Cíle

1. Program česko-ruské spolupráce 1P05ME761 2005-2008Studium implodujících zátěží na zařízení S-300průběžné oponentní řízení za 3. rok řešení 2007Řešitelé: Russian Research Center ”Kurchatov Institute”, RussiaYu.L. Bakshaev, P.I. Blinov, A.S. Chernenko, E.D. Kazakov, V.D. Korolev, and G.I. UstroevČVUT v Praze, fakulta elektrotechnická, Česká republikaP. Kubeš, J. Kravárik, D. Klír, K.Řezáč, E. Litseva, M. Bohata

2. 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

3. 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 CD2): Reports Plasma Phys., leden 2008 Publikace z měření v roce 2006 (imploze válcového lineru na CD2): 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.

4. S-300; RRC Kurchatov Institute Moscow Marxův generátor 8 modulů, electrický proud 2.0 MA, nárůst proudu 100 ns

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

6. Axiální and radiální schema diagnostiky 12 neutronových TOF detektorů

7. Publikace z měření v roce 2006 (imploze válcového lineru na CD2): Physics of Plasmas, odesláno 11.2007. studium D-D fúzní reakce Hmotnostní zastoupení iontůvZ-pinčové náplni: wolfram73%,uhlík 20%,a deuterium7%.

8. Korelace signálů a obrázků • Optická streak kamera • VIMP = 2×107 cm/s • Emise měkkého RTG záření • 5 kJ energie, 100 GW výkon • Max. spekt. hustota výkonu… 120 eV TBB=40 eV • Neutronová emise • 109 neutronů v době : • stagnace • poklesdI/dt • napětí • maximum RTG Boční směr:střední energie neutronů … 2.4 MeV,boční energetické spektrum je širší nežaxiální Axiální směr za katodouposun střední energie k 2.55 Me

9. Zřejmá korelacebočního neutronového signálu HXR, napětí a dI/dt

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

11. 1. Teoretický model generace neutronů • 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

12. Axiální a boční energetické spektrum neutronů Boční směr maximum energie: 2.48±0.05 MeV pološířka energetického spectra: 450±100 keV Směr anoda-katoda maximum energie : 2.65±0.10 MeV pološířka energetického spectra : 350±100 keV Podobné hodnoty byly pozoroványv dalších Z-pinchových configuracích: Compressional Z-pinches: Andrianov 1958, Anderson 1958, Mather 1958… Plasma foci: Bernstein 1972, Bernard 1975, …

13. Axiální a boční energetické spektrum deutronů a) transformaceenergie neutronů na energii deuteronů b) anisotropieneutronové emise c) transformace energií deuteronů a neutronů v závislosti na úhlu mezi deuteronem a neutronem

14. PravděpodobnostD-D fúzní reakce pravděpodobnost D – D fúzní reakce: pDD = l/DD= lni (Ed)  (Ed)… účinný průřez D-D reakce… ni…hustota deuteronů v neutronovémzdroji… l … délka neutronového zdroke rozměry neutronového zdroje  hustota iontů .. >1026 m-3. zdroj neutronů - husté structury vZ-pinči plošná hustota terčenl.. >1024 m-2. • (ED)účinný průřez D-D reakce Závislost dátky a hustoty plazmatu terče při neutronovém zisku 109- 1010

15. Zachycení deuteronů v magneticémpoli rozdělení rychlostí deuteronů je izotropní • B = mI/2prp = mv/erL I = 2pmv/ em  v = I em/2pm; • dráha rychlých deuteronů v terčimůže být prodlouženavnitřním magnetickýmpolem původní rychlost deutonů A-K může být v terči změněna vnitřním magnetickým polem

16. Relaxation time of Coulomb D-D collisions Te [ns] ii [ns] 0.1 keV 0.5 keV 0.3 keV 1 keV 1 keV 2 keV 3 keV 5 keV 10 keV 20 keV 1E27 m-3 0.05 0.14 0.39 1.6 4.4 13 1E27 m-3 0.27 1.5 8.5 44 1E26 m-3 0.5 1.4 3.9 15.6 44 130 1E26 m-3 2.7 15 85 440 1E25 m-3 5 14 39 156 440 1300 1E25 m-3 27 150 850 4400 1E24 m-3 50 140 390 1560 4400 13000 1E24 m-3 270 1500 8500 44000 Zahřívání neutronového zdroje rychlými deuterony Relaxační časpro Coulombovské srážkyi-i   Relaxační časpro Coulombovské srážky e-i nezávisle pro Ed oblasti s hustotou 1025 m-3účinnézahřátí deuteronůi-i srážkami na Ti5-10 keV a účinné ochlazení e-i srážkami na Te 0.1-0.3 keV.

17. D-D fúzní aparatura na ČVUT Maximální proud 200 kA 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

18. 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

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

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

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

22. Srovnání neutronových zisků D+D