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.

Filmele de tip Be-C cu incluziuni gazoase de O si D au fost obtinute prin combinarea a doua tehnici de depunere: pulverizare prin magnetron cu impuls de mare putere (m-HiPIMS) si pulverizare prin magnetron cu current direct (DCMS) si co-depuse intr-un amestec de gaz reactiv cu Ar-D-O. Studiile structurale si compozitionale pe aceste straturi au fost realizate dupa depunere. Caracterizarea structural a filmelor a fost realizata folosind difractia de raze X (XRD). Profilele in adancime privind compozitia elementala respectivedensitatile elementale ale zonei au fost determinate prin spectroscopie de retroimprastiere Rutherford (RBS).

Spectrele experimentale privind desorbtia de deuteriu au fost obtinute prin sistemul de spectroscopie a desorptiei termice (TDS). Acoperirile pe baza de W cu diferite incluziuni gazoase (D si N) au fost produse folosind doua metode de depunere diferite. Acoperirile W-Al+D, W+D si W-N+D au fost produse impreuna cu acoperirile W-N cu continut diferit de N. Spectrometria de emisie optica cu descarcare luminiscenta (GDOES) si spectroscopia de desorbtie termica (TDS) au fost folosite ca instrumente prrincipale in caracterizarea initiala a acoperirilor. Aceste metode au furnizat informatii cantitative despre continutul de D din acoperiri, continut care a fost determinat apoi prin Time of Flight Elastic Recoil Detection Analysis (TOF-ERDA) si spectroscopie de retroimprastiere Rutherford (RBS). Continutul de D in acoperirea W+D a fost de ~ 10 at% unde continutul de D in acoperirea W-Al+D a fost de ~2.5 at. %. In cazul acoperirilor W-N+D continutul de D in acoperiri a fost de ~ 20 at. %.

In aceasta faza a proiectului, filmele subtiri pe baza de W cu diferite concentratii de Al au fost depuse prin pulverizare magnetron duala cu impulse de mare putere (dual-HiPIMS), cu tinte de W si Al in amestec de gaz Ar+D2. Influenta mediei puterii aplicata pe tinta pe microstructura, compozitia chimica si retentia de deuterium in film au fost investigate prin SEM, XRD si GDOES. Profilele GDOES indica prezenta unei mari cantitati de deuteriu in straturile WAl, cu o valoare maxima de 21% si o valoare medie de (estimata in toata grosimea stratului) de pana la 15%. Profilele in adancima indica ca distributia de D in straturile WAl este legata de concentratia de W in adancime. Rezultataele experimentale arata ca mecanismul principal responsabil pentru retentia de D in WAl este bombardamentul intens si energetic al filmului in crestere cu ioni de D. Astfel, ionii de D au fost investigate in detaliu in timpul HiPIMS dual si standard cu tinte de W si Al, in diferite amestecuri de gaz Ar+D2 , prin spectrometrie de masa cu energie . Functiile de distributie a energiei ionilor negative de D prezinta un maxim in jurul 1 eV si o coada de energie foarte ridicata care se extinde catre 500 eV. In timpuloperatiunii standard HiPIMS, fluxulde ioni de D creste linear odata cu cresterea puterii aplicate pe tinta de W si cu cresterea procentului fluxului de D2/(D2+Ar). In timpul operatiei dual-HiPIMS, la flux ridicat de D2/(D2+Ar) raport al fluxului (50 and 75%), fluxul de ioni de D tinde sa descreasca odata ce puterea aplicata pe tinta de Al creste.

In faza curenta a programului au fost studiate cateva tipuri de wolfram, produse de diverse companii, pentru a identifica proprietatile obisnuite ale suprafetelor metalice de W in stare initiala (neexpuse la plasma) dar si pentru suprafetele modificate prin slefuirea suprafetei. Cercetarea s-a concentrate pe o analiza comparativa a morfologiei si topografiei suprafetei, obtinute prin diferite tipuri de investigare care se realizeaza de la nano la micro si macro scala. Scopul acestor masuratori a fost sa furnizeze caracterizari relevante pentru componentele de dimensiuni mari folosite in dispozitivele de fuziune cu unitati care intalnesc plasma metalica (WEST ca model relevant pentru ITER). Oricum, datorita modificarilor din program pentru campaniile experimentale in WEST, analiza materialelor expuse la plasma se va realiza in 2018.

