Participarea Romaniei la EUROfusion WPMAT si cercetari complementare

Dezvoltarea de materiale, compozite si tehnologii pentru componente de W care vor fi utilizate in fluxuri mari de caldura

Proiectul WPMAT in cadrul EUROfusion urmareste consolidarea bazei de date privitoare la comportarea materialelor considerate ca prima optiune pentru realizarea componentelor principale ale reactorului de fuziune DEMO (capabil sa livreze energie electrica in timpul functionarii) si sa dezvolte, produca si caracterizeze noi materiale avansate alternative pentru a asigura indeplinirea tintelor propuse in cadrul programului de fuziune.

Problema principala din punctul de vedere al materialelor destinate reactorului DEMO, spre deosebire de cazul ITER, este generata de prezenta unor fluxuri mari de neutroni, cu efecte estimate la circa 10 dpa pentru divertor si posibil peste 100 dpa pentru blanket (sistemul de conversie a neutronilor in energie termica), ceea ce reprezinta in fapt un ordin de marime peste cel al iradierii intr-un reactor clasic de fisiune. Mai mult, aceste componente vor opera la temperaturi mai mari, cu efecte detrimentale majore asupra proprietatilor mecanice ale materialelor folosite, in special al celor structurale. Avand in vedere existenta mai multor variante constructive si functionale pentru DEMO, materialele necesare trebuie sa fie proiectate si testate adecvat diferitelor „ferestre” de parametri operationali.

In WPMAT-RO, grupul nostru este implicat in studiul si producerea materialelor pentru diferite concepte de raciere utilizate pentru constructia divertorului DEMO. In particular cercetarile noastre sunt focusate asupra catorva topici principale. Dezvoltarea de noi materiale structurale avansate bazate pe W, cum sunt asa numitele laminate W-metal, in fapt compozite stratificate care incearca sa fructifice proprietatile mecanice deosebite ale foliilor e W laminate la rece (~300 C !) in realizarea unor materiale masive.

Dezvoltarea de materiale de interfata destinate realizarii trecerii de la armura termica la elementele structurale, cum sunt materialele cu gradient compozitional (e.g. W-Cu) sau diferite compozite pe baza de cu cu rol de bariera termica.

Dezvoltarea tehnologiilor de imbinare pentru componente si materiale cu proprietati diferite. Astfel de tehnologii trebuie sa permita realizarea unor jonctiuni functionale sau structurale fara a afecta proprietatile unor materiale avansate adiacente jonctiunii, cum sunt de pilda materiale intarite prin dispersii ceramice sau precipitate.

Caracterizarea microstructurala si a proprietatilor termofice ale diferitelor materiale produse in consortiu constituie o alta activitate importanta a grupului nostru.

Obiective:

Proiectul WPMAT in cadrul EUROfusion urmareste consolidarea bazei de date privitoare la comportarea materialelor considerate ca prima optiune pentru realizarea componentelor principale ale reactorului de fuziune DEMO (capabil sa livreze energie electrica in timpul functionarii) si sa dezvolte, produca si caracterizeze noi materiale avansate alternative pentru a asigura indeplinirea tintelor propuse in cadrul programului de fuziune.

In WPMAT-RO, grupul nostru este implicat in studiul si producerea materialelor pentru diferite concepte de raciere utilizate pentru constructia divertorului DEMO. Conform planului de lucru al consortiului, suntem direct implicati in urmatoarele activitati din cadrul topicului legat de materiale capabile sa reziste la fluxuri mari de caldura (HHFM):

• A. Materiale “laminate” pe baza de W (task 3.2.2, partener: KIT, Germania)
• B. Materiale cu gradient functional W-Cu (task 3.3.1, partener: CEA, Franta)
• C. Materiale de tip bariera termica pe baza de Cu (task 3.3.2, partener: IST, Portugalia)
• D. Dezvoltarea tehnologiilor de imbinare (task 3.4.2, partener: URJC, Spania)
• E. Caracterizari microstructurale si ale proprietatilor fizice (task 3.7.1, partener: DTU, Danemarca)

