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Ansprechpartner
Dr. Martin Steinbrück

Tel: +49 721 608-22517

e-mail:

martin steinbrueckIgc6∂kit edu

Beteiligte Mitarbeiter

Dr. Martin Steinbrück

Sarfraz Ahmad

Valentina Avincola

Mirco Große

Ingo Markel

Ulrike Stegmaier

Petra Severloh

Chongchong Tang

Weitere Informationen

QUENCH Homepage

Hochtemperatur-Werkstoffchemie

Gruppenbild

Versuchstechnik

  • Hochtemperatur Thermowaage Netzsch STA 409 mit MS-Kopplung
  • Setaram High Performance symmetrisches TGA System bis 1750 °C
  • Verschiedene Hochtemperaturöfen (Widerstandsheizung, induktive Heizung) für Reaktionen in definierten Atmosphären (Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Wasserdampf etc.) bis 1600 °C und in inerter Atmosphäre bis 2300 °C.
  • Analyse von gasförmigen Reaktionsprodukten mittels Massenspektrometrie im Prozent- und ppm-Bereich (Balzers GAM300).
  • INRRO Anlage zur in-situ Analyse von Wasserstoffabsorption und -diffusion in Zirkoniumlegierungen mittels Neutronenradiographie.
  • Einzelstab-Versuchsanlage QUENCH-SR mit Abschreckvorrichtungen.
  • QUENCH-Anlage für Bündelversuche zum Abschrecken eines überhitzten Reaktorkerns (bei und zusammen betrieben mit IMF III)
  • Metallographisches Labor, Lichtmikroskopie, REM-EDX

 

  BOX-Anlage mit Probenschleuse zur Untersuchung des Hochtemperaturverhaltens von Materialien in definierten Atmosphären bis 1700 °C
 
QUENCH Versuchsanlage zur experimentellen Simulation des Abschreckens von überhitzen Reaktorkernen

Aktuelle Arbeitsthemen

Untersuchung der Oxidation von Zirkoniumlegierungen in verschiedenen Atmosphären (Wasserdampf, Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Mischungen dieser) im Temperaturbereich 600-1600 °C. Am KIT wird das Verhalten neuer Hüllrohrlegierungen wie M5TM von AREVA und ZIRLOTM von Westinghouse unter Störfallbedingungen, also bei Temperaturen weit oberhalb der Betriebstemperaturen, untersucht. Diese Legierungen wurden von der Industrie entwickelt, um die Langzeitstabilität bei hohen Abbränden zu verbessern und sind optimiert für Betriebsbedingungen.

 

 
Bildung von Zirkoniumnitrid ZrN (goldene Phase) bei der Oxidation von Zircaloy-4 in Luft (links) bzw. bei der Reaktion von oxidiertem Zircaloy-4 mit Stickstoff (rechts)

(In-situ) Untersuchung der Wasserstoffaufnahme bei der Oxidation von Zirkoniumlegierungen in Wasserdampf und der Wasserstoffdiffusion in Zirkonium mittels Neutronenradiographie.

 

 
Neutronenradiographie-Bildsequenz der Wasserstoffdiffusion in einem Zry-4-Zylinder bei 900 °C

Untersuchung der Oxidationskinetik von SiC-Werkstoffen bei Temperaturen bis 2000 °C in technisch relevanten Atmosphären (Wasserdampf, Helium mit Verunreinigungen etc.) sowie zur gezielten Gefügeeinstellung in der Verbindungszone lasergefügter Siliciumcarbid-Bauteile zur Verbesserung der Hochtemperaturbeständigkeit.

