Projekti / Programi
Študij plazemskih parametrov pri kondicioniranju notranjih površin fuzijskega reaktorja
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.03.02 |
Tehnika |
Energetika |
Goriva in tehnologija za konverzijo energije |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T160 |
Tehnološke vede |
Jedrsko inženirstvo in tehnologija |
Energija, fuzija, ITER, tokamak, plazma, jedkanje, plazemski plašč, sonde
Raziskovalci (11)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
18271 |
dr. Miha Čekada |
Materiali |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
441 |
| 2. |
01116 |
dr. Milan Čerček |
Fizika |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
318 |
| 3. |
26476 |
dr. Aleksander Drenik |
Elektronske komponente in tehnologije |
Mladi raziskovalec |
2008 - 2009 |
694 |
| 4. |
10401 |
dr. Tomaž Gyergyek |
Fizika |
Vodja |
2008 - 2011 |
414 |
| 5. |
15602 |
Damjan Matelič |
|
Tehnični sodelavec |
2008 - 2011 |
1 |
| 6. |
10429 |
dr. Miran Mozetič |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
1.353 |
| 7. |
09090 |
dr. Peter Panjan |
Materiali |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
792 |
| 8. |
06527 |
Branko Petrič |
Električne naprave |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
23 |
| 9. |
01718 |
dr. Iztok Šorli |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
63 |
| 10. |
20048 |
dr. Alenka Vesel |
Elektronske komponente in tehnologije |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
689 |
| 11. |
29275 |
dr. Tjaša Vrlinič |
Tehnika |
Raziskovalec |
2008 - 2011 |
16 |
Organizacije (4)
Povzetek
Kemijsko jedkanje komponent v fuzijskih reaktorjih, ki so izdelane iz kompozita ogljikovih vlaken (angleško: CFC - carbon fibre composite) predstavlja verjetno največji tehnološki problem v sodobnih fuzijskih reaktorjih kakor tudi v bodočem fuzijskem reaktorju ITER, ki bo zgrajen v naslednjih letih. Odstranjeni material se nalaga v odročnih predelih fuzijskih reaktorjev, kjer predstavlja nepredvidljiv vir ali ponor vodika (goriva v fuzijskih reaktorjih) kar, glede na današnje znanje, predstavlja največjo težavo pri zagotavljanju stabilnosti delovanja reaktorja. Za stabilno delovanje reaktorjev je potrebno tovrstne depozite občasno odstraniti. V okviru projekta bomo razvili novo metodo za odstranjevanje tovrstnih depozitov, ki temelji na interakciji nevtralnih kisikovih ali dušikovih atomov z depoziti (hidrogeniranim ogljikom). Razvili in izdelali bomo močan izvor O in N, ki bo omogočal nastavljivo in natančno določeno koncentracijo atomov. Izdelali bomo tudi sistem za vodenje atomov iz izvora v oddaljene predele fuzijskih reaktorjev, kjer bomo raziskovali njihovo interakcijo z depoziti. Razvili in izdelali bomo tudi prenosno napravo, ki bo omogočala odstranjevanje depozitov v fuzijskem reaktorju Textor v Nemčiji, ki trenutno omogoča tovrstne eksperimente. Napravo bomo kasneje optimizirali za uporabo v fuzijskem reaktorju ITER, ki ga trenutno gradimo v Franciji. Ker skoraj vsa dejavnost v predlaganem projektu tadeva interakcijo plazme s trdnimi površinami, bo del projekta tudi študij formiranja plazemskega plašča pred elektrodami, ki so potopljene v plazmo z več kot 2 skupinama nabitih delcev. Pri študiju formiranja plazemskih plaščev pred elektrodami in razvoju diagostičnih metod z različnimi sondami bomo eksperimentalne raziskave in teorijsko modeliranje dopolnjevali z računalniškimi simulacijami. Pomembna aktivnost znotraj projekta je promocija fuzije kot okolju neškodljivem viru energije za bodočnost. V poljudnih časopisih in revijah bomo objavili več prispevkov, v katerih bomo bralcem na poljuden način razložili, da zlivanje jeder vodikovih izotopov (fuzija) nikakor ne predstavlja nevarnosti jedrske eksplozije niti ni kakšna znanstvena utvara, ampak je realna alternativa fosilnim gorivom.
Pomen za razvoj znanosti
Rezultati obširnih raziskav, ki smo jih opravili na področju modeliranja in simulacij formiranja plazemskega potenciala pred negativno elektrodo, so pokazali, da je pri nas modificirana metoda za določanje električnega polja ob elektrodi zelo dobro uporabna kot ključni kriterij za določitev režima razelektritve. V tovrstnih plazmah je namreč potencialni padec ob katodi odvisen od razmerja gostot in energijskih porazdelitev vročih in hladnih elektronov. S tem smo pomembno prispevali k razumevanju pojavov v kompleksnih plazmah (tistih, z različnimi populacijami nabitih delcev), posebej pa k razumevanju mejnih pojavov ob stenah fuzijskih reaktorjev.