Etape si activitati *)

Anul	Etape/Activitati	Termene
2014	Etapa 1	12.2014
	A1. laminate pe baza de W-Cu pentru teste mecanice
	B1. optimizarea producerii de FGM W-Cu
	C1. Evaluarea tehnologiei de brazare FAST
	D1.Proprietati termice ale laminatelor W-metal
2015	Etapa 2	06.2015
	B2. FGM W-Cu pt. teste mecanice
	B3. bariere term. CuC si CuSiC
	C2. Imbinare W-FGM-Cu prin FAST
	Etapa 3	12.2015
	A2 interdifuzie in laminate W/metal
	A3. Laminate W multimetal
	B4. FGM WCu pt teste HHF
	C3. imbinare dinamica FAST
	D2. prop, termice pt FGM W-Cu
2016	Etapa 4	06.2016
	A4. probe mMW pt teste mecanice
	B5. machete marime mica W-FGM-Cu
	B6. bariere termice flexibile
	C4. tehnolog. lipire pentru machete
	D3. prop. termice pentru interfete
	D4. prop. termice pt consortiu

*) tabelul este conform planului initial, activitatile sunt decise pentru fiecare an la nivel de proiect in PBM in concordanta cu evolutia intregului proiect EUROfusion

Rezultatele obtinute:

2014

Livrabilele asociate topicilor abordate (HHFM-3.2.2.D2, -3.3.1.D1, -3.4.2.D2 si -3.7.1.D2) au fost prezentate si acceptate in cadrul PMM din 1-2 decembrie 2014 de la Garching:

• A fost demonstrata fezabilitatea utilizarii FAST pentru realizarea de laminate din folii de W si Cu, V, Ti, Pd sau W cu diferite grosimi si forme finale planare, rezultand compozite care au fost deja caracterizate microstructural si termic si probe care au fost trimise la KIT pentru teste mecanice.
• Au fost realizate materiale de tip FGM din W si Cu utilizand tehnici de metalurgia pulberilor, care au fost caracterizate prin SEM/EBS si din punctul de vedere al proprietatilor termice. In cazul materialelor FGM de grosimi mici (sub 2 mm) rezultatele arata ca desi din punct de vedere termic comportarea este cea prezisa, din punct de vedere microstructural tendinta de aglomerare a particulelor de W produce inomogenitati la o scala de 100-300 de microni ceea ce impune utilizarea unei proceduri de productie in mai multi pasi.
• A fost demonstrat ca utilizarea FAST constituie o metoda eficienta pentru realizarea de componente, iar utilizarea foliilor comerciale din materiale pure (Cu sau V) este suficienta in cazul conceptelor actuale de racire, in timp ce utilizarea unor aliaje mai complexe nu aduce benficii suplimentare justificabile si eficiente din punctul de vedere al costurilor. De asemenea testele de induranta termica efectuate au relevant ca utilizarea Ti nu este adecvata datorita interdifuziei cu W iar cea a Pd nu este adecvata din punctul de vedere al costurilor si al retentiei de He/H.
• Pe langa investigatiile microstructurale si termice efectuate pentru probele proprii au fost realizate o serie de investigatii si pentru partenerii din consortiu (IST, JSI, KIT).

2015

Livrabile asociate topicilor abordate (HHFM-3.2.2.D4, -3.3.2.D2, -3.4.2.D4 si -3.7.1.D4) au fost prezentate si acceptate in cadrul PMM din 9-10 noiembrie 2015 de la Garching.

