Alternativní metody přípravy permeačních bariér

Abstract

Permeační bariéry jsou jednou z nejdůležitějších částí materiálového výzkumu v oblasti řízené termojaderné fúze. Jejich primárním účelem je minimalizovat unikání (permeaci) izotopů vodíku (který jinak proniká strukturními materiály velmi snadno) z budoucích fúzních zařízení, sekundárním pak snížení množství těchto izotopů, trvale zachycených v materiálu (snížení retence). Uvažované provozní podmínky kladou vysoké nároky jak na samotný materiál, tak na vlastnosti vyrobených vrstev. Základní hledisko je snížení permeace tritia. Dalšími kritickými požadavky na permeační bariéry jsou absence povrchových defektů (zejména prasklin), stabilita při vysokých teplotách a v korozním prostředí, a kompatibilita se strukturními materiály (zejména feriticko-martensitické oceli). V práci byly provedeny experimenty s přetavováním plasmového nástřiku korundu za účelem dosáhnutí požadovaných vlastností. Dále byly připraveny PVD povlaky nitridů, identifikovaných jako perspektivní pro permeační bariéry (CrN, ZrN?), jejich charakterizace (tloušťka, homogenita, adheze?) a bylo provedeno měření snížení permeace.

Permeation barriers represent one of the crucial fields in material development for thermonuclear fusion. Primary objective of the barriers is to suppress the permeation of hydrogen isotopes (mainly tritium) from future thermonuclear fusion facilities. Secondary objective is to reduce their retention in structural materials. Expected reactor conditions put high demands on the material, as well as on the final barrier quality. Key properties are tritium permeation reduction, defect-free barrier surface (especially cracks), high-temperature and corrosive stability and compatibility with structural materials (mostly ferritic-martensitic steels). In this thesis, remelting experiments with plasma sprayed alumina oxide were performed, in order to reach the desired characteristics. In addition, thin nitride layers, identified as promising as permeation barriers (CrN, ZrN?), were deposited by PVD and characterized (layer thickness, homogeneity, adhesion?). Ultimately, measurements of permeation reduction were performed.