Highlights 2016

Forschungsnachrichten aus dem Bereich Plasmarand und Wand


Wechselwirkung von Deuteriumplasmen mit stickstoffimplantierten Oberflächen

Experimente am Tokamak ASDEX Upgrade haben gezeigt, dass durch die Zugabe von Stickstoff zum Plasma der Leistungsfluss auf die Wand reduziert und gleichzeitig die Plasma-Performance verbessert werden kann. Durch die Stickstoffzugabe in das Randschichtplasma wird aber auch Stickstoff aus dem Plasma in die Wolframoberflächen implantiert und dort chemisch gebunden. Das beeinflusst sowohl die Plasma-Oberflächen-Wechselwirkung als auch die Wasserstoffrückhaltung im Wandmaterial.

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Konfokale Lasermikroskopaufnahme einer Wolframoberfläche nach Deuteriumimplantation. Die rechte Seite der Probe wurde vor der Deuteriumimplantation mit einer ca. 100 nm dicken WNx-Schicht bedeckt. Auf der reinen Wolframoberfläche (links) ist starkes „Blistering“ („Blasenbildung“, d.h. Bildung gasgefüllter Hohlräume unter der Probenoberfläche) zu beobachten während auf der mit WNx bedeckten Seite (rechts) keine Blister gebildet werden.

Die Wechselwirkung von stickstoffhaltigen Wolframoberflächen (WNx) mit Wasserstoffplasmen und ihr Einfluss auf die Wasserstoffrückhaltung in Wolfram wurden von Herrn Gao Liang im Rahmen seiner Doktorarbeit am IPP in Laborexperimenten untersucht.

Ein wesentliches Ergebnis ist, dass Stickstoffimplantation in Wolfram die Wasserstoffdiffusion stark unterdrückt. Bei 300 K diffundiert H in WNx praktisch gar nicht und bei 600 K ist die Diffusion immer noch viel geringer als in reinem Wolfram. Zusätzlich hat er auch eine verfeinerte Methode zur Bestimmung des Deuteriumtiefenprofils an Oberflächen mit wesentlich verbesserter Tiefenauflösung entwickelt.

 

Mit diesen Arbeiten hat Gao Liang am 14.01.2016 an der Ruhr Universität Bochum promoviert.

 

L. Gao et al., Nuclear Fusion 56, 016004 (2016),
http://dx.doi.org/10.1088/0029-5515/56/1/016004

L. Gao et al., Physica Scripta T159, 014023 (2014),
http://dx.doi.org/10.1088/0031-8949/2014/T159/014023

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