RAPORT ROCZNY Z REALIZACJI ZADANIA BADAWCZEGO 1 Nr 2 pt. Badania i rozwój technologii dla kontrolowanej fuzji termojądrowej w ramach 1. DANE LIDERA strategicznego projektu badawczego 2 pt.. Technologie wspomagające rozwój bezpiecznej energetyki jądrowej CZĘŚĆ A Numer umowy SP/J/2/143234/11 Okres sprawozdawczy od 01/01/2013 do 31/12/2013 Nazwa Adres INSTYTUT FIZYKI JĄDROWEJ IM. HENRYKA NIEWODNICZAŃSKIEGO PAN ul. Radzikowskiego 152, 31-342 Kraków Telefon 12 6628200 Fax 12 6628458 E-mail dyrektor@ifj.edu.pl Imię i nazwisko Prof. dr hab. Urszula Woźnicka Kierownik zadania badawczego Telefon 12 6628336 E-mail Urszula.Woznicka@ifj.edu.pl Imię i nazwisko Prof. dr hab. Urszula Woźnicka Osoba do kontaktu Telefon 12 6628336 E-mail Urszula.Woznicka@ifj.edu.pl 1 Raport powinien zostać przygotowany na podstawie Raportów rocznych z realizacji części zadania badawczego, dostarczonych przez wykonawców Liderowi wg wzoru zamieszczonego na stronie internetowej NCBR. Lider jest zobowiązany do archiwizowania raportów z części zadania badawczego i udostępniania ich NCBR na każde żądanie. 2 Niepotrzebne skreślić
2. SPRAWOZDANIE MERYTORYCZNE Z REALIZACJI ZADANIA BADAWCZEGO 2.1. Wykaz prac i wyników w poszczególnych etapach Poniżej należy wymienić prace zrealizowane w poszczególnych etapach w okresie sprawozdawczym oraz uzyskane wyniki w odniesieniu do Opisu zadania badawczego. Etap nr 1(IFPiLM) (kierownik etapu: dr Monika Kubkowska) 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. Zrealizowane prace Czy zrealizowano zgodnie z Najważniejsze wyniki Sposób wykorzystania wyni- Opisem zadania badawcze- ków w dalszych etapach zada- go? nia badawczego tak/nie/częściowo 3 Pomiary parametrów swobodnych strumienia plazmy emitowanych z układu DPF- 1000U oraz pomiary oddziaływania strumieni z tarczą węglową w zależności od ciśnienia gazu roboczego i energii generatora. Analiza i opracowanie wyników sesji eksperymentalnych Tak Eksperymenty wykazały, że zastosowanie iniekcji gazu znacząco wpływa na zwiększenie koncentracji elektronowej, szczególnie w początkowej fazie wyładowania, tuż po maksymalnej kompresji. Zastosowanie osiowego zaworu gazowego sprawia, że koncentracja elektronowa wzrasta wraz ze wzrostem napięcia. Średnie wyjścia neutronów w układzie gaspuff były większe niż przed modernizacją PF- 1000. Analiza interferogramów pokazała, że iniekcja poosiowa gazu stabilizuje i wydłuż w czasie strumienie plazmowe, co wpływa na czas dotarcia strumieni plazmowych do badanej tarczy. W przypadku oddziaływania strumieni plazmy z tarczą Odpowiedni dobór i rozmieszczenie diagnostyk na układzie DPF-1000U pozwoli na przeprowadzenie sesji eksperymentalnych, które mają na celu zbadanie oddziaływania strumieni plazmowych z tarczami CFC i wolframowymi. Zastosowanie układu interferometrycznego do wyzwalania wszystkich diagnostyk, pozwoli uruchomić pomiary w tym samym momencie trwania zjawiska, niezależnie od zmian warunków prowadzenia eksperymentu. Dane eksperymentalne częściowo będą wykorzystane jako dane wejściowe do modelu matematyczno-fizycznego, będącego tematem etapu 2. Uzyskane wyniki eksperymentalne pozwolą porównać wpływ strumieni plazmy na tarczę węglową i wolframową. 3 Jeśli zaznaczono nie lub częściowo, należy przedstawić odpowiednie wyjaśnienia w pkt 3. Strona 2 z 41
Syntetyczny opis zastosowanych metod badawczych i użytej aparatury CFC liczba ta przy powierzchni próbki wzrasta, co wskazuje na ablację materiału. Parametry plazmy zostały określone na podstawie następujących diagnostyk: 16-kadrowa interferometria do rejestracji pojedynczego kadru w czasie krótszym niż 1 ns z odstępem między kadrami rzędu 10 20 ns. Zestaw 4 detektorów półprzewodnikowych do rejestracji prom. X. Spektroskopia optyczna. Układ liczników i sond do pomiarów neutronowych Do wyznaczenia rozkładu koncentracji elektronowej zastosowano analizę kształtu linii serii Balmera deuteru i poszerzenie Starka. Zmiany koncentracji elektronowej w czasie wzdłuż osi z układu DPF-1000U oraz ilość cząstek, wyznaczono na podstawie analizy zarejestrowanych interferogramów. 2.1. Wykaz prac i wyników w poszczególnych etapach Poniżej należy wymienić prace zrealizowane w poszczególnych etapach w okresie sprawozdawczym oraz uzyskane wyniki w odniesieniu do Opisu zadania badawczego. Etap nr 2 (IFPiLM) (kierownik etapu: dr hab. Roman Zagórski) pt. Opracowanie modelu matematyczno-fizycznego opisującego oddziaływanie impulsowych strumieni plazmy z tarczami oraz przeprowadzenie obliczeo dla eksperymentów wykonanych w Etapie 1.1. Zrealizowane prace Czy zrealizowano zgodnie z Opisem zadania badawczego? Najważniejsze wyniki Sposób wykorzystania wyników w dalszych etapach zadania badawczego tak/nie/częściowo 4 Opracowanie szczegółowego modelu nagrzewania, topienia i odparowania próbki wolframowej. Rozwój kodu numerycznego na podstawie przyjętego modelu fizycznego. Przetestowano opracowany na poprzednim etapie kod numeryczny opisujący odparowanie materiałów pod wpływem silnego strumienia plazmy. Tak Przyjęto równania i warunki brzegowe opisujące ewolucję entalpii próbki podczas jej nagrzewania strumieniem plazmy. Sprawdzono zachowawczość i stabilność użytego schematu obliczeniowego. Przeprowadzono serię testowych obliczeń dla oddziaływania stałych w czasie, różnych strumieni energii z próbką wolframową. Dopasowano siatkę numeryczną i zmienny krok czasowy do fizycznych W związku z prowadzonymi eksperymentami, kod przystosowywany jest do symulowania bombardowania kompozytów węglowych "ITER-grade". Uzyskano modelowe wyniki dla stałego padające strumienia energii. Po otrzymaniu danych doświadczalnych, kod może być przystosowany do opisu bombardowania strumieniami zmiennymi w czasie. 4 Jeśli zaznaczono nie lub częściowo, należy przedstawić odpowiednie wyjaśnienia w pkt 3. Strona 3 z 41
