CZĘŚĆ A. Nr umowy SP/J/2/143234/11. Okres realizacji zadania badawczego od 01/09/2011 do 31/08/2014

Transkrypt

1 1. DANE LIDERA Nazwa Adres RAPORT KOŃCOWY 1 Z REALIZACJI ZADANIA BADAWCZEGO Nr 2 pt. Badania i rozwój technologii dla kontrolowanej fuzji termojądrowej w ramach strategicznego projektu badawczego pt.. Technologie wspomagające rozwój bezpiecznej energetyki jądrowej CZĘŚĆ A Nr umowy SP/J/2/143234/11 Okres realizacji zadania badawczego od 01/09/2011 do 31/08/2014 INSTYTUT FIZYKI JĄDROWEJ IM. HENRYKA NIEWODNICZAŃSKIEGO PAN ul. Radzikowskiego 152, Kraków Telefon Fax dyrektor@ifj.edu.pl Imię i nazwisko Prof. dr hab. Urszula Woźnicka Kierownik projektu Osoba do kontaktu Telefon Imię i nazwisko Telefon Urszula.Woznicka@ifj.edu.pl Prof. dr hab. Urszula Woźnicka Urszula.Woznicka@ifj.edu.pl 2. SKRÓCONE SPRAWOZDANIE MERYTORYCZNE Poniżej należy zamieścić syntetyczny opis zrealizowanych prac i uzyskanych wyników, przedstawiony w sposób zrozumiały dla szerokiego grona odbiorców, przeznaczony do upowszechniania przez NCBR (max. 4 strony A4 czcionka Times New Roman 11, pojedynczy odstęp między wierszami). Etap nr 1(IFPiLM) pt. Badanie fizyki oddziaływania impulsowych strumieni plazmy z tarczami wykonanymi z W/CFC/SS pod kątem weryfikacji modeli numerycznych opisujących konwersję energii strumienia plazmy w energię promieniowania, w warstwie plazmy uwalnianej z tarczy, depozycję tej energii na tarczy oraz spowodowaną tym zjawiskiem erozję materiału tarczy. Zrealizowany projekt miał na celu wyznaczenie podstawowych parametrów strumieni plazmy, takich jak m.in. koncentracja elektronowa, szacowna gęstość energii deponowana na próbce, itp. oraz dostarczenie danych wejściowych do modelu numerycznego, który jest celem Etapu 2. Przeprowadzono szereg sesji eksperymentalnych na urządzeniu plasma focus PF-1000U, które po modernizacji, będącej celem Etapu 8, przystosowane jest do przeprowadzania eksperymentów związanych z oddziaływaniem intensywnych impulsowych strumieni plazmy z materiałami przewidzianymi dla reaktora termojądrowego w warunkach występowania różnych niestabilności. W ramach niniejszego etapu 1 przedmiotem badań były materiały przewidywane do konstrukcji ścian reaktorów termojądrowych takie jak: węgiel typu CFC (Carbon Fibre Composite), wolfram (W) i stal nierdzewna (SS). Zada- 1 Raport należy przygotować na podstawie raportów końcowych z realizacji części projektu, dostarczonych przez wykonawców Liderowi. Lider jest zobowiązany do archiwizowania raportów z części projektu i udostępniania ich NCBR na każde żądanie. 1

2 nia przewidziane dla tego etapu zostały wykonane zgodnie z harmonogramem i dostarczyły wielu interesujących wyników, opisanych w szczegółowym sprawozdaniu merytorycznym. Etap nr 2 (IFPiLM) pt. Opracowanie modelu matematyczno-fizycznego opisującego oddziaływanie impulsowych strumieni plazmy z tarczami oraz przeprowadzenie obliczeń dla eksperymentów wykonanych w Etapie 1. Celem prac wykonanych w pierwszej części etapu było zaproponowanie takiego położenia dysz impulsowego napuszczania gazu (ang. gas puff), które pozwoliłoby otrzymywać w urządzeniu PF-1000U warstwę plazmową o jak najlepszych parametrach m. in. dużej energii kinetycznej. Kolejnym zadaniem było opisanie oddziaływania strumienia plazmowego z tarczą, w warunkach eksperymentu prowadzonego w IFPiLM. Otrzymywany w układzie PF-1000U bardzo intensywny strumień plazmy uderza w tarczę wolframową powodując jej powierzchniowe stopienie i odparowanie (tarcza węglowa w tych warunkach nie topi się, a sublimuje). Warstwa stopiona jest tym węższa i szybciej się porusza, im intensywniejszy jest strumień padającej plazmy. Energia padającej plazmy jest częściowo rozpraszana w parach wolframu gromadzących się przy bombardowanej powierzchni tarczy. Zastosowano jednowymiarowy opis przewodzenia ciepła w płytce wolframowej / węglowej. Etap nr 3 (IFJ PAN) pt. Koncepcja nowych metod diagnostyki produktów syntezy termojądrowej a) Metody pomiaru produktów reakcji t-j D-D i D-T z użyciem dedykowanych detektorów diamentowych. Opracowano metody i zastosowano monokrystaliczne detektory typu CVD o różnych grubościach odpowiednich dla spektrometrycznego pomiaru danego rodzaju promieniowania: cząstek alfa (problem escaping alpha particles w tokamaku) i neutronów 14 MeV oraz tzw. prędkich jonów (protonów, deuteronów, trytonów). Przetestowano odporność temperaturową tych detektorów (stałość odpowiedzi spektrometrycznej w zakresie C). b) Kwazipunktowe detektory scyntylacyjne neutronów prędkich. Opracowana metoda zakłada ich użycie do pomiarów przestrzennego i czasowego rozkładu emisji neutronów z urządzeń t-j. Miniaturowy scyntylator (5x5x60 mm3) został połączony 25-metrowym światłowodem z miniaturowym fotopowielaczem (w celu odsunięcia go z zasięgu pól promieniowania i magnetycznych urządzenia t-j). Zbudowano i przetestowano czteroelementową liniową matrycę takich układów przy różnych źródłach neutronów (Pu-Be, generator neutronów 14 MeV, układ plasma focus PF-24). Rejestracja impulsów w 4-kanałowym oscyloskopie cyfrowym 350 MHz. c) Urządzenie DET-12 do pomiaru neutronów opóźnionych emitowanych z próbek zbudowanych z materiałów rozszczepialnych, zaaktywowanych w pierwotnym strumieniu neutronów z urządzenia fuzyjnego. Jest to uzupełnienie klasycznej neutronowej metody aktywacyjnej. Mierzony jest zanik neutronów opóźnionych w czasie. Przy pomocy testów z izotopowym źródłem neutronów i modelowania Monte Carlo transportu neutronów opracowano interpretację gromadzonych danych w celu określenia pierwotnego strumienia neutronów. Etap nr 4 (NCBJ) pt. Zaprojektowanie, wykonanie i laboratoryjne przetestowanie dwóch różnych urządzeń diagnostycznych przeznaczonych do analizy wysoko-energetycznych jonów (w tym produktów reakcji syntezy) i przystosowanych do warunków eksperymentalnych występujących w układach typu tokamak. Opracowano i zbudowano dwie różne głowice pomiarowe i uniwersalny manipulator (dostosowany do tych głowic). Pierwsza z opracowanych sond jest wyposażona w miniaturową kamerę typu pinhole, wyposażoną w obrotowy bęben do mocowania kilku jądrowych detektorów śladowymi (NTD) w celu umożliwienia wykonania szybkich kolejnych naświetleń tych detektorów podczas wyładowań plazmowych o odpowiednio długim czasie trwania, np. w tokamaku lub stellaratorze. Druga zawiera zminiaturyzowany spektrometr jonowy typu Thomsona i detektor typu NTD. Celem jest umożliwienie wykonania pomiarów jonowych w układach do badań nad