Participarea Romaniei la EUROfusion WPPFC si cercetari complementare

Realizarea de esantioane de referinta pentru pachete de lucru din cadrul WPPFC

Perioada de desfasurare: 2014-2016

Obiective:

Etape si activitati:

Parteneri externi:

Rezultatele obtinute:

Folosind metoda arcului termoionic in vid s-au obtinut esantioane fara incluziuni gasoase care contin Al+W, Be+W si W, grosimea straturilor de 2 um, depuse pe substraturi din molibden si siliciu. Au fost trimise esantioane de referinta in alte laboratoare in vederea realizarii analizelor: Croatia_RBI: Al+W (10-90%); Al+W (67-33%); W; Estonia_UT: Al+W (10-90%); W; Finlanda – VT: Al+W (67-33%);Al+W (67-33%);Al+W (10-90%);W; Be+W (67-33%); Be+W (67-33%); Germania_FZJ: Al+W (10-90%); W Italia_ENEA-F: Al+W (10-90%); Al+W (10-90%); W; W. Letonia_UL: Al+W (10-90%); W. Slovacia_CU: Al+W (10-90%); Al+W (10-90%); W; W. Suedia_VR: Al+W (10-90%); Al+W (67-33%); Be+W (67-33%); W. Filmele au avut grosimea de 2 µm asa cum a cerut fiecare grup de lucru. O serie de analize au fost realizate de catre IAP: SEM, XPS si XRD. Filmele obtinute au fost analizate in Romania pentru a verifica continutul gazos prin RBS pentru azot si TDS pentru deuteriu. Rezultatele au aratat concentratii de pana la 40% N in cazul filmelor de W si 19% D in cazul filmelor de Be si a celor mixte Be-W.Rezultatele au fost confirmate de analize IBA (NRA si RBS) atat in Portugalia, la IST cat si in Slovenia la IJS.

In cadrul pachetului de lucru SP1.5 s-a elaborat si aplicat tehnologia de acoperire cu straturi de W de 10-15 µm a placilor de la divertorul WEST. Placa prototip acoperita cu tehnologia elaborata a fost testata cu succes in instalatia GLADIS de la IPP Garching. In cadrul pachetului de lucru SP5.4 s-au depus pe esantioane din W straturi marker de 35 µm (7 µm Mo + 28 µm W). Testarea termica a acestora s-a facut la 1000C, in regim pulsat, utilizand un fascicul de electroni, cu durata de 7 minute. Suprafata defectelor rezultate dupa 300 de pulsuri a reprezentat 0.07% din suprafata incarcata termic. Tot in cadrul SP5.4 s-au produs straturi de W de 6 µm cu un continut de He de ~ 14 at% si straturi de W de 9 µm cu un continut de D de 0.9 at%. In cadrul pachetului SP7.1 s-a masurat emisivitatea straturilor de W de 10-15 µm depuse pe esantioane din N11 CFC si FGG la lungimea de unda de 1,75 µm. Valorile gasite au fost 0.54 ± 0.04 pentru W/N11 CFC si 0.45 ± 0.03 pentru W/FGG la temperatura de 1200 C.

S-a realizat o caracterizare ampla a coloanei de plasma din instalatia Magnum-PSI, prin obtinerea de distributii 2D (în sectiune transversala a coloanei de plasma) ale potentialului flotant și ale curentului ionic de saturatie, în zona tintei. Aceste date vor folosi pentru dezvoltarea bazei de date EIRENE. Rezultatele au fost raportate pentru 5 valori ale curentului de descarcare și pentru 3 valori ale inductiei câmpului magnetic. Ele au fost obtinute prin prelucrarea datelor înregistrate în timpul masuratorilor anterioare efectuate în Magnum-PSI, folosind un sistem cu 64 de sonde. Distributia curentului de sonda (compus din electroni și ioni) la suprafata tintei a fost obtinuta în functie de polarizarea tintei, pentru o singura conditie de lucru. Pentru același tip de masuratori ca cele realizate în Magnum-PSI, a fost proiectat un nou sistem multi-sonda pentru instalatia PSI-2.