parametrów problemu. Syntetyczny opis zastosowanych metod badawczych i użytej aparatury Przyjęto opis jednowymiarowy w kierunku równoległym do padającego strumienia plazmy. W modelu przyjęto stałą gęstość metalu w fazie skondensowanej (co jest uzasadnione fizycznie) i nie uwzględniono jego ruchu, ani deformacji. Do rozwiązania numerycznego równania dyfuzji ciepła użyto schematu Cranka Nicholsona. Zastosowany schemat numeryczny prowadzi do trójpasmowego układu równań liniowych. Był on rozwiązywany za pomocą metody progonki. Dobrano sztywną, ruchomą siatkę obliczeniową odpowiednią do rozwiązywania problemu Stefana. 2.1. Wykaz prac i wyników w poszczególnych etapach Poniżej należy wymienić prace zrealizowane w poszczególnych etapach w okresie sprawozdawczym oraz uzyskane wyniki w odniesieniu do Opisu zadania badawczego. Etap nr 3 (IFJ PAN) (kierownik etapu: dr hab. Krzysztof Drozdowicz) pt. Koncepcja nowych metod diagnostyki produktów syntezy termojądrowej Zrealizowane prace Czy zrealizowano zgodnie z Najważniejsze wyniki Sposób wykorzystania wyni- Opisem zadania badawcze- ków w dalszych etapach zada- go? nia badawczego tak/nie/częściowo 5 a) Badanie wpływu temperatury i zakłóceń energetycznych na pracę detektorów diamentowych (cz. 2). b) Wykonanie i uruchomienie liniowej matrycy detektorów quasi-punktowych. a) Zbadanie odpowiedzi detektorów diamentowych na detekcję szybkich jonów w polu mieszanego promieniowania (, p, d, n, e, ). Zbudowanie dedykowanego układu i zbadanie odpowiedzi detektorów diamentowych w temperaturach 20-250 C. b) Uruchomienie i testy działania torów pomiarowych z quasipunktowymi detektoa) Ocena wpływu zakłócającego promieniowania na spektrometryczną rejestrację danych jonów. Zdefiniowanie temperaturowego zakresu spektrometrycznych pomiarów prędkich jonów przy zastosowaniu detektorów diamentowych sccvd w tokamaku. b) Wyniki posłużą do decyzji o końcowym projekcie budowy matrycy detektorów quasi-punktowych. 5 Jeśli zaznaczono nie lub częściowo, należy przedstawić odpowiednie wyjaśnienia w pkt 3. Strona 4 z 41
c) Wykonanie bezwzględnej kalibracji urządzenia DET-12. Syntetyczny opis zastosowanych metod badawczych i użytej aparatury rami scyntylacyjnymi i transmisją światłowodową (źródło neutronowe Pu-Be oraz generator neutronów IGN- 14). c) Pełny opis geometryczno-materiałowy dla symulacji metodą MC transportu promieniowania w urządzenia DET-12 do pomiaru neutronów opóźnionych. Teoretyczna analiza udziału grup prekursorów (w przybliżeniu 6- i 8-grupowym) c) Podstawa do opracowania metody dekompozycji krzywej czasowego zaniku neutronów opóźnionych w celu oszacowania wielkości pierwotnego strumienia neutrów z urządzenia fuzyjnego. a) Pomiary spektrometryczne detektorami diamentowymi CVD z użyciem źródeł izotopowych i generatora neutronów IGN-14 jako źródła promieniowania mieszanego n (14 lub 2.5 MeV),, p, d, jony 3 T i 3 He, e,. Układ do testowania detektorów CVD w podwyższonych temperaturach wykonany w IFJ wg własnego projektu. b) Rejestracja impulsów z torów detekcyjnych (miniaturowy scyntylator, światłowód, miniaturowy fotopowielacz, zasilacze, oscyloskop, karta PC), neutronowe źródło izotopowe Pu-Be, generator neutronów IGN-14. c) Modelowanie transportu neutronów kodem MCNP, komputery PC i klaster McRadiat. 2.1. Wykaz prac i wyników w poszczególnych etapach Poniżej należy wymienić prace zrealizowane w poszczególnych etapach w okresie sprawozdawczym oraz uzyskane wyniki w odniesieniu do Opisu zadania badawczego. Etap nr 4 (NCBJ) (kierownik etapu: prof. dr hab. Marek J. Sadowski) pt. Zaprojektowanie, wykonanie i laboratoryjne przetestowanie dwóch różnych urządzeo diagnostycznych przeznaczonych do analizy wysoko-energetycznych jonów (w tym produktów reakcji syntezy) i przystosowanych do warunków eksperymentalnych występujących w układach typu tokamak. Zrealizowane prace Czy zrealizowano zgodnie z Opisem zadania badawczego? Najważniejsze wyniki Sposób wykorzystania wyników w dalszych etapach zadania badawczego tak/nie/częściowo 6 6 Jeśli zaznaczono nie lub częściowo, należy przedstawić odpowiednie wyjaśnienia w pkt 3. Strona 5 z 41
Montaż sond diagnostycznych oraz ich sprawdzenie próżniowe i wstępne testy na dostępnych stanowiskach plazmowych w IPJ, IFPiLM i za granicą. 1.Weryfikacja i uzupełnienie dokumentacji technicznowykonawczej. TAK Kompletna dokumentacja dwóch sond pomiarowych. Do wykonania sond pomiarowych. 2.Testy eksploatacyjne sond (w tym szczelności próżniowej) Praktyczne sprawdzenie działania sond Gotowość do przeprowadzenia pomiarów fizycznych 3.Symulacje komputerowe trajektorii jonów Syntetyczny opis zastosowanych metod badawczych i użytej aparatury Symulacje warunków eksperymentalnych Przygotowanie teoretyczne do pomiarów w układzie COMPASS Wykonanie prób próżniowych i testów laboratoryjnych sond w układach eksperymentalnych RPI-IBIS i PF-360 przed przystąpieniem do szczegółowych pomiarów fizycznych. 2.1. Wykaz prac i wyników w poszczególnych etapach Poniżej należy wymienić prace zrealizowane w poszczególnych etapach w okresie sprawozdawczym oraz uzyskane wyniki w odniesieniu do Opisu zadania badawczego. Etap nr 5 (IFPiLM) (kierownik etapu: dr Maryna Chernyshova) pt. Opracowanie technologii obrazowania plazmy w zakresie promieniowania rentgenowskiego na potrzeby diagnostyki monitorowania zanieczyszczeo uwalnianych ze ścian reaktora termojądrowego Zrealizowane prace Czy zrealizowano zgodnie z Opisem zadania badawczego? Najważniejsze wyniki Sposób wykorzystania wyników w dalszych etapach zadania badawczego tak/nie/częściowo 7 Analiza otrzymanych wyników i optymalizacja parametrów modelowego detektora. Tak Z wykonanych 5 różnych architektur płyty pikselowej kompatybilnej z częścią mechaniczną do pierwszych testów została wybrana płyta z sześciokątami foremnymi. Dla tego odczytu przetestowano modelowy detektor dla różnych konfiguracji Opracowanie narzędzi dla prostszej płytki odczytu posłuży podstawą dla bardziej skomplikowanych układów i algorytmów przetwarzania sygnałów. Przeprowadzone symulacje pomogą zweryfikować poprawność zaproponowanej technologii obrazowania plazmy. 7 Jeśli zaznaczono nie lub częściowo, należy przedstawić odpowiednie wyjaśnienia w pkt 3. Strona 6 z 41
