Tailoring thermal stability of W-Cr based alloys for fusion application
Project goals
The project is focusing on applying the condensed matter modeling methods on the crucial task of ensuring safety of nuclear reactor. For this purpose we will use the well-established theoretical techniques such as the density functional theorem to obtain the realistic model of Tungsten-Chromium alloy with concomitant experimental verification. Next, we are going to use said model to enhance properties of W-Cr solid solutions by enriching the alloy with transition metals from the sixth period. Then, we will experimentally corroborate the expected physical properties and effects such as elastic constants and melting temperature. Concertedly, we plan to conduct a precise model calculations allowing us to better understand the phenomenon of miscibility gap in Tungsten-Chromium alloys using the extended Hubbard model as a starting point. Eventually, this project should lead to a robust design of an alloy resisting the temperature blast from the Loss of Coolant Accident (LOCA) in the reactor vessel, as well as a deeper understanding of physics behind its formation.
Keywords
ab-initio techniquesmiscibility gapmodel calculationsChromium-Tungsten alloysfail-safe" materialsthermonuclear reactor
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
SGA0202000001
Main participants
Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava / IT4Innovations
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
20-18392S
Alternative language
Project name in Czech
Modifikace teplotní stability slitin na bázi W-Cr pro aplikaci ve fúzních reaktorech
Annotation in Czech
Projekt se zabývá fyzikálními principy, které povedou k zvýšení oblasti fázové stability mezi tzv. teplotou nemísitelnosti a teplotou tání na příkladu žádaných slitin se samopasivační roli pro stěny fúzového reaktoru. Za tímto účelem bude zkonstruován fázový diagram systému W-Cr pomocí metod z prvních principů a z něho určeny fyzikální vlastnosti (rychlost zvuku, teplota tání, oblast nemísitelnosti). Jak fázový diagram tak uvedené veličiny budou ověřeny experimentálně. Přidáním transitivního kovu 6. periody povede k změnám teplot tání i teploty mísitelnosti fází. Hlavní myšlenkou projektu je určit změnu těchto teplot na základě změny akustických větví fononového spektra (elasticity) přidaného elementu. Pomocí XRD analýzy a RUS měření experimentálních vzorků, dostaneme data pro zpětnou vazbu pro teoretické modelování za účelem vyvinout slitinu odolávající “Loss of Coolant Accident”. Dále, odvodíme fyzikální model na základě Hubbardova hamiltonián určující vliv veličin jako je entropie na chování oblasti nemísitelnosti.
Scientific branches
Completed project evaluation
Provider evaluation
U - Uspěl podle zadání (s publikovanými či patentovanými výsledky atd.)
Project results evaluation
Tungsten alloys was studied both experimentally and theoretically; the role of transition metal doping (W-Cr-Ta alloys) on the alloy properties and on the miscibility gap was elucidated. Alloying by Ta leads to the prolonged lifetime of the alloy. The results might find application in designing nuclear fusion reactors.
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2020
Realization period - end
Dec 31, 2022
Project status
U - Finished project
Latest support payment
Apr 29, 2022
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP23-GA0-GA-U
Data delivery date
Jun 26, 2023
Finance
Total approved costs
7,871 thou. CZK
Public financial support
7,602 thou. CZK
Other public sources
294 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
7 871 CZK thou.
Public support
7 602 CZK thou.
96%
Provider
Czech Science Foundation
OECD FORD
Condensed matter physics (including formerly solid state physics, supercond.)
Solution period
01. 01. 2020 - 31. 12. 2022