• Au fost realizate diferite tipuri de profile pentru laminate W-Cu si W-V. De asemenea au fost realizate in premiera utilizand tehnologia FAST tevi cu pereti din astfel de laminate. Folii de W pe care au fost depunese straturi de circa 100 nm de Cu si Cr au fost utilizate pentru imbunatatirea durabilitatii termice a laminatelelor de tip W-Ti.
• Materiale pentru bariere termice au fost realizate sub forma de compozite pe baza de Cu si diferiti oxizi, SiC si grafena cu diferite concentratii si microstructuri. Analiza proprietatilor termice si microstructurale a aratat ca materiale nanostructurate stabile termic se pot obtine pentru dispersii de nanoparticule cu dimensiuni similare cu cele ale nanoparticulelor matricii de Cu. In acelasi timp, valorile conductibilitatii termice sunt determinate preponderent de concentratia de materiale dispersate. Analize ale coeficientilor de expansiune termica au aratat ca din acest punct de vedere cele mai adecvate materiale sunt cele realizate cu matrice de Cu din pulberi micrometrice si pulberi de grafit (micrometrice) sau SiC (nanometrice). A fost realizat un tabel complex pentru conductibilitati termice in functie de material si concentratii care permite proiectarea unor componente schimbator de caldura utilizand simulari prin FEM. Din punctul de vedere al dezvoltarii tehnologiilor de imbinare a fost demonstrata fezabilitatea realizarii unui proces dinamic de alipire prin FAST, care a fost demonstrat (“proof of principle”) in laborator prin realizarea de laminate W-Cu prin aceasta metoda. Au fost stabilite conceptul si parametrii necesari pentru realizarea unui prototip automatizat care va fi realizat in etapa urmatoare.
• Pe langa investigatiile microstructurale si termice efectuate pentru probele proprii au fost realizate o serie de investigatii si pentru partenerii din consortiu incluzand aliaje de W cu autopasivare produse de KIT si CIEMAT, compozite W-SiC cu continut ridicat de W produse de JSI si compozite W-Cu pentru sisteme de racire produse de IPP.

2016

Livrabile asociate topicilor abordate (MAT-HHFM-3.2.2-T003-D002, -3.3.2-T003-D001 si -3.7.1-T003-D002) au fost prezentate si acceptate in cadrul PMM din 8-9 noiembrie 2016 de la Garching.

• Au fost realizate progrese remarcabile atat in ceea ce priveste procesarea laminatelor W-multi-metal., obtinandu-se o imbunatatire semnificativa a interfetelor prin ajustarea fina a parametrilor de proces FAST, in special presiunea aplicata, cat si a comportamentul materialelor produse in cazul expunerii prelungite a acestora la temperaturi mari (1000 ore la 1000 C). De asemenea, depunerea unui strat tampon de ordinul a 100 nm de Cr sau Cu pe folile de W utilizate pentru producerea de laminate W-Ti si W-V s-a dovedit a fi o solutie fericita, producand o imbunatatire drastica a comportarii acestora in cazul expunerii indelungate la temperaturi ridicate. In special in cazul laminatelor W-Ti, acest procedeu impiedica inter-difuzia W-Ti si permite reconsiderarea acestui tip de laminate ca potentiala solutie structurala in divertor. Trebuie mentionat ca utilizarea combinatiei W-Cr-Ti este de natura a extinde domeniul de operare al acestor compozite cu circa 200 C.
• A fost proiectat un sistem pentru brazarea FAST in regim dinamic, asemator procesului de laminare, prototipul fiind in faza finala de realizare si urmand a fi utilizat pentru a testa posibilitatile de scalare a procesului de realizare a componentelor stratificate prin aceasta metoda la nivel industrial.
• Au fost finalizate investigatiile asupra materialelor de tip bariera termica de tip compozit Cu-alumina, Cu-ytria, Cu-SiC si Cu-C si au fost definite criteriile de selectie in functie de proprietatile cerute in diferite variante de design al divertorului. De asemenea au realizate noi materiale bariera termica, compozite Cu-ZrO2 care prezinta conductibilitati termice foarte joase, de circa 3-6 W/m/K in intregul interval de temperatura de operare pentru astfel de materiale, adica intre 300 si 1000 C. Aceste valori reduse permit reducerea grosimii barierei termice si utilizarea lor inclusiv in cadrul conceptului de divertor cu monobloc din W.
• Au fost de asemenea caracterizate din punctul de vedere al proprietatilor termofizice numeroase specimene, produse atat in laboratorul nostru cat si de catre partenerii din consortiu, iar datele au fost trimise pentru a fi incluse in baza de date EDDI. In acest an a fost utilizat un nou echipament din infrastructura INCDFM, care permite masurarea simultana a conductibilitatii electrice si a efectului Seebeck pana la 800 C. Aceste investigatii permit o caracterizare fizica mult mai riguroasa atat a conductibilitatii termice (cunoasterea conductibilitatii electrice permite decelarea componentelor fononice si electronice ale conductibilitatii termice) cat si verificarea posibelelor riscuri generate de alipirea de metale diferite in cadrul deverselor componente (coeficientul Seebeck).