Przygotowanie projektu technologii i konstrukcja detektora do obrazowania 2D w zakresie promieniowania rentgenowskiego Syntetyczny opis zastosowanych metod badawczych i użytej aparatury częściowo układu detektor- źródło i zdefiniowano punkt pracy detektora. Pomiary wykazały, że dla niskich intensywności źródła zadowalający jest prostszy algorytm wyznaczania pozycji i energii. Dla bliskich odległości od detektora do pinhole a trzeba uwzględniać deformację dla brzegowych pikseli. Przygotowano projekt detektora finalnego bazującego na poprzednim rozwiązaniu komory roboczej detektora oraz projekt technologii elektronicznego toru odczytu dla obrazowania plazmy. Sprawdzono podstawową geometrię odczytu. Odwzorowano laboratoryjne źródła promieniowania i rozpoczęto prace nad uniwersalnym algorytmem określenia pozycji i energii fotonów. Zaprojektowano i wyprodukowano finalną elektronikę, która będąc bardzo nowatorskim i złożonym układem, jest uruchomiana i testowana. Wstępnie przygotowano przetestowanie detektora modelowego podczas kampanii na tokamaku ASDEX. Uzyskane wyniki umożliwią przygotowanie finalnej technologii obrazowania plazmy rozpoczynając od jednej z prostszych struktur odczytu i posłużą do stworzenia finalnej elektroniki odczytu i analizy danych. Testy eksperymentalne na tokamaku ASDEX posłużą do finalnej weryfikacji i optymalizacji technologii obrazowania plazmy. Część elektroniczna projektu była budowana i uruchomiana etapami. PCB i schematy opracowano w środowisku Altium Designer. Symulacji elektromagnetycznych w zakresie SIgnal Integrity dokonano za pomocą pakietu Hyperlynx, dokumentację produkcyjną stworzono narzędziem Camtastic, a tor analogowy symulowano programem Tina Texas Instruments. Przy projektowaniu PCB posiłkowano się programem SATURN, którym weryfikowano poprawność pakietu Altium w zakresie wyznaczanych impedancji charakterystycznych linii sygnałowych. Po wyprodukowaniu płyt Backplane FPGA, AFE oraz Switch przystąpiono do ich uruchomienia. Tor zasilania płyty Backplane FPGA został oprogramowany przy użyciu środowiska LPC Expresso wraz z debugerem sprzętowym. Przydatny tutaj był zestaw rozwojowy firmy Exar - pozwolił on przetestować programowanie zasilacza zanim zrobiono to na systemie docelowym. W ten sposób zmniejszono ryzy- Strona 7 z 41
ko uszkodzenia drogiego układu FPGA. Posługując się oscyloskopem Mixed- Signal MSO4014 usunięto kilka drobnych błędów projektowych w torze AFE, na Backplane FPGA i w switchu. Następnie użyto pakietu Xilinx ISE oraz narzędzi wbgen i hdlmake do stworzenia firmware dla układu FPGA. Część z tych prac wykonano już przed produkcją by zweryfikować założenia przyjęte podczas projektowania schematów Backplane FPGA. Prace przy firmware to znaczna część wszystkich prac nad projektem. Obecnie uruchomiono konfigurację, diagnostykę oraz komunikację. System zbiera dane z detektora GEM w trybie sygnałowym oraz poprzez interfejs PCI Express zapisuje na dysk komputera. Przy uruchomianiu toru AFE użyto generatora sygnałów arbitralnych DDS AWG firmy Tektronix, który symulował impulsy ładunkowe z detektora. Napisano też oprogramowanie diagnostyczne i sterujące systemem akwizycji, zostało ono stworzone przy pomocy języków C++ oraz Python. Do badań laboratoryjnych użyto: systemu gazowego firmy BetaErg, komputera z zainstalowanym Matlabem, elektroniki analogowej i cyfrowej z dotychczasowego systemu zbierania danych z detektorów GEM-owych, dedykowanego zasilacza WN do zasilania elektrod detektora. 2.1. Wykaz prac i wyników w poszczególnych etapach Poniżej należy wymienić prace zrealizowane w poszczególnych etapach w okresie sprawozdawczym oraz uzyskane wyniki w odniesieniu do Opisu zadania badawczego. Etap nr 6 (IFJ PAN) (kierownik etapu: dr hab. Paweł Bilski) pt.opracowanie metod dozymetrycznych dla wysokich dawek w mieszanych polach promieniowania przy użyciu pasywnych detektorów luminescencyjnych Zrealizowane prace Czy zrealizowano zgodnie z Najważniejsze wyniki Sposób wykorzystania wyni- Opisem zadania badawcze- ków w dalszych etapach zada- go? nia badawczego tak/nie/częściowo 8 Badania wpływu wysokiej temperatury na charakterystykę dawkową detektorów luminescencyjnych. 1 Naświetlania detektorów w zakresie ultra-wysokich dawek. 2 Pomiary termoluminescencji, TL. 3 Pomiary fotoluminescencji, FL. TAK Ad.1. Wykonano stanowisko do naświetlania detektorów TL w podwyższonej temperaturze, składające się z grzejnika elektrycznego i aluminiowego uchwytu na detektory. Detektory MCP-N eksponowano w temperaturze pokojowej oraz w 145 C i 180 C. Użyte dawki to 1, 20 i 100 kgy. Moc dawki pochłoniętej elektronów wynosiła ok. 1.5 kgy/min. Ad 2. Na części naświe- Zgromadzony zbiór danych poddawany będzie dalszym analizom w ramach zaplanowanego na rok 2014 zadania Optymalizacja analizy i kwantyfikacji krzywych świecenia. 8 Jeśli zaznaczono nie lub częściowo, należy przedstawić odpowiednie wyjaśnienia w pkt 3. Strona 8 z 41
Syntetyczny opis zastosowanych metod badawczych i użytej aparatury tlonych detektorów zostały przeprowadzone także badania stabilności sygnału w czasie długotrwałego przechowywania w podwyższonej temperaturze: 50 C przez 14 dni. Ad. 3. Wyniki pomiarów FL sugerują możliwość łącznego pomiaru termo- i fotoluminescencji z tego samego detektora, co powinno znacznie poprawić dokładność pomiaru dawki. Zagadnienie to wymaga dalszych badań, wykraczających poza zakres zaplanowany w niniejszym projekcie. Ad. 1. Naświetlania przeprowadzone zostały w Międzyresortowym Inst. Techniki Radiacyjnej (MITR) Politechniki Łódzkiej w czerwcu 2013 z wykorzystaniem akceleratora liniowego przyspieszającego elektrony do energii 6 MeV. Dawki określono przy pomocy dawkomierzy radiochromowych B3 (Gex Corporation, USA). Ad. 2. Odczyty detektorów napromienionych w MITR przeprowadzone zostały w IFJ PAN przy użyciu zakupionego na potrzeby projektu czytnika termoluminescencyjnego typu Harshaw 3500 (Thermo Electron, USA). Ad. 3. Pomiary fotoluminescencji detektorów MCP-N naświetlonych wysokimi dawkami zostały wykonane przy użyciu czytnika Helios-2 przy stymulacji światłem o długości 470 nm i pomiarze emisji dla długości 530 nm. 2.1. Wykaz prac i wyników w poszczególnych etapach Poniżej należy wymienić prace zrealizowane w poszczególnych etapach w okresie sprawozdawczym oraz uzyskane wyniki w odniesieniu do Opisu zadania badawczego. Etap nr 7 (ACS) (kierownik etapu: mgr inż. Ryszard Socha) pt. Zaprojektowanie i wykonanie prototypu szybkiej, wielo-kadrowej kamery wizyjnej z dodatkowym bramkowaniem elektrooptycznym przeznaczonej do rejestracji procesów erozji tarczy obciążanej impulsowymi strumieniami plazmy. Zrealizowane prace Czy zrealizowano zgodnie z Opisem zadania badawczego? Najważniejsze wyniki Sposób wykorzystania wyników w dalszych etapach zadania badawczego Strona 9 z 41
