Doktorand (w/m/d) - Kombination und Entwicklung von additiven Fertigungsverfahren zur Steigerung der Lebensdauer von Plasmawandkomponenten
Forschungszentrum Jülich

Doktorand (w/m/d) - Kombination und Entwicklung von additiven Fertigungsverfahren zur Steigerung der Lebensdauer von Plasmawandkomponenten

  • PhD / Postdoc / Thesis (From 25 to 36 months)
  • Jülich (Germany)
  • Published on August 27 2021
Die weltweit steigende Energienachfrage zusammen mit den Problemen der fossilen Brennstoffe macht die Forschung und Entwicklung von neuen Kraftwerken zur Stromversorgung unabdinglich. Ein möglicher Kraftwerkstyp beruht dabei auf der Fusion von leichten Kernen. Die hierzu erforderlichen Reaktorbedingungen erfordern die Entwicklung neuer innovativer Materialien. Das Institut für Energie- und Klimaforschung - Plasmaphysik (IEK-4) führt ein Forschungs- und Entwicklungsprogramm zu ausgewählten Problemen der Hochtemperatur-Plasmaphysik sowie der Materialforschung für Fusionsanlagen durch. Es bearbeitet dabei schwerpunktmäßig Fragestellungen, die den wissenschaftlichen Betrieb von Großexperimenten vorbereiten und führt Projekte im Bereich der Plasmaphysik und Fusionstechnologie durch, die deren Aufbau unterstützen.
Dieses Projekt behandelt dabei die Herausforderung, die Wärme des ca. 100 Mio. °C heißen Fusionsplasmas auf die Wände des Reaktors und auf ein Kühlmedium zu übertragen. Die hohen Wärmelasten und Energien der auftreffenden Teilchen sowie weitere Randbedingungen erfordern den Einsatz einer Schutzschicht aus Wolfram. Dabei treten im Betrieb starke Spannungen an der Grenzschicht zu den darunterliegenden Kühlstrukturen aus Kupfer bzw. Stahl auf, was zum Versagen der Verbindung führen kann. Des Weiteren erodiert die Wolframschicht fortwährend was die maximale Lebensdauer der Komponenten limitiert. Die in-situ Regeneration solcher erodierten Bereiche wäre daher eine bedeutende Steigerung der Wirtschaftlichkeit eines zukünftigen Reaktors.

Verstärken Sie diesen Bereich zum nächstmöglichen Zeitpunkt als

Doktorand (w/m/d) - Kombination und Entwicklung von additiven Fertigungsverfahren zur Steigerung der Lebensdauer von Plasmawandkomponenten

Ihre Aufgaben:

Mit dem Ziel, langlebige Verbunde herzustellen, sollen in diesem Projekt verschiedene Ansätze für die stofffremde Fügung von Wolfram und Stahl bzw. Kupfer vergleichend untersucht werden. Dazu sollen die Möglichkeiten verschiedener additiver Fertigungsverfahren für Wolfram genutzt und weiterentwickelt werden, um Testkomponenten mit Kühlkanälen und unterschiedlichen Zwischenschichten in der Fügezone herzustellen. Um mit den Möglichkeiten der additiven Fertigung die Belastbarkeit der Komponenten zu verbessern sowie das Potential dieser Techniken für die nachträgliche Regeneration zu eruieren, sollen neue Geometrien konzipiert und realisiert werden. Nach erfolgreicher Herstellung der Verbunde sollen diese dann auch getestet und charakterisiert werden. Ihre Aufgaben umfassen im Speziellen:

  • Weiterentwicklung der additiven Fertigung von Wolfram im Kontext der Anforderungen im Fusionsbereich
  • Entwicklung eines geeigneten Fertigungsablaufes für das Herstellen von Testkomponenten mit unterschiedlichen Zwischenschichten
  • Geometrieoptimierung und Modellierung von thermisch induzierten Spannungen und Dehnungen in Testkomponenten mittels Finiter Elemente Methoden
  • Mikrostrukturelle und mechanische Analyse der Fügeverbindungen
  • Anwendungsnahe Qualifizierung der Fügung durch zyklisches Aufbringen hoher Wärmeströme in einer Wärmeflusstestanlage (z. B. die Elektronenstrahlanlage JUDITH 2 in Jülich)
  • Präsentation der Ergebnisse auf internationalen Tagungen und in Fachzeitschriften
Ihr Profil:

  • Erfolgreich abgeschlossenes wissenschaftliches Hochschulstudium im Bereich der Physik, Fertigungstechnik, Maschinenbau, Materialwissenschaften oder vergleichbarer Studiengang
  • Vorerfahrung in einem der folgenden Bereiche von Vorteil: Additive Fertigung, Werkstoffentwicklung, Finite Elemente Modellierung
  • Idealerweise erste Erfahrung in der Herstellung, Charakterisierung oder mikrostrukturellen Untersuchungen von metallischen Werkstoffen
  • Interesse an neuartigen Materialsystemen
  • Ausgeprägte Kooperations- und Kommunikationsfähigkeit
  • Sichere Englischkenntnisse in Wort und Schrift
  • Selbständige und strukturierte Arbeitsweise
Unser Angebot:

Wir arbeiten an hochaktuellen gesellschaftlich relevanten Themen und bieten Ihnen die Möglichkeit, den Wandel aktiv mitzugestalten! Wir unterstützen Sie in Ihrer Arbeit durch:

  • Umfassende Trainingsangebote inklusive Graduiertenschule (HITEC) und individuelle Möglichkeiten zur persönlichen und fachlichen Weiterentwicklung
  • Internationales, interdisziplinäres Arbeitsumfeld auf einem attraktiven Forschungscampus im Grünen
  • Hervorragende Infrastruktur für experimentelle Arbeiten mit hoher wissenschaftlicher Relevanz und Sichtbarkeit
  • Optimale Bedingungen für eine erfolgreiche und zeitnahe Promotion innerhalb von 3 Jahren (keine Lehrverpflichtungen o.ä.)
  • Ein strukturiertes Promotionsprogramm für Sie und Ihre Betreuenden mit einem umfassenden Weiterbildungs- und Vernetzungsangebot über die Doktorandenplattform JuDocs https://www.fz-juelich.de/judocs
Die Position ist zunächst auf 3 Jahre befristet. Die Vergütung erfolgt analog der Entgeltgruppe 13 (75 %) des Tarifvertrags des öffentlichen Dienstes (TVöD-Bund) und zusätzlich 60 % eines Monatsgehaltes als Sonderzahlung ("Weihnachtsgeld"). Informationen zur Promotion im Forschungszentrum Jülich inklusive der Standorte finden Sie hier http://www.fz-juelich.de/gp/Karriere_Docs

Das Forschungszentrum Jülich fördert Chancengerechtigkeit und Vielfalt.
Bewerbungen schwerbehinderter Menschen sind uns willkommen.