DIFFER
DIFFER NEWS

EUROfusion Engineering Grant 2024 for DIFFER researcher James Hargreaves

Published on October 27, 2023

DIFFER researcher James Hargreaves is one of the 16 winners of a EUROfusion Engineering Grant (EEG) 2024. The award is given to outstanding early-stage engineers. They are working on key technological challenges essential to the European fusion programme.

* Dutch follows English

James Hargreaves wins this prestigious award for his project 'Evaluation of fatigue data in tungsten and tungsten monoblocks due to divertor strikepoint sweeping'. Hargreaves: “Nuclear fusion could potentially solve a lot of problems we have now. The road to this is challenging and requires fundamental research. For example, now we don't know exactly how some will behave at very high temperatures when you repeatedly heat it up and cool it down. We want our research to obtain more data on how tungsten -a high-density material and almost impossible to melt- reacts to this.” 

Reliability
Image
James Hargreaves

Fusion reactors produce extremely high heat loads in a thin-stripe a few cm wide in the heat exhaust region of the machine, called the divertor. Under some conditions the heat loads can temporarily increase, which could lead to a failure of the wall tiles. A way to protect the wall is to sweep the heat-stripe up and down to spread the power out, but this could also eventually lead to cracking due to fatigue. 

Thomas Morgan, group leader 'Plasma Material Interactions' at DIFFER and one of Hargreaves' supervisors: “Think of a paperclip. If you bend it often enough, it breaks. The same goes for reactor wall materials. To investigate this, we use modelling and do experiments with Magnum-PSI, one of the research facilities at DIFFER.” The whole project actually revolves around the reliability of the divertor. Hargreaves says: “How will it behave in the long term, what is the performance of the solutions we have in mind now? To improve that process, that's the aim of the project.”

Interesting route

Hargreaves did not follow a standard route to get where he is today. “Before starting my PhD path at the University of Bristol, I worked as an engineer in industry for a few years. For my masters, I went back to university, where I learnt more about nuclear fusion. I found that so interesting and exciting that I wanted to continue that and do more research on it. And so it happened!”

During his PhD, Hargreaves investigated the effects of tokamak plasma transients (short bursts of power which leave the plasma and strike the wall) on the microstructure of Eurofer 97 steel. Eurofer 97 is an important candidate for structural material for fusion and is used in many concept designs for the plasma-enclosing first wall. Hargreaves: “The techniques I used during my PhD are very similar to what we will do in this new project.”

International community

In November, Hargreaves will move to Eindhoven. He is looking forward to working at DIFFER and being part of a large group of scientists and students. A group you can safely call an international community, with staff from as many as 30 different countries. For Hargreaves, it will also be a chance to immerse himself in Dutch culture, which he has already fallen in love with: “I’ve already discovered the Bossche bollen, stroopwafels en hagelslag!”

Morgan: “This is a very international award. James is going to work with a lot of different people from the field. We are very happy to make these connections and get support from different labs in Europe such as ENEA in Italy, IPP Garching in Germany and CEA in France. This shows the strength of EUROfusion in bringing different European labs together.”

Attracting and developing excellent fusion engineers

In Europe, the EUROfusion research consortium is tackling the fusion challenge with its strongly focused Roadmap to Fusion Energy. By involving talented young engineers, EUROfusion is accelerating progress towards the scientific exploitation of ITER and the development of the European demonstration fusion power plant DEMO.

EEGs are awarded at post-master and post-doctoral level and cover the salaries of the budding engineers and part of the costs of their research activities and missions for up to two years. Award recipients will participate in the Engineering Training Programme to develop skills and competences, increase their visibility and build their fusion networks.


EUROfusion Engineering Grant 2024 voor James Hargreaves 

DIFFER-onderzoeker James Hargreaves is een van de 16 winnaars van een EUROfusion Engineering Grant (EEG) 2024. De beurs wordt toegekend aan uitmuntende beginnende ingenieurs. Zij werken aan belangrijke technologische uitdagingen die essentieel zijn voor het Europese fusieprogramma.

James Hargreaves wint deze prestigieuze beurs voor zijn project 'Evaluation of fatigue data in tungsten and tungsten monoblocks due to divertor strikepoint sweeping'. Hargreaves: “Kernfusie kan in potentie veel problemen oplossen die we nu hebben. De weg hiernaartoe is uitdagend en vereist fundamenteel onderzoek. We weten nu bijvoorbeeld niet precies hoe iets zich gedraagt bij zeer hoge temperaturen als je het herhaaldelijk opwarmt en afkoelt. We willen dat ons onderzoek meer gegevens oplevert over hoe wolfraam -een materiaal met een hoge dichtheid en bijna onmogelijk om te smelten- hierop reageert.” 