tak/nie/częściowo 9 1. Wykonano wstępne testy prototypu kamery 2. Wykonano finalne testy eksploatacyjne kamery poprzez wykonanie sesji eksperymentalnych na urządzeniu DPF-1000U. Przeprowadzono badania poprawności działania układu Gas-puff i wykonano wizualizację targetu obciążanego strumieniem plazmy. 3. Przygotowano raport końcowy i dokumentację techniczną. Syntetyczny opis zastosowanych metod badawczych i użytej aparatury TAK Przeprowadzone eksperymenty potwierdziły poprawność pracy kamery i zgodność jej parametrów z założeniami konstrukcyjnymi. Otrzymane wyniki posłużyły do modyfikacji sposobu mocowania targetów w komorze eksperymentalnej DPF-1000U. Wykonano serie zdjęć i dokonano analizy jakościowej i ilościowej dynamiki targetu obciążanego strumieniem plazmy w urządzeniu DPF-1000U. 2.1. Wykaz prac i wyników w poszczególnych etapach Poniżej należy wymienić prace zrealizowane w poszczególnych etapach w okresie sprawozdawczym oraz uzyskane wyniki w odniesieniu do Opisu zadania badawczego. Etap nr 8 (IFPiLM) (kierownik etapu: dr Marian Paduch) pt. Adaptacja układu PF-1000 do realizacji celu szczegółowego 1. Zrealizowane prace Czy zrealizowano zgodnie z Najważniejsze wyniki Sposób wykorzystania wyni- Opisem zadania badawcze- ków w dalszych etapach zada- go? nia badawczego tak/nie/częściowo 10 Testowanie systemu diagnostyk do pomiaru parametrów plazmy powstającej przy powierzchni tarcz z różnych materiałów Tak Z sukcesem zsynchronizowano testowane diagnostyki z pracą urządzenia DPF- 1000U. Wyniki badań testowych i pomiarów wykorzystane będą do realizacji Etapów 1, 2,.4, 11. Pomiary parametrów strumienia plazmy Uzyskano wysokiej jakości interferogramy, Etap 1 9 Jeśli zaznaczono nie lub częściowo, należy przedstawić odpowiednie wyjaśnienia w pkt 3. 10 Jeśli zaznaczono nie lub częściowo, należy przedstawić odpowiednie wyjaśnienia w pkt 3. Strona 10 z 41
emitowanego z układu DPF-1000U w miejscu mocowania tarczy w zależności od ciśnienia gazu roboczego i energii generatora układu. Badanie czasowoprzestrzennych parametrów plazmy i jej widma promieniowania, przy powierzchni tarczy węglowej poddanej działaniu impulsowego strumienia plazmy dla ustalonych warunków pracy układu DPF-1000U Wstępne badania testowe urządzeń diagnostycznych przeznaczonych do analizy wysokoenergetycznych jonów Wstępny pomiar pędu przekazywanego przez strumienie plazmy próbce wolframowej Pomiar luminancji tarczy obciążonej impulsowymi strumieniami plazmy na urządzeniu DPF- 1000U widma ze spektrografu optycznego, sygnały z PIN diod oraz obrazy rentgenowskie plazmy dla wszystkich warunków energetycznociśnieniowych. Zarejestrowano sygnały i obrazy plazmy w warunkach identycznych jak w sesji bez tarcz, co ułatwi interpretacje mechanizmów oddziaływania plazma-tarcza. Zarejestrowano parabole w spektrometrze Thompsona i czasową emisję jonów dla trzech wartości ich energii Pomierzono prędkość próbki napędzonej przez plazmę dla dwu wartości napięcia ładowania baterii DPF- 1000U Przeprowadzono pomiary zmieniając warunki eksperymentu to znaczy: wielkość rejestrowanego obrazu, czas ekspozycji, wzmocnienie kamery i odstęp między Etap 1, 11 Etap 1, 2 Etap 1, 2, 11, 12 Etap 1, 2 Projekt, wykonanie i uruchomienie: systemy mocowania tarcz (układ śluzy umożliwiający wprowadzanie tarczy bez zapowietrzania komory, układ umożliwiający pozycjonowanie tarczy) Zbudowano śluzę i system mocowania pozwalający na stabilne i precyzyjne (przestrzennie mocowanie tarcz o wymiarach 10x10x10mm Etap 1, 2, 11, 12 Strona 11 z 41
Syntetyczny opis zastosowanych metod badawczych i użytej aparatury W badaniach zastosowano układy do pomiaru charakterystyk napięciowoprądowych generatora, a ponadto szereg specjalistycznych diagnostyk takich jak: 1. rutynowe (napięciowo-prądowe charakterystyki wyładowania) 2. wielokadrowa interferometria pozwalająca wizualizować powstającą plazmę i określenie rozkładów przestrzennych koncentracji elektronów, 3. spektroskopia widzialna i rentgenowska umożliwiające określenie parametrów plazmy powstającej w pobliżu tarczy, 4. system detektorów miękkiego promieniowania X pozwalający na rejestrację zmian emisji promieniowania w wybranych zakresach widmowych z określonej części sznura plazmowego, 5. Rentgenowskie kamery typu camera obscura przeznaczone do zobrazowania emisji tego promieniowania z obszaru zgęstka plazmowego i tarczy. 2.1. Wykaz prac i wyników w poszczególnych etapach Poniżej należy wymienić prace zrealizowane w poszczególnych etapach w okresie sprawozdawczym oraz uzyskane wyniki w odniesieniu do Opisu zadania badawczego. Etap nr 9 (IFJ PAN) (kierownik etapu: mgr inż. Arkadiusz Kurowski) pt. Adaptacja i wyposażenie laboratorium pomiarów neutronowych w IFJ dla rozwoju metod detekcji produktów syntezy t-j. Zrealizowane prace Czy zrealizowano zgodnie z Opisem zadania badawczego? Najważniejsze wyniki Sposób wykorzystania wyników w dalszych etapach zadania badawczego Uruchomienie stanowisk pomiarowych do pomiarów neutronowych z detektorami quasi-punktowymi. Syntetyczny opis zastosowanych metod badawczych i użytej aparatury tak/nie/częściowo 11 TAK Sprawdzono działanie układu scyntylatora rozbudowanego i uzupełnionego o dalszą elektronikę przy źródłach neutronów. Określono geometrię pomiaru. Wykonano pomiary testowe na źródle NSNS-2 w celu oceny wydatku na neutronów i położenia detektora scyntylacyjnego. Wykonane testy pozwolą rozbudować stanowiska pomiarowe o większą ilość detektorów quasipunktowych przy generatorze neutronów 14MeV i NSNS-2 oraz zaprojektować matrycę detektorów w celu obrazowania pola neutronowego, tzw. camera obscura na neutrony. Zestaw elektroniki został uzupełniony o dalsze moduły umieszczone w kasecie NIM, takie jak analizatory, moduły wysokiego napięcia oraz dodatkowo w celu obserwowania i analizy sygnału z detektora został podłączony oscyloskop. Całość aparatury ze względu na promieniowanie została umieszczona poza pomieszczeniem generatora neutronów. Detektor scyntylacyjny został połączony z aparaturą za pomocą 15 metrowego światłowodu (SH8001). 11 Jeśli zaznaczono nie lub częściowo, należy przedstawić odpowiednie wyjaśnienia w pkt 3. Strona 12 z 41
