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Thermische Desorption zur quantitativen Untersuchung von Wasserstoffisotopen in Proben aus Fusionsexperimenten

Autor :Detlef Schleußner
Herkunft :OvGU Magdeburg, Fakultät für Naturwissenschaften
Datum :05.11.2002
 
Dokumente :
Dataobject from HALCoRe_document_00004802
 
Typ :Dissertation
Format :Text
Kurzfassung :Mit temperaturprogrammierter Desorption (TPD) wurde das Inventar von Wasserstoffisotopen in Graphit- und Wolframproben bestimmt, die Plasmaentladungen im Fusionsexperiment ASDEX-Upgrade ausgesetzt waren. Die implementierte Elektronenstoßheizung erlaubt in Kombination mit dem speziell angepaßten Probenhalter eine gleichmäßige Erwärmung der Proben mit einer Heizrate von 10 K/s auf Temperaturen von bis zu 2100 K, die mit einem Pyrometer gemessen wurden. Für quantitative Ergebnisse wurde ein Quadrupol-Massenspektrometer für die wichtigsten Gase kalibriert.

Bei den TPD-Messungen wurden die Wasserstoffisotope hauptsächlich in Form von H2, HD und D2 freigesetzt. Während Deuterium ausschließlich durch die Plasmaentladungen in die Proben eingebracht wurde, gelangt ein beachtlicher Wasserstoffanteil durch die Adsorption von Wasser während der Lagerung an Luft in die Proben.
Für alle untersuchten Proben der inneren Wände von ASDEX-Upgrade lagen die Deuteriuminventare der Depositionsgebiete (mit dicken kodeponierten Schichten) über denen der Erosionsgebiete. TPD-Messungen mit Graphitproben ergeben eine Korrelation des Deuteriuminventars mit dem Teilchen- und Energieeintrag durch das Plasma. Die größten Deuteriuminventare betragen etwa 4×1023 m-2. Lediglich im Gebiet der maximalen Belastung durch auftreffende Teilchen weisen die Inventare für Graphitproben, die einer großen Anzahl von Plasmaentladungen ausgesetzt waren, ein lokales Minimum auf. Dies wird auf die während der Plasmaentladung höheren Temperaturen zurückgeführt, die zu einer Freisetzung der Teilchen aus den Haftstellen und somit zu einer Verringerung der Inventare von Wasserstoffisotopen führen können.
Sowohl das - im Vergleich zu Laborexperimenten zur Wasserstoffimplantation in Graphit - zu höheren Temperaturen verschobene Hauptmaximum als auch die - im Vergleich zu einer gesättigten Implantationsschicht von Plasmaionen und hochenergetischen CX-Neutralteilchen - höheren Gesamtinventare und die Abhängigkeit der gemessenen Inventare von der Nachweistiefe deuten an, daß Wasserstoffisotope in signifikanten Größenordnungen auch tief in das Innere des Festkörpers der Graphitproben diffundieren konnten und dort gebunden sind. Somit bestimmt die Diffusion aus den kodeponierten Schichten bzw. aus dem Implantationsbereich bis tief in das Innere der Graphitproben und die Bindung an natürlichen Haftstellen den Einbau von Wasserstoffisotopen in die Graphitproben vom ASDEX-Upgrade. Eigene Modellrechnungen ergaben nur unter Einbeziehung der Diffusion bis in tiefe Schichten eine Übereinstimmung der simulierten mit den experimentell ermittelten TPD-Spektren.

Für Proben mit Wolframschicht wird das Gesamtinventar von Wasserstoffisotopen in den Bereichen mit geringer Belastung durch Teilchen und Energie aus dem Plasma durch dicke kodeponierte C-H-/C-D-Schichten bestimmt. Die Diffusion aus den kodeponierten Schichten in die Wolframschicht wird durch den Übergangsbereich von Kohlenstoff zu Wolfram verhindert. Dementsprechend ist der bei weitem größte Teil des Deuteriuminventars in den oberflächennahen Schichten lokalisiert. Für Wolframproben aus Erosionsgebieten sind die Deuteriuminventare etwa eine Größenordnung geringer. Dort wird die Einlagerung von Deuteriuminventaren durch die Implantation von Deuterium in die Wolframschicht und die Diffusion aus der Implantationsschicht in tiefere Bereiche der Proben bestimmt. Unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Gesamtdauer der Plasmaentladungen sind die gemessenen Gesamtinventare von Deuterium für die Wolframproben vergleichbar mit denen für die Graphitproben.
Schlagwörter :TPD, TDS, thermische Desorption, Wasserstoffisotope, Graphit, Kalibrierung, QMS
Rechte :Dieser Text ist urheberrechtlich geschützt.
Größe :83 S.
 
Erstellt am :01.10.2008 - 07:25:03
Letzte Änderung :22.04.2010 - 08:57:08
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