Ionenbestrahlung zur Emulation neutronen-induzierter Schädigung

Ionenbestrahlung ist ein vielseitiges Instrument zur Emulation von neutronen-induzierter Schädigung in Konstruktionswerkstoffen für nukleare Anwendungen. Sie ermöglicht ein beschleunigtes Screening innovativer Werkstoffe auf Bestrahlungstoleranz sowie Experimente, die auf ein grundlegendes Verständnis von Schädigungsmechanismen abzielen. Die Kombination des Ionenstrahlzentrums des HZDR (IBC) mit unseren Heißen Zellen zur Untersuchung von Bestrahlungseffekten in Werkstoffen bietet einzigartige Möglichkeiten.

Die Nutzung der Ionenbestrahlung bietet beträchtliche Vorteile, z. B. einen relativ einfachen Zugang, Kosten- und Zeitersparnis und die Vermeidung von radioaktivem Material. Sie stellt aber auch eine Herausforderung in Bezug auf die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf die Neutronenbestrahlung dar. Diese resultiert u. a. aus:

• Geringe Eindringtiefe der Ionen (~1 µm) und damit verbundene experimentelle Herausforderungen,
• Geringen (Neutronen) gegenüber hohen (Ionen) Schadensraten,
• Steile Gradienten der Schädigung bei Ionenbestrahlung,
• Implantierte Ionen (bei Fe-Ionen) und chemische Effekte,
• Mögliche Artefakte durch Kohlenstoffkontamination während der Bestrahlung.

Fokus unserer Arbeit ist die Lösung ausgewählter Fragen der Übertragbarkeit.

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Expertise

• Planung von Ionenbestrahlungsexperimenten
• Untersuchung von ionenbestrahlten Materialien nach der Bestrahlung (z. B. analytische (S)TEM, Nanoindentation)

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Projekte

• Multiscale modelling for fusion and fission materials
  (M4F, EU, HORIZON 2020 EURATOM, 2017-2021)
• European Database for Multiscale Modelling of Radiation Damage
  (ENTENTE, EU, HORIZON 2020, 2020-2024)
• Accelerator Simulation and Theoretical Modelling of Radiation Effects
  (SMoRE-II, IAEA Coordinated Research Project, 2016-2023)
• Ion irradiation as a neutron irradiation surrogate – Potential, challenges and limits
  (IOANIS, EERA-JPNM Pilote Project, 2017 - 2020, coordinator HZDR)
• Physical modelling and modelling-oriented experiments for structural materials 2
  (IOANIS2, EERA-JPNM Pilote Project, 2023 - 2027, coordinator HZDR)