 

  Oberfläche einer bei 2000°C in Dampf oxidierten SiC Probe mit SiO2 Blasen (REM-Bild)

 

Kooperationen

  • European Energy Research Alliance (EERA) Project MatISSE (Materials' Innovations for a Safe and Sustainable nuclear in Europe)
  • DFG-Projekt "Gezielte Gefügeeinstellung in der Verbindungszone lasergefügter Siliciumcarbid-Bauteile zur Verbesserung der Hochtemperaturbeständigkiet (LaJoin)
  • OECD Programm SFP (Sandia Fuel Program)
  • CSARP (Cooperative Severe Accident Research Program der US Nuclear Regulatory Commission)
  • Vertrag mit VGB auf dem Gebiet LOCA (Loss of Coolant Accidents)
  • IAEA Cooperative Research Program on Development, Characterization and Testing of Materials of Relevance to Nuclear Energy Sector using Neutron Beams
  • Enge bilaterale Zusammenarbeit mit PSI, Schweiz, IBRAE, Russland und anderen nationalen und internationalen Institutionen
  • Kooperationen mit verschiedenen japanischen Forschungsinstituten zur Aufarbeitung der nuklearen Unfälle in Fukushima Dajichi

 

Ausgewählte Publikationen

Stuckert, J., Große, M., Rössger, C., Klimenkov, M., Steinbrück, M., Walter, M.
QUENCH-LOCA program at KIT on secondary hydriding and results of the commissioning bundle test QUENCH-L0
Nuclear Engineering and Design 255 (2013), 185-201


Große, M., Steinbrück, M., Stuckert, J., Kastner, A., Schillinger, B.
Application of neutron radiography to study material processes during hypothetical severe accidents in nuclear reactors
Journal of Materials Science 47 (2012), 6505-6512

Grosse, M., Stuckert, J., Steinbrück, M., Kaestner, A.
Secondary hydriding during LOCA - Results from the QUENCH-L0 test
Journal of Nuclear Materials 420 (2012), 575-582

Steinbrück, M.
Comparative view on high-temperature oxidation of zirconium alloys in various atmospheres
Transactions of the American Nuclear Society 104 (2011), 465-466

Steinbrück, M.
Degradaton and oxidation of B4C control rod segments at high temperatures
J. Nucl. Mater. 400 (2010), 138-150

Grosse, M.
Comparison of the high temperature steam oxidation kinetics of advanced cladding materials.
Nucl. Trans. 170 (2010), 272

Steinbrück, M.; Große, M.; Sepold, L.; Stuckert, J.
Synopsis and outcome of the QUENCH experimental program
Nucl. Eng. Design 240 (2010), 1714-1727

Große, M.; Lehmann, E.; Steinbrück, M.; Kühne, G.; Stuckert, J. 
Influence of oxide layer morphology on hydrogen concentration in tin and niobium containing zirconium alloys after high temperature steam oxidation. 
Journal of Nuclear Materials, 385 (2009), 339-45

Steinbrück, M.
Prototypical Experiments Relating to Air Oxidation of Zircaloy-4 at High Temperatures.
J. Nucl. Mater. 392 (2009), 531-544

Grosse, M.; Steinbrück, M.; Lehmann, E.; Vontobel, P. 
Kinetics of hydrogen absorption and release in zirconium alloys during steam oxidation. 
Oxidation of Metals, 70 (2008), 149-62

Steinbrück, M. 
Oxidation of zirconium alloys in oxygen at high temperatures up to 1600°C. 
Oxidation of Metals, 70 (2008), 317-29

Grosse, M.; Kühne, G.; Steinbrück, M.; Lehmann, E.; Stuckert, J.; Vontobel, P. 
Quantification of hydrogen uptake of steam-oxidized zirconium alloys by means of neutron radiography. 
Journal of Physics: Condensed Matter, 20 (2008), 104263/1-7

Grosse, M.; Lehmann, E.; Vontobel, P.; Steinbrueck, M. 
Quantitative determination of absorbed hydrogen in oxidised zircaloy by means of neutron radiography. 
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 566 (2006), 739-45

Steinbrück, M.; Miassoedov, A.; Schanz, G.; Sepold, L.; Stegmaier, U.; Stuckert, J. 
Experiments on air ingress during severe accidents in LWRS. 
Nuclear Engineering and Design, 236 (2006), 1709-19

Steinbrück, M. 
Hydrogen absorption by zirconium alloys at high temperatures. 
Journal of Nuclear Materials, 334 (2004), 58-64