Program eskorusk spoluprce 1 P 05 ME 761

Program česko-ruské spolupráce 1 P 05 ME 761 2005 -2008 Studium implodujících zátěží na zařízení S-300 průběžné oponentní řízení za 3. rok řešení 2007 Řešitelé: Russian Research Center ”Kurchatov Institute”, Russia Yu. L. Bakshaev, P. I. Blinov, A. S. Chernenko, E. D. Kazakov, V. D. Korolev, and G. I. Ustroev ČVUT v Praze, fakulta elektrotechnická, Česká republika P. Kubeš, J. Kravárik, D. Klír, K. Řezáč, E. Litseva, M. Bohata

Cíle studium hustého a horkého plazmatu v silných magnetických polích, vhodného pro realizaci zdrojů intenzivního rentgenového a neutronového záření a řízené termonukleární fúze zvýšení výkonnosti a úpravy aparatury S-300 vývoj, testování, zavádění a použití rentgenové a částicové diagnostiky s nanosekundovou rozlišovací schopností výchova a účast mladých vědeckých pracovníků a studentů studium fúzní D-D reakce na ČVUT pro budoucí aplikace na tokamaku Compass

Dosažené výsledky Proběhly experimenty v Moskvě 11. 5 – 16. 6. 2007 zaměřené na studium fúzních neutronů při zátěži plynného deuteria typu gas-puff. Bylo instalováno a použito 12 detektorů fúzních neutronů ve 3 kolmých směrech. nové výsledky: Publikace z měření v roce 2005 (imploze válcového lineru na CD 2): Reports Plasma Phys. , leden 2008 Publikace z měření v roce 2006 (imploze válcového lineru na CD 2): Physics of Plasmas, odesláno 11. 2007. Bylo určeno axiální a radiální energetické spektrum a čas produkce neutronů. Byla zjištěna silná korelace neutronové produkce s průběhem napětí a proudové derivace. Bylo budováno nové pracoviště pro studium D-D fúzní reakce. doktorské práce: Řezáč Karel: Numerické metody ve fyzice plazmatu. Litseva Ekaterina: Vyhodnocování výsledků získaných silnoproudými výboji. Bohata Martin: Teorie a simulace plazmatu v magnetických polích.

S-300; RRC Kurchatov Institute Moscow Marxův generátor 8 modulů, electrický proud 2. 0 MA, nárůst proudu 100 ns

Instalace zátěže typu gas-puff Napouštění plynu Testování těsnosti Uzavírání náplně střelného prachu Klapan a anoda po výstřelu

Axiální and radiální schema diagnostiky 12 neutronových TOF detektorů

Publikace z měření v roce 2006 (imploze válcového lineru na CD 2): Physics of Plasmas, odesláno 11. 2007. studium D-D fúzní reakce Hmotnostní zastoupení iontů v Z-pinčové náplni: wolfram 73%, uhlík 20%, a deuterium 7%.

Korelace signálů a obrázků Optická streak kamera VIMP = 2× 107 cm/s Emise měkkého RTG záření 5 k. J energie, 100 GW výkon Max. spekt. hustota výkonu … 120 e. V TBB=40 e. V Neutronová emise 109 neutronů v době : (i) stagnace (ii) pokles d. I/dt (iii) napětí (iv) maximum RTG Boční směr: střední energie neutronů … 2. 4 Me. V, boční energetické spektrum je širší než axiální Axiální směr za katodou posun střední energie k 2. 55 Me

Zřejmá korelace bočního neutronového signálu HXR, napětí a d. I/dt

Odpor a indukčnost plazmatu Zanedbáme-li odpor: 1. není potvrzení expanze 2. nárůst indukčnosti na 18 n. H: kolaps na průměr 10 μm nebo nárůst efektivní délky plazmatu 3. Magnetická energie zůstane v plazmatu i po emisi záření a neutronů; podstatná role anomálního odporu (Spitzerův není dostatečný).

1. Teoretický model generace neutronů 1. 2. 3. 4. 5. Axiální a boční energetické spektrum neutronů Axiální a boční energetické spektrum deutronů Energetické spektrum všech rychlých deuteronů Vliv magnetických polí na dráhu deuteronu Vliv Coulombovských srážek s ionty a elektrony

Axiální a boční energetické spektrum neutronů Boční směr maximum energie: 2. 48± 0. 05 Me. V pološířka energetického spectra: 450± 100 ke. V Směr anoda-katoda maximum energie : 2. 65± 0. 10 Me. V pološířka energetického spectra : 350± 100 ke. V Podobné hodnoty byly pozorovány v dalších Z-pinchových configuracích: Compressional Z-pinches: Andrianov 1958, Anderson 1958, Mather 1958… Plasma foci: Bernstein 1972, Bernard 1975, …

Axiální a boční energetické spektrum deutronů a) transformace energie neutronů na energii deuteronů b) anisotropie neutronové emise c) transformace energií deuteronů a neutronů v závislosti na úhlu mezi deuteronem a neutronem

Pravděpodobnost D-D fúzní reakce pravděpodobnost D – D fúzní reakce: p. DD = l/ DD = lni (Ed) … účinný průřez D-D reakce … ni …hustota deuteronů v neutronovém zdroji… l … délka neutronového zdroke rozměry neutronového zdroje hustota iontů. . > 1026 m-3. zdroj neutronů - husté structury v Z-pinči plošná hustota terče nl. . > 1024 m-2. s(ED) účinný průřez D-D reakce Závislost dátky a hustoty plazmatu terče při neutronovém zisku 109 - 1010 délka 50 cm 5 mm 0, 5 mm hustota 1024 m-3 1025 m-3 1026 m-3 1027 m-3