kontrolowaną syntezą jądrową, które pozwoliłyby zarejestrować widmo masowe i energetyczne emitowanych jonów. Wykonano także szczegółowe pomiary testowe w dostępnych układach plazmowych, tj. w układzie RPI-IBIS oraz układzie PF-360U w Świerku, który został specjalnie zmodernizowanym w ramach etapu 10 rozpatrywanego projektu. Wyniki realizacji Etapu 4 przedstawiono w referatach wygłoszonych na międzynarodowych konferencjach naukowych i opublikowano w czasopismach naukowych. Etap nr 5 (IFPiLM) pt. Opracowanie technologii obrazowania plazmy w zakresie promieniowania rentgenowskiego na potrzeby diagnostyki monitorowania zanieczyszczeń uwalnianych ze ścian reaktora termojądrowego W ramach etapu 5 została opracowana i wstępnie przetestowana technologia obrazowania plazmy za pomocą detektora typu GEM (ang. Gas Electron Multiplier) w zakresie promieniowania rentgenowskiego, która powstała na potrzeby diagnostyku monitorowania zanieczyszczeń uwalnianych ze ścian reaktora termojądrowego. Ze względu na fakt, że w przyszłych reaktorach termojądrowych głównym kandydatem na materiał pierwszej ścianki reaktora jest wolfram, efektywność rejestracji promieniowania została dostosowana do zakresu energii emitowanych linii promieniowania wysoce zjonizowanego wolframu z plazmy centralnej w obszarze energii 2-3keV i wynosi ok. 40%. Tak wysoką efektywność zapewnia odpowiednio dobrana mieszanina gazowa (Ar 70%:CO2 30%) oraz geometria i 2

3 konstrukcja roboczej komory detektora. Na potrzeby tego zadania została opracowana zaawansowana elektronika analogowo-cyfrowa najwyższej jakości, która umożliwiła osiągnięcie wysokiej rozdzielczości czasowej na poziomie częstości próbkowania sygnału (77-125MHz) i precyzyjnego określenia jego wartości, co odpowiada energii rejestrowanego fotonu. Opracowano i przetestowano różne konfiguracje odczytu sygnałów ze źródłami laboratoryjnymi oraz przeprowadzono wstępne testy jednej z konfiguracji na tokamaku ASDEX-Upgrade. Etap nr 6 (IFJ PAN) pt. Opracowanie metod dozymetrycznych dla wysokich dawek w mieszanych polach promieniowania przy użyciu pasywnych detektorów luminescencyjnych Celem badań było opracowanie metody pomiaru ultra-wysokich dawek promieniowania przy użyciu detektorów termoluminescencyjnych (TL) LiF:Mg,Cu,P, zapewniającej wysoką odporność termiczna. Idea pomiaru opiera się na wykorzystaniu odkrytego w IFJ PAN zjawiska wysokotemperaturowej i wysokodawkowej emisji TL tego materiału. Ewolucja kształtu widma świecenia pozwoliła na zaproponowanie nowatorskiej metody, bazującej nie na intensywności TL, ale właśnie na analizie kształtu widma. W ramach projektu zakupiono czytnik TL Harshaw zapewniający wysoką stabilność profili temperaturowych oraz wykonano ok detektorów termoluminescencyjnych. Przeprowadzono pomiary w zakresie dawek sięgających 1.2 MGy i opracowano algorytm analizy widm TL. Zrealizowane badania wykazały możliwość poprawnego pomiaru dawki, nawet przez detektor wygrzany do 350 C. Etap nr 7 (ACS) pt. Zaprojektowanie i wykonanie prototypu szybkiej, wielo-kadrowej kamery wizyjnej z dodatkowym bramkowaniem elektrooptycznym przeznaczonej do rejestracji procesów erozji tarczy obciążanej impulsowymi strumieniami plazmy. Wynikiem realizacji Etapu 7 jest zaprojektowanie, wykonanie i uruchomienie prototypu szybkiej, wielokadrowej kamery wizyjnej z dodatkowym bramkowaniem elektrooptycznym. Przeznaczona jest ona do trwałego rejestrowania od kilku do kilkudziesięciu tysięcy obrazów badanego obiektu podczas pojedynczego procesu akwizycji. Parametry kamery umożliwiają rejestrację procesów erozji tarczy obciążanej impulsowymi strumieniami plazmy. Podstawowym detektorem kamery jest elektrooptyczny wzmacniacz obrazu drugiej generacji z ogniskowaniem zbliżeniowym. Wzmacniacz obrazu pełni także rolę migawki elektronicznej oraz konwertera promieniowania. Dwuwymiarową, monochromatyczną matrycę CEMOS zastosowano jako finalny detektor obrazu. W ramach realizacji zadania zaprojektowano i wykonano stanowisko do testowania kamery oraz niezbędne urządzenia sterujące i wspomagające jej prawidłowe działanie, m.in. mobilne stanowisko pomiarowe do wykonywania rejestracji w środowisku silnych zakłóceń elektromagnetycznych. Po przeprowadzonych pomyślnie testach laboratoryjnych, kamera została włączona w system diagnostyczny urządzenia do wytwarzania gorącej plazmy impulsowej PF1000U. Z jej pomocą przeprowadzono pomiary dynamiki tarczy obciążanej impulsowymi strumieniami plazmy. Wykonano także serię rejestracji emisji promieniowania z obszarów przy powierzchni tarczy. Etap nr 8 (IFPiLM) pt. Adaptacja układu PF-1000 do realizacji celu szczegółowego 1. W ramach tego Etapu, zaprojektowano wykonano i uruchomiono cztery systemy, dzięki którym przystosowano układ do przeprowadzenia eksperymentów związanych z oddziaływaniem plazma-ścianka. Modyfikacja systemu generatora prądowego polegała na dołączeniu do generatora PF-1000 dodatkowej baterii kondensatorów, co pozwoliło zmodyfikować prąd płynący w układzie. Otrzymano dwie składowe impulsu prądowego o parametrach 10µs/2MA i 350kA/0,1ms. Nowy system elektrod (węzeł izolatora, anoda, katoda, moduł adaptacyjny, zespół ułatwiający wymianę elektrod - wózek specjalny) umożliwił zainstalowanie systemu iniekcji gazu z zachowaniem parametrów plazmy przed modernizacją. Wykonanie i uruchomienie systemu iniekcji gazu roboczego pozwala na uzyskanie odmiennych warunków gazowych (ciśnienie i rodzaj gazu) w różnych częściach komory eksperymentalnej (komora, przestrzeń przyizolatorowa i przestrzeń na osi elektrod). Przeprowadzone prace adaptacji układu PF pozwoliły osiągnąć założone cele etapu. Etap nr 9 (IFJ PAN) pt. Adaptacja i wyposażenie laboratorium pomiarów neutronowych w IFJ dla rozwoju metod detekcji produktów syntezy t-j. W wyniku przeprowadzonych prac adaptacyjno-modernizacyjnych laboratorium pomiarów neutronowych w IFJ składa się obecnie z generatora neutronów IGN-14 oraz układów plasma focus NSNS-2 (PF-4 i PF-24). Generator IGN-14 emituje neutrony 14 MeV (reakcja D-T) lub 2.45 MeV (D-D) impulsowo (reżim mikrosekundowy) lub w trybie ciągłym. Unowocześniono układ utrzymania wysokiej próżni (10 6 Tr) w rurze akceleracyjnej. Zaprojektowano i zainstalowano na końcu jonowodu komorę próżniową do badań detektorów (zwłaszcza diamentowych) wraz z alternatywą umieszczenia układu termostatycznego C. Skompletowano spektro-metryczne tory pomiarowe i system rejestracji danych. Uruchomiono urządzenia plasma focus PF-4 i PF-24 pracujące z czasem emisji neutronów 2.45 MeV (synteza D-D) 3

