Student: Jakub Bulička
Školitel: Ing. Libor Juha, CSc. (FzÚ AV ČR)
Konzultant: ing. Tomáš Burian, Ph.D. (FzÚ AV ČR), Doc. RNDr. Jan Wild, CSc.
Stav práce: volná
Anotace:
Přes pokroky učiněné nedávno při studiu inerciální fúze (ICF) lehkých prvků, je třeba konstatovat, že řada kroků vedoucích k ICF reaktoru využitelnému v elektroenergetice je stále předmětem intenzivního výzkumu. Jedním z nejobtížnějších problémů je zajištění odolnosti vnitřních stěn reaktoru. Tato práce bude zaměřena na laboratorní zkoumání poškození různých odolných materiálů (W,BN,SiC) různými emisemi fúzního plazmatu a úlomky (debris) terčů (palivových kapsulí) přímo ozářených fokusovaným laserovým svazkem (direct drive ICF).
Vývoj použitelného reaktoru pro inerciální fúzi (ICF) lehkých jader vyžaduje stadium odolnosti jeho vnitřních stěn (first wall). Pro jejich stavbu jsou navrhovány různé tradiční radiačně a tepelně odolné materiály, například wolfram a jeho slitiny. Wolfram je ovšem těžký prvek (Z=74) a wolframové materiály mají velmi vysokou hustotu. Záření je v nich tedy silně absorbováno, což snižuje prahy poškození a zvyšuje účinnost poškození povrchu vnitřní stěny. Uplatnit se tedy mohou i lehčí materiály, například nitrid a karbid bóru. U všech zmíněných materiálů budou stanoveny prahy (tj. nejnižší plošná hustota energie - fluence - při níž jsou pozorovány nevratné změny morfologie ozářeného povrchu) a prostudovány mechanismy poškození pomocí konvenčních dlouhovlnných laserů, XUV/rtg. laserů a svazků nabitých částic. Zvláštní pozornost bude věnována poškození materiálu vysokorychlostním dopadem úlomků terče (debris). Tento druh poškození bude simulován jak laserem generovanými rychlými úlomky, tak přímo energetickými impulzy laserového záření různých vlnových délek.
Literatura:
1. T. Okazaki, Fusion Reactor Design: Plasma Physics, Fuel Cycle System, Operation and Maintenance, Wiley-VCH, NY-Weinheim 2022.
2. T. J. Tanaka, G. A. Rochau, R. R. Peterson, and C. L. Olson, “Testing IFE materials on Z”, J. Nucl. Mater. 347, 244–254 (2005).
3. M. Kaufmann and R. Neu, “Tungsten as first wall material in fusion devices”, Fusion Eng. Design 82, 521-527 (2007).
4. E. Lassner and W.-D. Schubert, Tungsten: Properties, Chemistry, and Technology of the Element, Alloys, and Chemical Compounds, Springer, New York 1999.
5. O. I. Buzhinskij, I. V. Opimach, A. V. Kabishev, V.V. Lopatin, and Y. P. Surov: “Application of pyrolytic boron nitride in fusion devices”, J. Nucl. Mater. 173, 179-184 (1990).