2.1. Wykaz prac i wyników w poszczególnych etapach Poniżej należy wymienić prace zrealizowane w poszczególnych etapach w okresie sprawozdawczym oraz uzyskane wyniki w odniesieniu do Opisu zadania badawczego. Etap nr 10 (NCBJ) (kierownik etapu: dr Jarosław Żebrowski) pt. Adaptacja i dodatkowe wyposażenie laboratorium plazmowego w NCBJ dla realizacji Etapu 4. Zrealizowane prace Czy zrealizowano zgodnie z Najważniejsze wyniki Sposób wykorzystania wyni- Opisem zadania badawcze- ków w dalszych etapach zada- go? nia badawczego tak/nie/częściowo 12 1. Kompleksowe prace modernizacyjne zespołów Z-1, Z-2, Z-3 generatora wraz z próbami wysoko-napięciowymi 2. Modernizacja podłączeń energetycznych, wykonanie nowego systemu zasilania klatki Faraday a, kompleksowa modernizacja systemu pneumatyki, opracowanie założeń i uruchomienie systemu monitoringu TAK TAK Wykonanie całkowitej modernizacji tych zespołów, co łącznie ze zmodernizowanym wcześniej zespołem Z- 4 stanowi całość generatora. Oddanie do dyspozycji nowoczesnego systemu spełniający normy podłączeń energetycznych, zwiększenie dopuszczalnego poboru mocy i niezawodności pracy, nowoczesny i niezawodny system zasilania w sprężone powietrze, monitoring pracy układu PF-360 Umożliwienie kontynuacji prac w kolejnym etapie Umożliwia bezpieczną eksploatację układu PF-360 w kolejnym etapie zadania badawczego 3. Opracowanie projektu nowych elektrod 4. Wstępne uruchomienie generatora TAK TAK Rysunki wykonawcze i zgromadzony materiał Uzyskano emisję neutronów Umożliwia wykonanie elektrod Umożliwia kontynuację prac w kolejnym etapie Syntetyczny opis zastosowanych metod badawczych i użytej aparatury Przeprowadzenie kompleksowych prac adaptacyjnych generatora układu PF-360 oraz dodatkowych systemów niezbędnych do pracy tego układu 12 Jeśli zaznaczono nie lub częściowo, należy przedstawić odpowiednie wyjaśnienia w pkt 3. Strona 13 z 41
2.1. Wykaz prac i wyników w poszczególnych etapach Poniżej należy wymienić prace zrealizowane w poszczególnych etapach w okresie sprawozdawczym oraz uzyskane wyniki w odniesieniu do Opisu zadania badawczego. Etap nr 11 (PW WIM) (kierownik etapu: dr Łukasz Ciupiński) pt. Badania z zakresu inżynierii materiałowej próbek poddanych działaniom impulsowych strumieni plazmy. Zrealizowane prace Czy zrealizowano zgodnie z Najważniejsze wyniki Sposób wykorzystania wyni- Opisem zadania badawcze- ków w dalszych etapach zada- go? nia badawczego tak/nie/częściowo 13 1.Ekspozycja tarcz wykonanych z CFC i wolframu w dziale plazmowym PF-1000 2.Badania materiałowe próbek kompozytu CFC i wolframu po ekspozycji w PF-1000. 3. Ekspozycja próbek wolframu w dziale plazmowym PF 1000U 4. Badania materiałowe próbek wolframu po ekspozycji w PF- 1000U. TAK Badania wolframu po ekspozycji w dziale plazmowym PF-1000U stwierdziły, że w przeciwieństwie do oddziaływania plazmy przed modyfikacją układu próbki tarcz wolframowych zostały pokryte warstwami materiału elektrod działa, których liczba odpowiadała ilości wyładowań. Zaobserwowano tak jak poprzednio wzrost ziaren kolumnowych w strefie przypowierzchniowej tarczy, także w przypadku tarcz wykonanych z blach wolframowych. Etap badawczy został zakończony w bieżącym okresie sprawozdawczym. Uzyskane wyniki posłużyły do przygotowania pracy magisterskiej obronionej we wrześniu 2013 r. oraz były prezentowane na międzynarodowej konferencji PLA- SMA 2013. Badania kompozytu CFC po ekspozycji w PF-1000U stwierdziły że kompozyt w niewielkim stopniu ulega degradacji pod wpływem strumieni plazmy deuterowej. Mechanizm degradacji polega na usuwaniu przez wiązkę plazmy osnowy oraz węgla pirolitycznego z powierzchni 13 Jeśli zaznaczono nie lub częściowo, należy przedstawić odpowiednie wyjaśnienia w pkt 3. Strona 14 z 41
włókien prowadząc do dużego rozwinięcia powierzchni kompozytu. Wiązki włókien i sam kompozyt zachowują spójność pod działaniem plazmy. Syntetyczny opis zastosowanych metod badawczych i użytej aparatury W badaniach wykorzystano mikroskopię elektronową (Hitachi S3500N) i świetlną (Nikon MA/200). Badania składu chemicznego powierzchni próbek przed i po ekspozycji w dziale plazmowym prowadzono z wykorzystaniem energodyspersyjnego spektrometru rentgenowskiego (EDS - Thermo NORAN VANTAGE). Parametry chropowatości powierzchni oznaczano wykorzystując profilometr optyczny Wyko NT9300. Ubytki mas próbek wyznaczano stosując wagę analityczną PRL- TA13 typu WA33. Przekroje poprzeczne strefy przypowierzchniowej próbek wolframowych wykonano i analizowano z wykorzystaniem skaningowego mikroskopu jonowego Hitachi NB 5000. 2.1. Wykaz prac i wyników w poszczególnych etapach Poniżej należy wymienić prace zrealizowane w poszczególnych etapach w okresie sprawozdawczym oraz uzyskane wyniki w odniesieniu do Opisu zadania badawczego. Etap nr 12 (PW WIM) (kierownik etapu: prof. dr hab. Małgorzata Lewandowska) pt. Wytwarzanie i charakteryzowanie nowoczesnych materiałów konstrukcyjnych. Zrealizowane prace Czy zrealizowano zgodnie z Najważniejsze wyniki Sposób wykorzystania wyni- Opisem zadania badawcze- ków w dalszych etapach zada- go? nia badawczego tak/nie/częściowo 14 1. Blachy otrzymane metodą platerowania wybuchowego poddano badaniom mikrostruktury, składu chemicznego i właściwości mechanicznych TAK Zaobserwowano, że wzrost szybkości detonacji powoduje podwyższenie właściwości mechanicznych złącza i zmianę w strukturze plateru. Uzyskane wyniki będą podstawą sporządzenia raportów końcowych dla zrealizowanych zadań oraz przygotowania publikacji i wystąpień na konferencjach. 2. Zbadano wpływ dodatku wanadu na mikrostrukturę i właściwości stali ferrytycznej wzmacnianej drobno-dyspersyjnymi tlenkami W porównaniu z danymi literaturowymi na temat platerów otrzymanych innymi metodami i w innych zespołach, otrzymane metodą wybuchową złącza charakteryzowały się najlepszymi właściwości wytrzymałościo- 14 Jeśli zaznaczono nie lub częściowo, należy przedstawić odpowiednie wyjaśnienia w pkt 3. Strona 15 z 41
3. Wykonano ocenę mikrostruktury, gęstości i twardości spieków wolframowych o 3- krotnie większej zawartości dodatków stopowych (W-0,9TiH2-0,9Y oraz W-0,9Y2O3) w stosunku do materiałów wytwarzanych w roku ubiegłym. wymi. Zastosowane dla stali ODS metody konsolidacji pozwalają na uzyskanie materiałów o znikomej porowatości. Spiekanie wysokociśnieniowe prowadzi do powstania spękań w litym materiale, które są odpowiedzialne za relatywnie niską plastyczność spieku. Próbki wytworzone metodą HIP nie mają tych wad. Zaobserwowano, że dodatek wanadu ma istotny wpływ na wielkość ziarna ferrytu po konsolidacji. Do zawartości 0.6 %wag rozmiar ziaren ferrytu intensywnie maleje, co przekłada się na istotnie wyższe parametry wytrzymałościowe. Materiały po konsolidacji metodą HIP mają bimodalny rozkład wielkości ziarna podczas gdy konsolidowane metodą wysokociśnieniową jednomodalny ze średnią wielkością ziarna ok. 300 nm. 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 i będzie podstawą wniosku patentowego. Po zastosowaniu spiekania metodą PPS, uzyskano 35% wyższą gęstości w porównaniu Strona 16 z 41
