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Ansprechpartner
Dr. Ermile Gaganidze

ermile gaganidzeAsi4∂kit edu

Telefon +49 721 608 24083

Bestrahlungseinfluss

Die Forschungsaktivitäten in diesem Bereich haben zum Ziel, den Einfluss von Neutronenstrahlung auf die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur von RAFM-Stählen zu untersuchen.
ITER-Reaktorbehälter
Querschnitt durch den ITER-Reaktorbehälter mit an der inneren Wand angebrachten Blanket-Modulen und dem Divertor am Boden (www.iter.org)

Niedrig aktivierbare ferritisch/martensitische (reduced activation ferritic/martensitic, RAFM) 7-10% Cr-WVTa Stähle sind vielversprechende Strukturmaterialien für Komponenten des Reaktorbehälters, wie beispielsweise die Reaktorwand und heliumgekühlte Brutblankets zukünftiger Fusionskraftwerke. Diese Komponenten werden Neutronenstrahlung und hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sein. Treffen die hochenergetischen Neutronen (14 MeV) auf das Material, so stoßen sie Atome aus ihren Gitterpositionen heraus, und es entstehen Kaskaden aus Punktdefekten. Die Defekte akkumulieren während des Reaktorbetriebes. Zudem entstehen Wasserstoff und Helium durch Transmutation, wodurch das mechanische Verhalten der Strukturmaterialien zusätzlich beeinflusst wird. Die Schädigung der Mikrostruktur der Materialien hängt dabei stark von den Bestrahlungsbedingungen und der Temperatur ab.

Obwohl die Bestrahlungseigenschaften moderner RAFM-Stähle (z.B. EUROFER97, F82H-mod.) deutlich besser sind als die konventioneller ferritischer/martensitischer Stähle, wird der Einsatz dieser Materialien immer noch von Faktoren wie der strahlungsinduzierten Verfestigung bei geringen Bestrahlungstemperaturen (< 350°C), sowie Versprödung, verringerter Härte und Duktilität limitiert. Dies zeigt, dass weitere Materialentwicklung notwendig ist.


Die Entwicklung und vollständige Charakterisierung von Strukturmaterialien für einen zukünftigen Demonstrationsreaktor (DEMO), sowie wie deren Bewertung unter fusions-relevanten Bedingungen sind Grundvoraussetzungen für ein zuverlässiges Design sowie den sicheren und erfolgreichen Betrieb des Reaktors. Unsere Abteilung hat langjährige Erfahrung bei der Planung und Durchführung von Bestrahlungsprogrammen zur Untersuchung des Einflusses der Neutronenstrahlung auf die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur von RAFM-Stählen. Unter Berücksichtigung der Mikrostruktur vor und nach der Bestrahlung werden phänomenologische Modelle entwickelt, um die bestrahlungsinduzierte Verfestigung und Versprödung der Stähle zu beschreiben.

Die Forschungsvorhaben auf diesem Gebiet werden – geregelt durch einen Gesellschaftsvertrag zwischen EURATOM und dem Karlsruher Institut für Technologie – von der Europäischen Gemeinschaft unterstützt und erfolgen in der Verantwortung des EUROfusion-Konsortiums (European Consortium for the Development of Fusion Energy).

 

Aktuelle Forschungsprojekte