Published March 1998 | Version v1
Journal article

Examination of material damage on components of future fusion reactors

  • 1. Forschungszentrum Juelich, EURATOM Assoziiation (Germany)

Description

Nowadays materials based on beryllium, carbon or tungsten are those most favored for use as wall components which will be heat loaded by the plasma in future fusion reactors. These materials are subjected to extreme heat loads (up to 20 MWm-2) during normal operation. In order to carry the heat away safely, the above materials are joined to metallic heat sinks (molybdenum or copper alloys) by an appropriate joining technique. As the components and the joints are thermally cycled by the heat load, thermal fatigue will cause material damage. Additionally, in the case of an unsteady plasma the materials will be extremely thermoshocked by energy densities up to 140 MJm-2. Under these conditions the materials facing the plasma (Be, C, W) will be strongly eroded. At the same time local melting, recrystallisation and cracking will cause extensive material damage. The thermal load on materials normally observed in fusion reactors will be simulated by means of appropriate testing equipment (electron-beam for instance). The material damage thus caused will be examined by metallography, scanning electron microscopy using energy dispersive analysis, quantitative microstructure analysis and non-contact profilometry. Based on these results appropriate materials as well as joining techniques will be designed for use in future fusion facilities such as ITER. (orig.)

Abstract (German)

Fuer die vom Plasma belasteten Wand-Komponenten zukuenftiger Fusionsanlagen werden heute Werkstoffe auf der Basis von Beryllium, Kohlenstoff und Wolfram favorisiert. Diese Materialien werden im Normalbetrieb extremen Waermefluessen von bis zu 20 MWm-2 ausgesetzt. Um diese hohen Waermefluesse sicher abfuehren zu koennen, werden die Werkstoffe durch geeignete Fuegetechniken mit metallischen Waermesenken (Molybdaen- oder Kupferlegierungen) verbunden. Die thermische Belastung erfolgt zyklisch, so dass die beaufschlagten Bauteile, insbesondere die Fuegezonen durch Thermoermuedung geschaedigt werden. Des weiteren treten bei instationaeren Plasmazustaenden extreme Thermoschockbelastungen mit deponierten Energiedichten von bis zu 140 MJm-2 auf. Unter diesen Bedingungen werden die plasmainteraktiven Materialien (Be, C, W) massiv erodiert. Gleichzeitig kommt es durch Aufschmelzungen, Rekristallisation und Rissbildung zu erheblichen Werkstoffschaedigungen. Die im Fusionsreaktor auftretenden thermischen Materialbelastungen koennen durch geeignete Testanlagen (z.B. Elektronenstrahl) simuliert werden. Die hierbei auftretende Werkstoffschaedigung wird mittels Metallographie, Rasterelektronenmikroskopie mit energiedispersiver Analyse, quantitativer Gefuegeanalyse und beruehrungsloser Profilometrie charakterisiert. Die ermittelten Ergebnisse erlauben die Auswahl geeigneter Werkstoffe und Fuegetechniken fuer den Einsatz in kuenftigen Fusionsanlagen wie z.B. ITER. (orig.)

Additional details

Additional titles

Original title (German)
Untersuchung der Materialschaedigung an Komponenten zukuenftiger Fusionsreaktoren

Publishing Information

Journal Title
Praktische Metallographie
Journal Volume
35
Journal Issue
3
Journal Page Range
p. 136-147
ISSN
0032-678X
CODEN
PMTLA5