Wasserstoffisotopenaustausch in Wolfram bei tiefen Temperaturen  

Wasserstoff wird in Wolfram durch die Bindung an Defekten im Kristallgitter zurückgehalten. Details der Bindung von Wasserstoff an diese Defekte spielen bei der Diffusion, Rückhaltung und Permeation von Wasserstoff in bzw. durch Wolfram eine große Rolle. Hierdurch wird festgelegt, wieviel Tritium sich in Wolfram ansammeln kann.
In Wolfram zurückgehaltenes Deuterium (D) nach Erreichen der Sättigung in Abhängigkeit der anschließend implantierten Menge an Wasserstoff. Durch Isotopenaustausch kommt es zu einer kontinuierlichen Abnahme der zurückgehaltenen D-Menge. Bei einem Teil der Proben wurde zwischenzeitlich der Deuteriumgehalt durch Erwärmen der Proben auf unterschiedliche Temperaturen reduziert.
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In Wolfram zurückgehaltenes Deuterium (D) nach Erreichen der Sättigung in Abhängigkeit der anschließend implantierten Menge an Wasserstoff. Durch Isotopenaustausch kommt es zu einer kontinuierlichen Abnahme der zurückgehaltenen D-Menge. Bei einem Teil der Proben wurde zwischenzeitlich der Deuteriumgehalt durch Erwärmen der Proben auf unterschiedliche Temperaturen reduziert.
 
 
 
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Die grundlegenden Eigenschaften dieser Bindung von Wasserstoff an Defekte in Wolfram wurden am Tandembeschleuniger 'in-situ' mit Austauschexperimenten mit den beiden Isotopen Wasserstoff und Deuterium bei niedrigen Temperaturen untersucht. Die experimentellen Ergebnisse wurden mit zwei unterschiedlichen Modellen verglichen, dem gängigen „Classical Model“, das von einer einfachen Besetzung von Defekten mit Wasserstoffisotopenatomen ausgeht, und dem neu entwickelten „Fill-level Model“, welches mehrere Wasserstoffisotopenatome in einem Defekt zulässt. Dabei wurde gezeigt, dass das „Classical Model“ im Gegensatz zum „Fill-level Model“ den beobachteten Isotopenaustausch nicht erklären kann. Erst durch die Berücksichtigung der kinetischen Freisetzung von Deuterium durch Kollisionen mit aus dem Plasma auftreffenden Ionen können die Ergebnisse mit beiden Modellen konsistent beschrieben werden. Diese Untersuchungen sind wichtig, um den Tritiumhaushalt in Fusionsreaktoren vorhersagen zu können.

Mit dieser Arbeit hat Johannes Bauer im Januar 2018 bei der TU München promoviert. Die Promotionsarbeit ist unter folgenden Link abrufbar:
http://hdl.handle.net/21.11116/0000-0000-3B0E-0

Ein Teilaspekt der Doktorarbeit ist bereits in Nuclear Fusion veröffentlicht:
J. Bauer, T. Schwarz-Selinger, K. Schmid, M. Balden, A. Manhard, and U. von Toussaint:
“Influence of Near-Surface Blisters on Deuterium Transport in Tungsten”
Nuclear Fusion, 57, 086015 (2017)
https://doi.org/10.1088/1741-4326/aa7212

 
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