NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2013/sterke-reductie-van-waterstofopname-in-wolfraam-nr-75/

Geprint op :
14 december 2018
15:10:33

In een fusiereactor versmelten zware waterstofatomen, deuterium en tritium, tot helium. Bij dit proces komt zeer veel energie vrij in de vorm van warmte. De uitlaat van een fusiereactor, ook wel divertor genaamd, moet goed bestand zijn tegen hitte én tegen grote hoeveelheden deeltjes. De divertor van ITER, de experimentele fusiereactor die op dit moment in aanbouw is in Zuid Frankrijk, wordt gemaakt van wolfraam vanwege de hittebestendigheid en goede warmtegeleiding van dit materiaal.

Meer deeltjes, minder problemen
Om veiligheidsredenen mag er slechts een kleine hoeveelheid waterstof in de wanden van de reactor aanwezig zijn. Wolfraam staat erom bekend dat het slechts weinig waterstof kan bevatten. De opgenomen hoeveelheid kan echter sterk toenemen door de impact van de hoogenergetische neutronen, die vrijkomen bij het fusieproces en die het wolfraam beschadigen. Onderzoekers van het 'PSI-lab'-onderzoeksprogramma hebben onlangs laten zien dat wolfraam veel minder waterstof opneemt dan verwacht wanneer het materiaal wordt blootgesteld aan een extreem grote stroom van waterstofdeeltjes. 
De onderzoekers voerden de experimenten uit met de lineaire plasmagenerator Pilot-PSI, waarin de omstandigheden zoals ze zullen voorkomen bij de ITER-divertor op een realistische manier worden nagebootst. Uit de experimenten blijkt dat bij een grote deeltjesstroom slechts ongeveer één op de miljoen waterstofdeeltjes het wolfraam binnendringt. Deze fractie blijkt sterk afhankelijk te zijn van de temperatuur van het wolfraam.
De resultaten wijzen erop dat er minder deeltjes in het wolfraam verzeild raken doordat zich een dun beschermend laagje waterstof op het wolfraamoppervlak vormt. Waterstofatomen die bij het oppervlak aankomen, botsen op de atomen van dit beschermlaagje en verliezen daardoor zoveel energie dat ze niet kunnen binnendringen, maar terugkaatsen. De atomen die zelf in het laagje zitten kunnen het wolfraam wel binnendringen, maar ze moeten hiervoor eerst een energiebarrière passeren. Door de hoogte van deze barrière is de kans hierop niet groot, wat de sterke reductie in de opname van waterstof door wolfraam verklaart.