do próbek otrzymanych klasyczną metodą metalurgii proszków. Syntetyczny opis zastosowanych metod badawczych i użytej aparatury Szczegółowe badania mikrostrukturalne prowadzono z wykorzystaniem mikroskopii świetlanej (mikroskop firmy Keyence) na zgładach metalograficznych wytrawionych oraz z wykorzystaniem skaningowego mikroskopu elektronowego Hitachi S3500N i Hitachi SU-70. Badania wytrzymałości złącz na ścinanie oraz statyczną próbę rozciągania prowadzono z wykorzystaniem maszyny wytrzymałościowej MTS 810. Mikrotwardość złącza na przekrojach wyznaczano metodą Vickersa, wykorzystując do pomiaru mikroskop optyczny z mikrotwardościomierzem Hanemanna przy obciążeniu 50G. Do komputerowych obliczeń współczynników przetopień i amplitud fal stosowano fotografie mikrostrukturalne oraz programy komputerowe GIMP. Do obliczeń średnic ekwiwalentnych stosowano program Micrometer. Dla wytworzenia stali ODS wykorzystano mechaniczną syntezę w młynku planetarnym: stosunek masy kul do proszku 10:1, 20 h efektywnego mielenia (15 min mielenia i 15 min przerwy). Mielenie w argonie. Konsolidację proszków stopowanych realizowano dwiema metodami: spiekania pod wysokim ciśnieniem 7,5 GPa w temp. 1100 oc przez 10 min. oraz izostatyczne prasowanie na gorąco (HIP) w temperaturze 1150 C, ciśnienie 200 MPa w czasie 3 godzin. Badania mikrostrukturalne przeprowadzono z wykorzystaniem SEM, TEM (Hitachi 5500, Hitachi HD2600). Właściwości mechaniczne wyznaczano w próbie mikrotwardości i testach Small Punch. Proces mechanicznego stopowania proszków wolframu prowadzono w młynku kulowym, planetarnym w osłonie argonu. Parametry procesu stopowania były optymalizowane za pomocą XRD, SEM i badań twardości metodą Vickersa (HV0,1). Gęstość otrzymanych spieków oznaczano metodą Archimedesa. Prowadzono obserwacje SEM spieków. Spieki wykonywano metodą impulsowoplazmową (Pulse Plasma Sintering) 2.1. Wykaz prac i wyników w poszczególnych etapach Poniżej należy wymienić prace zrealizowane w poszczególnych etapach w okresie sprawozdawczym oraz uzyskane wyniki w odniesieniu do Opisu zadania badawczego. Etap nr 13 (NCBJ) (kierownik etapu: dr inż. Ewa Hajewska) pt. Badanie wytrzymałości radiacyjnej materiałów przewidywanych do zastosowania w konstrukcjach reaktorów termojądrowych (napromienienie wybranych materiałów 14 MeV neutronami w warunkach dużych fluencji) Zrealizowane prace Czy zrealizowano zgodnie z Najważniejsze wyniki Sposób wykorzystania wyni- Opisem zadania badawcze- ków w dalszych etapach zada- go? nia badawczego tak/nie/częściowo 15 15 Jeśli zaznaczono nie lub częściowo, należy przedstawić odpowiednie wyjaśnienia w pkt 3. Strona 17 z 41
Zbadanie własności blachy wolframowej przed napromienieniem TAK Przeprowadzono badania własności mechanicznych oraz struktury blachy Do dalszych badań próbek napromienionych w reaktorze MARIA oraz próbek poddanych działaniu impulsów plazmy. Zbadanie własności mechanicznych metodą SPT oraz przeprowadzenie badań fraktograficznych (SEM) próbek blachy poddanej działaniu plazmy. Syntetyczny opis zastosowanych metod badawczych i użytej aparatury TAK Napromieniono serię próbek w reaktorze MARIA do fluencji 6x10 20 n t /cm 2 i 5x10 19 n p /cm 2. Zbadano własności materiału po działaniu plazmy Do określenia odporności radiacyjnej materiału. Zbadano własności mechaniczne blachy wolframowej metodą statycznego rozciągania i metodą SPT (small punch test), zmierzono twardość blachy. Wykonano pierwsze badania wpływu plazmy na strukturę i własności mechaniczne blachy wolframowej. 2.1. Wykaz prac i wyników w poszczególnych etapach Poniżej należy wymienić prace zrealizowane w poszczególnych etapach w okresie sprawozdawczym oraz uzyskane wyniki w odniesieniu do Opisu zadania badawczego. Etap nr 14 (NCBJ) (kierownik etapu: dr Krzysztof Pytel) pt. Skonstruowanie litowo-deuterowego konwertera neutronów termicznych na neutrony prędkie o energii 14 MeVw reaktorze Maria. Zrealizowane prace Czy zrealizowano zgodnie z Opisem zadania badawczego? Najważniejsze wyniki Sposób wykorzystania wyników w dalszych etapach zadania badawczego tak/nie/częściowo 16 1. Wykonanie konstrukcji konwertera wraz z zasobnikami. Tak Zbudowanie konwertera Do dalszych badań 2. Napełnienie konwertera deuterkiem litu i deuterotlenkiem litu Tak Zakończenie etapu konstrukcji konwertera Do uruchomienia konwertera 3. Zaprojektowanie i wykonanie układu do ekspedycji materiałów napromienionych 4. Kontynuacja analiz bezpieczeństwa Tak Tak Modernizacji pojemnika transportowego i układu jego załadunku z komory demontażowej reaktora MARIA Ocena zagrożenia od trytu nieintencjonalnie uwolnionego z konwer- Do ekspedycji materiałów napromienionych w konwerterze do LBM Do wystąpienia do Dozoru Jądrowego o zezwolenie na eksploatację konwertera 16 Jeśli zaznaczono nie lub częściowo, należy przedstawić odpowiednie wyjaśnienia w pkt 3. Strona 18 z 41
