Progreso en la Realización de u-Brush W para Componentes en Contacto con Plasma
Autores: Dorow-Gerspach, Daniel; Derra, Thomas; Gipperich, Marius; Loewenhoff, Thorsten; Pintsuk, Gerald; Terra, Alexis; Weber, Thomas; Wirtz, Marius; Linsmeier, Christian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Progreso en la Realización de u-Brush W para Componentes en Contacto con Plasma
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Nuclear
Palabras clave
Componentes en contacto con plasma
Cargas térmicas
Tungsteno
Materiales a base de Cu
Acero
Deposición de metal por láser
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Durante la vida útil de los componentes que enfrentan plasma, están expuestos a cargas térmicas cíclicas estacionarias y transitorias. Las primeras causan fatiga térmica y potencialmente separación entre el material que enfrenta plasma, tungsteno, y los materiales estructurales a base de cobre (divertor) y acero (primera pared). Las últimas causan rugosidad en la superficie, agrietamiento o incluso fusión, lo que podría aumentar drásticamente la tasa de erosión. El uso de alambres delgados y flexibles de tungsteno (W) con un diámetro de unos pocos cientos de micrómetros puede reducir las tensiones mecánicas, y demostramos su resistencia a las grietas frente a cargas transitorias en los primeros estudios de prueba de principio. Aquí se presentan el estado y las futuras vías hacia la producción a gran escala de tales ensamblajes de W, incluidas las técnicas para realizar uniones viables con cobre, acero o W. Utilizando deposición de metal por láser basada en alambre, pudimos crear una infiltración homogénea y superficial de aproximadamente 200 micrómetros del ensamblaje de W con acero. Se realizó una prueba de alto flujo de calor en un cepillo en U (10 x 10 x 5 mm de W sobre una capa de acero de aproximadamente 0.5 mm de grosor) utilizando 5 MW/m durante 2000 ciclos sin pérdida de ningún alambre. El examen microestructural posterior y el análisis infrarrojo durante la prueba no mostraron signos significativos de degradación de la unión.
Descripción
Durante la vida útil de los componentes que enfrentan plasma, están expuestos a cargas térmicas cíclicas estacionarias y transitorias. Las primeras causan fatiga térmica y potencialmente separación entre el material que enfrenta plasma, tungsteno, y los materiales estructurales a base de cobre (divertor) y acero (primera pared). Las últimas causan rugosidad en la superficie, agrietamiento o incluso fusión, lo que podría aumentar drásticamente la tasa de erosión. El uso de alambres delgados y flexibles de tungsteno (W) con un diámetro de unos pocos cientos de micrómetros puede reducir las tensiones mecánicas, y demostramos su resistencia a las grietas frente a cargas transitorias en los primeros estudios de prueba de principio. Aquí se presentan el estado y las futuras vías hacia la producción a gran escala de tales ensamblajes de W, incluidas las técnicas para realizar uniones viables con cobre, acero o W. Utilizando deposición de metal por láser basada en alambre, pudimos crear una infiltración homogénea y superficial de aproximadamente 200 micrómetros del ensamblaje de W con acero. Se realizó una prueba de alto flujo de calor en un cepillo en U (10 x 10 x 5 mm de W sobre una capa de acero de aproximadamente 0.5 mm de grosor) utilizando 5 MW/m durante 2000 ciclos sin pérdida de ningún alambre. El examen microestructural posterior y el análisis infrarrojo durante la prueba no mostraron signos significativos de degradación de la unión.