Program: ,,Cercetare de excelenta”

 

Autoritatea Contractantă: Institutul de Fizica Atomica (IFA), Programul CEEX

 

Contract Nr./2006; Categoria de proiect: MODUL-1, tip de proiect P-CD

 

Denumirea proiectului: „Producerea si studiul comportarii acoperirilor din carbon, wolfram si beriliu folosite la primul perete al instalatiilor de fuziune termonucleara”  

Acronim: FUSITERMAT

 

Durata contractului:   24 luni (Octombrie 2006 – Septembrie 2008)

 

Director de Proiect: Dr. Cristian P. LUNGU

Coordonator:  Institutul National pentru Fizica Laserilor, Plasmei si Radiatiei (INFLPR), Bucuresti-Magurele,

Parteneri:

Partener 1

Institutul National de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica si Inginerie Nucleara “Horia Hulubei”, www.nipne.ro

 

Responsabil Proiect: Fiz. Ion VATA

Partener 2

Institutul National de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica Materialelor, www.infim.ro

 

Responsabil Proiect: Dr Mihai Florin LAZARESCU

Partener 3

Universitatea POLITEHNICA Bucureşti – CENTRUL DE BIOMATERIALE, www.biomat.ro

 

Responsabil Proiect: Dr. ing.Florin MICULESCU

Partener 4

SC MEDAPTEH SRL, Comuna N.Balcescu, Judetul Bacau

 

Responsabil Proiect: Ing. Valentin MIDONI

 

 

 

Depunerile combinate de wolfram, carbon, beriliu in diferite combinatii se vor executa prin metoda originala numita Thermionic Vacuum Arc (TVA), care poate efectua depuneri in conditii de vid inaintat din plasmele generate in vaporii substantei ce se depune. Toate materialele propuse a fi depuse au fost deja experimentate existand spatiul special amenajat pentru manipulari in siguranta a materialelor amintite (laborator atestat ISO 9001) atat pentru beriliu cât si pentru wolfram si carbon. Dupa cum se stie beriliul acopera cea mai mare parte a primului perete intr-o instalatie termonucleara si din aceasta cauza el este supus unor socuri termice destul de puternice si unui bombardament intens de ioni ai izotopilor hidrogenului (deuteriu, tritium) si ca rezultat el este pulverizat si transportat spre divertor. De asemenea el este bombardat si cu neutroni care ii schimba caracteristicile de retea (devine mai fragil) si aderenta la substratele de inconel, carbon, cupru sau aliaje ale acestui metal (folosite pentru trasmiterea caldurii in exterior).

In ceeace priveste wolframul, el acopera placile de la divertor si este supus unor puternice socuri termice, si este acoperit cu beriliul pulverizat din peretii instalatiei si transportat de plasma prin asa numitul punct X al configuratiei campului magnetic. Wolframul are o mare rezistenta termica, un coeficient de pulverizare ionica scazut, si o conductibiltate termica destul de mare. El este acoperit si de carbon care este transportat din partile de perete protejate cu acest material (CFC - Carbon Fiber Composite) tot de plasmă, ca şi beriliul. Wolframul si carbonul pot forma carbura de wolfram care ii scade calitatile de rezistenta la acţiunea  plasmei.

In cadrul prezentului proiect vom efectua urmatoarele activitati de mare interes pentru intelegerea si optimizarea fenomenelor ce au loc in instalatiile energetice de fuziune nucleara:

1. Depuneri de beriliu peste wolfram cu grosimi cuprinse intre 10 si 100 nm care simuleaza placile de wolfram din divertorul reactorului peste care plasma aduce atomi si ioni de beriliu;

Dupa depunere se va studia:

      a) schimbarea structurala a wolframului, formarea de compusi de wolfram cu beriliu;

      b) interdifuzia beriliuluii in wolfram in functie de energia ionilor de beriliu depusi prin metoda TVA, ce asigura formarea ionilor de beriliu de energii cuprinse intre 0 si 500 eV asemanatoare cu cele din reactor;

2. Depuneri de beriliu peste CFC (carbon) cu grosimi de 10-100 nm pentru a se studia:

      a) formarea de carburii de  beriliu;

      b) interdifuzia beriliului in carbon in functie de energia ionilor de beriliu din plasma de depunere ca in cazul wolframului;

3. Depuneri de carbon peste wolfram cu grosimi cuprinse intre 10 si 100 nm pentru a se studia:

      a) formarea de carburi de wolfram;

      b) interdifuzia carbonului in wolfram sub influenta ionilor de carbon generati in plasma de depunere;

4. Depuneri de beriliu peste inconel si cupru la grosimi de 10 microni ca in placile (caramizile) din reactor pentru a se studia:

      a) aderenta la substrat a beriliului care trebuie sa fie cat mai mare;

      b) interdifuzia beriliului in sbstrat;

      c) compactitatea stratului de beriliu-studiul retelei de beriliu prin RBS;

      d) rezistenta la actiunea pulverizatoare a plasmei de deuteriu-prin descarcare in deuteriu;

      e) transformari structurale la flux de neutroni si ioni de deuteriu ale depunerilor de beriliu asemanatoare celor din reactor.

