Caratterizzazione di depositi di materiali isolanti per superfici esposte a plasmi di interesse termonucleare

The following thesis work is part of the research on controlled nuclear fusion and on the study of the behavior of materials exposed to interactions with thermonuclear plasmas. The purpose of the work is to provide a characterization of the dielectric properties of alumina in the presence of plasma with particular reference to the creation of deposits of this insulating material inside the copper shell that internally covers the toroidal structure of the RFX-mod2 experiment. . The alumina layer has the purpose of electrically insulating the stabilizing copper shell from the anisotropic graphite tiles which form the interface wall with the plasma produced. This design need arises due to the risk of formation, suggested by appropriate electromagnetic simulations, of electric arcs supported by electromotive forces of inductive origin that take place during the fast terminations of the current in the plasma column which would irreversibly damage the structural components of the experimental machine. . It is therefore essential to demonstrate the dielectric resistence of the insulating layer in the process conditions, for this purpose in the laboratory, a systematic analysis was carried out on copper specimens, coated with alumina deposits deposited using the "Atmospheric Plasma Spray" technique, verifying the dielectric resistence in the presence of plasma in response to the application of increasing voltage pulses. This experimental campaign made it possible to identify the minimum thickness and the maximum degree of porosity for which the insulating function in the presence of plasma is guaranteed.

Il seguente lavoro di tesi si colloca nell'ambito della ricerca sulla fusione nucleare controllata e sullo studio del comportamento dei materiali esposti ad interazioni con plasmi di interesse termonucleare. Lo scopo del lavoro è quello di fornire una caratterizzazione delle proprietà dielettriche dell'allumina in presenza di plasma con particolare riferimento alla realizzazione di depositi di tale materiale isolante all'interno della scocca in rame che riveste internamente la struttura toroidale dell'esperimento RFX-mod2. Lo strato di allumina ha il fine di isolare elettricamente la scocca stabilizzatrice in rame dai tegoli in grafite anisotropa che costituiscono la parete d'interfaccia con il plasma prodotto. Questa esigenza progettuale nasce a causa del rischio di formazione, suggerito da opportune simulazioni elettromagnetiche, di archi elettrici sostenuti da forze elettromotrici di origine induttiva che hanno luogo durante le veloci terminazioni della corrente nella colonna di plasma i quali danneggerebbero irreversibilmente le componenti strutturali della macchina sperimentale. Risulta pertanto fondamentale dimostrare la tenuta dielettrica dello strato isolante nelle condizioni di processo, a tal fine in laboratorio, si è condotta un'analisi sistematica su provini di rame, rivestiti di depositi di allumina depositati mediante tecnica "Atmospheric Plasma Spray", verificandone la tenuta dielettrica in presenza di plasma in risposta all'applicazione di impulsi di tensione crescenti. Tale campagna sperimentale ha permesso di individuare lo spessore minimo ed il grado di porosità massimo per i quali la funzione isolante in presenza di plasma è garantita.