Publicatii:

Articole:

[1] F. Guerreiro, M. Dias, A. Galatanu, J.B. Correia, E. Alves, P.A. Carvalho, “W-Ta Composites Consolidated by Spark Plasma Sintering”, Microscopy and Microanalysis 21 (2015).

[2] M. Dias, F. Guerreiro, J.B. Correia, A. Galatanu, M. Rosinski, M.A. Monge, A. Munoz, E. Alves, P.A. Carvalho, “Consolidation of W-Ta composites: Hot isostatic pressing and spark and pulse plasma sintering”, Fusion Engineering and Design 98-99 (2015) 1950-1955.

[3] A. Ivekovic, A. Galatanu, S. Novak, “Low-activation W-Si-C composites for fusion application”, Fusion Engineering and Design 100 (2015) 638-645.

[4] M. Galatanu, M. Enculescu, G. Ruiu, B. Popescu, A. Galatanu, “Cu-based composites as thermal barrier materials in DEMO divertor components” Fusion Eng. Des. (2017), http://dx.doi.org/10.1016/j.fusengdes.2017.02.031

[5] G. Carro, A. Munoz, M.A. Monge, B. Savoini, A. Galatanu, M. Galatanu, R. Pareja, “Thermal conductivity and diffusivity of Cu-Y alloys produced by different powder metallurgy routes”, Fusion Eng. Des. (2017), http://dx.doi.org/10.1016/j.fusengdes.2017.01.017

[6] A.v. Müller, D. Ewert, A. Galatanu, M. Milwich, R. Neu, J.Y. Pastor, U. Siefken, E. Tejado, J.H. You, “Melt infiltrated tungsten–copper composites as advanced heat sinkmaterials for plasma facing components of future nuclear fusiondevices”, Fusion Eng. Des. (2017), http://dx.doi.org/10.1016/j.fusengdes.2017.01.042

Persoane de contact: A. Galatanu (gala@infim.ro)

---

Tehnici experimentale pentru imbunatatirea proprietatilor de suprafata si investigatii nedistructive in cazul materialelor destinate fluxurilor intense de caldura

Proiectul WPMAT in cadrul EUROfusion urmareste consolidarea bazei de date privitoare la comportarea materialelor considerate ca prima optiune pentru realizarea componentelor principale ale reactorului de fuziune DEMO (capabil sa livreze energie electrica in timpul functionarii) si sa dezvolte, produca si caracterizeze noi materiale avansate alternative pentru a asigura indeplinirea tintelor propuse in cadrul programului de fuziune. Pentru a sprijini activitatile consortiului prin cresterea calitatii cercetarii realizate si dezvoltarea cunostiintelor stiintifice si tehnnologice ale grupurilor implicate, proiectul complementar dedicat participarii noastre in domeniul materialelor isi propune dezvoltarea tehnicilor experimentale pentru studiul modificarilor de suprafata si al investigatiilor ccu grad ridicat de omplexitate. Principalele obiective vizeaza:

• Modificarea proprietatilor suprafetelor utilizand fascicule de electroni, plasma sau laser, in parteneriat cu INFLPR, laboratorul acceleratoare (Dr. C. Ticos)
• Dezvoltarea tehnicilor de microtomografie computerizata cu raze X pentru analiza materialelor dense cu W, in parteneriat cu INFLPR, laboratorul de fuziune nucleara si fizica plasmei (Dr. I. Tiseanu)
• Dezvoltarea tehnicii de evaluare nedistructiva a imbinarilor utilizand investigatii ale proprietatilor de transport termic si electric.