Inainte si dupa depunerea stratelor si tratarea lor termica, in plasma de deuteriu si in flux de neutroni si ioni de deuteriu acestea vor fi supuse:

a) analizelor compozitionale, structurale, morfologice prin: RBS la IFIN-HH, GDOES la INFLPR-Grup Ganciu, XPS si XRD la INFM, SEM si EDAX la Politehnica Bucuresti-Centrul de BIOMATERIALE

      b) testelor de aderenta (la INFLPR)

Depunerile se vor face prin generarea plasmei materialelor de depus in conditii de vid inaintat (absenta gazelor) prin metoda originala TVA (Thermionic Vacuum Arc).

 

Etape/termene de realizare

Etapa I: Amenajari pentru demararea activităţilor de cercetare fundamentala prevazute in proiect. Studii privind interactia fasciculelor particulelor energetice cu filmele din Be, W, C depuse pe substraturi din inconel, W, Cu; Studii privind evidentierea influentei iradierilor cu diferite metode (RBS, XPS, XRD, SEM, EDAX)

15.11.2006

Etapa a II-a: Depuneri de straturi de beriliu de grosimimi de 10-50 nm pe W,C, Cu. Studiul influentei  bombardarii cu ioni de beriliu, a temperaturii asupra formarii de compusi Be-W, Be-C si interdifuziei straturilor.

30.06.2007

Etapa a III-a. Depuneri straturi de carbon pe wolfram, inconel, cupru la grosimi de 10, 20, 40, 50 nm la energii ale ionilor de carbon cuprinse intre 200 si 500 eV, tratamentul lor termic,  studiul influentei ionilor de carbon si a tratamentului termic asupra formarii de compusi C- Me (Me=W, inconel, Cu) si interdifuziei

15.12.2007

Etapa a IV-a: Depuneri de wolfram  pe beriliu, carbon, inconel, carbon, cupru la grosimi de 10- 50 nm la energii ale ionilor de W cuprinse intre 200 si 500 eV, tratamentul lor termic,  studiul influentei ionilor de wolfram si a tratamentului termic asupra formarii de compusi W-Be, W-inconel, W-Cu si interdifuziei.

30.06.2008)

Etapa a V-a:  Depuneri de beriliu de grosimi de 8-10 µm pe inconel si cupru cu un strat intemediar de trecere intre substrat si beriliu din doua descarcari separate. Tratare la pulverizare cu ioni de deuteriu. Tratare cu flux de netroni, deuteroni, electroni. Studiul schimbarilor structurale. Studiul aderentei si vitezei de pulverizare precum si a rezistentei  la socuri termice.

30.09.2008

Rezultate: Obtinere in conditii de laborator a filmelor compozite care pot rezulta in urma activitatilor in reactoare de fuziune si studii asupra fenomenelor implicate.

Diseminare: publicatii stiintifice, conferinte, pagina web

Obiective realizate:

 

Dotari:

S-a efectuat plata partiala pentru achizitionarea unei surse de curent continuu (1-5kV, 0-2A) stabilizata in curent si tensiune de la firma Heinzinger Electronic GmbH, Germania.

Publicatii:

•        

Conferinte:

•         S-a elaborat, a fost sustinuta oral la Conferinta internationala PROGRESS OF CRYOGENICS AND ISOTOPES SEPARATION, Calimanesti-Caciulata, Valcea, Romania, October 25-27, 2006 si a fost acceptata spre publicare in Proceedingsof the 11th ICSI Conference PROGRESS OF CRYOGENICS AND ISOTOPES SEPARATION lucrarea:

Beryllium film formation by thermionic vacuum arc and thermal evaporation

autori: C. P. Lungu*, I. Mustata*, V. Zaroschi*, A. M. Lungu*, P. Chiru*, A. Anghel*, G. Burcea**, V. Bailescu**, G. Dinuta**, F. Din**, *National Institute for Lasers, Plasma and Radiation Physics, **Nuclear Fuel Factory, Pitesti, Romania