Experimentelle Infrastruktur
Das Projekt "Plasma-Wand-Wechselwirkung" betreibt verschiedene Anlagen für Test- und Analysezwecke – vom Beschleuniger bis zum Mikroskop.
Beschleunigerlabor
An den sechs Analysestationen des Tandem-Beschleunigers können Probenoberflächen untersucht und modifiziert werden. Mit verschiedenen Projektil-Ionen, die bei Spannungen bis zu 3 Millionen Volt auf Energien von mehreren Millionen Elektronenvolt beschleunigt werden, lässt sich feststellen, aus welchen chemischen Elementen die oberflächennahen Schichten der Proben zusammengesetzt sind und in welchen Tiefen die einzelnen Atomsorten vorkommen. [mehr]
Experimente zur Plasma-Wand-Wechselwirkung
Wärmeflussteststand GLADIS
Im Teststand GLADIS (Garching Large Divertor Sample Test Facility) werden Proben und Bauteile hohen Teilchen- und Wärmeflüssen bis zu 90 MW/m² ausgesetzt. Die Komponenten der ersten Wand eines Fusionsexperiments können so unter realistischen Bedingungen getestet werden.
[mehr], [Pressemitteilung Inbetriebnahme 2005]
Metallographie und Mikroskopie
Im Metallographie-Labor sowie mit Licht- und Elektronenmikroskopen werden genaue chemische und werkstoffwissenschaftliche Analysen durchgeführt. [mehr]
Elektronenmikroskopie
Die Verwendung eines energiereichen Elektronenstrahls, der über die Probe rastert, erreicht eine höhere Auflösung und größere Tiefenschärfe als die Lichtmikroskopie. [mehr]
Mikroanalytik
Atomare Zusammensetzung, chemische Bindungsverhältnisse und Kristallstruktur werden mit einer Reihe spezialisierter Methoden, darunter Photoelektronenspektroskopie oder Röntgenbeugung, oberflächennah untersucht. [mehr]
Thermische Desorptionsspektroskopie
In Festkörpern gelöste Gase, z. B. Wasserstoff in Metallen wie Stahl oder Wolfram, werden im Ultrahochvakuum bei hohen Temperaturen freigesetzt und mittels Massenspektroskopie nachgewiesen und quantifiziert. [mehr]
Ionenquelle SIESTA
Die Rückhaltung von Wasserstoffisotopen im Wandmaterial und dessen Erosion durch Zerstäubung (engl. „sputtering“) sind zwei kritische Prozesse, die den Betrieb und die Lebensdauer künftiger Fusionskraftwerke beeinflussen können. Die Ionenquelle SIESTA (Second Ion Experiment for Sputtering and TDS Analysis) erzeugt einen wohldefinierten, massengefilterten Ionenstrahl und ist mit einer Mikrowaage und einem Aufbau zur thermischen Desorption ausgerüstet. Mit diesem Ionenstrahl lässt sich im Vakuum die Erosion von Wandmaterialien durch Zerstäubung messen und auch die Rückhaltung von implantierten Wasserstoff-Ionen untersuchen. [mehr]
Permeationsexperiment TAPAS
Die Ionenquelle SIESTA wurde um ein neues Strahlrohr erweitert: TAPAS.
In diesem neuen Experiment kann bei Temperaturen bis zu 1000 Kelvin untersucht werden, wie Wasserstoff- oder Deuterium-Ionen dünne Proben durchdringen. Wasserstoff oder Deuterium, die mit wohldefinierter Energie und Fluenz auf die Proben geschossen werden, diffundieren durch die Probe hindurch und werden in einer separaten Vakuumkammer mit einem Quadrupol-Massenspektrometer nachgewiesen. [mehr]
Niedertemperatur-Plasmaexperiment PlaQ
Mit dem Experiment PlaQ (= PlasmaQuelle) lassen sich Materialien unter wohldefinierten Bedingungen (Temperatur, Teilchensorte, Teilchenenergie) mit fusionsrelevanten Atomsorten wie Wasserstoff, Deuterium oder Helium beaufschlagen. Die Anlage erzeugt ein Niedertemperaturplasma durch resonante Einkopplung von Mikrowellenstrahlung. In dieser elektrodenlosen Entladung können zum Beispiel im Material vorhandenen Fehlstellen bei geringer Teilchenenergie mit Deuterium beladen werden, ohne zusätzliche Defekte zu erzeugen. [mehr]
Thermische Analysen
In verschiedenen Öfen und Heizsystemen können Proben bis auf 2800 °C erhitzt und deren thermischen Eigenschaften bestimmt werden. Je nach Aufgabenstellung werden die Proben im Vakuum oder in anderen Atmosphären – wie inerte (Ar, He) oder reaktive (O2) Gase – erwärmt. Per Massenspektrometrie können die dabei freigesetzten Gase identifiziert und quantifiziert werden. [mehr]
Beschichtungsanlagen
Nano- bis mikrometerdicke Dünnschichtproben mit nahezu beliebiger Element-Zusammensetzung werden mit Methoden der „Physical Vapour Deposition“ erzeugt, zum Beispiel durch Magnetron-Sputtering oder Aufdampfen.
Divertormanipulator an ASDEX Upgrade
Mit dem Divertormanipulator der Fusionsanlage ASDEX Upgrade werden Materialproben im Plasma exponiert. Über eine Luftschleuse können die Proben zwischen zwei Experimentiertagen gewechselt werden, ohne das Vakuum im Plasmagefäß von ASDEX Upgrade zu brechen. Der Standardprobenkopf des Manipulators trägt zwei Prallplatten des äußeren Divertors, die je nach Untersuchungsziel mit speziellen Markerschichten oder Proben bestückt werden können. [mehr]