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Skalenübergreifende Simulation von Wasserstoffisotopen auf (0001) Berylliumoberflächen

Stihl , Christopher

Abstract:
In der vorliegenden Arbeit werden komplexe Prozesse modelliert, die sich unter Beteiligung von Wasserstoffisotopen an (0001)Berylliumoberflächen einstellen.Dabei stehen Desorptions- und Adsorptionsvorgänge im Fokus, da diese an den Blasenoberflächen in, mit Neutronen bestrahltem, Beryllium eine zentrale Rolle für dessen Tritiumzurückhaltung und -freisetzung in kommenden Fusionsreaktoren wie ITER und DEMO spielen.
Dazu wurde ein Multiskalenmodellierungsansatz gewählt, der auf der Dichtefunktionaltheorie (DFT) basiert, wie sie im "Vienna Ab-initio Simulation Package" (VASP) implementiert ist.Zunächst wurden algorithmische Parameter gefunden, die eine Konsistenz von sämtlichen Folgerechnungen ermöglichen.Anschließend wurden einfache Eigenschaften des "Ab-initio-Beryllium" genannten Berylliums wie die Gitterkonstanten, das Kompressionsmodul und das Relaxationsverhalten der (0001)Oberfläche ermittelt.Alle diese Eigenschaften konnten in guter Übereinstimmung mit den experimentell ermittelten Eigenschaften realer Berylliumproben gefunden werden.Die gleichen algorithmischen Parameter wurden herangezogen, um die flachsten Kristallscheiben zu finden, die noch realistische Oberflächenrelaxationen zeigen.Für kleine Oberflächenkonzentrationen wurden die "HCP"- und "FCC"-Positionen als stabile Adsorptionspositionen für Wasserstoffisotope auf diesen Kristallscheiben gefunden.
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Abstract (englisch):
In the present work, complex atomic processes involving hydrogen isotopes at the (0001)beryllium surface are modeled.A distinct focus is put on de- and adsorption processes at inner surface of bubbles, as formed in neutron-irradiated beryllium, because those are central to the tritium retention and release behavior in future fusion devices like ITER and DEMO.
To that end, a mutliscale modeling approach based on density function theory (DFT) as implemented in the Vienna Ab-initio Simulation Package (VASP) was deployed.At first, algorithmic parameters enabling the consistency of follow-up calculations were established.Subsequently, simple properties of the simulated "ab-initio-beryllium" consisting of the lattice parameter, the bulk modulus, and the surface relaxation of (0001) surfaces were computed.All of those properties were found to be reasonably close to experimentally observed values of actual beryllium specimen.The same algorithmic parameters were deployed again to find the shallowest crystal slabs which still exhibit realistic surface relaxations.At those slabs, "HCP" and "FCC" sites were identified as stable adsorption sites for hydrogen isotopes at low to medium surface coverages.
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Volltext §
DOI: 10.5445/IR/1000090436
Veröffentlicht am 01.02.2019
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Materialien - Angewandte Werkstoffphysik (IAM-AWP)
Publikationstyp Hochschulschrift
Publikationsjahr 2019
Sprache Deutsch
Identifikator urn:nbn:de:swb:90-904364
KITopen-ID: 1000090436
HGF-Programm 31.03.06 (POF III, LK 01)
Brutblanket-Entwicklung
Verlag KIT, Karlsruhe
Umfang X, 203 S.
Abschlussart Dissertation
Fakultät Fakultät für Maschinenbau (MACH)
Institut Institut für Angewandte Materialien - Angewandte Werkstoffphysik (IAM-AWP)
Prüfungsdatum 11.01.2019
Referent/Betreuer Prof. A. Möslang
KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft
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