmeströme in einer Wärmeflusstestanlage (z.B. die Elektronenstrahlanalge JUDITH-2 in Jülich)
  • Präsentation der Ergebnisse auf internationalen Tagungen und in Fachzeitschriften

Ihr Profil

  • wissenschaftliches Hochschulstudium (Master) oder vergleichbarer Abschluss in Maschinenbau, Fertigungstechnik, Werkstofftechnik oder vergleichbarer Studiengang
  • Vorerfahrung in mindestens einem der folgenden Bereiche: Fügetechnik, Werkstoffentwicklung, Finite Elemente Modellierung
  • offene Persönlichkeit
  • Erfahrung in Laborarbeit
  • Interesse an neuartigen Materialsystemen
  • Gute Englischkenntnisse
  • selbstständige und strukturierte Arbeitsweise

Unser Angebot

  • Internationales, interdisziplinäres Arbeitsumfeld auf einem attraktiven Forschungscampus, günstig gelegen im Städtedreieck Köln-Düsseldorf-Aachen
  • Hervorragende Infrastruktur für experimentelle Arbeiten mit hoher wissenschaftlicher Relevanz und Sichtbarkeit
  • Herausfordernde Tätigkeit im Bereich der anwendungsnahen Forschung und Entwicklung
  • Enge Zusammenarbeit mit renommierten europäischen Forschungseinrichtungen
  • Volle Konzentration auf deine Forschungsarbeit (keine Lehre/Projekttätigkeit) und somit die Möglichkeit die Promotion in drei Jahren fertigzustellen

Das Forschungszentrum Jülich möchte mehr Mitarbeiterinnen in diesem Bereich beschäftigen. Wir sind daher an der Bewerbung von Frauen besonders interessiert. Bewerbungen schwerbehinderter Menschen sind uns willkommen.

Kontakt
Haben wir Ihre Neugierde und Ihr Interesse geweckt?
Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung!
Weitere Informationen erhalten Sie bei:

Forschungszentrum Jülich GmbH
Institut für Energie- und Klimaforschung – Plasmaphysik
Dr.-Ing. Simon Heuer
52425 Jülich

E-Mail: s.heuer@fz-juelich.de
Telefon: 02461 61-5126