haku: @keyword fuusio / yhteensä: 32
viite: 7 / 32
| Tekijä: | Karhunen, Juuso |
| Työn nimi: | Development of laser-induced breakdown spectroscopy for analyzing deposited layers in ITER |
| Laserindusoidun plasmaspektroskopian kehittäminen ITERin ensiseinämän kerrostumien analysointiin | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2013 |
| Sivut: | ix + 100 Kieli: eng |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Teknillisen fysiikan laitos |
| Oppiaine: | Ydin- ja energiatekniikka (Tfy-56) |
| Valvoja: | Salomaa, Rainer |
| Ohjaaja: | Hakola, Antti |
| OEVS: | Sähköinen arkistokappale on luettavissa Aalto Thesis Databasen kautta.
Ohje Digitaalisten opinnäytteiden lukeminen Aalto-yliopiston Harald Herlin -oppimiskeskuksen suljetussa verkossaOppimiskeskuksen suljetussa verkossa voi lukea sellaisia digitaalisia ja digitoituja opinnäytteitä, joille ei ole saatu julkaisulupaa avoimessa verkossa. Oppimiskeskuksen yhteystiedot ja aukioloajat: https://learningcentre.aalto.fi/fi/harald-herlin-oppimiskeskus/ Opinnäytteitä voi lukea Oppimiskeskuksen asiakaskoneilla, joita löytyy kaikista kerroksista.
Kirjautuminen asiakaskoneille
Opinnäytteen avaaminen
Opinnäytteen lukeminen
Opinnäytteen tulostus
|
| Sijainti: | P1 Ark Aalto 198 | Arkisto |
| Avainsanat: | ablation beryllium fusion LIBS plasma-wall interaction ablaatio beryllium fuusio LIBS plasma-seinä-vuorovaikutus |
| Tiivistelmä (fin): | Erilaisten sekamateriaalikerrosten muodostuminen voi lyhentää huomattavasti tulevaisuuden fuusioreaktorien ensiseinämäkomponenttien elinikää ja edistää polttoaineen loukkuuntumista niihin. Tämän vuoksi ensiseinämän tutkimisen tulisi olla mahdollista plasmapurkausten välissä, jotta kerrostumien sijainnit, paksuudet ja koostumukset saataisiin selvitettyä. Laserindusoitu plasmaspektroskopia (LIBS), jossa tutkitaan laserpulssien aikaansaamassa ablaatioprosessissa syntyvää emissiospektriä, on potentiaalinen menetelmä tällaisiin in situ -mittauksiin. Tässä diplomityössä on testattu LIBSin soveltuvuutta ITERin sekamateriaalien analysoimiseen. Tuloksia vertailtiin Rutherfordin takaisinsirontaspektroskopialla (RBS), ydinreaktioanalyysilla (NRA) ja sekundääriionimassaspektrometrialla (SIMS) saatuun dataan. Kokeita varten romanialainen MEdC-assosiaatio valmisti TVA-menetelmällä erilaisia 500-2500 nm:n Be-W-pinnotteita. Polttoaineen loukkuuntumisen tutkimiseksi osa näytteistä valmistettiin deuteriumpitoisiksi ja osa implantoitiin 200 eV:n deuteriumioneilla IPP-instituutissa Garchingissa. Tutkimalla Be:n ja W:n spektriviivojen intensiteettien kehitystä aineiden syvyysprofiilien havaittiin täsmäävän SIMS-tulosten kanssa. Sekamateriaalikerrosten alkuainekoostumus määritettiin CF-LIBS -menetelmällä (Calibration-Free LIBS), ja tulokset olivat hyvin samanlaiset kuin RBS:llä määritetyt konsentraatiot. Vain implantoidut näytteet sisälsivät tarpeeksi deuteriumia luotettavaan analyysiin. Lasersäteen rajallisen energiatiheyden vuoksi tämän työn loukkuuntumistutkimukset tehtiin käyttämällä vain SIMSiä ja NRA:ta. Tulosten perusteella deuteriumin implantaatiosyvyys ei riipu pinnoitteen paksuudesta vaan sen koostumuksesta: puhtaissa Be-pinnotteissa D-signaali hävisi 300 nm:n jälkeen, kun taas Be-W-kerroksissa signaali näkyi läpi pinnoitteen. Sekamateriaalien ablaationopeuden havaittiin olevan hieman suurempi kuin puhtaiden Be-pinnoitteiden, mikä viittaa W-pitoisten seosten heikompaan rakenteeseen. Dpommituksessa syntyneiden hilavirheiden vuoksi D:llä implantoitujen näytteiden ablaationopeudet olivat edelleen suuremmat kuin implantoimattomien näytteiden. Tulosten perusteella LIBS soveltuu fuusioreaktorien sekamateriaalikerrostumien kvalitatiiviseen ja kvantitatiiviseen in situ -tutkimukseen. Tulevaisuuden kokeissa deuteriumin havaitsemiseen tarvitaan kuitenkin suurempi lasersäteen energiatiheys. |
| Tiivistelmä (eng): | Formation of different mixed deposited layers can degrade the performance level of plasma-facing components and enhance fuel retention in future fusion reactors. Thus, first walls of the reactors should be actively monitored in between plasma discharges to determine the locations, thicknesses, and material compositions of the mixed layers. Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), where the spectrum emitted in a laser-induced ablation process is studied, is a potential method for such in-situ studies. In this thesis, the feasibility of LIBS on analyzing ITER-relevant material mixtures was tested. The results were compared with data obtained by the standard ion-beam methods Rutherford backscattering spectroscopy (RBS), nuclear reaction analysis (NRA), and secondary ion mass spectrometry (SIMS). For the experiments, various 500-2500-nm thick coatings with different Be/W ratios were produced by the TVA method at MEdC, Romania. To investigate fuel retention in these coatings, part of the samples were doped with deuterium during their deposition, and some samples were implanted with 200-eV deuterons at IPP Garching. By studying the evolution of intensities of selected spectral lines, the depth profiles of Be and W were found to match with the SIMS profiles. The elemental composition of the mixed layers was determined using the Calibration-Free LIBS method (CF-LIBS), and the results agreed well with those obtained by RBS. Only the implanted coatings contained enough deuterium for reliable analysis. Due to limitations in the laser fluence, the retention studies in this work were done just by using SIMS and NRA. The results indicated that the implantation depth of D is independent of the thickness of the coating but depends on its composition: in pure Be coatings, the D signal vanished after 300 nm, whereas D was present throughout the Be-W layers. The ablation rate of the mixed layers was found to be slightly higher than those of pure Be coatings, indicating a degraded structure of the W-rich alloys compared to bulk Be. For the D-implanted samples, the ablation rates were further increased due to lattice defects caused by D bombardment. The results show that LIBS is a feasible method for both qualitative and quantitative in-situ studies of mixed deposited layers in fusion devices. However, in future studies a larger laser fluence is required for detection of deuterium. |
| ED: | 2013-03-25 |
INSSI tietueen numero: 46007
+ lisää koriin
INSSI