In aceasta faza (2018) a proiectului au fost masurati unii parametri ai plasmei in regiune tintei instalatiei Magnum-PSI, utilizand un sistem cu 64 de sonde, care a inlocuit ținta la aproximativ 110 mm fata de locul in care este plasat sistemul de diagnoza Thomson Scattering. Principalele rezultate constau in obtinerea de distribuții 2D ale potentialului flotant local si ale curentului ionic de saturatie, pentru diferite conditii de descarcare: intensitatea curentului de descarcare, inductia campului magnetic si debitul de gaz. De asemenea, au fost achizitionate caracteristici curent-tensiune pentru un numar redus de sonde (21 sonde), pentru a estima temperatura electronilor si potentialul local al plasmei.

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

[9] R. Mateus, A. Hakola, V. Tiron, C. Porosnicu, C.P. Lungu, E. Alves, “Study of deuterium retention in Be-W coatings with distinct roughness profiles”, Fusion Engineering and Design, 124 (2017) 464-467.

[10] P. Dinca, V. Tiron, I. Mihaila, I.-L. Velicu, C. Porosnicu, B. Butoi, A. Velea, F. Sava, E. Grigore, C. Costin, C.P. Lungu, „Characterization of W-Al co-sputtered ions in a HiPIMS plasma operated in Ar-He and Ar-D 2 ”, Surface and Coatings Technology, (2018) – in press

[11]. P. Paris, J. Butikova, M. Laan, A. Hakola, I. Jõgi, J. Likonen, E. Grigore, C. Ruset, Comparison of LIBS results on ITER-relevant samples obtained by nanosecond and picosecond lasers, Nuclear Materials and Energy, 18, 1-5, 2019

[12]. E. Grigore, M. Gherendi, F.Baiasu, M. Firdaouss, C. Hernandez, A. Weckmann, P. Petersson, A. Hakola, The influence of N on the D retention within W coatings for fusion applications, SOFT 2018, Giardini Naxos, Italy (Submitted to Fusion Engineering and Design)

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).

[3] Joint Annual Meeting of WP JET2 and WP PFC 20-23 November 2016, IST Ljubljana, Slovenia.

[4] C. Costin, V. Anita, G. Popa, J. Scholten, G. De Temmerman, Advances in probe diagnostics for linear plasma generators, TIM 17 Physics Conference, May 25-27, 2017, Timisoara, Romania (invited lecture).

[5] C. Ruset, E. Grigore, M. Mayer, H. Greuner, B. Böswirth, C. Luculescu, M. Gherendi, C.P. Dhard, M. Laux, C/Mo marker coatings for measurement of erosion in the stellaratorWendelstein 7-X , 16th International Conference onPlasma-Facing Materials and Componentsfor Fusion Applications, Düsseldorf / Neuss 16th –19th May 2017

[6] C P Dhard, M Balden, S Brezinsek, J W Coenen, A Dudek, G Ehrke, D Hathiramani, S Klose, R König, M Laux, Ch Linsmeier, A Manhard, S Masuzaki, M Mayer, G Motojima, D Naujoks, R Neu2, O Neubauer, M Rack, C Ruset, T Schwarz-Selinger, T Sunn Pedersen, M Tokitani, B Unterberg, M Yajima and The W7-X Team, Preparation of erosion and deposition investigations on plasma facing components in Wendelstein 7-X, 16th International Conference onPlasma-Facing Materials and Componentsfor Fusion Applications, Düsseldorf /Neuss 16th –19th May 2017

[7] C. Ruset, E. Grigore, M. Rasinski, E. Fortuna, J. Grzonka, M. Gherendi, C. Luculescu, N. P. Barradas, E. Alves, A. Hakola, Nano-porous coatings for gas retention studies, 17th International Conference on Plasma Physics and Applications, Magurele-Bucharest, Romania, 15-20 June, 2017

[8]P. Dinca, V. Tiron, I. Mihăilă, I-L Velicu, C. Porosnicu, B. Butoi, A. Velea, E. Grigore, C. Costin, C.P. Lungu, “Dual-HiPIMS system as source of fusion related W-Al composite layers having helium and deuterium inclusions”, The 9 th International Conference on HiPIMS, 25-28 June 2018, Sheffield, UK (poster presentation).