tera. 6Li-D w reaktorze MARIA 5. Adaptacja konstrukcji konwertera do pomiaru rozkładu temperatury na jego powierzchni w celu weryfikacji wyników obliczeń. Tak Obliczenia generacji i odbioru ciepła w konwerterze, w różnych warunkach jego pracy, oprzyrządowanie konwertera w trzy czujniki temperatury. Przygotowanie do przyszłej eksploatacji konwertera Syntetyczny opis zastosowanych metod badawczych i użytej aparatury Aktualizacja wyjściowego projektu konwertera oraz adaptacja istniejącej konstrukcji. Przygotowywanie kolejnych analiz niezbędnych do uzyskania zezwoleń Dozoru Jądrowego. 2.1. Wykaz prac i wyników w poszczególnych etapach Poniżej należy wymienić prace zrealizowane w poszczególnych etapach w okresie sprawozdawczym oraz uzyskane wyniki w odniesieniu do Opisu zadania badawczego. Etap nr 15 (AGH WEiP) (prof. dr hab. Stefan Taczanowski) pt. Analiza układów syntezy wspomaganych energią rozszczepieo aktynowców w płaszczu reaktora. Zrealizowane prace Czy zrealizowano zgodnie z Najważniejsze wyniki Sposób wykorzystania wyni- Opisem zadania badawcze- ków w dalszych etapach zada- go? nia badawczego tak/nie/częściowo 17 Z uwagi na aspekty bezpieczeństwa zaproponowano wariant z osią pionową reaktora hybrydowego typu Mirror. Wykonano obliczenia m.in.: strumienia neutronów źródłowych (14MeV) w źródle i w pierwszej ścianie; grzania dla wszystkich stref paliwowych, dobierając skład izotopowy paliwa pod kątem wyrównywania gęstości mocy Wykonano modelowanie procesów transportu ciepła i masy. Wyniki obliczeń termohydraulicznych dla TAK Uzyskano rozkłady osiowe strumienia neutronów, gęstości mocy wydzielanej w układzie, rozkład temperatur w strefach paliwowych i pierwszej ściany dla kilku poziomów: mocy wydzielanej w układzie, wydatku chłodziwa o znanych parametrach. Uwzględniono, co niedoceniane, dyssypację energii grzania z plazmy. Wnioski z odnośnych obliczeń dla niskich wartości Q pośrednio nakazały znaczne zwiększenie wsadu aktynowców dla Potrzeba optymalizacji składu aktynowców odpowiada planom badań przewidzianych na końcowy etap prac. Otrzymane wyniki posłużą jako dane wyjściowe m.in. do oceny i minimalizacji zagrożeń wynikających ciepła wydzielanego w układzie. W szczególności do niedopuszczenia do krytyczności w warunkach kolapsu układu. Docelowo stanowić będą jedną z głównych podstaw do ogólnej oceny samej idei reaktorów hybrydowych synteza rozszczepienie. Nie można niedoceniać najważniejszych aspektów niniejszych badań: kwestii 17 Jeśli zaznaczono nie lub częściowo, należy przedstawić odpowiednie wyjaśnienia w pkt 3. Strona 19 z 41
realnych niskich wartości Q wymusiły zamianę materiału pierwszej ściany (stali na wolfram), co poskutkowało obniżeniem k eff, dla kompensaty czego niezbędne okazały się dalsze zmiany: istotne zwiększenie wsadu materiałów rozszczepialnych, tj. Pu. Syntetyczny opis zastosowanych metod badawczych i użytej aparatury utrzymania odpowiednich wartości k eff : przy normalnej pracy 0.9, a w warunkach kolapsu < 1. Jednak koncentracje aktualnie przyjęte nie zapewniają spełnienia obu wymagań. bezpieczeństwa. Do obliczeń transportowych neutronów i określania wydajności odnośnych reakcji jądrowych wykorzystano program MCNP. W obliczeniach termo-hydraulicznych (transportu ciepła i masy) zastosowano pakiety FLUENT i ANSYS Workbench. 2.1. Wykaz prac i wyników w poszczególnych etapach Poniżej należy wymienić prace zrealizowane w poszczególnych etapach w okresie sprawozdawczym oraz uzyskane wyniki w odniesieniu do Opisu zadania badawczego. Etap nr 16 (AGH WEiP) (mgr Władysław Pohorecki) pt. Obliczenia wydajności produkcji nuklidów promieniotwórczych w materiałach konstrukcyjnych oraz trytu w eutektyce LiPb oraz pomiar ich aktywności. Zrealizowane prace Czy zrealizowano zgodnie z Najważniejsze wyniki Sposób wykorzystania wyni- Opisem zadania badawcze- ków w dalszych etapach zada- go? nia badawczego tak/nie/częściowo 18 Aktywacje eutektyki LiPb w hermetycznych kapsułach w polu neutronów prędkich reaktora MARIA. Pomiar i obliczenia aktywności trytu. Udoskonalenia techniczne procedury usuwania na drodze chemicznej pierwiastków zakłócających pomiar trytu, optymalizacja parametrów procedury. Kontynuacja pomiarów i obliczeń aktywności izotopów długoczęściowo Pomiar aktywności długożyciowych izotopów, wzbudzonych w polu neutronów prędkich reaktora MARIA, gamma-emiterów zawartych w materiałach konstrukcyjnych ITE- Ra oraz pomiar aktywności trytu w eutektyce LiPb. Porównanie wyników pomiarowych z obliczeniami programem FISPACT w ramach najnowszej wersji Europejskiego Systemu Otrzymane wyniki będą pomocne w planowaniu i interpretacji pomiarów aktywności po aktywacji w konwerterze 6LiD oraz oszacowania składowej aktywności pochodzącej od neutronów prędkich reaktora 18 Jeśli zaznaczono nie lub częściowo, należy przedstawić odpowiednie wyjaśnienia w pkt 3. Strona 20 z 41
życiowych oraz trytu przy pomocy najnowszej wersji Systemu EASY-II. Aktywacja próbek Pb w intensywnym, mieszanym strumieniu neutronów w reaktorze Maria w celu weryfikacji opracowanej procedury usuwania izotopów Pb, w tym Pb-203, zakłócających pomiar trytu. Przygotowano próbki i folie aktywacyjne do przewidzianego naświetlania w konwerterze 6Li-D. Syntetyczny opis zastosowanych metod badawczych i użytej aparatury Aktywacyjnego EASY- II Udoskonalenie procedury chemicznej wytrącania pierwiastków zakłócających pomiar trytu metodą LSC. Weryfikacja opracowanej procedury z wykorzystaniem próbek Pb aktywowanych w intensywnym strumieniu neutronów. Przygotowano próbki stali i zestaw folii aktywacyjnych do naświetlań w konwerterze 6Li-D Aktywacja w reaktorze MARIA z wykorzystaniem filtra 10 B 4 C oraz w pełnym strumieniu neutronów reaktorowych. Spektrometria promieniowania gamma z wykorzystaniem detektorów HPGe. Technika ciekłych scyntylatorów do pomiaru aktywności trytu (Spektrometr Tri-Carb firmy (Canberra-Packard). Program FI- SPACT-II w ramach systemu EASY-II do obliczeń wzbudzonych aktywności. Spektrometr Nanohunter firmy Rigaku do pomiaru w geometrii całkowitego odbicia promieniowania X. 2.2. Szczegółowe sprawozdanie merytoryczne Sprawozdanie merytoryczne należy zamieścić w załączniku nr 1 do raportu (max. 50 stron A4 dla wszystkich etapów wskazanych w sprawozdaniu, czcionka Times New Roman 11, pojedynczy odstęp między wierszami). Sprawozdanie obejmuje: 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 oraz wnioski dotyczące wykorzystania wyników. 2.3. Podsumowanie sprawozdania merytorycznego Należy przedstawić podsumowanie w odniesieniu do Opisu zadania badawczego, ze szczególnym uwzględnieniem wyników zakończonych etapów. Strona 21 z 41
