Detekcija napak in vodikovih izotopov v materialih, obstreljevanih z visokoenergijskimi ionskimi žarki

Razumevanje interakcije vodika s kristalno mrežo materiala ali strukturnih materialov izpostavljenih plazmi je ključnega pomena, saj je zadrževanje vodikovih izotopov (VI) pod določenimi mejami strog predpogoj v termonuklearni fuziji. V prihodnji fuzijski elektrarni energijo prenašajo visokoenergijski nevtroni, ki nastanejo s fuzijsko reakcijo devterij-tritij (D + T → He (3,5 MeV) + nevtrona (14 MeV)). Zaradi obstreljevanja s temi nevtroni bodo nastale poškodbe v kristalni rešetki skozi celotno debelino materiala v količini več premikov na atom (ang. displacement per atom – dpa) na leto. Tovrstne poškodbe bodo pomembno vplivale na zadrževanje in transport VI, saj delujejo kot globoke potencialne jame, v katere se VI lahko ujamejo.

Doktorska naloga bo osredotočena na razvoj nove metode za kanaliziranje ionov za karakterizacijo ter raziskovanje vpliva strukturnih poškodb na zadrževanje VI in obratno. Kot nadgradnjo obstoječih kanalizacijskih postopkov jo želimo združiti z absolutno kvantitativno metodo zaznavanja devterija in jo izvesti v načinu kanaliziranja, tako imenovano kanaliziranje z jedrsko analizno metodo (C-NRA). Tak pristop bo omogočil neposredno korelacijo zadrževanja VI s strukturnimi napakami (od majhnih strukturnih napak, kot so vrzeli, do velikih napak, kot so praznine) in določanje položajev atomov vodika v kristalni mreži okoli preučevanih struktur.

Delo bo potekalo na edinem slovenskem 2 MV pospeševalniku, v dinamičnem in sproščenem okolju. Zajemalo bi predvsem eksperimentalno delo na žarkovni liniji namenjeni preučevanju zadrževanja VI v materialih ter modeliranje fizikalnih procesov, ki bodo pripomogli k razumevanju eksperimentalnih rezultatov.

Reference:

• Markelj S. et al., Phys. Scr. 97 (2022) 024006 doi:10.1088/1402-4896/ac4860
• Pečovnik, M., et al. Nucl. Fusion 60 (2020) 036024
• Markelj, S., et al.  Nucl. Fusion 59 (2019) 086050.
• Zhou et al. J. Nuclear Materials 565, (2022) 153689
• Zhang et al. Phys. Rev. E 94, (2016) 043319
• Picraux, S. T. & Vook, F. L., Phys. Rev. Letters 33, (1974) 1216

Kontakt: doc. dr. Sabina Markelj