[9] C. Porosnicu, P. Dinca, O.G. Pompilian, B. Butoi, V. Tiron, I. Burducea, I.-L. Velicu and C.P. Lungu, „BeW coatings deposited by hybrid HiPIMS/dcMS co-sputtering system as plasma facing material for fusion applications”, The 9 th International Conference on HiPIMS, 25-28 June 2018, Sheffield, UK (oral presentation).

[10] V. Tiron, C. Porosnicu, I.-L. Velicu, D. Cristea, D. Munteanu, Á. Révész, B. Butoi, C.P. Lungu, “Beryllium Thin Films Deposited by Thermionic Vacuum Arc for Nuclear Applications”, 12th International Conference on Physics of Advanced Materials, 22-28 September 2018, Heraklion, Greece (poster presentation).

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).

Straturile pure de beriliu cu grosimea de 500 nm obtinute in atmosfera reactiva de argon-deuteriu au fost analizate morfologic utilizand imagini SEM, structural prin masuratori XRD iar examinarea compozitionala a fost realizata prin RBS utilizand de aceasta data un fascicul monoenergetic de protoni. Masuratorile de spectrometrie de masa au fost realizate in timpul pulverizarii magnetron duala cu impuls de putere mare (dual-HiPIMS) pentru a caracteriza materialele pulverizate impreuna, W si Al, in plasme de He-Ar and D2-Ar. Compozitia fluxului de ioni la substrat a fost dedusa din media de timp a distributiei functiilor energiei de ioni (IEDFs)a ambelor metale ionizate pulverizate si ionilor de gaz pulverizati, care au fost masurati folosind spectrometrul de masa (EQP 1000, Hiden Analytical).Fluxul total de ioni si compozitia lui depind puternic de materialul tintei, compozitia amestecului de gaz si puterea aplicata pe fiecare tinta. Fluxul total de ioni creste odata cu cresterea puterii electrice aplicata pe fiecare tinta si cu cresterea cantitatii gazului mai usor (He or D2) in amestecul de gaz pulverizat. In timpul procesului de co-pulverizare al W si Al in amestecul de Ar+He, pentru aceeasi putere aplicata pe fiecare tinta (W si Al), compozitia fluxului de ioni la substrat este dominata de ioni de Al, indiferent de compozitia de gaz folosita. In timpul procesului de co-pulverizare a W si Al in amestec de Ar+D2 , pentru o medie a puterii aplicata pe tinta de Al sub 60W, fluxul de ioni la substrat este dominat de ioni de D negativi, in timp ce pentru puteri mai mari de 60W fluxul de ioni la substrat este dominat de ioni de Al+ .

In cadrul pachetului de lucru WPPFC, unitatea de cercetare IAP (Institutul de Fizica Atomica) este implicata intr-o activitate privind determinarea eroziunii W in divertorul inferior de la tokamak-ul WEST (Cadarache, Franta). Pentru a realiza acest obiectiv s-a dezvoltat si testat pe probe din grafit cu graunti fini (FGG) acoperite cu W o metoda specifica GDOES (Spectrometrie Optica de Emisie in Descarcare Luminiscenta). S-a demonstrat ca tehnica GDOES poate fi aplicata cu succes pe suprafete de carbon care nu pot asigura etanseitatea la vid folosind un dispozitiv special. Rezultatele obtinute pentru un strat W/Mo depus pe substraturi din FGG si Ti in aceeasi sarja sunt foarte asemanatoare. De asemenea s-a stabilit metodologia de determinare a eroziunii W in divertorul inferior de la WEST.

Calibrarea cantitativă a metodei XRF cât şi validarea metogologiei de aplicare a acesteia au fost realizate prin studiul intensităţilor de semnal de fluorescenţă determinate în urma investigării probelor co-depuse din Fe, Cr, W prin metoda TVA atât sub formă de aliaj, cât şi sub formă de multistrat. Adiţional calibrarea a fost asistată prin modelări numerice de tip Monte Carlo.