In anul 2016 au fost efectuate urmatoarele activitati: i) producerea si caracterizarea acopririlor din Be si Be-W cu incluziuni din D si N, filmele avand grosimi mai mari de 5 μm, Be, W, si diferite filme composite din Be-W cu si fara continut gazos (D, He, N, Ne, Ar, O), ii) Straturi groase din Be-C, Be-O, W-O pentru studii comparative, iii) producerea de straturi din W, Be, si W-Be pentru studii de implantare, iV) producerea si caracterizarea acopririlor din W+He cu continut de He de 10.7 at.% (determinat prin TOF-ERDA), v) producerea si caracterizarea straturilor din W-Al+He cu continut de He 9.3 at.% si continut de Al de 12.9 at.%. vi) producerea si caracterizarea straturilor de W-N+He cu continut de He de 4.6 at.% si continut de de N de 7.6 at.% (determinat prin TOF-ERDA); vii) producerea si caracterizarea de straturi W+D de grosime 3.2 µm; viii) producerea si caracterizarea de acoperiri W-N+D.

Specificatiile privind compozitiile chimice si grosimile de strat au fost fost impuse de utilizatorii acestor straturi din cadrul celorlalte pachete de lucru din cadrul proiectului WPPFC. Straturile au fost obtinute printr-o metoda de depunere magnetron asistata de implantarea ionica (CMSII Combined Magnetron Sputtering and Ion Implantation). Au fost obtinute straturi de W cu un continut de He de 10.7 at.%, straturi de W-Al cu un continut de Al de 12.9 % si He de 9.3 % precum si straturi din sistemul W-N +He cu continut de N de 7.6% si respectiv He de 4.6%. Continutul de He din straturi a fost determinat cu ajutorul tehnicii TOF-ERDA de catre partenerii externi de la RBI Croatia. Referitor la straturile de W cu continut de deuteriu au fost obtinute straturi W+D cu o grosime de 3.2 µm si straturi din sistemul W-N cu incluziuni de D. Caracterizarea straturilor s-a facut prim masuratori de GDOES (Glow Discharge Optical Emission Spectrometry) si spectroscopie de desorbtie termica TDS (Thermal Desorbtion Spectroscopy). In cadrul cercetarilor efectuate a fost evaluata si stabilitatea termica a straturilor obtinute.

Publicatii:

Articole

[1] E Grigore, C Ruset, M Gherendi,D Chioibasu, A Hakola, Thermo-mechanical properties of W/Mo markers coatings deposited on bulk, Physica Scripta, T167, 014028, 2016

[2] C. Costin, V. Anita, F. Ghiorghiu, G. Popa, G. De Temmerman, M. A. van den Berg, J. Scholten, S. Brons, "Cross-section analysis of Magnum-PSI plasma beam using 2D multi-probe system", Plasma Sources Sci. Technol. 24 (2015) 015014 (10pp)

[3] C. Costin, V. Anita, G. Popa, J. Scholten, G. De Temmerman, "Tailoring the charged particle fluxes across the target surface of Magnum-PSI"tPlasma Sources Sci. Technol. 25 (2016) 025023 (10pp)

[4] C Pardanaud, M I Rusu, G Giacometti, C Martin, Y Addab, P Roubin, C P Lungu, C Porosnicu, I Jepu, P Dinca, M Lungu, O G Pompilian, R Mateus, E Alves, M Rubel and JET contributors; Raman microscopy investigation of beryllium materials; Physica Scripta 2016 (T167), 014027

[5] S. Krat, M. Mayer, C. Porosnicu, The 9Be(p,p0)9Be, 9Be(p,d0)8Be, and 9Be(p,α0)6Li cross-sections for analytical purposes, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms Volume 358, 1 September 2015, Pages 72–81

[6] Martin Oberkofler, D. Alegre, F. Aumayr, S. Brezinsek, T. Dittmar, K. Dobes, D. Douai, A. Drenik, M. Köppen, U. Kruezi, Ch. Linsmeier, C.P. Lungu, G. Meisl, M. Mozetic, C. Porosnicu, V. Rohde, S.G. Romanelli, the ASDEX Upgrade Team and JET EFDA Contributors ; Plasma–wall interactions with nitrogen seeding in all-metal fusion devices: Formation of nitrides and ammonia Fusion Engineering and Design, Volumes 98–99, October 2015, Pages 1371-1374

[7] I. Jepu, R.P. Doerner, M.J. Baldwin, C. Porosnicu, C.P. Lungu; Temperature influence on deuterium retention for Be-W mixed thin films prepared by Thermionic Vacuum Arc method exposed to PISCES B plasma Journal of Nuclear Materials, Vol. 463, August 2015, p. 983-988

[8] A. Založnik, S. Markelj, I. Čadež, P. Pelicon, P. Vavpetič, C. Porosnicu, C.n P. Lungu, The influence of nitrogen co-deposition in mixed layers on deuterium retention and thermal desorption Journal of Nuclear Materials, Volume 467, Part 1, December 2015, Pages 472-479

Conferinte

[1] E Grigore, C Ruset, M Gherendi,D Chioibasu, A Hakola,. Thermo-mechanical properties of W/Mo markers coatings deposited on bulk, 15-th International Conference on Plasma Facing Materials and Components for Fusion Applications, Aix-en-Provence, 2015.

