Promotor: prof. dr hab. Urszula Woźnicka

tel. 012 662 83 36

e-mail: Urszula.Woznicka@ifj.edu.pl

Opis planowanych badań:

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, tak w aspekcie wykorzystywanych technik pomiarowych, jak i używanych materiałów oraz zawsze odnoszą się do procesów fizycznych, z których dopiero czerpie się informacje na temat interesujących parametrów.

Neutrony są wyjątkowym narzędziem diagnostycznym plazmy wysokotemperaturowej. Natężenie emisji neutronów może dawać informację o postępie w osiągnięciu warunków potrzebnych do zainicjowania procesu syntezy. 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. Do tego typu pomiarów wykorzystuje się detektory neutronów wypełnione BF₃ lub ³He. Można również wykorzystywać komory jonizacyjne zawierające materiały rozszczepialne ²³⁵U lub ²³⁸U oraz detektory diamentowe. Stosowane są również neutronowe metody aktywacyjne. Typowe zastosowanie metody aktywacyjnej polega na naświetlaniu nieznanej próbki określonym strumieniem neutronów, a następnie na analizie widma promieniowania gamma powstałych w próbce izotopów promieniotwórczych. Na tej podstawie można określić skład analizowanej próbki. W przypadku zastosowania metody aktywacyjnej do wyznaczenia natężenia i energii neutronów realizowane jest zadanie odwrotne. Próbkę (która staje się detektorem neutronów) o dokładnie dobranym i znanym składzie izotopowym umieszcza się w strumieniu neutronów, którego parametry chcemy zmierzyć. Analiza promieniowania gamma naświetlonej, znanej próbki pozwala wyznaczyć parametry strumienia neutronów. Próbką może być również materiał rozszczepialny - naświetlony w strumieniu neutronów staje się źródłem tzw. neutronów opóźnionych. 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.