In acesta etapa a proiectului s-a urmarit optimizarea tratamentelor in privinta stabilitatii descarcarii si temperaturii electrozilor folosind diferite rapoarte heliu/hidrogen. Pornind de la acest aspect am realizat o noua sursa de plasma cu catod cavitar care este racita din exterior cu apa. Pentru a functiona un timp indelungat, sursa de plasma cu catod cavitar a fost montata pe o incinta de vid care, la randul sau, este racita cu apa. Electrozii au fost realizati din wolfram si montati in capatul sursei de plasma. Electrozii constau in placute de wolfram (30x15x0.1 mm and 30x15x3 mm) plasate fata in fata si separate de un canal cu dimensiunea de 3 mm. Plasma a fost generata in He si amestec He/H2 folosind un generator de radiofrecventa (13.56MHz). Modificarea suprafetelor a fost investigata prin microscopie optica.

In cadrul pachetului de lucru WPPFC, unitatea de cercetare IAP (Institutul de Fizica Atomica) este implicata intr-o activitate privind determinarea eroziunii W in divertorul inferior de la okamak-ul WEST (Cadarache, Franta). Pentru a realiza acest obiectiv s-a dezvoltat o metoda specifica GDOES (Spectrometrie Optica de Emisie in Descarcare Luminiscenta). Aceasta metoda a fost testata cu succes prin simularea eroziunii pe o acoperire standard W/Mo de 10 m, depusa pe un substrat de Ti. In acelasi timp partenerii nostri francezi incearca sa dezvolte doua tehnici noi ne-distructive (4 sonde si curenti Foucault) pentru masurarea eroziunii. Pentru a aplica aceste metode la straturile de W depuse pe grafit ei au nevoie de probe de referinta cu grosimi calibrate ale stratului de W. Sase astfel de probe au fost realizate, caracterizate si expediate la Cadarache.

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

[12] I.-L. Velicu, V. Tiron, I. Mihaila, C. Costin, Pulsed magnetron sputtering: the role of the applied poweron tungsten coatings properties, Recent advances in technology research and education, Proceedings of the16th International Conference on Global Research and Education Inter-Academia 2017, in the series: Advancesin Intelligent Systems and Computing, Vol. 660, Springer (2017) 183-190.

[13] I.-L. Velicu, G.-Th. Ianoş, C. Porosnicu, I. Mihăilă, I. Burducea, A. Velea, D. Cristea, D. Munteanu, V. Tiron,“Energy-Enhanced Deposition of Copper Thin Films by Bipolar High Power Impulse Magnetron Sputtering”, Surfaces & Coatings Technology, (2018) – in press.

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

[13] V. Tiron, C. Costin, I. Mihaila, G. Popa, Ion energy distribution function measurements during high power impulse magnetron sputtering of W and Al targets in Ar-He and Ar-D2 gas mixtures, 17th International Conference on Plasma Physics and Applications, CPPA 2017, June 15-20, 2017, Magurele, Bucharest, Romania (poster).

[14] I.-L. Velicu, V. Tiron, G. Popa, High Power Impulse Magnetron Sputtering: An overview on the benefits of ultra-short pulse operating mode, XXXIII International Conference on Phenomena in Ionized Gases (ICPIG) 2017, July 9-14, 2017, Estoril, Lisbon, Portugal (oral presentation).

[15] I.-L. Velicu, V. Tiron, I. Mihaila, C. Costin, Pulsed magnetron sputtering: the role of the applied power on tungsten coatings properties, 16th International Conference on Global Research and Education, Inter- Academia 2017, September 25-28, 2017, Iasi, Romania (poster).

