Projekti / Programi
Vpliv devterija na nasičenje poškodb v kristalni mreži volframa
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P002 |
Naravoslovno-matematične vede |
Fizika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
zadrževanje devterija, poškodovan volfram, nasičenje poškodb v volframu
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
35487 |
dr. Anže Založnik |
Fizika |
Vodja |
2018 |
47 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.706 |
Povzetek
Na naši poti do izkoriščanja jedrske fuzije kot skoraj neomejenega vira zelene energije se moramo soočiti še z nekaj ovirami. Ena od teh ovir je zadrževanje fuzijskega goriva v stenah fuzijske naprave, kar predstavlja ekonomske in varnostne probleme. Da bi uspešno razvili in uporabili obnovitvene protokole za gorivo, moramo biti sposobni z visoko natančnostjo oceniti zadrževanje goriva v stenah.
Poškodbe v materialu zaradi nevtronskega obsevanja močno povečajo zadrževanje goriva v stenah. V preteklih študijah so pokazali, da se nastajanje poškodb v nedotaknjenem volframu nasiči pri določeni koncentraciji poškodb. Vendar pa prisotnost devterija v materialu med samim procesom poškodovanja povzroči dodatno nastajanje poškodb in premakne mejo saturacije k višjim vrednostim kot v primeru nedotaknjenega materiala brez devterija. Ker bo med delovanjem fuzijske naprave devterij vseskozi prisoten, je potrebno globoko razumevanje tega pojava, da bomo lahko izboljšali naše ocenjevanje zadrževanja goriva.
Predlagana študija se bo osredotočala na dinamiko evolucije poškodb v poškodovanem volframu in njeno odvisnost od prisotnosti devterija v materialu. Poškodovani volframovi vzorci bodo izpostavljeni različnim gostotam toka devterija, kar privede do različnih koncentracij devterija v materialu. Po tem bodo vzorci dodatno poškodovani ter izpostavljeni nizko-energijskim devterijevim atomom, s čimer bomo napolnili novonastale poškodbe. Koncentracijo devterija in njegovo celotno količino v vzorcih bomo izmerili z dvema metodama: analizo jedrskih reakcij in termodesorpcijsko spektroskopijo. Ker je lahko koncentracija devterija tudi mera za koncentracijo poškodb, bomo lahko določili novo koncentracijo nasičenja kot funkcijo začetne koncentracije devterija v materialu. Poleg tega bomo lahko razlikovali med različnimi tipi poškodb, saj nam termodesorpcijska spektroskopija omogoča ločeno obravnavo le-teg. S tem bomo lahko določili koncentracijo nasičenja za vsak tip poškodb posebej. Večina eksperimenta bo opravljenega in-situ, saj bodo vzorci ostali v vakuumu in ne bodo izpostavljeni zraku in ostalim nečistočam. Eksperimentalni rezultati bodo implementirani v novem, izboljšanem modelu, ki ga bomo uporabljali za oceno zadrževanja devterija v volframu.
Pomen za razvoj znanosti
Predlagana raziskava bo zagotovila poglobljeno razumevanje vpliva koncentracije D v materialu na dinamiko poškodb kristalne mreže W. Dobljeni rezultati bodo razložili pojave, ki so bili opaženi v raziskavi Markelj et al., Nucl. Mater. Energy 12 (2017), ki je prva študija o sočasnem poškodovanju W in izpostavitvi D atomom. Rezultati predlagane raziskave bodo dali podatke o nasičenju kristalnih poškodb W v odvisnosti od koncentracije D v materialu, kar do sedaj še ni bilo izmerjeno. Poleg tega bodo dobljeni podatki omogočali, da lahko ločeno preučujemo dinamiko različnih tipov poškodb. Tako bomo lahko določili vpliv koncentracije D na posamezne tipe poškodb ter razlike v njihovi dinamiki.
Rezultati te raziskave bodo izjemno pomembni za oceno zadrževanja fuzijskega goriva v stenah fuzijske naprave. Zadrževanje vodikovih izotopov so obsežno preučevali na pred-poškodovanem W, vendar pa takšne raziskave ne prikazujejo realnih pogojev znotraj delujoče fuzijske naprave. Med delovanjem naprave bo material v stenah naprave sočasno poškodovan in izpostavljen vodikovim izotopom, kar bo spremenilo dinamiko nastajanja in anihilacije poškodb kristalne mreže. Ta raziskava bo tako zagotovila pomembne podatke o nasičenju kristalnih poškodb v odvisnosti od koncentracije D v materialu. Rezultati bodo uporabljeni v novih in izboljšanih modelih, ki bodo simulirali realne pogoje znotraj delujoče fuzijske naprave in bodo podali natančne ocene stopnje poškodb in zadrževanja fuzijskega goriva v stenah in komponentah, ki so v neposrednem stiku s plazmo v fuzijski napravi.
Pomen za razvoj Slovenije
The proposed study will provide an in-depth understanding on the influence of D concentration in the material on W lattice defect dynamics. The obtained results will explain the phenomena observed in the study by Markelj et al., Nucl. Mater. Energy 12 (2017) which was the first study of simultaneous W damaging and D atom exposure. The results of the proposed study will provide data on W lattice defect saturation dependence on D concentration in the material which has never been measured before. Moreover, the obtained data will enable us to distinguish and separate the dynamics of different defect types, following the influence of D concentration on individual defect types and determining the differences in their dynamics.
The results of this study will be of great importance for the estimation of the fusion fuel retention in the wall of a fusion device. Hydrogen isotope retention has been extensively studied in pre-damaged W material, however such studies do not resemble the real condition inside a working fusion device. During the operation the wall material will be simultaneously damaged and exposed to hydrogen isotopes which will change the lattice defect creation and annihilation dynamics. Therefore, this study will provide important data on the lattice defect saturation dependence on D concentration in the bulk of the material. These results will be implemented in the new and improved models which will simulate the real conditions inside an operating fusion device and accurately estimate the damage level of the PFC and fusion fuel retention in the wall of the device.