[2] C. Costin, V. Anita, G. Popa, G. De Temmerman, "Current distribution at the target of Magnum-PSI", The XXXII International Conference on Phenomena in Ionized Gases, ICPIG 2015, 26-31 July 2015, Iasi, Romania (poster P2.26 + 3 pages extended abstract in conference proceedings).

Persoane de contact: Cristian Lungu (cristian.lungu@inflpr.ro), E. Grigore (edigrig@infim.ro), Claudiu Costin (claudiu.costin@uaic.ro)


Obtinerea si caracterizarea de probe de referinta pentru proiectul WP-PFC

Perioada de desfasurare: 2014-2016

Obiective:

Etape:

Rezultate obtinute:

Filmele din W, Be pur si filme mixate din W-Be depuse in amestec de gaz argon-deuteriu folosind tehnica HiPIMS, au fost caracterizate pentru morfologie si structura folosind metodele de analiza: microscopie electronica de baleiaj (SEM) si difractie cu raze X (XRD). C si W pulverizate au fost investigate in faza de gaz folosind spectroscopia de masa in descarcare HiPIMS. Tinta de W a fost erodata prin bombardamentul ionilor de gaz si auto-pulverizare, in timp ce numai erodarea sub bombardamentul ionilor de gaz a putut fi investigata in cazul C. Tehnica spectrometriei de masa se dovedeste un instrument foarte util in studiul interactiei plasmei tranziente de densitate mare cu materialele de fuziune. Analizele filmelor W, Be si W-Be depuse prin HiPIMS au aratat: (i) blisteri conici mici cu diametrul a catorva micrometri si inaltimea de pana la 300 nm se formeaza pe suprafata filmelor W si Be-W in timp ce pe filmele subtiri de Be astfel de blisteri sunt absenti; (ii) filmele subtiri din Be sunt amorfe, iar cele din W au o orientare cristalografica pronuntata, numai cu faza (110); (iii) filmele mixte Be-W sunt policristaline, cu faza mono sau multipla pentru doua materiale, depinzand de procentul de Be din filme. Spectrele CEMS au indicat caracteristici paramagnetice pentru filmele de Fe1-xMox si Fe1-x-yCrxWy cu continut scazut de Fe, precum si comportament magnetic pentru continut ridicat de Fe. In cazul filmelor si benzilor de Fe-Cr si Fe-Mo s-a demonstart sensibilitatea configuratiilor locale de suprafata (si implicit a anumitor fenomene mecanie si de corozie) de conditiile de tertament si mai ales de atmosfera in care acesta se efectueaza. In acest sens au fost stabilite compozitiile in care aceste sisteme sunt cat mai stabile in raport cu tratamente termice si penetrarea de ioni ai elementelor usoare (posibil de generat in plasma de termofuziune).

In cursul anului 2016 au fost intreprinse cercetari destinate sa creeze cadrul pentru identificarea si cuantificarea proceselor de eroziune-depunere din cadrul reactorului WEST (W Environment in Steady-state Tokamak). Proiectul WEST initiat la Cadarache Franta, este menit sa testeze tehnologii care vor fi utilizate la constructia ITER. In cadrul grupului de cercetare odata cu acoperirea unui numar mare de elemente din FGG cu straturi de W, care vor fi utilizate in prima parte a proiectului WEST, au fost depuse si analizate probe martor acoperite. Aceste probe vor fi utilizate ca referinta in analiza proceselor de eroziune-depunere a pieselor acoperite cu W si expuse la plasma WEST. Analiza acestor procese se va face prin masuratori GDOES (Glow discharge Optical Emission Spectrometry) si µXCL (micro X-ray Computed Laminography).

Publicatii:

Articole

[1] S.G. Greculeasa, G. Schinteie, P. Palade, G. Filoti, V. Kuncser, Magnetic and Mössbauer spectroscopy study of Fe-Cr-Al films deposited on Si substrates, accepted at Romanian Reports in Physics.

