In dieser Arbeit wird das ternäre System Beryllium-Sauerstoff-Wolfram untersucht. Beryllium und Wolfram sind als Wandmaterialien für Fusionsreaktoren wie z.B. ITER im Gespräch. Da es im Plasmagefäß zu Sauerstoffverunreinigungen kommen kann, ist die Untersuchung dieses ternären Systems von großem Interesse.
Als Substrate werden in dieser Arbeit Wolframtrioxid und Wolframdioxid verwendet. Zunächst werden geeignete Syntheserouten für die Darstellung der Substrate entwickelt. Die Substrate werden mithilfe der Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) und der Röntgendiffraktometrie (XRD) charakterisiert. Auf die Substrate wird im Ultrahochvakuum jeweils eine dünne Berylliumschicht aufgedampft. Beide Proben durchlaufen ein Temperaturprogramm von 573–1273 K. In 100-K-Schritten werden die Proben mittels XPS analysiert.
Zur Auswertung der Daten wird ein Modell entwickelt, mit dessen Hilfe die chemischen Prozesse innerhalb eines Temperaturschritts analysiert werden können. Hierzu werden aus den Spektren Signalbeitragsbilanzen aufgestellt. Aus diesen Bilanzen wird zunächst jeweils die Gesamtgleichung aller stattfindenden Reaktionen ermittelt. Diese wird anschließend innerhalb eines Gleichungssystems in die einzelnen chemischen Reaktionen aufgelöst.
Inhaltsverzeichnis
- Zusammenfassung
- Abstract
- 1 Einleitung
- 2 Theoretischer Hintergrund
- 2.1 Fusionsreaktoren und das ITER-Projekt
- 2.2 Wandmaterialien für Fusionsreaktoren
- 2.3 Beryllium und Wolfram als Wandmaterialien
- 2.4 Beryllium-Sauerstoff-Wolfram-System
- 3 Experimenteller Teil
- 3.1 Synthese von Wolframtrioxid
- 3.2 Synthese von Wolframdioxid
- 3.3 Charakterisierung der Substrate
- 3.4 Beryllium-Aufdampfung
- 3.5 Temperaturprogramm
- 3.6 XPS-Messungen
- 4 Ergebnisse und Diskussion
- 4.1 Wolframtrioxid
- 4.2 Wolframdioxid
- 5 Zusammenfassung und Ausblick
- Literaturverzeichnis
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Untersuchung des ternären Systems Beryllium-Sauerstoff-Wolfram. Ziel dieser Arbeit ist es, die chemischen Prozesse zu verstehen, die beim Kontakt von Beryllium mit Wolframtrioxid und Wolframdioxid bei erhöhten Temperaturen auftreten. Dabei steht die Analyse der Wechselwirkungen und Reaktionen zwischen den beteiligten Elementen im Vordergrund.
- Untersuchung der chemischen Reaktionen im ternären System Beryllium-Sauerstoff-Wolfram
- Analyse der Reaktivität von Beryllium mit Wolframtrioxid und Wolframdioxid
- Entwicklung eines Modells zur Auswertung der XPS-Daten
- Bestimmung der Einflussfaktoren auf die Reaktionskinetik
- Bewertung der Eignung von Beryllium und Wolfram als Wandmaterialien für Fusionsreaktoren
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung gibt einen Überblick über die Bedeutung der Fusionsenergie und das ITER-Projekt. Es werden die relevanten Eigenschaften von Beryllium und Wolfram als Wandmaterialien für Fusionsreaktoren diskutiert. Im Anschluss wird das ternäre System Beryllium-Sauerstoff-Wolfram vorgestellt und die Forschungsziele der Arbeit erläutert.
Kapitel 2 behandelt den theoretischen Hintergrund der Arbeit. Es werden die wichtigsten Aspekte der Fusionsenergie, der ITER-Reaktor und die Eigenschaften von Beryllium und Wolfram als Wandmaterialien vorgestellt. Außerdem wird das ternäre System Beryllium-Sauerstoff-Wolfram im Detail erläutert.
Kapitel 3 beschreibt den experimentellen Teil der Arbeit. Es werden die Syntheserouten für die Herstellung von Wolframtrioxid und Wolframdioxid dargestellt und die Charakterisierungsmethoden der Substrate beschrieben. Anschließend wird die Beryllium-Aufdampfung und das Temperaturprogramm erläutert. Zum Schluss werden die XPS-Messungen und die Datenanalyse vorgestellt.
Kapitel 4 präsentiert die Ergebnisse der Arbeit und diskutiert die gewonnenen Erkenntnisse. Es werden die chemischen Prozesse im ternären System Beryllium-Sauerstoff-Wolfram anhand der XPS-Daten analysiert und die Reaktivität von Beryllium mit Wolframtrioxid und Wolframdioxid diskutiert. Im Anschluss werden die Einflussfaktoren auf die Reaktionskinetik untersucht und die Ergebnisse in Bezug auf die Eignung von Beryllium und Wolfram als Wandmaterialien für Fusionsreaktoren bewertet.
Schlüsselwörter
Die Arbeit behandelt die Themenbereiche Fusionsenergie, ITER-Projekt, Wandmaterialien, Beryllium, Wolfram, Wolframtrioxid, Wolframdioxid, XPS, chemische Reaktionen, Reaktivität, Temperaturprogramm, Reaktionskinetik.
- Quote paper
- Martin Köppen (Author), 2008, Untersuchung des ternären Systems Wolfram-Sauerstoff-Beryllium, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1280554
