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.

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Metadaten
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):License LogoKeine Creative Commons Lizenz - es gelten der Veröffentlichungsvertrag und das deutsche Urheberrecht