Delo bo potekalo na Odseku za fiziko nizkih in srednjih energij (F2) na edinem slovenskem 2 MV pospeševalniku https://f2.ijs.si/sl/infrastruktura/2020071509342251/mic–mikroanalitski-center , v dinamičnem in sproščenem okolju. Zajemalo bi predvsem eksperimentalno delo v Laboratoriju za fuzijske raziskave https://f2.ijs.si/en/fusion ter modeliranje fizikalnih procesov, ki bodo pripomogli k razumevanju eksperimentalnih rezultatov.
Razumevanje interakcije vodika s kristalno mrežo materiala izpostavljenih plazmi je ključnega pomena, saj je majhno zadrževanje vodikovih izotopov (VI) 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) + n (14 MeV)). Zaradi obstreljevanja z 14 MeV bodo nastale poškodbe v kristalni rešetki materiala v količini več premikov na atom (ang. displecement per atom – dpa) na leto. Tovrstne poškodbe bodo pomembno vplivale na zadrževanje in transport VI, saj le-te delujejo kot globoke potencialne jame, v katere se VI lahko ujamejo. Doktorska nalog bo osredotočena na uporabo ionske tehnike za karakterizacijo ter raziskovanje vpliva strukturnih poškodb na zadrževanje VI in obratno. V laboratoriju s tandemskim pospeševalnikom v Ljubljani želimo uporabiti metodo kanaliziranja ionov za karakterizacijo nastalih strukturnih poškodb in zadrževanja VI. Metodo s povratno sipanimi ioni (RBS-C) v načinu kanaliziranja 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 (kot so vrzeli, skupki vrzeli ter praznine) in določanje položajev atomov vodika v kristalni mreži okoli preučevanih struktur.
Kandidat bi preučeval napake v kristalni rešetki materiala nastalih zaradi obstreljevanja z visokoenergijskimi ioni in posledično vpliv napak na zadrževanje VI v materialih. V okviru doktorske teme bi kandidat z uporabil dve analitski tehniki v načinu kanaliziranja (C-RBS ter C-NRA) v obstoječi eksperimentalni postavitvi na tandetron pospeševalniku. Meritve bo kandidat opravil na vzorcih, ki vsebujejo različne vrste poškodb. Glavna preučevana materiala bosta volfram in železo, s poudarkom na ujemanju devterija v majhnih skupkih vrzeli in skupkih helij-vrzel. Uporaba teh tehnik nam bo omogočila nadgradnjo našega sedanjega znanja o interakciji VI z mrežnimi poškodbami, s ciljem do boljše ekstrapolacije za prihodnje fuzijske reaktorje. Doktorsko delo bo mednarodno vpeto in bo del evropskega EUROfusion projekta.
Reference povezane z delom:
- Markelj, S. et al. Nuclear Materials and Energy 39, 101630 (2024) https://doi.org/10.1016/j.nme.2024.101630
- Markelj et al. Acta Materialia 263 (2024) 119499 https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.119499
- Markelj S. et al., Phys. Scr. 97 (2022) 024006 https://doi.org/10.1088/1402-4896/ac4860
- Pečovnik, M., et al. Nucl. Fusion 60 (2020) 036024 https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab680f
- Markelj, S., et al. Nucl. Fusion 59 (2019) 086050 https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab2261