Studies of oxidation resistant tungsten alloys at temperatures of 1100 K to 1475 K
- Electricity from nuclear fusion is a promising approach. An accidental scenario of a fusion power plant assumes a loss of coolant and a damaged reactor vessel. In this case temperatures beyond 1200 K of the plasma-facing materials are expected. This thesis investigates W-Cr-Y alloys to provide safety after such an accident. It is shown how Cr forms an oxide layer by diffusion that suppresses the release of WO\(_3\) at temperatures up to 1273 K in dry and humid air. Suppression by more than one order of magnitude as compared to W is measured for the first time. Y is essential for suppression of WO\(_3\) release and is detected for the first time at the oxide grain boundaries and in the form of YCrO\(_3\) nano-particles. An understanding of the oxidation in dependence on morphology, microstructure, composition and the environmental conditions is developed using experimental and theoretical studies of the interaction of the involved elements.
- Elektrizität aus Kernfusion ist ein aussichtsreicher Ansatz. Ein Unfallszenario eines Kraftwerkes nimmt einen Kühlmittelausfall und ein beschädigtes Reaktorgefäß an. In diesem Fall werden Temperaturen der plasmazugewandten Materialien von über 1200 K erwartet. Diese Arbeit untersucht W-Cr-Y Legierungen, um Sicherheit nach einem solchen Unfall zu gewährleisten. Es wird gezeigt wie Cr durch Diffusion eine Oxidschicht bildet, die die Freisetzung von WO\(_3\) bei bis zu 1273 K in trockener und feuchter Luft unterdrückt. Eine Unterdrückung um mehr als eine Größenordnung gegenüber W wird zum ersten Mal gemessen. Y ist essentiell zur Unterdrückung der Freisetzung von WO\(_3\) und wird erstmals an den Oxidkorngrenzen und in Form von YCrO\(_3\) Nanopartikeln nachgewiesen. Ein Verständnis der Oxidation in Abhängigkeit der Morphologie, Mikrostruktur, Zusammensetzung und Umgebungsbedingungen durch experimentelle und theoretische Untersuchungen der Wechselwirkungen der beteiligten Elemente wird entwickelt.
Author: | Felix KleinGND |
---|---|
URN: | urn:nbn:de:hbz:294-70177 |
DOI: | https://doi.org/10.13154/294-7017 |
Series (Serial Number): | Energie & Umwelt (482) |
Referee: | Christian LinsmeierORCiDGND, Achim von KeudellORCiDGND |
Document Type: | Doctoral Thesis |
Language: | English |
Date of Publication (online): | 2020/02/27 |
Date of first Publication: | 2020/02/27 |
Publishing Institution: | Ruhr-Universität Bochum, Universitätsbibliothek |
Granting Institution: | Ruhr-Universität Bochum, Fakultät für Physik und Astronomie |
Date of final exam: | 2019/11/06 |
Creating Corporation: | Fakultät für Physik und Astronomie |
GND-Keyword: | Fusion; Wolfram; Legierung; Sublimation; Oxidation |
Institutes/Facilities: | Forschungszentrum Jülich |
Dewey Decimal Classification: | Naturwissenschaften und Mathematik / Physik |
faculties: | Fakultät für Physik und Astronomie |
Licence (German): | Keine Creative Commons Lizenz - es gelten der Veröffentlichungsvertrag und das deutsche Urheberrecht |