US-Laboratorium liefert ersten Wasserstoff-Uran-Scan zur Prüfung der Haltbarkeit von Kernfusion

Dieses Wissen ermöglicht es, Effekte der Tritium-Retention zu analysieren, um die Lebensdauer verbessern. Zudem trägt es zur Erhöhung der Zuverlässigkeit ältern für die Wasserstoffspeicherung bei und optimiert Effizienz sowie Lebensdauer des Brennstoffkreislaufs bei Kernbrennstoffen.

Das Forschungsteam setzte eine zerstörungsfreie Bildgebungstechnik ein, um den Beginn der Reaktion präzise zu dokumentieren. „Wir haben eine Echtzeit-Verfolgung der Uran-Oberfläche in einer Wasserstoffumgebung über einen längeren Zeitraum erreicht", so die Studie.

Dies ermöglichte die erstmalige Sammlung relevanter Degradationsstatistiken, die die Modellierung des Uran-Abbaus verfeinern und unterstützen sollen. Die Wissenschaftler vergleichen den Prozess mit dem „Geyser-Effekt". Zunächst löst sich Wasserstoff auf und diffundiert in das Uranmetall ein.

Technik, Energie und Einsatz

Sobald das Uran das Gas nicht mehr binden kann, reagieren beide Materialien zu einer neuen Verbindung, dem Uranhydrid. Da Uranhydrid ein größeres Volumen einnimmt als das ursprüngliche Metall, steigt der innere Druck. Dieser Druck hebt das Material an der Oberfläche an und bildet eine flache Blase.

Platzt diese Blase, wird Uranhydrid-Pulver freigesetzt und frisches Metall freigelegt, was die Reaktion weiter beschleunigt. Jibril Shittu, Wissenschaftler am LLNL, fasst den Zyklus wie folgt zusammen: „Adsorption, Dissoziation, Diffusion, Akkumulation, Blasenbildung, Ruptur, Spallation.

Sobald dieser Zyklus beginnt, ist er schwer zu stoppen." Historisch war die Erfassung des Reaktionsbeginns schwierig, da die beiden üblichen Überwachungstechniken erst effektiv arbeiten, wenn die Reaktion bereits gut im Gange ist. Um diese Lücke zu schließen, nutzte das Team die Weißlicht-Interferometrie.

Technik und Auswirkungen

Diese Methode misst die Reflexion äche im Vergleich zu einem Referenzstrahl und erstellt so eine detaillierte topographische Karte. Da die Technik berührungslos ist, konnte das Team dieselbe Oberfläche während der gesamten Reaktion wiederholt scannen und so eine zeilenweise Aufzeichnung erstellen.

Die Daten zeigten unerwartetes Verhalten: Die Hydrid-Blasen traten nicht dort auf, wo Modelle es vorhersagten. Stattdessen breitete sich die Korrosion horizontal über die Oberfläche aus, statt tief in das Metall einzudringen.

Das Team weist darauf hin, dass die Arbeit unter engen Bedingungen durchgeführt wurde: in einem spezifischen Temperaturbereich, bei einem einzigen Wasserstoffdruck und einem bestimmten Materialzustand.

Moegliche Anwendungen

Als nächster Schritt soll die Methode auf einen breiteren Bereich berührungslose Bildgebung könnte zudem in anderen Bereichen Anwendung finden, etwa bei der Untersuchung bei allgemeiner industrieller Metallkorrosion.

Zusammenfassend hoffen die Forscher, dass diese Ergebnisse zu prädiktiveren und physikalisch fundierteren Modellen für das Verhalten führen werden, die einer Degradation unterliegen.