[2] S.G. Greculeasa, G. Schinteie, P. Palade, G. Filoti, L. Trupina, G.A. Lungu, O. Crisan, V. Kuncser,Structural, morphological and Mössbauer spectroscopy study of Fe1-xCrx (x ≤ 0.14) thin films as buffers for plasma facing components, Advances in Alloys and Compounds, 1 (2014) 30-45.

[3] G. Schinteie, S.G. Greculeasa, P. Palade, G.A. Lungu , C. Porosnicu, I. Jepu , C.P. Lungu, G. Filoti , V. Kuncser, Effects of annealing in Be/W and Be/C bilayers deposited on Si(001) substrates with Fe buffer layers, Journal of Nuclear Materials, 457 (2015) 220-226.

[4] S.G. Greculeasa, G. Schinteie, P. Palade, G.A. Lungu, C. Porosnicu, I. Jepu, C.P. Lungu, G. Filoti, V. Kuncser „Be/W and W/Be bilayers deposited on Si substrates with hydrogenated Fe-Cr and Fe-Cr-Al buffers for plasma facing components”, in preparation for submission to Journal of Nuclear Materials.

[5] A. Stanciu, C. Bartha, S.G. Greculeasa, G. Schinteie, P. Palade, A. Kuncser, A. Leca, C. Lungu, G. Filoti, V. Kuncser, “Complex investigation of as-quenched and annealed Fe1-xCrx and Fe1-xMox ribbons (x = 0.05, 0.1, 0.15)”, in preparation for submission to Journal of Alloys and Compounds.

[6] C Pardanaud, M I Rusu, G Giacometti, C Martin, Y Addab, P Roubin, C P Lungu, C Porosnicu, I Jepu, P Dinca, M Lungu, O G Pompilian, R Mateus, E Alves, M Rubel and JET contributors / Raman microscopy investigation of beryllium materials /PhysicaScripta 2016 (T167), 014027.

[7] S.G. Greculeasa, P. Palade, G. Schinteie, G.A. Lungu, C. Porosnicu, I. Jepu, C.P. Lungu, V. Kuncser/ Be/W and W/Be bilayers deposited on Si substrates with hydrogenated Fe-Cr and Fe-Cr-Al interlayers for plasma facing components / Journal of Nuclear Materials, Volume 481, 1 December 2016, Pages 73-80

[8] K. Sugiyama, C. Porosnicu, W. Jacob, I. Jepu, C.P. Lungu / Investigation of deuterium retention in/desorption from beryllium-containing mixed layers / Nuclear Materials and Energy, Volume 6, January 2016, Pages 1-9

[9] Velicu, I.-L., Tiron, V. , Porosnicu, C., Burducea, I., Lupu, N., Stoian, G., Popa, G., Munteanu, D./ Enhanced properties of tungsten thin films deposited with a novel HiPIMS approach / Applied Surface Science October 08, 2016, article in press;

[10] Mateus, R. ,Hakola, A., Tiron, V., Porosnicu, C., Lungu, C.P., Alves, E./ Study of deuterium retention in Be-W coatings with distinct roughness profiles / Fusion Engineering and Design, October 03, 2016, article in press.

[11] The emissivity of W coatings deposited on carbon materials for fusion applications, C. Ruset, D. Falie, E. Grigore, M. Gherendi, V. Zoita, K.-D. Zastrow, G. Matthews, X. Courtois, J. Bucalossi , J. Likonen, 29th Symposium on Fusion Technology (SOFT 2016), 5-9 Sept. 2016

Conferinte

[1] V. Tiron, I-L. Velicu, O. Vasilovici, M. Dobromir, C. Costin, G. Popa, C. Porosnicu, I. Jepu, P. Dinca, C. P. Lungu, M. Straticiuc, I. Burducea, "HiPIMS method used for fusion related mixed material studies", The XXXII International Conference on Phenomena in Ionized Gases, ICPIG 2015, 26-31 July 2015, Iasi, Romania (poster P2.43 + 3 pages extended abstract in conference proceedings).

