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,
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