Promotor: dr hab. Krzysztof Drozdowicz, prof. IFJ PAN

tel. 012 662 83 33, 012 662 83 46

e-mail: Krzysztof.Drozdowicz@ifj.edu.pl

Opis planowanych badań:

Celem badań w dziedzinie syntezy jądrowej, prowadzonych przez kraje UE, jest budowa prototypowego reaktora dla elektrowni plazmowej. W tym celu rozpoczęto budowę eksperymentalnego reaktora (ITER), który będzie prekursorem elektrowni zasilanej energią syntezy termojądrowej. Budowa reaktora, w którym zachodzi reakcja fuzji termojądrowej jest sama w sobie ogromnym wyzwaniem technologicznym. Do jego budowy potrzebne są nowe materiały o wyjątkowych właściwościach pozwalających na zastosowanie ich w ekstremalnych warunkach panujących w urządzeniach, w których wytwarzana jest plazma wysokotemperaturowa.

Technologiczne wykorzystanie takich materiałów wymaga ich uprzedniego testowania w obecności silnych pól laserowych i neutronowych. Badania nad nowymi materiałami, odpornymi termicznie i radiacyjnie, które będą stosowane do budowy przyszłościowych reaktorów IFJ PAN prowadzić będzie we współpracy z "Laboratorium Rozwoju Technologii Materiałowych dla Energetyki Termojądrowej", aktualnie powstającym w Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy w Warszawie. Działaniom tym towarzyszą prace badawcze w dziedzinie fizyki plazmy oraz opracowywanie metod pomiarowych rozwijanych dla potrzeb określania właściwości plazmy wysokotemperaturowej. Również dla celów detekcji cząstek towarzyszących reakcji syntezy poszukuje się niekonwencjonalnych materiałów. W tym aspekcie bardzo aktualnym przykładem są intensywnie rozwijane badania nad zastosowaniem diamentów jako detektorów wysokoenergetycznych cząstek alfa wewnątrz komory reaktora.

Plazmę wysokotemperaturową, spełniającą warunki syntezy deuteru lub deuteru i trytu wytwarza się w urządzeniach zwanych tokamakami. Zasadniczą część tokamaka stanowi komora próżniowa w kształcie torusa, wypełniona zjonizowanym gazem deuterowym lub deuterowo-trytowym. Produktami reakcji syntezy są cząstki alfa i neutrony. Odpowiednio ukształtowane pola magnetyczne utrzymują plazmę w postaci zwartego sznura (tzw. pinch) nie stykającego się ze ścianami urządzenia. Pomiary właściwości plazmy są największym zadaniem stojącym przed naukowcami zarówno w zakresie badań samej plazmy wysokotemperaturowej, jak i oddziaływań plazma - ścianka. Wiedza na temat najważniejszych parametrów plazmy takich jak temperatura, gęstość, straty radiacyjne jest bardzo ważna dla zrozumienia zachowania plazmy z punktu widzenia niezawodności projektowanych przyszłych urządzeń. Z powodu ekstremalnych właściwości plazmy konwencjonalne metody pomiaru nie znajdują zastosowania. Diagnostyki plazmy mają zwykle charakter innowacyjny i zawsze odnoszą się do procesów fizycznych, z których dopiero czerpie się informacje na temat interesujących parametrów. Neutrony są wyjątkowym narzędziem diagnostycznym plazmy wysokotemperaturowej. Reakcje syntezy deuteru i trytu charakteryzują się tym, że w każdej z nich wyzwalane są neutrony o innych energiach (2,022 MeV, 2,488 MeV, 14,029 MeV). Pomiar widma energetycznego neutronów opuszczających obszar plazmy daje informację o zachodzących reakcjach i o temperaturze plazmy. Szczegółowa diagnostyka plazmy wysokotemperaturowej wymaga doboru odpowiednich materiałów, które służą jako tarcze (folie) do naświetlania, dokładnego określenia własności tych materiałów oraz ich reakcji na promieniowanie, a także opracowania systemu transportu próbek z miejsca naświetlania do miejsca pomiaru.