Materiály pro fúzní aplikace a jejich interakce s tokamakovým plazmatem
| Thesis title in Czech: | Materiály pro fúzní aplikace a jejich interakce s tokamakovým plazmatem |
|---|---|
| Thesis title in English: | Materials for fusion applications and their interaction with tokamak plasma |
| Key words: | Termojaderná fúze, tokamak, materiály první stěny, spark plasma sintrování, eroze |
| English key words: | Thermonuclear fusion, tokamak, first wall materials, spark plasma sintering, erosion |
| Academic year of topic announcement: | 2012/2013 |
| Thesis type: | diploma thesis |
| Thesis language: | angličtina |
| Department: | Department of Physics of Materials (32-KFM) |
| Supervisor: | prof. RNDr. Miloš Janeček, CSc. |
| Author: | hidden - assigned and confirmed by the Study Dept. |
| Date of registration: | 16.10.2012 |
| Date of assignment: | 16.10.2012 |
| Confirmed by Study dept. on: | 09.11.2012 |
| Date and time of defence: | 10.02.2016 00:00 |
| Date of electronic submission: | 15.01.2015 |
| Date of submission of printed version: | 01.12.2015 |
| Date of proceeded defence: | 10.02.2016 |
| Opponents: | prof. RNDr. Vladimír Šíma, CSc. |
| Advisors: | Ing. Jiří Matějíček, PhD. |
| Guidelines |
| Vypracujte literární rešerši zaměřenou na materiály pro fúzní aplikace, zejména perspektivní materiály pro tzv. „plasma facing components“. Shrňte současné poznatky o postupech jejich přípravy, charakteristických vlastnostech a možnostech jejich ovlivňování a o jejich interakci s tokamakovým plazmatem (reálným či simulovaným).
V experimentální části se zaměřte na následující aktivity: Příprava materiálů na bázi wolframu, zejména kompozitů a gradovaných vrstev metodou SPS (spark plasma sintering), optimalizace podmínek přípravy Komplexní charakterizace (vnitřní struktura, příp. morfologie povrchů – metalografie+SEM, prvkové složení – EDS, identifikace původních či nově vzniklých fází – EBSD, příp. XRD; podle potřeby tepelné a mechanické vlastnosti) Sledování interakce vybraných materiálů s tokamakovým plazmatem – emise částic do plazmatu, ovlivňování výboje (s využitím diagnostických metod na tokamaku Compass), eroze, změny složení vlivem redepozice nebo přednostního odprašování (pomocí metod zmíněných výše + iontových analytických metod). Zhodnoťte vybrané metody přípravy fúzních materiálů (SPS, lisování za horka, plazmové stříkání, příp. další z literatury) z hlediska jejich technologické náročnosti, dosažených vlastností a aplikovatelnosti na komponenty vystavené plazmatu. Zhodnoťte chování vybraných materiálů v tokamakovém plazmatu ve vztahu k podmínkám expozice a složení materiálu (wolfram, ocel, nikl) |
| References |
| 1. J. Matějíček: Materials for Fusion Applications, Acta polytechnica, 2012, in press
2. H. Czichos, T. Saito, L. Smith (eds.), Springer Handbook of Material Measurement Methods, Springer, 2006 3. R. J. M. Konings: Comprehensive Nuclear Materials, Springer, 2012 4. J. Roth et al., Recent analysis of key plasma wall interactions issues for ITER, Journal of Nuclear Materials 390-391 (2009) 1-9 Další literatura dle doporučení vedoucího práce a konzultanta. |
| Preliminary scope of work |
| Důležitou oblastí výzkumu zaměřeného na realizaci termojaderné fúze jako zdroje energie je studium a vývoj materiálů (konstrukčních, materiálů izolace apod.), vystavených vesměs extrémním podmínkám. Zejména výběr materiálů první stěny vakuové nádoby tokamaku je kritickou částí konstrukce fúzního reaktoru - materiály budou vystaveny trvalému tepelnému, radiačnímu a jinému namáhání, výběr materiálů tedy musí být optimalizován vzhledem k jejich schopnosti v daném prostředí plnit svou funkci. Jako perspektivní materiály první stěny se jeví wolfram (ve formě kompozitů či gradovaných vrstev připravených různými metodami), studovány budou též povlaky ocelí a niklu na grafitovém substrátu. Vzorky materiálů bude možné vkládat do vakuové nádoby tokamaku COMPASS díky „double lock“ vakuovému systému, umožňujícímu častou výměnu vzorků bez nutnosti vakuovou nádobu otevírat. Cílem práce bude zejména porovnání výchozího stavu vzorků se stavem po jejich expozici v tokamaku COMPASS (dlouhodobé i krátkodobé) a popis dějů, ke kterým dochází při interakci vzorků s tokamakovým plazmatem během výboje. |
| Preliminary scope of work in English |
| Important part of the activities directed towards the realization of thermonuclear fusion as a source of energy is the study and development of materials (for the construction, heat sinks, isolation etc.), often to be facing rather extreme conditions. Especially the choice of materials for the first wall of the tokamak’s vacuum vessel is an important part of the fusion reactor – these materials will be exposed to long-term heat, radiation and other loads; the choice of the materials must be optimized in view of their ability to fulfill their function in such an environment. As a perspective material for the first wall, tungsten has been chosen (in the form of composites or graded layers prepared by various methods); nickel and steel coatings on graphite substrate will be studied too. Samples will be inserted in the COMPASS tokamak vacuum vessel with the help of a double lock vacuum system, which will allow frequent exchange of samples without the need to open the vacuum vessel. The work will be focused primarily on the comparison if their state before and after the exposure (short and long term) to COMPASS tokamak plasma and the study of the processes that take place during the interaction of these materials with tokamak plasma discharge. |