[16] I.-L. Velicu, C. Porosnicu, I. Mihăilă, I. Burducea, A. Velea, D. Cristea, D. Munteanu, V. Tiron, “Bipolar High Power Impulse Magnetron Sputtering: a new approach to control the metal ion flux”, The 9 th International Conference on HiPIMS, 25-28 June 2018, Sheffield, UK (oral presentation)

[17] C. Stancu, S.D. Stoica, M. Teodorescu, V. Marascu, C. Grisolia, G. Dinescu, Behaviour of tungsten surfaces exposed to hollow cathode discharges, 18th International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science (IBWAP), July 10-13, 2018, Constanta, Romania, poster presentation

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)


EUROfusion Secondment Agreement No NJOC/31 parte a WPPFC-RO

Perioada de desfasurare:Ianuarie 2016-Decembrie 2018

Obiective:

Rezultate obtinute:

In perioada 1 Ianuarie 2017 – 31 Decembrie 2017 in cadrul proiectului EUROfusion SecondmentAgreement N o NJOC/31 parte a WPPFC-RO, cu o perioada totala de desfasurare de 36 luni (11 Jan 2016-31 Dec 2018) au fost realizate o serie de activitati specifie Shutdown-ului JET, inceput la finalul anului 2016. In perioada mai sus mentionata au fost elaborate documentele necesare fiecarei activitati in parte – proceduri de lucru (Method statement - MS), care au cuprins in mod detaliat fiecare din pasii necesari lucrului in facilitatea de beriliu. Activitatile principale au presupus inlocuirea caramizilor W-coated CFC din zona divertorului pentru urmatoarele module: 2 Base Narrow, 2 Inner Narrow, 2 Inner Wide, 2 Outer Narrow, 14 Inner Narrow, 14 Inner Wide, 14 Outer Narrow, 14 Base Narrow; activitati de renovare caramizii 5 parte a divertorului JET; precum si inlocuirea caramizilor de beriuliu parte a peretelui interior – Inner Wall Guard Limiters, peretelui exterior – Wide Poloidal Limiters, peretelui superior – Upper Dump Plates, si caramizilor de protective parte a peretelui interior – Inner Wall Cladding. O serie de diagnostice atat active – detector QMB cat si diagnostic passive – oglinzi, sticking monitors, rotating collectors, deposition monitors, spatial blocks si dust collectors au fost stocate si/sau inlocuite pentru analize post-mortem. O inspectie fotografica detaliata a fost relizata in cadrul fiecarui modul in parte precum si colectarea de praf pentru a evidentia in urma analizelor post-mortem procesul de eroziune si re-depunere a materialului plasma facing in timpul experimentelor JET. Totodata fost restaurate sondele langmuir apartinand celor 9 module din zona divertorului localizate in octantul 5 si octantul 6 al JET. Au fost restaurate oglinzile drepte si cele concave ale diagnosticului KL12 apartinand JET. In zona caramizii 5 a divertorului JET, a fost reinstalat unul din dispozitivele QMB de masurare a materialului erodat si redepus, parte a diagnosticului KV6. A fost realizarea planului de taiere al caramizii de inconel 106 acoperita cu Be.

Acest plan de taiere a fost conceput in vederea obtinerii probelor de dimensiuni reduse (10x10 mm) pentru analize post-mortem asupra uneia din caramizile ale peretelui interior al JET, din perioada 2010 - 2012. Au fost realizate experimente de desorptie termica (TDS) pe probe de tungsten, respective eurofer, implantate cu deuterium, in cadrul proiectului TriCEM. In ambele cazuri, a fost observata o distributie a pick-urilor de desorptie in functie de condiitle de implantare. In cazul probelor de eurofer, rezultatele au aratat o desorptie a deuteriului din probe mai mica in cazul probei cu cele mai mari defecte induse in urma iradierii. Au fost realizate masuratori TDS pe probe de W implantate cu titaniu si ulterior implantate cu D2+He pentru determinarea mecanismului de retentive/desorbtie al deuteriului din probele de interes.

