Uuring plasmakiiritatud materjalidega andis uusi teadmisi materjalide kahjustuste kohta
Tallinna Ülikooli loodus- ja terviseteaduste instituudi doktorant Jana Paju kaitseb 10. septembril 2021. aastal algusega kell 13.00 doktoritööd „Sünergiline kahjustuste teke ja areng plasmakiiritatud volfram-materjalides“ ("Generation and Development of Damage of Plasma Irradiated Tungsten Materials Due to Synergistic Effects").
Maailma energiakriisi lahendamisel loodetakse abi termotuumareaktoritest. Energiat toodetakse seal vesiniku isotoopide ühinemisel ning kuigi tavarežiimil peaks temperatuur plasmakambri seintel olema allpool 1000°C, võib teatavate anomaalsete sündmuste puhul pinnatemperatuur ulatuda üle volframi sulamistemperatuuri (3400°C). Tallinna Ülikooli doktorant Jana Paju uuris kahjustuste teket ja arengut plasmakiiritatud materjalides. Elektrijuhtivuse kui analüüsimeetodi rakendamine neis annab lootust, et selle abil on tulevikus võimalik prognoosida kahjustuste pikemaajalist kumuleerumist.
Uuringus kasutati mitmeid erinevaid analüüsimeetodeid – osasid, mis analüüsi käigus hävitavad katsekeha, aga ka selliseid, mis jätavad katsekehad terveks. Eesmärk oli leida nende analüüsimeetodite rakendamise kokkulangevused ja kitsaskohad. Teisalt oli huvipakkuv, kas ja kuidas harvad, kuid ekstreemsed sündmused võivad mõjutada materjali käitumist n-ö normaalsemate režiimide kõrval.
„Uurimise käigus tõestati, et kiirituse mõjude sünergia ilmneb ka mõõduka hilisema kiiritamise korral. Tegemist oli esimese korraga, mil plasmakiiritatud materjalis olevaid ruumkahjustusi uuriti elektrijuhtivusega ning selle käigus õnnestus kirjeldada kahjustusi, mida teised meetodid kirjeldada ei võimalda,“ lisab Paju.
Katsekehade pinda kahjustab lisaks sulamisele, sulanud materjali edasi kandumisele ja välja lendumisele ka kiiritamistsükli jooksul tekkivate kuumutamiste ja jahtumiste vaheldumine – soojuspaisumine lõhub pinda. Samas, pinnakahjustuste ulatus ei pruugi alati anda adekvaatset infot kogu materjali tegeliku kahjustuse ulatuse kohta, sest materjalisisesed defektid, mis on põhjustatud plasma tekitatud mehaanilistest lööklainetest, on varjatud. Uuringust ilmneski, et kui pinnakahjustused pulsside erinevate järgnevuste puhul olid üsna sarnased, siis füüsikalised omadused materjali sees erinesid tugevalt.
Uuringu olulisim osa on kasutatud analüüsimeetodite võrdlus. Selgub, et elektrijuhtivuse analüüs, mida varem ei ole olulisel määral plasmakiiritatud katsekehadel kasutatud, võimaldab kiiritatud katsekehi hästi võrrelda. Lisaks selgus, et katsekehade sees - sügavustel, kus skaneeriva elektronmikroskoopia piltidelt enam ei ole kahjustusi näha - on lisaks materjali mikrokõvadusele ka elektrijuhtivus langenud. Selle seose teadmine võimaldab ehk materjale edaspidi uurida ilma neid selle käigus hävitamata.
Avalik kaitsmine toimub Tallinna Ülikooli saalis M648.
Kaitsmist saab jälgida ka Zoomi vahendusel.
Doktoritöö juhendaja on Tallinna Ülikooli professor Tõnu Laas.
Oponendid on Tallinna Tehnikaülikooli professor Fjodor Sergejev ning Tartu Ülikooli kaasprofessor Indrek Jõgi.
Doktoritöö on kättesaadav TLÜ Akadeemilise Raamatukogu keskkonnas ETERA.