4 rzędu 100 ns. Wyposażono urządzenia w system sterowania, monitor emisji neutronów i stanowiska pomiarowe, m. in. nanosekundowy system pomiaru energii neutronów metodą czasu przelotu oraz zestaw do testów miniaturowych detektorów scyntylacyjnych. Dla PF-24 zaprojektowano system obrazowania pola neutronowego (neutronowa camera obscura). Etap nr 10 (NCBJ) pt. Adaptacja i dodatkowe wyposażenie laboratorium plazmowego w NCBJ dla realizacji Etapu 4. W ramach Etapu generator układu PF360 w NCBJ został zmodernizowany i przystosowany do testowania nowych urządzeń diagnostycznych. Wszystkie iskierniki generatora zostały zregenerowane i wyposażone w węglowe oporniki ładujące najnowszej generacji, a odstęp pomiędzy ich elektrodami głównymi został zwiększony, co umożliwiło pracę przy napięciu 33 kv. Energia generatora układu przy tym napięciu wzrosła aż do 149 kj, dzięki wymianie uszkodzonych kondensatorów wysokonapięciowych. Wymieniony został cały układ ładowania generatora i wykonane zostały nowe elektrody główne układu PF. W wyniku prac modernizacyjnych układ PF-360U został znacznie ulepszony i może służyć do testowania rożnych urządzeń diagnostycznych oraz być wykorzystywany jako źródło intensywnych impulsów promieniowania rentgenowskiego i korpuskularnego. Etap nr 11 (PW WIM) pt. Badania z zakresu inżynierii materiałowej próbek poddanych działaniom impulsowych strumieni plazmy. Wykonano analizy zmian mikrostruktury materiałów planowanych do zastosowania jako materiały osłonowe w reaktorze fuzyjnym, tj. kompozytu węgiel-węgiel (ang. CFC) oraz wolframu, w wyniku oddziaływania na te materiały wysokotemperaturowej plazmy deuterowej generowanej przez układ typu plazma fokus znajdujący się na wyposażeniu laboratorium Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy w Warszawie. Dzięki wykorzystaniu mikroskopii elektronowej, mikroskopii jonowej, mikrotomografii rentgenowskiej oraz pomiarom analitycznym stwierdzono, iż w kontakcie z plazmą deuterową kompozyt CFC jedynie w niewielkim stopniu ulega degradacji. Mechanizm tej degradacji polega na usuwaniu przez wiązkę plazmy osnowy oraz węgla pizolitycznego z powierzchni samych włókien prowadząc do istotnego rozwinięcia powierzchni kompozytu. Niemniej jednak wiązki włókien i sam kompozyt zachowują spójność i funkcję jako element osłonowy. Powierzchnia próbek wolframu po ekspozycji w dziale PF1000 charakteryzuje się dużym rozwinięciem w porównaniu do stanu wyjściowego. Materiał topi się i zastyga, tworząc pofałdowania w postaci kropel i zacieków. Na próbkach po ekspozycji, obserwowane są liczne pęknięcia propagujące w głąb materiału na µm. W wyniku oddziaływania plazmy powstaje przypowierzchniowa strefa kolumnowych ziaren o wymiarze, w kierunku prostopadłym do powierzchni, około 15 µm. Ekspozycja w dziale plazmowym nie wpływa na zmianę składu chemicznego badanych próbek. Powoduje natomiast ubytek ich masy. Etap nr 12 (PW WIM pt. Wytwarzanie i charakteryzowanie nowoczesnych materiałów konstrukcyjnych. Opracowano nowe stale ferrytyczne wzmacniane drobnodyspersyjnymi tlenkami z dodatkiem wanadu i zbadano wpływ dodatku V na mikrostrukturę i właściwości tych stali. Ustalono, iż dodatek wanadu ma istotny wpływ na wielkość ziarna ferrytu stali. Do zawartości 0,6 %wag. rozmiar ziaren ferrytu intensywnie maleje co przekłada się na istotnie wyższe parametry wytrzymałościowe opracowanych materiałów. Ponadto metodą platerowania wybuchowego opracowano złącza CuCrZr-stal, które w porównaniu do złączy wytwarzanych innymi metodami przez ośrodki badawcze z zagranicy, charakteryzowały się najlepszymi właściwości wytrzymałościowymi. Scharakteryzowano wpływ prędkości detonacji i dystansu technologicznego na parametry wytrzymałościowe otrzymywanych złączy a także przebadano ich zachowanie się w warunkach eksploatacji w wysokich temperaturach. Wykonano ocenę mikrostruktury, gęstości i twardości spieków wolframowych konsolidowanych na drodze spiekania swobodnego, spiekania impulsowo plazmowego oraz izostatycznego spiekania na gorąco. Najwyższą gęstość spieków wolframowych uzyskano dla materiału o mniejszej zawartości (0,3% mas.) dodatku TiH2-Y. Zastosowanie dodatku TiH2-Y jest skuteczną metodą na podniesienie gęstości spieków. Wynikiem prowadzonych prac było złożenie wniosku do Urzędu Patentowego na wynalazek pod nazwą Stopowy proszek do wytwarzania stopów wolframu metodą metalurgii proszków Etap nr 13 (NCBJ) pt. Badanie wytrzymałości radiacyjnej materiałów przewidywanych do zastosowania w konstrukcjach reaktorów termojądrowych (napromienienie wybranych materiałów 14 MeV neutronami w warunkach dużych fluencji) Materiały konstrukcyjne w reaktorach termojądrowych muszą wykazywać wytrzymałość na duże obciążenia cieplne (oddziaływanie plazmy) oraz intensywne promieniowanie neutronowe. Dlatego do budowy reaktorów termojądrowych spośród materiałów metalicznych mogą być stosowane wyłącznie materiały żaroodporne i żarowytrzymałe. W wyniku przeprowadzonych badań oceniono zmiany własności wolframu poddanego działaniu czynników pro- 4

5 mieniowania neutronowego, jonów oraz plazmy deuterowej. Otrzymane wyniki wskazują na obniżenie własności plastycznych i wytrzymałościowych badanych próbek poddanych działaniu promieniowania neutronowego oraz strumienia jonów. Działanie plazmy deuterowej powoduje nadtapiane warstwy powierzchniowej próbek, zmian w jej strukturze polegającej na tworzeniu się ziaren słupkowych oraz powstawaniu mikropęknięć. Obserwowane przełomy próbek wskazują na wzrost kruchości i tym samym obniżenie odporności na pękanie badanego materiału. Etap nr 14 (NCBJ) pt. Skonstruowanie litowo-deuterowego konwertera neutronów termicznych na neutrony prędkie o energii 14 MeV w reaktorze Maria. Projektowane obecnie duże urządzenia termojądrowe mają pracować w warunkach dużych fluencji neutronów o energii 14 MeV. Ważnym zagadnieniem jest opracowanie materiałów konstrukcyjnych o dużej odporności na neutrony o energii 14 MeV. Poszukiwania nowych materiałów wymagają przeprowadzania odpowiednich testów. W zaprojektowanym i zbudowanym w NCBJ w Świerku konwerterze neutronów termicznych na neutrony o energii 14 MeV uzyskano widmo energetyczne neutronów bardzo zbliżone do widma przewidywanego w urządzeniach termojądrowych. Jednocześnie urządzenie to stało się jednym z najsilniejszych na świecie źródeł neutronów o energii 14 MeV. Konwerter posłuży do przeprowadzania testów radiacyjnych różnych materiałów, mających