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Ausschreibender Bereich: IEK-4 - Plasmaphysik
Kennziffer: 2019D-017, Physik, Chemie, Materialwissenschaften

Doktorarbeit: Entwicklung von Tritiumpermeationsbarrieren für zukünftige Fusionskraftwerke

Das Institut für Energie- und Klimaforschung – Plasmaphysik (IEK-4) forscht im Bereich Kernfusion um eine saubere, sichere und verlässliche Energiequelle für zukünftige Generationen zu entwickeln. Schwerpunkte des Institutes sind die Untersuchung der Plasma-Wand-Wechselwirkung, die Materialforschung für Wandmaterialen von Fusionskraftwerken, sowie Beteiligungen an den Großprojekten JET, ITER und Wendelstein 7-X.

Für unser Institut suchen wir zum nächstmöglichen Termin einen Doktoranden (w/m/d) (Physik, Chemie, Materialwissenschaft).

Das Projekt:
In Fusionskraftwerken werden die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium als Brennstoff eingesetzt. Da Tritium radioaktiv ist, muss die Tritiumanreicherung in den Reaktorwänden und das Wandern von Tritium durch die Wand in die Strukturmaterialien und Kühlsysteme verhindert werden. Tritiumpermeationsbarrieren (TPB) sind somit unerlässlich für einen sicheren Reaktorbetrieb.

Auf Grund ihrer thermischen Stabilität und hohen Korrosionswiderständen, sind dünne keramische Schichten, wie Oxide und Nitride, vielversprechende Kandidaten für TPB. Es wurde am Y2O3 gezeigt, dass die kristallographische Phase und die Mikrostruktur einen sehr großen Einfluss auf die Permeationsreduzierung haben. Im Rahmen dieser Arbeit sollen nun Nitride, z.B. Wolframnitrid und Titannitrid, für den Einsatz als TPB untersucht werden. Für einen ersten Test wurde eine dünne Wolframnitridschicht auf ein Stahlsubstrat aufgebracht und die Reduzierung der Wasserstoffpermeation wurde mit Hilfe von gasgetriebenen Deuterium-Permeationsversuchen gemessen. Dieser erste Testversuch zeigt eine sehr hohe Permeationsreduktionswirkung: Der Permeationsfluss durch die beschichtete Probe konnte um zwei Größenordnungen reduziert werden verglichen zu einer unbeschichteten Probe.

Ihre Aufgaben:
Ihre Aufgabe als Doktorand/in ist, stabile Nitridschichten auf fusionsrelevante Materialen, wie EUROFER97 (Stahl), mit Hilfe des Magnetronsputterns aufzubringen und zu charakterisieren. Dabei sollen durch Parameteränderungen der Deposition die Eigenschaften der Schicht verändert werden. Neben der Permeationsmessung sollen auch die Kristallstruktur, die Morphologie und die Zusammensetzung der Schicht untersucht werden. Hierzu stehen vielfältige Methoden wie z.B. Röntgendiffraktion, Rasterelektronenmikroskopie und Photoelektronenspektroskopie zur Verfügung. Ziel ist es, die Auswirkung der verschiedenen Parameter bei der Herstellung auf die Deuteriumpermeation zu verstehen und damit TPB zu optimieren.

Ihr Profil:
Master im Fachbereich Physik, Chemie oder Materialwissenschaften. Gute Kenntnisse der Festkörperphysik und in der Materialcharakterisierung. Gute EDV- und Englischkenntnisse.

Unser Angebot:

  • Die Stelle ist ab sofort und auf 3 Jahre befristet zu besetzen
  • Vergütung und Sozialleistungen nach dem Tarifvertrag des öffentlichen Dienstes (TVöD-Bund)

Das Forschungszentrum Jülich möchte mehr Mitarbeiterinnen in diesem Bereich beschäftigen. Wir sind daher an der Bewerbung von Frauen besonders interessiert. Bewerbungen schwerbehinderter Menschen sind uns willkommen.

Bitte richten Sie Ihre Fragen und Bewerbung an:
Dr. Anne Houben
Forschungszentrum Jülich GmbH
Institut für Energie- und Klimaforschung – Plasmaphysik (IEK-4)
52425 Jülich

E-Mail: an.houben@fz-juelich.de
Telefon: +49 2461 615102

Ausschreibung als pdf-Datei:  Doktorarbeit: Entwicklung von Tritiumpermeationsbarrieren für zukünftige Fusionskraftwerke (2019D-017) (PDF, 19 kB)