[2] E. Grigore, C. Ruset, M. Gherendi, D. Chioibasu, A. Hakola, Thermo-mechanical properties of W/Mo markers coatings deposited on bulk W, 15th International Conference on Plasma-Facing Materials and Components. for Fusion Applications. Aix-en-Provence, France, 18-22 May 2015

[3] I. Jepu,*, R. P. Doerner, M. J. Baldwin, D. Nishijimab, R. P. Seraydarian, C. Porosnicu, C. P. Lungu, P. Dinca; D2+He plasma influence on Be-W mixed films prepared by TVA technology, 15th International Conference on Plasma-Facing Materials and Components. for Fusion Applications. Aix-en-Provence, France, 18-22 May 2015

[4] C. Porosnicu,*, C. Lungu, I. Jepu, C. Luculescu, P. Dinca, B. Butoi, O. G. Pompilian, A. Vladescu, D. Patroi, M. Lungu, L. Avotina, Stress studies of beryllium deuterium mixed layers obtained by TVA, 15th International Conference on Plasma-Facing Materials and Components. for Fusion Applications. Aix-en-Provence, France, 18-22 May 2015

[5] N.S. Klimov, V.L. Podkovyrov , I.B. Kupriyanov , J. Linke , R.A. Pitts , V.M. Safronov , D.V. Kovalenko , Th. Loewenhoff , C.P. Lungu , G. Pintsuk , G. De Temmerman , A.D. Muzichenko , A.A. Markin , P.N. Taratorkin , N.E. Zabirova , A.M. Zhitlukhin / Beryllium layer response to ITER-like ELM plasma pulses in QSPA-Be / International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices, Rome, Italy, May 30 – June 3, 2016 / P1.57 - Poster

[6] M. I. Rusu, C. Pardanaud , C. Martin , Y. Addab , P. Roubin , Y. Ferro , E. Cannuccia , L. Ferry, F. Virot , M. Barrachin, C P Lungu , C Porosnicu , P Dinca , M Lungu , M. Köppen , P. Dollase , T. Dittmar , Ch. Linsmeier / Multi wavelength Raman microscopy: a tool sensitive to both structure and chemistry in Be containing samples mimicking future JET/ITER samples / International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices, Rome, Italy, May 30 – June 3, 2016 / P2.63 - Poster

[7] M. Suchoňová , M. Pribula , V. Martišovitš , J. Krištof , C. Porosnicu , C. P. Lungu , A. Hakola P. Veis / Detection of fuel and trace elements in plasma-facing components using RF-discharge enhanced LIBS / International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices, Rome, Italy, May 30 – June 3, 2016 / P3.89 – Poster

[8] M. Pribula , J. Karhunen , P. Paris , P. Veis , K. Piip , C. Porosnicu , C. Lungu , and A. Hakola / Determination of deuterium depth profiles in fusion-relevant wall materials by nanosecond LIBS / International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices, Rome, Italy, May 30 – June 3, 2016 / P3.90 - Poster

[9] L. Begrambekov , A. Evsin , Ch. Grisolia , A. Kaplevsky , A. Evsin , I Jepu , J-M. Layet , C. Lungu , C. Porosnicu , A. Zakharov / Hydrogen trapping into and release from tungsten covered by beryllium/aluminum oxide layer under plasma irradiation / International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices, Rome, Italy, May 30 – June 3, 2016 / P2.4 - Poster

[10] R. Mateus, M.C. Sequeira , C. Porosnicu , C.P. Lungu , E. Alves / Thermal and chemical stability of the β-W2N nitride phase / International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices, Rome, Italy, May 30 – June 3, 2016 / P3.70 – Poster

[11] C. Porosnicu, V. Tiron, P. Dinca, I. Jepu, O.G. Pompilian, I. Burducea, C. P. Lungu / HiPIMS And Reactive Magnetron Sputtering Techniques used for Obtaining Fusion Related Materials / 16th International Balkan Workshop on Applied

[12] P. Dinca , O.G. Pompilian , C. Porosnicu , B. Butoi , I. Jepu , I. Burducea , C. P. Lungu / Structural and morphological influence on deuterium retention for Be-W pure and mixed layers exposed to low frequency D plasma / 16th International Balkan Workshop on Applied Physics (IBWAP), Constanta, Romania, 7-9 July, 2016 / S2 – O7 – Oral talk

Persoane de contact:

Cristian Lungu (cristian.lungu@inflpr.ro), Corneliu Porosnicu (corneliu.porosnicu@inflpr.ro), G. Dinescu (dinescug@infim.ro), I. Tiseanu (tiseanu@infim.ro), M. Dinescu (dinescum@nipne.ro), Claudiu Costin (claudiu.costin@uaic.ro), V. Kuncser (kuncser@infim.ro)