Vacancy No. 32-2019/IAM-WBM

PhD Position

Untersuchungen zur Auswirkung der chemischen Wechselwirkung zwischen Lithiumbrutkeramik und EUROFER97 auf das mechanische Werkstoffverhalten des Fusionsreaktorstrukturwerkstoffs unter realitätsnahen Brutblanket-Arbeitsbedingungen

Job description

In zukünftigen kommerziell ausgelegten Fusionsreaktoren soll die Energiegewinnung auf Basis der Verschmelzung der schweren Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium zu Helium  erfolgen (2H + 3H à 4He + n + 17,6 MeV). Während Deuterium als Bestandteil von Wasser in ausreichend großen Mengen auf der Erde vorhanden ist (ein Anteil von 0,015 % aller Wasserstoffatome ergibt eine Masse von ca. 2,5x1013 t), ist der Anteil des instabilen Isotops Tritiums verschwindend gering (ca. 3,5 kg natürliches Inventar). Da ein 1 GW Reaktor jährlich etwa 150 - 200 kg Tritium als Brennstoff verbrauchen würde, muss das Isotop technisch gewonnen werden. Dies soll direkt im Fusionsreaktor durch Spaltung des Lithiumisotops 6Li mittels der bei der Fusion freiwerdenden Neutronen realisiert werden (6Li + n à 3H + 4He + 4,8 MeV). Dazu ist geplant im sogenannten Blanket (Reaktorhülle welche durch ein Magnetfeld vom Deuterium-Tritium Plasma getrennt wird) Schüttbetten aus Lithiumkeramik Kügelchen zum ‚Brüten‘ zu integrieren. 

Da in neueren Brutblanket Konzepten der Strukturwerkstoff – aussichtsreichste Kandidaten sind sogenannte niedrigaktivierbare martensitisch ferritische Stähle, aus dem das Blanket hergestellt wird – in direktem Kontakt zum Brutmaterial und den Reaktionsprodukten steht, kommt es bei höheren Umgebungstemperaturen zu chemischen Reaktionen, welche zu signifikanten Degradationen der mechanischen Eigenschaften des Stahls führen könnten. Im Rahmen der Promotion sollen nun am Beispiel des niedrigaktivierbaren Chromstahls EUROFER97 solche chemischen Wechselwirkungsprozesse und deren Auswirkungen auf den Strukturwerkstoff eingehend studiert werden. Dazu sollen am IAM teilinstitutsübergreifend Auslagerungsversuche in einer den späteren Arbeitsbedingungen nahen brutblanketsimulierenden Umgebung durchgeführt werden, um im Anschluss den Werkstoff mechanisch zu charakterisieren. Auf Basis eines geplanten zyklischen Plasmabetriebs stehen hier Untersuchungen zur Änderung der Lebensdauer unter Wechselbelastung im Vordergrund. Zwecks umfassender Charakterisierung sind die mechanischen Tests durch kontinuierlich durchgeführte Strukturanalysen, u.a. mittels Elektronenmikroskopie, zu begleiten. Sollten die Ergebnisse der Untersuchungen eine inakzeptable Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Stahls dokumentieren, ist ein geeignetes Schutzschichtkonzept zu erarbeiten und dessen Wirksamkeit nachzuweisen.

Personal qualification
  • Abgeschlossenes Hochschulstudium (Diplom (Uni/Master) der Fachrichtung Werkstoffwissenschaften oder Maschinenbau, ersatzweise der angewandten Physik
  • Interesse an materialwissenschaftlichen Fragestellungen
  • Analytische Fähigkeiten bezüglich der Deutung von Untersuchungsergebnissen
  • Handwerkliches Geschick
  • Teamfähigkeit
  • Gute Englischkenntnisse
  • Erfahrung im Umgang mit mechanischen und/oder strukturanalytischen Charakterisierungsmethoden wäre wünschenswert
Organizational unit

Institute for Applied Materials - Materials and Biomechanics (IAM-WBM)

Starting date

Vertragsdauer

befristet auf 3 Jahre

Bewerbungsfrist bis

29.11.2019

Fachliche/r Ansprechpartner/in

Fachliche Auskunft erhalten Sie bei Herrn Prof. Dr. J. Aktaa, E-Mail jarir.aktaa@kit.edu, Tel. 0721 608 24946

Application

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If qualified, severely disabled persons will be preferred.