Betrouwbaarheid

Fusiereactoren produceren extreem hoge hittebelastingen in een dunne strook van een paar centimeter breed in het warmte-uitlaatgebied van de machine, de divertor genoemd. Onder sommige omstandigheden kan de hittebelasting tijdelijk toenemen, wat kan leiden tot een defect aan de wandtegels. Een manier om de wand te beschermen is om de hittestreep op en neer te laten gaan om de kracht te verspreiden, maar dit kan uiteindelijk ook leiden tot scheuren door vermoeiing.

Thomas Morgan, groepsleider 'Plasma Material Interactions' bij DIFFER en een van Hargreaves' supervisors: “Denk aan een paperclip. Als je die vaak genoeg buigt, breekt hij. Hetzelfde geldt voor reactorwandmaterialen. Om dit te onderzoeken maken we gebruik van modellering en doen we experimenten met Magnum-PSI, een van de onderzoeksfaciliteiten bij DIFFER.” Het hele project draait eigenlijk om de betrouwbaarheid van de divertor. Hargreaves: “Hoe zal het zich op de lange termijn gedragen, wat is de prestatie van de oplossingen die we nu in gedachten hebben? Dat proces verbeteren, dat is het doel van het project.”

Interessante route

Hargreaves volgde geen standaardroute om te komen waar hij nu is. “Voordat ik aan mijn promotietraject aan de Universiteit van Bristol begon, heb ik een paar jaar als ingenieur in de industrie gewerkt. Voor mijn master ging ik terug naar de universiteit, waar ik meer leerde over kernfusie. Ik vond dat zo interessant en opwindend dat ik daarmee verder wilde en er meer onderzoek naar wilde doen. En zo geschiedde!”

Tijdens zijn PhD onderzocht Hargreaves de effecten van tokamak plasma transiënten (korte stroomstoten die het plasma verlaten en de wand raken) op de microstructuur van Eurofer 97 staal. Eurofer 97 is een belangrijke kandidaat voor constructiemateriaal voor fusie en wordt gebruikt in veel conceptontwerpen voor de plasma-omhullende eerste wand. Hargreaves: “De technieken die ik gebruikte tijdens mijn promotieonderzoek lijken erg op wat we in dit nieuwe project gaan doen.”

Internationale gemeenschap

In november verhuist Hargreaves naar Eindhoven. Hij kijkt er naar uit om bij DIFFER te werken en deel uit te maken van een grote groep wetenschappers en studenten. Een groep die je gerust een internationale gemeenschap kunt noemen, met medewerkers uit wel 30 verschillende landen. Voor Hargreaves is het ook een kans om zich onder te dompelen in de Nederlandse cultuur, waar hij nu al verliefd op is geworden: “Ik heb de Bossche bollen, stroopwafels en hagelslag al ontdekt!”

Morgan: “Dit is een zeer internationale prijs. James gaat samenwerken met veel verschillende mensen uit het veld. We zijn erg blij om deze connecties te maken en steun te krijgen van verschillende laboratoria in Europa, zoals ENEA in Italië, IPP Garching in Duitsland en CEA in Frankrijk. Dit toont de kracht van EUROfusion om verschillende Europese laboratoria samen te brengen.”

Uitstekende fusie-ingenieurs aantrekken en ontwikkelen

In Europa pakt het onderzoeksconsortium EUROfusion de fusie-uitdaging aan met de Roadmap to Fusion Energy. Door getalenteerde jonge ingenieurs aan te trekken, versnelt EUROfusion de wetenschappelijke exploitatie van ITER en de ontwikkeling van de Europese demonstratiefusiecentrale DEMO.

EEG's worden toegekend op post-master en post-doctoraal niveau en dekken de salarissen van de beginnende ingenieurs en een deel van de kosten van hun onderzoeksactiviteiten gedurende maximaal twee jaar. De winnaars nemen deel aan het Engineering Training Programme om vaardigheden en competenties te ontwikkelen, hun zichtbaarheid te vergroten en hun fusienetwerken op te bouwen.

Go to the News page.