znaleźć zastosowanie w urządzeniach termojądrowych, reaktorach IV generacji lub innych urządzeniach jądrowych. Etap nr 15 (AGH WEiP) pt. Analiza układów syntezy wspomaganych energią rozszczepień aktynowców w płaszczu reaktora. Część wstępną poświęcono omówieniu zalet i problemów oraz przesłanek badań nad koncepcją synergii syntezy z rozszczepieniem, tj. reaktora hybrydowego. Przy użyciu jego heterogenicznego modelu (a także modelu homogenicznego) wykonano szereg obliczeń transportu neutronów celem symulacji procesów jądrowych, oraz transportu ciepła dla oceny rozkładu temperatur i odnośnych zagrożeń. Uwzględniono dodatkowe obciążenie cieplne Pierwszej Ściany spowodowane realnie niską wartością Q plazmowego. Otrzymane wyniki obejmują: rozkłady strumienia neutronów, a stąd gęstość mocy wydzielanej w układzie, a także wydajności uszkodzeń radiacyjnych w materiałach konstrukcyjnych. Są to: DPA (wytrącenia atomów z sieci krystalicznej) oraz produkcja gazów He i H. Ponadto oszacowano produkcję trytu w eutektyce Li-Pb. Otrzymane wyniki posłużyły m.in. do zastąpienia stali SS jako materiału Pierwszej Ściany, wolframem wobec groźby jej całkowitego zniszczenia pod wpływem ciepła deponowanego w układzie. Etap nr 16 (AGH WEiP) pt. Obliczenia wydajności produkcji nuklidów promieniotwórczych w materiałach konstrukcyjnych oraz trytu w eutektyce LiPb oraz pomiar ich aktywności. Dla realizacji etapu wybrano kilka materiałów konstrukcyjnych stosowanych w ITER ze oraz wstępnie oszacowano aktywności tych materiałów oraz trytu w LiPb, aktywowanych w strumieniu neutronów prędkich reaktora MARIA. W celu określenia udziału neutronów z otoczenia konwertera we wzbudzonych aktywnościach, zaplanowano i przeprowadzono pomiary aktywacyjne w strefie reaktora Maria o widmie neutronów pozbawionych składowej niskoenergetycznej, a więc możliwie zbliżonego do widma wewnątrz konwertera usytuowanego w reaktorze. W celu oszacowania aktywności wzbudzonych w materiałach wybranych do badań w ramach zadania, w pierwszym etapie przeprowadzono symulacje komputerowe pozwalające na obliczenie widm neutronów wewnątrz konwertera, pochodzących wyłącznie z pola neutronów reaktora Maria. Materiały wykorzystane do badań (otrzymane dzięki uprzejmości Fusion for Energy w Barcelonie (F4E)). Po uruchomieniu w NCBJ w Świerku konwertera 6 Li_D, poddano aktywacji w jego wnętrzu przygotowane próbki stali oraz materiałów paliworodnych trytu (LiF i LiPb). Aktywacja trwała jeden cykl reaktora (135 godzin). Pierwsze pomiary aktywności przeprowadzono po 17 dniach od końca aktywacji. 3. SZCZEGÓŁOWE SPRAWOZDANIE MERYTORYCZNE Szczegółowe sprawozdanie merytoryczne należy zamieścić w załączniku nr 1 do raportu. Sprawozdanie powinno zawierać: opis prac zrealizowanych w poszczególnych etapach szczegółowe przedstawienie uzyskanych wyników informacje o stosowanych metodach badawczych, aparaturze, statystycznej analizie wyników, szacunek błędów ocenę zgodności wyników z zaplanowanymi celami szczegółowymi zadania badawczego i celami zadania badawczego oraz wnioski dotyczące wykorzystania wyników. (odrębny załącznik) 5

6 4. UZYSKANE REZULTATY Poniżej należy zamieścić listę i krótki opis rezultatów końcowych uzyskanych w wyniku realizacji zadania badawczego. Etap nr 1 1. Zastosowanie iniekcji gazu (system gas-puff) znacząco wpływa na zwiększenie koncentracji elektronowej, szczególnie w początkowej fazie wyładowania, tuż po maksymalnej kompresji. 2. Zastosowanie impulsowego zaworu gazowego wpływa na emisję jonów wzdłuż osi układu 3. Wykorzystanie układu PF-1000U do symulacji niestabilności występujących w reaktorach termojądrowych jest możliwe po zlokalizowaniu badanych materiałów w odpowiedniej odległości od końca elektrod na osi z urządzenia 4. Z badanych materiałów najbardziej erozyjny okazał się węgiel, który bardzo łatwo ulega ablacji, co było widoczne w rejestrowanych sygnałach spektroskopowych oraz analizie materiałowej, będącej celem etapu Zarówno wolfram jak i stal nierdzewna, są dobrymi kandydatami na materiały konstrukcyjne reaktorów, z tym, że stal, jako że składa się z Fe, Ni, Cr może w niektórych warunkach stać się źródłem dodatkowych zanieczyszczeń plazmy 6. Porównanie wyników badań będących celem etapu 1 z wynikami modelu matematyczno-fizycznego, będącego celem etapu 2, pokazuje zgodność, co do rzędu wielkości, ilości odparowanego materiału wyniki dla próbki CFC i W opisane są w raporcie etapu 11, natomiast dla próbki W o czystości 99.95% w etapie 1. Z eksperymentu wynika, że średnio dla gęstości energii rzędu 1MJ/m 2 z próbki odparowuje ok. 1.8mg (wg modelu, etap 2 ok. 6.1 mg), natomiast dla 3MJ/m 2 ok. 2.5 mg materiału (wg modelu, etap 2 ok. 20 mg). Dyskusja wyników przedstawiona jest w szczegółowym raporcie merytorycznym. Etap nr Obliczenia rozpędzania warstwy plazmowej dostarczyły wskazówek co do celowości modernizacji układu PF M. in. Wskazały na niewielkie spodziewane efekty ewentualnego wydłużania komory urządzenia, które byłoby zapewne kosztowne i czasochłonne. 2. Symulacje transportu energii cieplnej w płytce potwierdzają, że zjawiska badane przebiegają w cienkiej warstwie przy powierzchni płytki. Niezależnie od tego, że nasza próbka nie była chłodzona aktywnie, a ścianki przyszłych urządzeń termojądrowych będą, nasze wyniki dla bardzo dużych strumieni energii pozostaną w mocy. 3. Obliczona większa o rząd (ok. 20mg) (niż zmierzona ok. 2.5 mg) ablacja płyty wolframowej, jakkolwiek może być spowodowana nadmiernie przybliżonym traktowaniem zjawiska ekranowania, niewykluczone, że wskazuje na większe, niż widoczne na pierwszy rzut oka, niszczenie płytki pod wpływem strumienia plazmy (osadzony materiał, choć odbudowuje płytę masowo nie odtwarza jej własności wytrzymałościowych). Etap Opracowanie metody zastosowania generatora neutronów IGN-14 jako źródła promieniowania mieszanego (głównie α, n, p, d, γ), jakie będzie towarzyszyć pomiarom w tokamaku. 2. Zbadanie spektrometrycznej odpowiedzi detektorów diamentowych sccvd na detekcję cząstek alfa, protonów i deuteronów z monoenergetycznych wiązek o różnych energiach. 3. Projekt i wykonanie stanowiska do testowania detektorów diamentowych CVD w polu promieniowania mieszanego. Wykonanie pomiarów potwierdzających przydatność zastosowania detektorów CVD w takich polach. 4. Projekt i zbudowanie dedykowanego układu termostatycznego i zbadanie spektrometrycznej odpowiedzi detektorów diamentowych w temperaturach C. Stwierdzenie stabilności rejestrowanych widm w tym zakresie. 