Primul obiectiv este legat de proprietatile de suprafata ale materialelor si compozitelor produse pentru diferite machete si componente in cadrul DEMO. Pe de o parte se vor utiliza echipamentele existente cum sunt acceleratoarele de electroni, tunuri de plasma sau laseri pentru a investiga efectele iradierii asupraa suprafetelor si pe de alta parte se urmareste dezvoltarea tehnicilor de modificare controlata a supraafetelor (curatare, curatare selectiva, crearea de diferite texturi si morfologii) fara afectarea materialelor de volum. Aplicatiile immediate se regasesc in ingineria interfetelor la imbinarea materialelor si tehnologii de protejare a suprafetelor (la corodare, oxidere).

Cel de-al doilea obiectiv este dedicat dezvoltarii tehnicilor de analiza si reconstructie grafica 3D pentru materiale cu continut mare de W. Problema care trebuie rezolvata este legata de “opacitatea” W la raze X, care face posibila penetrarea acestora doar la nivelul suprafetei. Astfel numai probe extrem de mici pot fi analizate prin aceasta tehnica, desi interesul tehnologic solicita analiza unor probe de volum mare. Scopul studiului este de a gasi solutii pentru investigarea unor probe cu volumul de cel putin cativa mm cubici. Aplicatiile sunt legate de studiul materialelor de interfata, cum sunt cele cu gradient functional W-Cu si a componentelor imbinate prin diferite tehnici speciale.

Cel de-al treilea obiectiv este direct legat de aplicatiile in tehnologiile de imbinare dezvoltate si urmareste obtinerea de date experimentale, compararea lor cu rezultatele simularilor numerice si realizarea unei evaluari cantitative a imbinarilor. Evident, tehnicile experimentale de analiza dezvoltate in cadrul acestor studii trebuie sa poata fi aplicate unor componente sau machete fara a le distruge. Un caz particular de interes deosebit il constituie dezvoltarea unor modele si tehnici de analiza pentru materialele de tip compozite stratificate, cum sunt asa numitele W laminate.

Obiective:

Proiectul WPMAT in cadrul EUROfusion urmareste consolidarea bazei de date privitoare la comportarea materialelor considerate ca prima optiune pentru realizarea componentelor principale ale reactorului de fuziune DEMO (capabil sa livreze energie electrica in timpul functionarii) si sa dezvolte, produca si caracterizeze noi materiale avansate alternative pentru a asigura indeplinirea tintelor propuse in cadrul programului de fuziune.

In WPMAT-RO, partea complementara are drept obiectiv suportul activitatilor din partea principala prin cresterea calitatii materialelor si componentelor produse si dezvoltarea cunostiintelor stiintifice si tehnnologice ale grupurilor implicate. Proiectul isi propune dezvoltarea tehnicilor experimentale pentru modificari de suprafata si a celor investigare. Principalele obiective vizeaza:

• Modificarea proprietatilor suprafetelor utilizand fascicule de electroni, plasma sau laser, in parteneriat cu INFLPR, laboratorul acceleratoare (Dr. C. Ticos)
• Dezvoltarea tehnicilor de microtomografie computerizata cu raze X pentru analiza materialelor dense cu W, in parteneriat cu INFLPR, laboratorul de fuziune nucleara si fizica plasmei (Dr. I. Tiseanu)
• Dezvoltarea tehnicii de evaluare nedistructiva a imbinarilor utilizand investigatii ale proprietatilor de transport termic si electric.