Podsumowanie otrzymanych wyników (max. 2500 znaków) Dla każdego z 16 realizowanych etapów przedstawione jest syntetyczne podsumowanie w Załączniku 1 oraz w sprawozdaniach członków Konsorcjum, dostępnych w siedzibie Lidera. Cel szczegółowy 1 (Etapy 1 2): Zmierzono parametry strumieni plazmy emitowanych z układu DPF-1000U w zależności od ciśnienia gazu roboczego i energii generatora. Opracowano kod numeryczny opisujący propagację ciepła wewnątrz próbki wolframowej z uwzględnieniem topienia i odparowania pod wpływem strumienia padającej plazmy. Cel szczegółowy 2 (Etapy 3 7): nowe metody diagnostyki plazmy: Zbadano odpowiedź detektorów diamentowych CVD na równoczesną rejestrację różnych cząstek i opracowano podstawy analizy tak otrzymywanych spektrogramów. Określono temperaturowy zakres pracy detektorów CVD w reżimie spektrometrycznym (do 200 C). Dla opracowania kalibracji urządzenia DET-12 przeprowadzono analizę zaniku neutronów opóźnionych teoretycznie oraz metodą symulacji Monte Carlo. DET-12. (Etap 3). Wykonano końcową dokumentację sond diagnostycznych. Wykonano manipulator sond i głowic pomiarowych oraz testy l sond w układach RPI-IBIS i PF-360. (Etap 4). Skonstruowano i przetestowano detektor GEM dla wybranej płytki odczytu. Częściowo uruchomiono elektronikę analogową i cyfrową (Etap 5). Zbadano wpływ wysokiej temperatury na własności detektorów TL, naświetlano detektory ultra-wysokimi dawkami i wykonano pomiary termo- i fotoluminescencji. (Etap 6). Wykonano testy eksploatacyjne kamery w trakcie sesji pomiarowych na DPF-1000U (Etap 7). Cel szczegółowy 3 (Etapy 8 10): rozwój własnej infrastruktury badawczej. Prace modernizacyjne są realizowane zgodnie z harmonogramem. Wykonano śluzę próżniową do wprowadzania tarcz do komory DPF-1000U i zaprojektowano kolejną dla większych próbek. Przeprowadzono 11 sesji eksperymentalnych na rzecz realizacji innych etapów. (Etap 8). Uruchomiono stanowisko przy generatorze neutronów IGN-14 do badania własności detektora quasi-punktowego (Etap 9). Cel szczegółowy 4 (Etapy 11 13): badania materiałowe. Scharakteryzowano wpływ impulsów plazmowych generowanych przez DPF-1000U na strukturę i właściwości kompozytów CFC oraz tarcz wolframowych (Etap 11). Wytworzone metodą zgrzewania wybuchowego platery charakteryzują się b. wysokimi par. wytrzymałościowymi, ok. 4 krotnie przewyższającymi wymagania norm. Otrzymano próbki stali ferrytycznych wzmacnianych drobnodyspersyjnymi tlenkami o ok. 35% wyższej gęstości niż dla próbek otrzymanych klasyczną metodą metalurgii proszków (Etap 12). Oceniono zmiany własności próbki wolframowej w stanie wyjściowym i po działaniu plazmy (Etap 13). Cel szczegółowy 5 (Etapy 14 16): Skonstruowano konwerter 6Li-D neutronów w reaktorze MARIA. Przeprowadzono kolejne analizy bezpieczeństwa dla Dozoru Jądrowego. Zmodernizowano pojemnik transportowy z komory demontażowej reaktora. (Etap 14). Zbadano rozkład energii rozszczepień dla różnych składów paliwa w skrajnych obszarach stref paliwowych pod kątem bezpieczeństwa układu hybrydowego. (Etap 15). Kontynuowano pomiary aktywności izotopów długożyciowych w reaktorze MARIA. Do obliczeń zastosowano najnowszy system EASY-II umożliwiający wykorzystanie do obliczeń czasowej ewolucji aktywności różnych bibliotek przekrojów czynnych (Etap 16). Strona 22 z 41
Czy dalsza realizacja prac prowadzi do osiągnięcia zakładanych celów zadania badawczego? (w przypadku odpowiedzi nie należy szczegółowo uzasadnić) Informacja na temat realizacji otrzymanych zaleceń NCBR (w szczególności zaleceń Komitetu Sterującego i zaleceń pokontrolnych jeśli dotyczy) TAK Biorąc pod uwagę pełną realizację harmonogramów badań w poszczególnych Etapach i osiągnięte dotychczasowe wyniki badań należy stwierdzić, że wszystkie zakładane cele zadania badawczego zostaną w pełni zrealizowane. Etap.5. Dalsza realizacja prac prowadzi do przygotowania finalnej technologii obrazowania plazmy w zakresie promieniowania rentgenowskiego. Przeprowadzone testy jednej z zaproponowanych konfiguracji detektora 2D posłużą do opracowania bardziej złożonych struktur odczytu, wyboru finalnej technologii obrazowania plazmy i do osiągnięcia w terminie zakładanego celu. Etap 7. Prace zostały zakończone. Założony cel został osiągnięty. Nie dotyczy Strona 23 z 41
Odniesienie do dotychczasowego stanu wiedzy na świecie (max. 2000 znaków) Odniesienie do obowiązującego stanu prawnego (należy wskazać podjęte działania oraz ewentualne ryzyka wynikające z obowiązujących aktów prawnych w zakresie zadania badawczego - jeśli dotyczy) Przedstawione w poprzednich sprawozdaniach odniesienia nie straciły na aktualności. Zdecydowana większość prowadzonych badań to badania nowatorskie, lub takie, na które istnieje silne zapotrzebowanie ze strony projektu ITER, a które są prowadzone tylko w nielicznych ośrodkach światowych. Dodatkowo należy stwierdzić: Etap.1. Zagadnienia oddziaływania strumieni plazmy z materiałami, jak i ablacji powierzchni próbki są obecnie intensywnie badane w wielu środkach, tak w związku z syntezą termojądrową, jak i zastosowaniami technicznymi. Etap.2. Określanie rozkładu temperatur na wolframowym dywertorze tokamaka celem ocenienia jego odparowania jest przedmiotem aktualnych badań innych grup m. in. J. W. Coenen et al. J. Nucl. Materials 438 (2013) S27 S33. Etap 5. Proponowane rozwiązane technologiczne detektora GEM wraz z elektronicznym torem odczytu będzie unikalne w skali światowej. Etap 6. Uzyskane wyniki sugerują możliwość łącznego pomiaru zarówno termoluminescencji jak i fotoluminescencji z tego samego detektora, co powinno znacznie poprawić dokładność pomiaru dawki. Zagadnienie to wymaga dalszych badań, wykraczających poza zakres zaplanowany w niniejszym projekcie. Etap.8. Zmodernizowane urządzenie DPF-1000U umożliwia badanie oddziaływania strumieni plazmy z różnymi materiałami z gęstością energii rzędu 2 MJ/m 2. Jest jednym z niewielu urządzeń tego typu w świecie. Etap 9. Generator neutronów 14 MeV wraz ze stanowiskiem do testowania detektorów diamentowych będzie jedynym takim urządzeniem w Europie. Etap 12. Wysokie właściwości wytrzymałościowe złączy platerowanych CuCrZr/Stal są bezprecedensowe w skali światowej. Kompozycja proszków wolframu z dodatkiem TiH2 i itru jest nową technologią, która będzie podstawą wniosku patentowego. Etap 15. Literatura pokazuje, że prace nad układami hybrydowymi nie są prowadzone kompleksowo. Niniejsze badania mają szanse wnieść wartościowy wkład w rozpoznaniu i rozwoju koncepcji reaktorów hybrydowych w szczególności w aspekcie bezpieczeństwa. Etap 16. Stosowany system EASY-II z programem FISPACT-II, jest najnowszą wersją tego systemu używaną w Europie do obliczeń aktywacyjnych dla celów fuzji termojądrowej i materiałów konstrukcyjnych ITERa. Przeprowadzono analizy bezpieczeństwa konwertera 6Li-D niezbędne do uzyskania zezwoleń Dozoru Jądrowego. Strona 24 z 41