Raziskave obnašanja uskladitvenega člena med radiofrekvenčnim generatorjem in plazmo so razkrile nekatere pojave, o katerih nismo našli podatkov v relevantni literaturi. Gre predvsem za spontan prehod iz induktivne v kapacitivno sklopitev. Tovrstni prehod zaznamuje močan padec koncentracije nevtralnih kisikovih atomov v plazmi. Sistematične raziskave so pokazale, da je pojav odvisen od usklajenosti obeh nihajnih krogov in ga je mogoče do neke mere nadzorovati s spreminjanjem kvalitete sekundarnega nihajnega kroga.
Rezultati obsežnih meritev predstavljajo pomembno bazo podatkov, ki jih bodo raziskovalci, ki delajo na področju interakcije med plazmo in stenami reaktorja v svetovnih fuzijskih centrih, lahko uporabljali pri simulaciji procesov v sodobnih fuzijskih napravah. Baza podatkov vsebuje pregled doslej objavljenih rezultatov in naše originalne rezultate, ki izvirajo iz dela na projektu. Rekombinacijski in interakcijski koeficienti so navedeni v odvisnosti od razelektritvenih parametrov, vrste materiala in temperature materiala. Izkazalo se je Navedena baza podatkov je po naši oceni prva te vrste v svetovnem merilu.
Rezultati meritev so pokazali, da je koeficient za heterogeno površinsko rekombinacijo nevtralnih atomov kisika in vodika odvisen tudi od hrapavosti površine. Tovrstni rezultati odpirajo široko polje za raziskave, saj doslej v literaturi še nismo zasledili kakršnihkoli sistematičnih meritev rekombinacije atomov na površinah materialov z enako sestavo a različno morfologijo. Rezultati so posebej zanimivi za plazemsko nano znanost, ki je nova, hitro rastoča veja plazemske znanosti.
Izredno pomembno odkritje je redukcija tankih plasti volframovega oksida z vodikovo plazmo. V svetovni znanstveni javnosti je veljalo prepričanje, da tovrstnih plasti ni mogoče reducirati v vodikovi atmosferi pri nizki temperaturi. Sistematične meritve, ki smo jih opravili pri našem partneju v Font Romeu, Francija, so pokazale, da je redukcija povsem izvedljiva, če namesto klasične vodikove plazme uporabimo ekstremno neravnovesno plazmo z domala 100% stopnjo disociiranosti. Naše raziskave so tudi razčistile paradoks: pokazali smo, da je verjetnost za interakcijo atomarnega vodika z volframovim oksidom reda 0,0001. Ker ostali avtorji na razpolagajo s plazmo z izjemno visoko gostoto atomov, preprosto niso mogli doseči redukcije oksida zaradi tako majhne verjetnosti za reakcijo.
Pomen za razvoj Slovenije
V okviru tega raziskovalnega projekta smo se ob izdatni finančni podpori Evropske skupnosti (program EURATOM) in našega industrijskega partnerja (podjetje Induktio Ljubljana) lotili razvoja in izdelave velikega plazemskega reaktorja, ki služi kot izvir nevtralnih reaktivnih atomov. Plazemski reaktor je prvenstveno namenjen za dosego ciljev, ki smo si jih zadali v okviru tega projekta, znanje in izkušnje pa bomo s pridom izkoristili pri razvoju podobnih plazemskih reaktorjev za slovensko industrijo. Finančna kriza namreč še dodatno vzpodbuja evropsko in s tem tudi slovensko industrijo k razvoju novih, okolju prijaznih tehnologij, ki v veliki meri temeljijo na uporabi suhih plazemskih postopkov površinske obdelave materialov. Plazemske tehnologije bodo tako postopoma nadomeščale ekološko sporne mokre kemijske postopke.
Navedeni rezultati dvigujejo ugled slovenske znanosti v mednarodni fuzijski javnosti, prav tako pa tudi v okviru Evropskega sporazuma za razvoj fuzije (angleško EFDA – European Fusion Development Agreement), katerega članica je tudi Slovenija. Gre za zgledni primer, kako lahko raziskovalci iz majhne države članice EFDAe pomembno prispevajo k skupnemu evropskemu cilju: razvoju reaktorjev za okolju neškodljivo pridobivanje energije preko zlivanja težkih izotopov vodika.
Opisani rezultati predstavljajo pomemben prispevek k razumevanju interakcije med reaktivno plazmo in obdelovanci. Naša raziskovalna skupina že leta sodeluje s slovensko industrijo pri razvoju novih, cenovno ugodnih in okolju prijaznih tehnoloških postopkov obdelave različnih materialov. Opisani rezultati torej posredno omogočajo razvoj novih tehnoloških postopkov in s tem dvig konkurenčne sposobnosti slovenske industrije v svetu.
Na koncu naj omenimo, da navedeni rezultati posredno prispevajo k zmanjšanju emisij ogljikovega dioksida, saj energija, pridobljena z zlivanjem jeder, ne proizvaja nobenih škodljivih emisij.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
2009,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2008,
2009,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