Zachycení deuteronů v magneticém poli rozdělení rychlostí deuteronů je izotropní B = m. I/2 prp = mv/er. L I = 2 pmv/ em v = I em/2 pm; dráha rychlých deuteronů v terči může být prodloužena vnitřním magnetickým polem Ed 10 ke. V 30 ke. V 100 ke. V 300 ke. V v 106 m/s 1. 7 x 106 m/s 3 x 106 m/s 5 x 106 m/s path 20 ns 2 cm 3 cm 6 cm 20 cm I 4 x 105 A 7 x 105 A 1. 2 x 106 A 4 x 106 A původní rychlost deutonů A-K může být v terči změněna vnitřním magnetickým polem

Zahřívání neutronového zdroje rychlými deuterony Relaxační čas pro Coulombovské srážky i-i ii [ns] 0. 5 ke. V 1 ke. V 2 ke. V 5 ke. V 10 ke. V 20 ke. V 1 E 27 m-3 0. 05 0. 14 0. 39 1. 6 4. 4 13 1 E 26 m-3 0. 5 1. 4 3. 9 15. 6 44 130 1 E 25 m-3 5 14 39 156 440 1300 1 E 24 m-3 50 140 390 1560 4400 13000 Relaxační čas pro Coulombovské srážky e-i Te [ns] nezávisle pro Ed 0. 1 ke. V 0. 3 ke. V 1 ke. V 3 ke. V 1 E 27 m-3 0. 27 1. 5 8. 5 44 1 E 26 m-3 2. 7 15 85 440 1 E 25 m-3 27 150 850 4400 1 E 24 m-3 270 1500 8500 44000 oblasti s hustotou 1025 m-3 účinné zahřátí deuteronů i-i srážkami na Ti 5 -10 ke. V a účinné ochlazení e-i srážkami na Te 0. 1 -0. 3 ke. V.

D-D fúzní aparatura na ČVUT Maximální proud 200 k. A neutronový zisk 106 -107. Monitorování D-D reakce Testování diagnostiky Základní fyzikální výzkum Výuka studentů v rámci magistr. studia Fyzika a technika termojaderné fúze Výchova týmu pro studium D-D reakce na tokamaku Compass

Realizované a připravované publikace Časopisecké publikace zahraniční 1. Kubes P. , Bakshaev Y. L. , Blinov P. I. , Chernenko A. S. , Ivanov M. I. , Kazakov E. D. , Klir D. , Korelsky A. V. , Kravarik J. , Kravchenko E. V. , Korolev V. D. , Rezac K. , Shashkov A. Y. , Ustroev G. I. : Deuterated fibre in wire array load on the S-300, Plasma Physics Report, in print. 2. Klir D. , Kravarik J. , Kubes P. , Rezac K. , Anan’ev S. S. , Bakshaev Yu. L. , Blinov P. I. , Chernenko A. S. , Kazakov E. D. , Korolev V. D. , Meshcherov B. R. , Ustroev G. I. : Neutron Emission Generated during Wire-Array implosion onto Deuterated Fiber, připraveno k zaslání do tisku. Konferenční příspěvky zahraniční 18 3. Konferenční příspěvky tuzemské 4 Časopisecké publikace tuzemské 3

Vynaložené výdaje 2007 Neinvestiční prostředky: Materiál Plyny Filmy Kodak Fotonásobič s elektronikou Zdroje k detektorům 3 ks Počítačové komponenty Bohata Klapan Bankovní poplatky Cestovné Moskva Náklady za použití S-300 Celkem 11 tis. Kč 29 tis. Kč 11 tis. Kč 57 tis. Kč 69 tis. Kč 27 tis. Kč 70 tis. Kč 15 tis. Kč 177 tis. Kč 171 tis. Kč 658 tis. Kč

Plán 2008 1. konstrukce systému plynného napouštění na principu elektromagnetického klapanu 2. realizace třítýdenních experimentů na S-300 v KI zátěž ve formě deuteriového gas-puff 3. Výpočty a simulace určující energetické rozložení neutronů a deuteronů, studium vlivu magnetických polí 4. vývoj z-pinčové aparatury na ČVUT pro studium D-D fúzní reakce 5. zpracování a interpretace výsledků, prezentace na konferencích 6. účast mladých vědeckých pracovníků a studentů na výzkumu a to jak na experimentech, při zpracování výsledků, tak na modelování, vývoji numerických metod a teorie

Plánované výdaje 2008 Neinvestiční prostředky Spotřební materiál, filtry, plyny, … DHM – detekce RTG, neutronů Cestovné Moskva, prezentace výsledků, návštěvy Příslušenství aparatury ČVUT Režie S-300 Celkem 100 000 Kč 200 000 Kč 400 000 Kč 80 000 Kč 200 000 Kč 980 000 Kč

Srovnání neutronových zisků D+D Zařízení Neutronový zisk Plán Zátěž JET 1017 plyn 1020 m-3 ITER 1018 plyn 1020 m-3 1013 plyn 1020 m-3 (18 MA) 6 x 1013 plyn 1026 m-3 ZR-device (27 MA) 2 x 1015 (2008) plyn 1026 m-3 (2021) Compass (2009) Z-device PFZ (0. 2 MA) 106 plyn 1024 m-3 (2008) PF-1000 (1. 5 MA) 2 x 1011 plyn 1024 m-3 S-300 (1. 5 MA) 1010 plyn 1025 m-3 5 x 1011 kryog. pelet OMEGA