Publicatii:

Articole

[1]. J. Coenen; G. Matthews; K. Krieger; D. Iglesias; P. Bunting; Y. Corren; S. Silburn; I. Balboa; B. Bazylev; N. Conway; I. Coffey; R. Dejarnac; E. Gauthier; J. Gaspar; S. Jachmich; I. Jepu; C. Makepeace; R. Scannell; M. Stamp; P. Petersson; R. Pitts; S. Wiesen; A. Widdowson; K. Heinola; A. Baron-Wiechec, /Transient induced tungsten melting at the Joint European Torus (JET)/Phys. Scr. T170 (2017) 014013 (9pp)

[2]. N. Catarino, M. Silva Dias, I. Jepu, E. Alves/Assessing material properties for fusion applications by ion beams/Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B Beam Interactions with Materials and Atoms • May 2017 DOI: 10.1016/j.nimb.2017.05.025

[3]. M. Rubel, P. Petersson, Y. Zhou, J. Coad, C. Lungu, I. Jepu, C. Porosnicu, D. Matveev, A. Kirschner, S. Brezinsek, A. Widdowson, E. Alves/Fuel Inventory and Deposition in Castellated Structures in JET- ILW/Nuclear Fusion 57(6):066027 • June 2017 DOI: 10.1088/1741-4326/aa6864

[4]. K. Heinola; J. Likonen; T. Ahlgren; S. Brezinsek; G. De Temmerman; I. Jepu; G. Matthews; R. Pitts; A. Widdowson /Long-term fuel retention and release in JET ITER-Like Wall at ITER-relevant baking temperatures/NUCLEAR FUSION, Volume: 57 Issue: 8, Article Number: 086024, DOI: 10.1088/1741-4326/aa747e, Published: AUG 2017

Conferinte

[1]. K. Heinola, T. Ahlgren, A. Baron-Wiechec, S. Brezinsek, N. Catarino, V. Corregidor, I. Jepu, S. Krat, A.Lahtinen, J. Likonen, G. F. Matthews, M. Mayer, A. Widdowson and JET Contributors; Experience on divertor fuel retention after two JET ITER-Like Wall campaigns, 16 th International Conference on Plasma- Facing Materials and Components (PFMC) 16 th -19 th May, Dusseldorf, Germany – Oral talk O14;

[2]. S. Krat, ,M.Mayer, A. Baron-Wiechec, Yu. Gasparyan, K.Heinola, I.Jepu, C.Ruset, G.de Saint-Aubin, A. Widdowson,and JET Contributors; Erosion, deposition and deuterium inventory of the bulk tungsten divertor tile during the second JET ITER-like wall campaign, 16 th International Conference on Plasma- Facing Materials and Components (PFMC) 16 th -19 th May, Dusseldorf, Germany – Poster P2-1;

[3]. J. Likonen, K. Heinola, A. De Backer, S. Koivuranta, C.F.Ayres, A. Baron-Wiechec, P. Coad, I. Jepu, G. F. Matthews, A. Widdowson and JET Contributors, Investigation of deuterium trapping and release in the JET divertor during the second ILW campaign using TDS and TMAP, 16 th International Conference on Plasma-Facing Materials and Components (PFMC) 16 th -19 th May, Dusseldorf, Germany – Poster P2-3;

[4]. A.Baron-Wiechec, I.Jepu, C.Makepeace, C.Ayres, J.W.Coenen, P.Coad, K.Heinola, G.F.Matthews, A.M.Widdowson and JET Contributors, Optical and electron microscopy studies of W langmuir probes from JET ILW-2, 16 th International Conference on Plasma-Facing Materials and Components (PFMC) 16 th - 19 th May, Dusseldorf, Germany – Poster P2-64

[5]. G. Sergienko, H.G. Esser, A. Kirschner, A. Huber, M. Freisinger, S. Brezinsek, A. Widdowson, A. Weckmann, I. Jepu, K. Heinola and JET Contributors, Pulse-resolved measurements of material migration in the JET-ILW divertor by quartz crystal microbalance, 16 th International Conference on Plasma-Facing Materials and Components (PFMC) 16 th -19 th May, Dusseldorf, Germany – Poster P2-77;

[6]. C. Makepeace, A. Baron-Wiechec, I Jepu, A. Widdowson, S. Lozano-Perez, C. Ayres, K. Heinola, P. Bunting, G.F.Matthews and JET Contributors, Characterisation of surface microstructure of beryllium from JET ITER-like wall, 16 th International Conference on Plasma-Facing Materials and Components (PFMC) 16 th -19 th May, Dusseldorf, Germany – Poster P2-87;

Persoane de contact:

Cristian Lungu (cristian.lungu@inflpr.ro), Ionut Jepu (ionut.jepu@inflpr.ro)