5. Zbudowanie kompletnego prototypu toru pomiarowego z miniaturowym scyntylatorem, światłowodem transmisyjnym i miniaturowym fotopowielaczem wraz z aparaturą rejestracji danych. Zestawienie czteroelementowej liniowej matrycy takich detektorów. 6. Wykonanie testów rejestracji neutronów prędkich przez system kwazipunktowych detektorów scyntylacyjnych z użyciem źródła izotopowego Pu-Be, generatora neutronów IGN-14 oraz układu plasma focus PF Wymodelowanie Monte Carlo emisji neutronów opóźnionych z czterech rodzajów próbek-tarcz rozszczepialnych, transportu neutronów w urządzeniu DET-12 oraz odpowiedzi detektorów neutronów. Sprawdzenie w eksperymencie benchmarkowym. 8. Teoretyczna analiza udziału grup prekursorów neutronów opóźnionych (w przybliżeniu 6- i 8-grupowym) w krzywej zaniku czasowego. Analiza zależności wariancji określenia abundancji prekursorów od zmienności długości czasowych przedziałów rejestracji neutronów opóźnionych w urządzeniu DET Opracowanie metody interpretacji danych zarejestrowanych w urządzeniu DET-12 w celu określenia wartości 6

7 strumienia neutronów pierwotnych emitowanych z urządzenia fuzyjnego podczas syntezy. Etap Opracowano i zbudowano dwie zaplanowane sondy, tj. dwie różne głowice pomiarowe i uniwersalny manipulator (dostosowany do tych głowic). Pierwsza z opracowanych sond jest wyposażona w miniaturową kamerę typu pinhole, wyposażoną w obrotowy bęben do mocowania kilku jądrowych detektorów śladowymi (NTD) w celu umożliwienia wykonania szybkich kolejnych naświetleń tych detektorów podczas wyładowań plazmowych o odpowiednio długim czasie trwania, np. w tokamaku lub stellaratorze. Druga zawiera zminiaturyzowany spektrometr jonowy typu Thomsona i detektor typu NTD. Celem jest umożliwienie wykonania pomiarów jonowych w układach do badań nad kontrolowaną syntezą jądrową, które pozwoliłyby zarejestrować widmo masowe i energetyczne emitowanych jonów. 2. Wykonano także szczegółowe pomiary testowe w dostępnych układach plazmowych, tj. w układzie RPI-IBIS oraz układzie PF-360U w Świerku, który został specjalnie zmodernizowanym w ramach etapu 10 rozpatrywanego projektu. Wyniki realizacji etapu 4, w tym rezultaty prób laboratoryjnych prób obu sond i wyniki pomiarów jonowych, przedstawiono w referatach wygłoszonych na międzynarodowych konferencjach naukowych i opublikowano w czasopismach naukowych. 3. Etap nr Przygotowanie koncepcji modelowej technologii obrazowania struktur plazmowych 2D. Koncepcja ta bazuje na dotychczasowym doświadczeniu autorów niniejszego etapu 5 Zadania Badawczego i wskazują, że detektor typu GEM (ang. Gas Electron Mulitplier) jest dobrym kandydatem na detektor obrazujący struktury plazmowe w tokamaku, spełniające wymagania dotyczące warunków pracy reaktora termojądrowego, które determinowały koncepcję modelowej technologii obrazowania struktur plazmowych 2D tworzoną na potrzeby niniejszego projektu. 2. Przygotowanie koncepcji modelowego detektora do obrazowania struktur plazmowych 2D w zakresie promieniowania rentgenowskiego. Na potrzeby tego projektu została przygotowana koncepcja modelowego detektora do obrazowania struktur plazmowych, która bazuje na potrójnym detektorze GEM-owym, odpowiedniej mieszance gazowej i strukturze detektora. 3. Opracowanie i weryfikacja technologii obrazowania struktur plazmowych dla modelowego detektora. W warunkach laboratoryjnych została zweryfikowana opracowana technologia obrazowania struktur plazmowych. Przeprowadzono sprawdzenie efektywności detektora za pomocą narzędzi numerycznych. 4. Skonstruowanie modelowego detektora do obrazowania struktur plazmowych 2D w zakresie promieniowania rentgenowskiego. Na podstawie koncepcji technologii obrazowania plazmy został skonstruowany modelowy detektor o aktywnej powierzchni 10 10cm 2 i efektywności rejestracji niskoenergetycznych fotonów 2-3keV na poziomie 40%. 5. Pomiary testowe modelowego detektora do obrazowania struktur plazmowych 2D. Detektor modelowy został poddany badaniom przy użyciu niskoenergetycznej lampy rentgenowskiej ( kev) oraz monochromatycznego źródła promieniowania emitowanego przez izotop 55 Fe. Przeprowadzono również wstępne testy jednej z konfiguracji odczytu na tokamaku ASDEX-Upgrade. 6. Analiza wyników i optymalizacja parametrów technicznych i technologicznych detektora. Otrzymane wstępne wyniki laboratoryjne zostały przetworzone za pomocą stworzonych algorytmów oraz narzędzi numerycznych i przeanalizowane. Wprowadzono zmiany w torze odczytu elektroniki. Dokonano wyboru odpowiedniej konfiguracji płyty odczytowej oraz punktu pracy detektora. 7. Przygotowanie projektu finalnej prototypowej technologii i detektora prototypowego do obrazowania 2D w zakresie promieniowania rentgenowskiego. Na podstawie konstrukcji modelowego detektora został przygotowany projekt finalnej technologii detektora prototypowego do obrazowania 2D. 8. Wytworzenie oprzyrządowania do wytworzenia prototypowego (finalnego) detektora do obrazowania struktur plazmowych 2D. W trakcie trwania projektu powstało niezbędne oprzyrządowanie do wytworzenia prototypowego detektora do obrazowania 2D. Została nabyta nowa aparatura do laboratorium o wysokim stopniu czystości, w którym są montowane komory robocze detektora oraz do laboratorium pomiarowego, gdzie przeprowadzane są rozmaite testy ze źródłami promieniowania. 9. Skonstruowanie prototypowego detektora do obrazowania struktur plazmowych 2D w zakresie promieniowania rentgenowskiego. W końcowej fazie realizacji etapu 5 niniejszego Zadania Badawczego, powstał prototypowy detektor do obrazowania plazmy obsługujący 192 kanały pomiarowe z konfiguracją odczytu XUV. Wydajność detektora została dopasowana do zakresu promieniowania wysoce zjonizowanego wolframu uwalnianego ze ścianek reaktora termojądrowego. 10. Etap 6. 7

