TritiumStopp

Motivation

Das Vorhaben widmet sich einer speziellen Thematik – dem Schutz vor einer Tritium-Permeation in die mit Tritium in Kontakt stehenden Materialien in Kernfusionskraftwerken. Tritium ist eine außerordentlich wertvolle Ressource, die Nachbildung durch Brutreaktion liefert nur sehr bedingte Raten und somit könnte der überkritische Verlust von Tritium zu einem (bislang unterschätzten) Flaschenhals bei der sich abzeichnenden Realisierung von Fusionskraftwerkkonzepten werden. Dünne oxidische, nitridische oder diamantartige Barriereschichten haben das Potenzial, die Tritium-Permeation in Wandmaterialien auf vernachlässigbar kleine Werte abzusenken. Hierzu liegen momentan jedoch nur vage und schlecht vergleichbare Daten an frisch abgeschiedenen Schichten vor. Neben der Frage der Langzeit-Barrierewirkung ist vor allem ungeklärt, inwieweit die Barrierewirkung unter den Stress-Bedingungen eines Fusionskraftwerksbetriebs anhält. Neben der mechanischen Einwirkung und der thermischen Wechselbeanspruchung steht vor allem die Frage, inwieweit die Bestrahlung durch Neutronen atomistische und mikrostrukturelle Veränderungen in den Schichten bewirken, die deren Barrierewirkung nachhaltig schädigen.

Ziele und Vorgehen

In diesem Vorhaben sollen durch systematische Untersuchungen mit verschiedenen Dünn-schichtvarianten vor allen den Fragen nach Dauerstabilität der Permeations-Barrierewirkung unter den genannten Stress-Einflussfaktoren nachgegangen werden. Dies wird methodisch durch einen Messplatz und Deuterium-Bestrahlung durchgeführt, begleitet von einer umfassenden vorher/nachher-Materialdiagnostik. Es werden die Schichtvarianten Metallnitride, Oxide und diamantartiger Kohlenstoff untersucht. Im Bewusstsein, dass bereits die Ausgangs-struktur der Schichten von entscheidender Bedeutung ist, werden zum einen verschiedene Abscheideverfahren eingesetzt sowie eine Variation der Beschichtungsparameter durchgeführt. Dabei wird stets auf eine praktische Umsetzbarkeit auf die realen Komponenten des Fusionskraftwerks geachtet. Ein Ziel des Vorhabens ist schließlich, Konzepte für eine Umsetzung auf die Komponenten, unterschieden nach dem jeweiligen Einsatzort aufzuzeigen.

Innovation und Perspektive

Im Ergebnis sollen zum einen grundlegende materialwissenschaftliche Erkenntnisse zu Ursache-Wirkmechanismen hinsichtlich Schichtart, Schichtstruktur, Morphologie und Defekte mit der Barrierewirkung gegen Tritium-Permeation gewonnen werden. Zum anderen werden Erkenntnisse angestrebt, die direkt in die Konzeptionierung realer Kraftwerkskonzepte einfließen können. Auch wenn sich das Thema sehr speziell auf die Tritium-Fusionskraftwerksthematik richtet, sind die Ergebnisse auch für alle herkömmlichen Wasserstoffanwendungen, bei denen das Thema Permeation eine Rolle spielt, von großem Wert.