Nachwuchswissenschaftler erhalten Förderung durch EUROfusion

Drei Nachwuchswissenschaftler aus dem Bereich E2M haben sich erfolgreich um einen ‚EUROfusion Research/Engineering Grant‘  beworben.

Dr. Athina Kappatou und Dr. Liang Gao sind unter den elf Physikern aus ganz Europa, denen ein Research Grant im Dezember 2016 zugesprochen wurde. Alexander von Müller erhält einen von 20 Engineering Grants, die junge Ingenieure für die Fusionsforschung gewinnen sollen.

Dr. Athina Kappatou begann 2010 ihre Doktorarbeit bei DIFFER in den Niederlanden. Für ihre Messungen an ASDEX Upgrade kam sie Anfang 2012 an das IPP. Im Oktober schloss sie Doktorarbeit mit dem Titel “Investigations of helium transport in ASDEX Upgrade plasmas with charge exchange recombination spectroscopy” an der Technischen Universität Eindhoven (TU/e) ab.

Dr. Liang Gao begann am IPP Ende 2011 mit seiner Doktorarbeit mit dem Titel „Wechselwirkung von Deuteriumplasmen mit vornitrierten Wolframoberflächen“.

Dipl. Ing. Alexander von Müller studierte an der RWTH Aachen, am Imperial College in London und an der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Er ist Diplom-Maschinenbauingenieur und MSc in Physik. 2014 begann er seine Arbeit am IPP mit dem Fokus auf W-Cu-Komposite für plasmabelastete Wandkomponenten.

von links: Dipl. Ing. Alexander von Müller, Dr. Athina Kappatou, Dr. Liang Gao Bild vergrößern
von links: Dipl. Ing. Alexander von Müller, Dr. Athina Kappatou, Dr. Liang Gao

Wir gratulieren den erfolgreichen Kandidaten und wünschen ihnen viel Erfolg bei der Realisierung ihrer Projekte. Die von ihnen eingereichten Projektvorschläge sind:

Dr. Athina Kappatou: Das Verhalten von Helium in Fusionsplasmen

In einem Fusionskraftwerk ist der Heliumgehalt des Plasmas eng mit der Fusionsleistung verknüpft. Die schnellen Heliumteilchen aus der Deuterium-Tritium-Fusionsreaktion sind notwendig, um die Plasmateilchen durch Stöße zu heizen. Allerdings muss ein erhöhter Anteil von thermalisiertem Helium im Plasma vermieden werden, weil dieser das Deuterium-Tritium-Plasma verdünnen würde und dadurch die Fusionsleistung sinken würde. Zusätzlich kann Helium zu einem reduzierten Energieeinschluss im Plasma führen. Dies geschieht bereits bei relativ kleinen Konzentrationen, wie sie in ITER erwartet werden, und ist momentan nur unzureichend verstanden.
Daher ist es wichtig, das Verhalten von Helium in Fusionsplasmen und seine Auswirkungen zu untersuchen. Zunächst soll deshalb das Verständnis des Heliumtransports verbessert werden, so dass sein Konzentrationsprofil in zukünftigen Kraftwerken vorhergesagt werden kann. Darüber hinaus sollen die Mechanismen untersucht werden, die zu einer Verschlechterung des Energieeinschlusses führen.

Dr. Liang Gao: Der Einfluss von Verunreinigungen auf den Transport und die Rückhaltung von Wasserstoffisotopen in Wolfram

In dem Projekt soll der Einfluss von intrinsisch produziertem Helium und extern beigegebenem Stickstoff auf die Deuteriumdiffusion und -rückhaltung in Wolfram untersucht werden. Ziel ist es insbesondere, die Lücke zwischen idealisierenden Laborexperimenten und den komplexen Bedingungen in einem realen Fusionsexperiment zu schließen.

Mittels einer Beschichtungsanlage werden Modellsysteme für kodeponierte Wolframschichten hergestellt, die Deuterium oder Deuterium zusammen mit Verunreinigungsspezies (Helium und/oder Stickstoff) enthalten. Durch Kernreaktionsanalyse und thermische Desorptionsexperimente in Kombination mit Modellierung wird für diese verschiedenen Wolframproben der jeweilige Deuterium-Diffusionskoeffizient bestimmt. Eine neuentwickelte Tiefenprofilierungsmethode wird es erlauben, Deuterium-Tiefenprofile mit Nanometer-Genauigkeit zu vermessen. Diese Analysen werden einen detaillierten Einblick in den Transport und die Rückhaltung von Wasserstoff insbesondere im oberflächennahen Bereich erlauben, in dem auch Verunreinigungen implantiert werden. Es ist daher zu erwarten, dass dieses Projekt einige Widersprüche in der gegenwärtigen Datenbasis auflöst und damit zu einer höheren Verlässlichkeit der Vorhersagen über die Tritium-Rückhaltung und -Permeation führt.

Dipl. Ing. Alexander von Müller: Fortschrittliche Herstellungsmethoden für plasmabelastete Bauteile im Divertor

Die Realisierung einer zuverlässigen Leistungsabfuhr stellt eine zentrale Herausforderung hinsichtlich der Entwicklung eines zukünftigen Demonstrationskraftwerkes (DEMO) dar. In solch einer Anlage müssen sogenannte plasmabelastete Komponenten, wie die Divertor-Prallplatten, im Betrieb intensiven Teilchen- und Wärmeflüssen sowie beträchtlicher Neutronenbestrahlung standhalten. Das Verhalten dieser Komponenten unter den genannten Bedingungen ist von zentraler Bedeutung, da die tolerable Wärmeflussbelastung auf den Prallplatten des Divertors eine  wichtige Randbedingung für das DEMO-Design darstellt und das Betriebsszenario der Anlage bestimmen wird.              
Vor diesem Hintergrund müssen neue und innovative Materialien und Lösungen hinsichtlich des Designs von plasmabelasteten Komponenten entwickelt werden. Der Schlüssel zu solch fortgeschrittenen Lösungen muss die Fähigkeit beinhalten, diese zuverlässig herzustellen.      
Das Forschungsprojekt zielt darauf ab, zukunftsweisende Divertor-Target-Designs auszuarbeiten und zu realisieren, indem Mock-ups für Wärmeflusstests hergestellt werden. Im Speziellen beinhaltet dies die Verwendung von metallischen Komposit-Werkstoffen, die aktuell als vielversprechende Materialien für den Einsatz in plasmabelasteten Komponenten angesehen werden.

 
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