8 1. Przeprowadzono badania własności czytnika Harshaw-3500w zakresie wysokich dawek i wysokich temperatur. 2. Zbadano charakterystyki dawkowe detektorów termoluminescencyjnych MCP-N. 3. Zbadano stabilność temperaturową charakterystyk dawkowych. 4. Opracowano metody kwantyfikacji zmian kształtu termoluminescencyjnych krzywych świecenia oraz wyznaczania dawki. Etap nr 7 Wynikiem realizacji Etapu 7 jest wykonanie i uruchomienie prototypu szybkiej, wielokadrowej kamery wizyjnej z dodatkowym bramkowaniem elektrooptycznym, przeznaczonej do trwałego rejestrowania od kilku do kilkudziesięciu tysięcy obrazów badanego obiektu podczas pojedynczego procesu akwizycji. Parametry kamery umożliwiają rejestrację procesów erozji tarczy obciążanej impulsowymi strumieniami plazmy. 1. W ramach realizacji zadania zaprojektowano i wykonano stanowisko do testowania kamery oraz niezbędne urządzenia sterujące i wspomagające jej prawidłowe działanie, m.in. mobilne stanowisko pomiarowe do wykonywania rejestracji w środowisku silnych zakłóceń elektromagnetycznych. 2. Po przeprowadzonych pomyślnie testach laboratoryjnych, kamera została włączona w system diagnostyczny urządzenia do wytwarzania gorącej plazmy impulsowej PF1000U. Z jej pomocą przeprowadzono pomiary dynamiki tarczy obciążanej impulsowymi strumieniami plazmy. Wykonano serię rejestracji emisji promieniowania z obszarów przy powierzchni tarczy. Etap nr Projekt i wykonanie i uruchomienie systemu generatora prądowego do wytwarzania i akceleracji plazmy. Uzyskano dwie składowe impulsu prądowego o parametrach 10 µs / 2 MA i 350 ka / 0,1 ms. 2. Projekt i wykonanie i uruchomienie systemu elektrod. Uzyskano możliwość zainstalowania systemów impulsowego napuszczania gazu. 3. Projekt i wykonanie i uruchomienie systemu iniekcji gazu roboczego. W rezultacie istnieje możliwość napuszczani różnego rodzaju gazu pod różnym ciśnieniem w trzech różnych obszarach komory eksperymentalnej urządzenia DPF-1000U (komora, przestrzeń między elektrodami urządzenia i przestrzeń przed czołem anody). 4. Projekt i wykonanie i uruchomienie systemu mocowania tarcz. W wyniku realizacji tego zadania zbudowano układ śluzy umożliwiający wprowadzanie tarcz w przestrzeń oddziaływania z plazmą w wybrany obszar bez konieczności zapowietrzania komory wyładowczej. 5. Realizacja eksperymentów dla potrzeb realizacji pozostałych Etapów Zadania. Przeprowadzono 15 sesji eksperymentalnych (łącznie 564 wyładowania) dla realizacji Etapów 1, 2, 5, 11, 12. Etap 9 1. Przeprowadzenie modernizacji generatora neutronów IGN-14 system utrzymania wysokiej próżni; rozbudowa torów pomiarowych dla pomiarów spektrometrycznych; stanowisko testowania detektorów diamentowych w ściśle zadanych warunkach geometrycznych i termicznych: dedykowana komora pomiarowa na końcu jonowodu z targetem trytowym (T/Ti) lub deuterowym (tarcza Au). 2. Uruchomienie układów plasma focus NSNS-2 (PF-4 i PF-24) dobór warunków operacyjnych. 3. Zbudowanie stanowisk pomiarowych dla NSNS-2: aparatura sterująca i kontrolno-pomiarowa z monitorem emisji neutronów; nanosekundowy system pomiaru energii neutronów metodą czasu przelotu; zestaw do testów miniaturowych detektorów scyntylacyjnych. 4. Projekt systemu obrazowania pola neutronowego w ognisku plazmowym PF-24 (neutronowa camera obscura ). Etap W ramach etapu generator układu PF360 w NCBJ został zmodernizowany i przystosowany do testowania nowych urządzeń diagnostycznych. Wszystkie iskierniki generatora zostały zregenerowane i wyposażone w węglowe oporniki ładujące najnowszej generacji, a odstęp pomiędzy ich elektrodami głównymi został zwiększony, co umożliwiło pracę przy napięciu 33 kv. Energia generatora układu przy tym napięciu wzrosła aż do 149 kj, dzięki wymianie uszkodzonych kondensatorów wysokonapięciowych. Wymieniony został cały układ ładowania generatora i wykonane zostały nowe elektrody główne układu PF. Po przeprowadzonej modernizacji układ generatora pracował dużo stabilniej i odchylenie standardowe maksymalnych wartości prądu przy napięciu 33 kv i optymalnych warunkach gazowych (12 mbar deuteru w komorze) wyniosło 1,7% dla dużej ilości wyładowań. 2. W wyniku prac modernizacyjnych układ PF-360U został znacznie ulepszony i może służyć do testowania roż- 8

9 nych urządzeń diagnostycznych oraz być wykorzystywany jako źródło intensywnych impulsów promieniowania rentgenowskiego i korpuskularnego. Etap Obronione 3 magisterskie w zakresie tematyki zadania badawczego a. Emilia Dobrowolska, praca magisterska, Wpływ gorącej plazmy deuterowej na strukturę i właściwości wolframu b. Franciszek Dąbrowski, praca magisterska, Analiza degradacji kompozytu węgiel-węgiel typu A412N pod wpływem impulsowych strumieni plazmy deuterowej c. Joanna Adamiec, praca magisterska, Badanie właściwości wolframu poddanego oddziaływaniu impulsowych strumieni plazmy deuterowej 2. Opublikowano 2 publikacje w czasopismach naukowych objętych National Science Indicators będące wynikiem zadania badawczego a. Kubkowska, M. et al., Investigation of the irradiation effects on laser-removal and surface morphology of mixed material sample, JOURNAL OF NUCLEAR MATERIALS, Volume: 438 Pages: S750-S753, 2013 b. Dabrowski, F., Ciupinski, L., Paduch, M., Carbon fiber composite grade A412N resistance to intense plasmaion streams emitted from PF-1000, Phys. Scr. T161, 2014 Etap Opracowane w efekcie realizacji zadania badawczego nowe rozwiązania technologiczne: a. Opracowano technologię wytwarzania stali ferrytycznych umacnianych drobnodysperyjnymi tlenkami z dodatkiem wanadu. b. Opracowano technologię wytwarzania złączy typu CuCrZr-stal 316L z wykorzystaniem metody wybuchowej. c. Opracowano sposób przygotowania proszków stopowych do wytwarzania stopów wolframu umacnianych dyspersyjnie o obniżonej zawartości tlenu 2. Obronione 2 prace inżynierskie w zakresie tematyki zadania badawczego a. Julia Olszewska, praca inżynierska, Mikrostruktura i właściwości platerów CuCrZr/stal316L otrzymywanych metodą wybuchową przy zmiennej wartości dystansu technologicznego b. Łukasz Kądalski, praca inżynierska: Wpływ prędkości detonacji na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne platerów CuCrZr/316L otrzymanych metoda wybuchową 3. Opublikowano 1 publikację w czasopiśmie naukowym objętym National Science Indicators będącą wynikiem zadania badawczego a. Z. Oksiuta, A. Oziębło, K. Perkowski, M. Osuchowski, M. Lewandowska, Influence of HIP pressure on tensile properties of a 14Cr ODS ferritic steel, Fus. Eng. Des. 89 (2014) Zgłoszono 1 wynalazek będący wynikiem zadania badawczego a. P Stopowy proszek do wytwarzania stopów wolframu metodą metalurgii proszków Etap Materiały konstrukcyjne w reaktorach termojądrowych pracują w bardzo trudnych warunkach. Muszą wykazywać dobrą wytrzymałość na duże obciążenia cieplne (oddziaływanie plazmy) oraz intensywne promieniowanie neutronowe. Dlatego do budowy reaktorów termojądrowych spośród materiałów metalicznych mogą być stosowane wyłącznie materiały żaroodporne i żarowytrzymałe. Do badań został wytypowany wolfram, który w wysokich temperaturach zachowuje dobre własności wytrzymałościowe. 