Studium interakce nízkoteplotního plazmatu s tenkou vrstvou cínu

  • Vedoucí práce / Supervisor: prof. RNDr. Milan Tichý, DrSc.
  • Kontakt / Contact: milan.tichy@mff.cuni.cz

Konzultant: doc. Mgr. Pavel Kudrna, Dr.

Osnova / Outline:

Ve fúzním reaktoru typu tokamak je vnitřní stěna (blanket) vystavena intenzivnímu toku tepla a energetických částic, zejména v oblasti divertoru. První stěna Be-W je testována v tokamaku JET. Jako nevýhoda pevné první stěny je uváděna možná tvorba trhlin nebo lokální roztavení v případě nadměrného energetického zatížení. Jako alternativa byly navrženy pro budoucí reaktor pro jadernou fúzi, zejména v oblasti divertoru, komponenty na bázi tekutých kovů. Tím se minimalizují problémy, které se vyskytují u pevných kovových součástí, jako je krátká životnost materiálu v důsledku eroze, nebo jeho křehnutí působením neutronového toku. Kromě lithia a slitin kovů s nízkou teplotou tání byl navržen také cín, který má výhodu v nízkém tlaku nasycených par i při relativně vysoké teplotě 650 K [3], viz obr.1.

SINPSTVC obr1

Jedním z problémů technologie divertoru tokamaku s tekutým kovem je redepozice uvolněného kovu na stěny nádoby tokamaku. Simulace experimentů provedených v tokamaku COMPASS Upgrade [4] ukázala, že množství uvolněného kovu se může pohybovat od mg až po několik gramů za sekundu v závislosti hlavně na geometrii a výběru materiálu Odstraňování tenkých vrstev kovů deponovaných na materiály stěn tokamaků má proto prvořadý význam. Je známo, že lithium se dobře odpařuje a vodní pára může být použita k čištění opětovné usazeniny. U cínu nejsou účinné techniky čištění dosud známy.

Podstatou navrhované bakalářské práce je výzkum vlivu proudícího hustého nízkoteplotního plazmatu aplikovaného na vzorek cínového povrchu vytvořený napařováním. Zdroje plazmatu, které jsou na KFPP k dispozici, jsou potenciálně vhodné pro studium interakce nízkoteplotního plazmatu s cínovou vrstvou. Zároveň jsou k dispozici metody diagnostiky nízkoteplotního plazmatu jako je Langmuirova sonda, emisní sonda nebo optická emisní spektroskopie. Proměří-li se parametry plazmatu bez vzorku a plazmatu interagujícího s cínovým vzorkem, bude možné definovat proces(y), které vznikají interakcí plazmatu se vzorkem Sn.

Téma je rovněž předmětem návrhu tříletého projektu Grantové agentury ČR. V případě zájmu uchazeče bude proto možné pokračování na projektu v rámci navazující diplomové práce rozšířené o využití dalších experimentální metod.

 

Zásady pro vypracování:

  1. Seznámení se s potřebnými metodami přípravy Sn vzorků a jejich povrchové analýzy.
  2. Seznámení se s potřebnými metodami diagnostiky nízkoteplotního plazmatu.
  3. Proměření povrchu Sn vzorku metodami povrchové analýzy.
  4. Změření parametrů plazmatu bez přítomnosti Sn vzorku při různých experimentálních podmínkách.
  5. Změření parametrů plazmatu za přítomnosti Sn vzorku při různých experimentálních podmínkách.
  6. Proměření povrchu Sn vzorku metodami povrchové analýzy po interakci s plazmatem.
  7. Zpracování experimentálních dat a jejich interpretace, vypracování písemné zprávy.

 

Literatura:

  1. K. Mašek, P. Bábor, Metody povrchové a tenkovrstvové analýzy prvkového složení (xps, aes, sims), difrakce fotoelektronù, Materials Structure, vol. 18, no. 4 (2011), 251, pdf dostupné od vedoucího práce.
  2. M. Tichý, Plasma diagnostics by probes, pdf dostupné od vedoucího práce.
  3. J. Čečrdle, Simulation of behavior of liquid metal divertor heat shield on tokamak COMPASS Upgrade, Czech Technical University, Master thesis 2021.
  4. J. Horacek et al. Phys. Scr. 96 (2021) 124013.
  5. Další literatura po dohodě s vedoucím bakalářské práce.