REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Jedrsko zlivanje ali fuzija ima visok potencial zagotoviti varen in praktično neizčrpen vir električne energije brez nastajanja toplogrednih plinov in, v primerjavi s konvencionalnimi viri energije, kot so jedrske elektrarne, z zanemarljivo količino nevarnih odpadkov. Za materiale, ki so namenjeni za uporabo v stiku s fuzijsko plazmo, so bistvene lastnosti strukturna stabilnost pri povišani temperaturi, ustrezna toplotna prevodnost, trdnost in žilavost, odpornost na toplotni udar in toplotno utrujenost ter stabilnost pri izpostavljenosti nevtronom. Za takšno uporabo so volfram in materiali na osnovi volframa razumna izbira zaradi njihove ugodne kombinacije fizikalnih lastnosti.
Doktorsko delo obsega tri raziskovalne teme z enim skupnim imenovalcem–mikrostrukturno analizo volframa in materialov na osnovi volframa, ki jih je razvila slovenska raziskovalna skupina v okviru programa EUROfusion. Prva raziskovalna tema se nanaša na moj prvi avtorski znanstveni članek z naslovom »The role of tungsten phases formation during tungsten metal powder consolidation by FAST: Implications for high-temperature application«. V članku sem s soavtorji raziskala in uporabila raziskovalne metode, ki so primerne za analizo mikrostrukture volframa, zgoščenega s tehnologijo sintranja s pomočjo električnega polja (FAST). V študiji smo analizirali in-situ nastanek sekundarnih faz in jih identificirali kot volframov dioksid (WO2). Prisotnost oksidnih vključkov nas je motivirala za raziskovanje vloge volframovega karbida (WC) za odstranjevanje oksidnih nečistoč iz volframove matrice, kot je opisano v drugem znanstvenem članku z naslovom »Tungsten carbide as a deoxidation agent for plasma-facing tungsten-based materials«. Najmanj 5.8–8.8 vol % WC kot vira ogljika je potrebno v začetno mešanico prahov vnesti, da se oksidne nečistoče med sintranjem popolnoma odstranijo kot ogljikov monoksid in ogljikov dioksid, da dobimo čisto volframovo matrico. Presežna količina WC povzroči in-situ nastanek termično stabilnega ε-W2C kot sekundarne faze v volframovi matrici. Prisotnost ε-W2C faze lahko vpliva na stabilnost materialov, izpostavljenih obsevanju, kar sem skupaj s soavtorji eksperimentalno raziskala v svojem tretjem članku z naslovom »Non-uniform He bubble formation in W/W2C composite: Experimental and ab-initio study”. V članku je predstavljen vpliv helija na mikrostrukturo večfaznega kompozita W/W2C, ki je bil raziskan v predhodnih znanstvenih člankih. Eksperimentalna opazovanja nastanka helijevih mehurčkov v kompozitu W/W2C so nadgrajena s kvantokemijskimi simulacijami po teoriji gostotnega funkcionala (DFT), da bi vzpostavili temeljno razumevanje združevanja, migracije in raztapljanja helija v kovinskem volframu in keramičnem W2C. Rezultati študije kažejo, da se helij prednostno ujame na velike strukturne napake, kar na koncu močno vpliva na celovitost materiala.