2. W wyniku przeprowadzonych badań oceniono zmiany własności wolframu poddanego działaniu czynników promieniowania neutronowego, jonów oraz plazmy deuterowej. Otrzymane wyniki wskazują na obniżenie własności plastycznych i wytrzymałościowych badanych próbek poddanych działaniu promieniowania neutronowego oraz strumienia jonów. Działanie plazmy deuterowej powoduje nadtapiane warstwy powierzchniowej próbek, zmian w jej strukturze polegającej na tworzeniu się ziaren słupkowych oraz powstawaniu mikropęknięć. Obserwowane przełomy próbek po badaniach metodą SPT wskazują na wzrost kruchości i tym samym obniżenie odporności na pękanie badanego materiału. Etap Projektowane obecnie duże urządzenia termojądrowe mają pracować w warunkach dużych fluencji neutronów o energii 14 MeV. Ważnym zagadnieniem jest opracowanie materiałów konstrukcyjnych o dużej odporności na neutrony o energii 14 MeV. Poszukiwania nowych materiałów wymagają przeprowadzania odpowiednich testów. 2. W zaprojektowanym i zbudowanym w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Świerku konwerterze neutro- 9

10 nów termicznych na neutrony o energii 14 MeV uzyskano widmo energetyczne neutronów bardzo zbliżone do widma przewidywanego w urządzeniach termojądrowych. Jednocześnie urządzenie to stało się jednym z najsilniejszych na świecie źródeł neutronów o energii 14 MeV oraz jedynym tego typu pracującym obecnie na świecie. Konwerter posłuży do przeprowadzania testów radiacyjnych różnych materiałów, mających znaleźć zastosowanie w urządzeniach termojądrowych, reaktorach IV generacji lub innych urządzeniach jądrowych. Etap Oszacowanie istotnego obciążenia cieplnego Pierwszej Ściany wynikłego z niskiej wartości wzmocnienia plazmowego Qp. 2. Wykazanie konieczności użycia wolframu jako materiału Pierwszej Ściany na skutek zwiększonego obciążenia cieplnego. 3. Opracowanie heterogenicznego modelu reaktora hybrydowego. Rola energii dostarczanej do plazmy nawet przy bardzo nieefektywnej jej konwersji na energię syntezy pozostała niezauważona dopóki konwersji dokonywano na poziomie niskich mocy. Dopóki tracimy nawet 5 kilowatów przy odzysku jedynie 1 kw z takimi stratami gotowi jesteśmy się pogodzić, ale gdy skala jest, powiedzmy razy większa to już nie chodzi o koszty Gdy gdzieś rozprasza się 50 MW to tej mocy nie możemy pozostawić samej sobie, bo nie odebrana zniszczy wszystko w swoim zasięgu. Zwrócenie uwagi na znaczący wkład energii dostarczanej do plazmy zaowocował badaniami ukierunkowanymi na własności i efekty materiałowe w połączeniu z transportem ciepła (chłodzeniem). Rezultatem odnośnych obliczeń okazała się konieczność zastosowania wolframu jako materiału Pierwszej Ściany w miejsce stali. Należytą wiarygodność tym obliczeniom zapewniło uprzednie opracowanie szczegółowego modelu reaktora hybrydowego modelu heterogenicznego. Etap Wykonano obliczenia aktywności materiałów konstrukcyjnych reaktora ITER oraz materiałów wskaźnikowych. Wyniki obliczeń aktywności programem FISPACT dla folii aktywacyjnych są zgodne dla całkowitej gęstości neutronów w składowej pochodzącej z reaktora Maria i z reakcji syntezy w konwerterze odpowiednio 2.04E13 i 1E10 n/cm2s. 2. We wspomnianej 135-godzinnej aktywacji w konwerterze w reaktorze MARIA poddano aktywacji 16 próbek stali otrzymanych z F4E. 3. Zmierzone aktywności izotopów gamma-promieniotwórczych (Cr-51, Mn-54, Co-57, Co-58, Fe-59, Co-60, Nb- 92m, Mo-99), 20 dni od zakończenia aktywacji, zawierały się w przedziale 180 do 208 MBq/g. Izotopem dominującym (ok. 90 procent aktywności zmierzonej w tym momencie) był radioizotop Cr-51 o czasie połowicznego zaniku 27.7 dnia. 4. Osiągnięto następującą zgodność wyników pomiarów aktywności w próbkach stali z obliczeniami wyrażoną stosunkiem C/E: Cr (średnio 1.34), Mn (średnio 0.77), Co (średnio 2.41), Co (średnio 0.78), Fe (średnio 1.19), Co (średnio 1.33), Nb-92m (średnio 0.97). 5. PATENTY, WZORY UŻYTKOWE I PRZEMYSŁOWE Należy zamieścić wykaz oraz dołączyć kopie dokumentów potwierdzających przyznanie lub zgłoszenie patentów oraz wzorów użytkowych i przemysłowych. P Stopowy proszek do wytwarzania stopów wolframu metodą metalurgii proszków 6. MOŻLIWOŚCI WDROŻENIA REZULTATÓW Poniżej należy wskazać przedmiot wdrożenia, sposób wdrożenia, termin oraz podmiot wdrażający. 1. Opracowane z wyniku realizacji zadania badawczego sondy pomiarowe, układy detekcyjne, zmodernizowane układy doświadczalne oraz opracowana metodologia zostaną wykorzystane w pracach badawczych nad kontrolowaną syntezą jądrową, prowadzonych przez członków Konsorcjum w ramach zarówno badań krajowych jak i współpracy międzynarodowej. Przedmiotem wdrożenia może być zarówno opracowany całościowy (sensor detektora z elektronicznym układem odczytu i procesowania sygnału) system do rejestracji miękkiego promieniowania rentgenowskiego, jak i poszczególne komponenty układu, takie jak wytworzone algorytmy do rekonstrukcji pozycji oraz energii promieniowania, elementy układu elektronicznego, siedmiokanałowy zasilacz wysokiego napięcia itd. Taki cało- 10

11 ściowy układ detekujący może być wykorzystany do obrazowania struktur plazmowych w zakresie promieniowania X na doświadczalnym tokamaku. Podobnie, elementy układu mogą być wykorzystane w analogicznych zagadnieniach. Podmiotem wdrażającym może być wytwórca układu detekującego (IFPiLM). Przewidywany termin wdrożenia jest uzależniony od osiągalności portu diagnostycznego dla instalacji detektora oraz środków finansowych niezbędnych do pokrycia tych prac, harmonogramu kampanii eksperymentalnej (np. na tokamaku ASDEX) czy też harmonogramu realizacji projektu budowy doświadczalnego tokamaka WEST. Wstępnie termin wdrożenia może być oszacowany na lata Szybka kamera wizyjna jest gotowa do wytwarzania przez firmę ACS. Z uwagi na jego specyficzne parametry będzie to produkcja wyłącznie na indywidualne zamówienie. Grupę docelową odbiorców stanowią instytucje badawcze naukowe i przemysłowe 3. Badania z zakresu inżynierii materiałowej próbek poddanych działaniom impulsowych strumieni plazmy miały na celu lepsze poznanie zjawisk i mechanizmów degradacji materiałów osłonowych w kontakcie z plazmą deuterową. Rezultaty tych badań, w ocenie jednostki realizującej nie mają możliwości bezpośredniego wdrożenia. Niemniej jednak wiedza zdobyta w trakcie prowadzonych prac może zaowocować w przyszłości powstaniem nowych technologii i materiałów, które zyskają znaczenie praktyczne. 