Etape si activitati:

Anul	Etape/Activitati	Termene
2014	Etapa I	12.2014
	A1.1. Inbunatatirea prop.suprafetelor
	NIMP: probe pentru teste
	P1-Ticos: evaluarea efectelor iradierii asupra probelor W
	A2. Investigatii XCT
	NIMP: probe pentru teste
	P2-Tiseanu: XCT pe probe cu continut ridicat de W
	A3.1 evaluarea imbinarilor prin prop termice
	NIMP: analiza probelor simple si cu defecte
2015	Etapa II	06.2015
	A1.2. Imbunatatirea prop. suprafetei
	NIMP: probe pentru teste
	P1-Ticos: evaluarea efectelor iradierii asupra probelor de W cu compozitii mixte ale sup.
	A2.2. Dezvoltarea tehnicilor XCT
	NIMP: probe pentru teste
	P2-Tiseanu: XCT pe probe FGM
	A3.2 evaluarea imbinarilor prin prop termice
	NIMP: efectele iradierii W asupra imbinarilor
	P1-Ticos: Iradierea probelor simple de W
	Etapa III	12.2015
	A1.3. Imbunatatirea prop. suprafetei
	NIMP: probe pentru teste
	P1-Ticos: evaluarea efectelor iradierii asupra probelor de W cu straturi subtiri depuse
	A2.3. XCT develop..
	NIMP: probe pentru teste
	P2-Tiseanu: XCT pe probe pentru bariere termice
	A3.3 evaluarea imbinarilor prin prop termice
	NIMP: Analiza imbinarilor probelor de W+iradierea straturilor mixte de suprafata
	P1-Ticos: Irad.probelor de W + straturilor mixte de suprafata
2016	Etapa IV	06/2016
	A1.4. Imbunatatirea prop. suprafetei
	NIMP: probe pentru teste
	P1-Ticos: evaluarea posibilitatilor de scalare a irad. sup.
	A2.4. XCT develop..
	NIMP: probe pentru teste
	P2-Tiseanu: XCT pe probe de W imbinate
	A3.4 evaluarea imbinarilor prin prop termice
	NIMP: efectele iradierii W asupra imbinarilor
	P1-Ticos: Irad. probelor W +straturi depuse

Rezultate obtinute:

2014

• In cadrul acestei etape, privitor la primul obiectiv, in INCDFM au fost preparate probe din W cu diferite morfologii care au fost expuse in cadrul parteneriatului cu INFLPR (Dr. C. Ticos) unor fluxuri puternice de plasma pentru a analiza calitativ si cantitativ tipurile de defecte cauzate de interactiunea cu plasma, pe de o parte si pe de alta parte pentru a evalua posibilitatea utilizarii unor tratamente cu plasma pentru curatarea de impuritati, migratia de defecte sau autoregenerarea suprafetelor expuse.
• In cadrul studiilor destinate celui de-al doilea obiectiv, in INCDFM au fost preparate diferite compozite cu W (particule, fibre) si Cu, Al, sau SiC pentru analize tomografice cu raze X. Acestea au fost realizate in cadrul INFLPR (Dr. I. Tiseanu) urmarindu-se optimizarea configuratiei si a parametrilor de scanare tomografica a probelor in vederea determinarii formelor si dimensiunilor caracterisitce ale diferitelor structuri: interfete, voids, agregari micro particule de wolfram. Pentru fibrele de wolfram s-a utilizat un program de metrologie tomografica care permite fitarea unor cilindri pe volumele 3D reconstruite si evaluarea razei cilindrului si a abaterilor de forma.
• In cercetarile destinate celui de-al treilea obiectiv, au fost realizate si investigate in INCDFM probe de tip multistrat W/material brazare cu sau fara defecte si au fost evaluate prorietatile de transport termic. A fost stabilit un algortim de rezolvare a rezistentei termice de contact in cadrul probelor multistrat si de evaluare a suprafetei/defectului de suprafata de contact. Rezultatele au fost verificate prin studii microstructurale efectuate pe probele investigate.

