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 na žarkovni liniji namenjeni preučevanju zadrževanja vodikovih izotopov v materialih https://f2.ijs.si/en/fusion ter modeliranje fizikalnih procesov, ki bodo pripomogli k razumevanju eksperimentalnih rezultatov.
Razumevanje interakcije vodika s kristalno mrežo materiala ali strukturnih materialov 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) + nevtrona (14 MeV)). Zaradi obstreljevanja z 14 MeV bodo nastale poškodbe v kristalni rešetki skozi celotno debelino materiala v količini več premikov na atom (ang. displecement per atom – dpa) na leto. Tovrstne poškodbe bodo pomembno vplivale na zadrževanje in transport HI, saj le-te delujejo kot globoke potencialne jame, v katere se VI lahko ujamejo. Doktorska nalog bo osredotočena na razvoj nove tehnike za karakterizacijo ter raziskovanje vpliva strukturnih poškodb na zadrževanje VI in obratno. V laboratoriju s tandemskim pospeševalnikom v Ljubljani želimo razviti in uporabiti novo metodo kanaliziranja ionov za karakterizacijo nastalih strukturnih poškodb in zadrževanja VI. Kot nadgradnjo obstoječih kanalizacijskih postopkov z uporabo metode s povratno sipanimi ioni (RBS-C), 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.
Kandidat bi preučeval napake v kristalni rešetki materiala nastalih zaradi obstreljevanja z visokoenergijskimi ioni in posledično vpliva napak na zadrževanje vodikovih izotopov v materialih. V okviru doktorske teme bi kandidat razvil dve analitski tehniki v načinu kanaliziranja (C-RBS ter C-NRA) v obstoječi eksperimentalni postavitvi na tandetron pospeševalniku. Razvoj ter meritve z zgoraj omenjenima metodama, bo omogočilo detekcijo napak v kristalni rešetki in količine vodika, ujetega v napakah. Ti novo razviti tehniki nam bosta omogočili nadgradnjo našega sedanjega znanja o interakciji VI z mrežnimi poškodbami, s ciljem do boljše ekstrapolacije za prihodnje fuzijske reaktorje. Predlagan projekt bo doprinesel tudi novo analizno metodo laboratorijem, ki razvijajo materiale v vodikovi tehnologiji (shranjevanje vodika) ter laboratorijem, ki preučujejo krhkost materialov zaradi vodika. Doktorsko delo bo mednarodno vpeto in bo del evropskega EUROfusion projekta.
Reference povezane z delom:
- 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.
- Markelj, S., et al. Nucl. Fusion 59 (2019) 086050.