4. Wytwarzanie i charakteryzowanie nowoczesnych materiałów konstrukcyjnych. Przedmiotem wdrożenia może być opracowany materiał warstwowy złącze CuCrZr stal 316L. Materiał ten może być wykorzystany do wytwarzania elementów ściany reaktora ITER. Podmiotem wdrażającym może być zarówno wytwórca materiału warstwowego (firma ZTW Explomet z Opola) jak również przedsiębiorca, który zwycięży w przetargu na dostawę elementów ściany reaktora ogłaszanym przez agencję F4E z Barcelony. Przewidywany termin wdrożenia wynika z harmonogramu realizacji projektu budowy doświadczalnego reaktora syntezy termojądrowej ITER i może być wstępnie oszacowany na rok PROGNOZA EFEKTÓW UZYSKANYCH W WYNIKU WDROŻENIA Efekty ekonomiczne: Ponieważ prowadzone w ramach projektu prace miały charakter prac badawczych, a perspektywa wdrożenia rezultatów tych prac jest raczej odległa trudno mówić o ilościowej prognozie efektów ekonomicznych. Niemnie jednak należy stwierdzić, że efekty te mogą być znaczne. Ma to związek z energetyką termojądrową, która jako czyste źródło energii może istotnie przyczynić się do zmniejszenia emisji CO2 do atmosfery. Ponieważ już obecnie wprowadzony został system handlu dozwolonymi poziomami misji CO2 obniżenie ilości emitowanego do atmosfery CO2 może istotnie wpłynąć na ekonomikę kraju i Europy. Efekty społeczne: Przeprowadzone prace badawcze doprowadziły do konsolidacji środowisk fizyki i techniki plazmy. Prace są unikatowe w skali światowej i w znaczący sposób zwiększyły możliwości włączenia się ośrodków polskich w prowadzone na świecie prace naukowe w dziedzinie technologii dla kontrolowanej syntezy jądrowej. Podstawowym efektem społecznym jest wzrost kompetencji i wykształcenia społeczeństwa skutkujący podniesieniem liczby wysoko wykwalifikowanych pracowników. Jest to bezpośrednio związane m.in. z wypromowaniem 2 inżynierów oraz 3 magistrów inżynierów w dziedzinie inżynieria materiałowa. Ponadto przekazana wiedza na temat syntezy termojądrowej i projektu wykorzystania jej jako źródła energii dla przyszłych pokoleń może skutkować większą aprobatą społeczną dla tego rozwiązania, które w przyszłości może stać się konieczną alternatywą dla zaspokojenia potrzeb energetycznych zarówno w ujęciu krajowym jak i globalnym. 8. UPOWSZECHNIENIE WYNIKÓW Publikacje w czasopismach naukowych posiadających współczynnik wpływu Impact Factor (IF), znajdujących się w bazie Journal Citation Reports (JCR)*: (dotyczy publikacji zawierających informację o tym, ze realizacja zadania badawczego została sfinansowana przez NCBR. Wersje elektroniczne lub linki do publikacji należy dołączyć do raportu.) 11

12 1. P. Bilski, W. Gieszczyk, B. Obryk, K. Hodyr. Comparison of commercial thermoluminescent readers regarding high-dose high-temperature measurements. Radiat. Meas. 65, 8-13 (2014) DOI: /j.radmeas M. Chernyshova, T. Czarski, S. Jabłoński, E. Kowalska-Strzęciwilk, K. Poźniak, G. Kasprowicz, W. Zabołotny, A. Wojeński, A. Byszuk, M. Burza, B. Juszczyk, P. Zienkiewicz, Development of 2D imaging of SXR plasma radiation by means of GEM detectors, Wysłano do druku w: SPIE, Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High-Energy Physics Experiments. 3. T. Czarski, M. Chernyshova, K.T. Pozniak, G. Kasprowicz, A. Byszuk, B. Juszczyk, P. Kolasinski, M. Linczuk, A. Wojenski, W. Zabolotny, P. Zienkiewicz, Data processing and analysis for 2D imaging GEM detector system, Wysłano do druku w: SPIE, Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High- Energy Physics Experiments. 4. T. Czarski, M. Chernyshova, K. T. Pozniak, G. Kasprowicz, A. Byszuk, B. Juszczyk, A. Wojenski, W. Zabolotny. Data processing for soft X-ray diagnostics based on GEM detector measurements for fusion plasma imaging, Wysłano do druku w: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 5. F. Dabrowski, L. Ciupinski, M. Paduch, Carbon fiber composite grade A412N resistance to intense plasma-ion streams emitted from PF-1000, Phys. Scripta, T161, 2014 doi: / /2014/t161/ W. Gieszczyk, P. Bilski, B. Obryk, P. Olko, A.J.J. Bos, Measurements of high-temperature emission spectra of highly irradiated LiF:Mg,Cu,P TL detectors, Radiat. Meas., 56, (2013) DOI: /j.radmeas W. Gieszczyk, P. Bilski, B. Obryk, P. Olko, A.J.J. Bos, Spectral characteristic of high-dose high-temperature emission from LiF:Mg,Cu,P TL detectors, Radiat. Meas., 53-54, (2013) DOI: /j.radmeas P. Kolasinski, K. T. Pozniak, T. Czarski, M. Linczuk, A. Byszuk, M. Chernyshova, B. Juszczyk, G. Kasprowicz, A. Wojenski, W. Zabolotny, P. Zienkiewicz, D. Mazon, P. Malard, A. Herrmann, D. Vezinet, Serial Data Acquisition for GEM-2D detector, Wysłano do druku w: SPIE, Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High-Energy Physics Experiments. 9. E. Kowalska-Strzęciwilk, W. Skrzeczanowski, A. Czarnecka, M. Kubkowska, M. Paduch and E. Zielinska, Principal component analysis of soft x-ray signals generated by the PF-1000 facility in experiments with solid targets, Physica Scripta T161 (2014) (4pp) M. Kubkowska, P. Gąsior, E. Kowalska-Strzęciwilk, E. Fortuna-Zaleśna, J. Grzonka, L. Ciupiński: Investigation of the irradiation effects on laser-removal and surface morphology of mixed material sample. Journal of Nuclear Materials (2013) 438, S750-S M. Kubkowska, E. Skladnik-Sadowska, R. Kwiatkowski, K. Malinowski, E. Kowalska-Strzęciwilk, M. Paduch, M.J. Sadowski, T.Pisarczyk, T. Chodukowski, Z. Kalinowska, E. Zielinska and M. Scholz, Investigation of interactions of intense plasma streams with tungsten and CFC targets in the PF-1000 facility, Physica Scripta T161 (2014) (5pp) R. Kwiatkowski, K. Malinowski, M.J. Sadowski: Computer simulation of charged fusion-products trajectories and detection efficiency expected for future experiments within COMPASS tokamak, Physica Scripta T161 (2014) doi: / /2014/t161/ B. Obryk, K. Skowrońska, A. Sas-Bieniarz, L. Stolarczyk, P. Bilski, High-dose high-temperature emission of LiF:Mg,Cu,P: Thermally and radiation induced loss & recovery of its sensitivity, Radiat. Meas., 56 (2013) DOI: /j.radmeas Z. Oksiuta, A. Oziębło, K. Perkowski, M. Osuchowski, M. Lewandowska, Influence of HIP pressure on tensile properties of a 14Cr ODS ferritic steel, Fus. Eng. Des. 89 (2014) M.J. Sadowski and TJ5 Team: Progress in high-temperature plasma research at NCBJ (former IPJ) in Poland; Problems of Atomic Sci. and Technol., Ser. Plasma Phys. No. 6(82) (2012) M.J. Sadowski, K. Czaus, R. Kwiatkowski, K. Malinowski, E. Składnik-Sadowska, J. Żebrowski, M. Paduch, M. Scholz, I.E. Garkusha, V.A. Makhlay: Passive corpuscular diagnostics of charged particles emission from 12