2015

• In aceasta etapa in INCDFM obiectivele principale au fost legate de investigarea compozitelor multi-strat de tip laminate cu W si Ti realizate prin FAST, foliile de W fiind protejate in prealail prin depunerea unor straturi de Cu sau Cr de circa 100 nm. De asemenea, au fost realizate o serie de probe de tip W cu dispersii din Cr, Ir, SiC cu concentratii intre 5 si 30 % pentru a fi iradiate cu fascicule de electroni si tunuri de plasma. Au fost preparate si noi seturi de probe pentru viitoare investigatii prin microtomografie, in particular compozite SiC-V.
• Probe cu suprafete de circa 1 cm2 realizate din pulberi sinterizate de W cu dimensiuni de graunti variind intre ~60 nm si ~ 80 mm (produse in 2014) au fost expuse unor fluxuri relativiste de electroni cu energii de circa 6.2 MeV intr-un LINAC de catre grupul Ticos in INFLPR. Caldura depozitata de fluxul de electroni a fost evaluata experimental si semi-analitic si valorile au fost extrapolate pentru situatiile existentente intr-un reactor de tip tokamak. Probe din W obtinute prin sinterizarea de pulberi de nano și micro particule au fost expuse si la jeturi de plasmă dense produse într-un tun coaxial. Analiza suprafaței acestor probe a fost efectuată cu un SEM. Probele cu nanopulberi s-au evidentiat prin aparitia fisurilor și chiar a nanoparticule de topitura pe suprafața lor după o expunere de 10 descarcari în timp ce proba din micropulbere a prezentat doar o eroziune puternică pe suprafața sa. Si compozitele din pulberi de W cu Ir, Cr, și SiC cu diferite procente au fost expușe la un fascicul de electroni cu 6 MeV. Cele mai rezistente probe au fost cele de W + SiC care nu arată nici un semn de degradare semnificativă pe suprafata, urmată de probele de W + Cr care sunt rezistente când concentrația Cr este ridicată. Proba de W + Ir a fost puternic erodata pe suprafața sa. Iradierea de pulberi de W, C și Fe imersate într-o descărcare de plasmă RF a fost efectuată cu un fascicul de electroni de 15 keV. Nici un efect semnificativ a fost observat, cu excepția pulberii de Fe pentru care dinamica particulelor de pulbere a arătat o perturbare în stabilitate în timpul levitației în plasmă.
• Probele de tip FGM W-Cu realizate anul trecut au fost investigate prin uXCT de catre grupul Tiseanu in INFLPR. In acest sens a fost necesara optimizarea aranjamentului experimental pentru analiza prin microtomografie de raze X a probelor in vederea obtineri unei rezolutii spatiale cat mai inalte (de ordinul micronului) in prezenta unor puternice artefacte de reconstructie. Au fost investigate astfel materiale de volum pe baza de wolfram-cupru realizate prin SPS cu 4 combinatii de amestecuri din nano si micoparticule de wolfram si cupru in proportii volumice egale pentru a evalua uniformitatea distributiei volumetrice de wolfram si cupru. Rezultatul principal este demonstrarea faptului ca in limita rezolutiei spatiale de cca 1-2 microni nu se evidentiaza variatii de densitate sau segregari de wolfram/cupru, care certifica astfel la nivel tridimensional rezultatele obtinute anterior prin tehnici de microscopie de baleiaj.

2016-2018 Proiect nou

Proiectul prezent urmareste sprijinirea activitatilor desfasurate de unitatea de cercetare din Romania in cadrul concernului EUROfusion in modulul destinat dezvoltarii de materiale, WPMAT, prin dezvoltartea tehnicilor experimentale dedicate atat tehnologiilor de fabricatie cat si investigarii comportamentului materialelor produse in conditii ambientale cat mai apropiate de cele existente intr-un reactor de fuziune nucleara. Urmand tendinta de focusare initiata in cadrul concernului, si proiectul complementar urmeaza sa fie corelat cu activitatile din consortiu. Aceasta implica pe de o parte producerea de compozite stratificate incluzand materiale tipice rezisrtente la fluxuri mari de caldura, cum sunt armuri pe baza de W, interfete si schimbatoare de caldura din aliaje de Cu (dezvoltate in INCDFM), iar pe de alta parte dezvoltarea experimentelor de iradiere si de anliza non-distructiva dedicate acestor materiale si componente (INFLPR). Testarea materialelor dezvoltate pentru tehnologia de fuziune este esențială pentru validarea tehnologiilor de fabricatie relevante. In acest sens este necesara imbunatatirea conditiilor de iradiere cu electroni si jeturi de plasma pentru a putea iradia componente continad W (asigurare conditii de vid) si intelegerea cauzelor si in masura posibilului reducerea sau chiar eliminarea artefactelor generate de prezenta W in cadrul investigatiilor tomografice cu raze X.

Rezultate obtinute:

2016

• Utilizand acceleratorul de electroni ALID 7, au fost iradiate probe cu un fascicul de electroni de înaltă energie (6 MeV). O îmbunătățire a condițiilor de testare a fost realizata prin modernizarea montajului experimental și plasarea ulterioara a probelor în vid (4×10-2 torr) în timpul iradierii. Intr-o prima etapa au fost realizate testari ale probelor realizate din aliaje, precum Ni-Cr, Mo-Re, din oțel inoxidabil și dintr-un metal pur cum ar fi Mo. Suprafetele probelor au fost apoi studiate la SEM pentru a analiza modificarile morfologice la nivel microscopic.
• Materialele de interfata utilizate in realizarea compozitelor stratificate sunt noi materiale dense pe baza de Cu, dezvoltate de noi pentru a actiona pe post de bariere termice care controleaza fluxul termic prin componentele divertorului. Pentru a putea caracteriza 3D morfologia lor, tehnicile de investigare prin micro-tomografie computerizata cu raze X au fost adaptate pentru a face fata atat naturii compozite a materialelor la nivel micronic cat si prezentei in vecinatate a unui strat de W opac la radiatiile X.
• Pentru a putea investiga efectele iradierii cu electroni asupra interfetelor din componentele W-BT-aliaj Cu a fost necesara realizarea unor probe dedicate cu grosimi reduse ale stratului de W, care sa permita interactia fluxului de electroni in adancimea componentelor. Astfel au fost realizate noi sisteme multistrat utilizand folii de W de 0.1, 0.5 si 2 mm, diferite materiale de interfata si suport din CuCrZr. Acestea urmeaza sa fie investigate inainte si post iradiere atat prin tehnici tomografice cat si prin metode clasice (SEM, proprietati termofizice).

Publicatii:

Articole

[1] M. Oane, D. Toader, N. Iacob, C. M. Ticos, “Thermal phenomena induced in a small tungsten sample during irradiation with a few MeV electron beam: Experiment versus simulations”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 337 (2014) 17–20.

[2] D. Toader, M. Oane, C.M. Ticos, “Collimated electron beam accelerated at 12 kV from a Penning discharge”, Review of Scientific instruments 86 (2015), 013301-1/6

[3] M. Oane, A. Peled, D. Toader, P. Mursa, C.M. Ticoş, “Semi-analytical solution of the thermal field distribution in a semiconductor under simultaneous Irradiation by three laser beams”, Lasers in Engineering 32 (3-4) (2015), 161-171

Conferinte

1. C.M. Ticos, C. Luculescu, A. Scurtu, D. Ticos, M. Galatanu, A. Galatanu, C.P. Lungu, C. Porosnicu, I. Jepu, G. Cojocaru, G. R. Ungureanu, Nano structures produced at the interaction of energetic plasma with surfaces, International Workshop on Advances in Nanophysics and Nanophotonics 31 Aug -2 Sept 2, 2015, Magurele, Romania

2. C.M. Ticos, M. Galatanu, C. Luculescu, M. Oane, N. Iacob, D. Ticos, A. Scurtu, N. Banu, Surface modification and heating of fusion compatible materials exposed to a few Mev electron beam and plasma jet, 1st EURATOM-FUSION Research Unit Days Meeting, Institute of Atomic Physics, 14th May, 2015, Magurele, Romania

Persoane de contact:

A. Galatanu (gala@infim.ro), I. Tiseanu (tiseanu@infim.ro), C. Ticos (catalin.ticos@inflpr.ro)