Projekti / Programi
Izračuni za podporo kalibracije nevtronskih detektorjev - primer uporabe na fuzijskem reaktorju JET
| 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 |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
Fuzija, JET, skupni evropski torus, fuzijski reaktor, nizkoogljični viri energije, trajnostni viri energije, kalibracija nevtronskih detektorjev, Monte Carlo transport nevtronov, Monte Carlo redukcija variance
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
27819 |
dr. Luka Snoj |
Energetika |
Vodja |
2011 - 2013 |
1.863 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
90.742 |
Povzetek
Skupni evropski torus (JET – Joint European Torus), trenutno največjo ter najzmogljivejšo napravo za raziskave zlivanja jeder (fuzije) z magnetnim zadrževanjem plazme na svetu so v preteklih dveh letih prenovili in jo bodo v letu 2011 ponovno zagnali. Največja sprememba bo zamenjava sedajšnje ogljične obloge s takšno, kakršna bo v ITRU, to je narejeno iz grafita, volframa in berilija. Zamenjava obloge bo najbolj vplivala na meritve produkcije nevtronov, ki so najpomembnejši indikatorji proizvedene moči reaktorja.
Po prenovi bodo nevtronske detektorje kalibrirali s kalifornijevim (252Cf) nevtronskim izvorom, ki ga bo daljinsko voden robot premikal znotraj vakuumske posode. Meritev bo omogočila neposredno potrditev kalibracije časovno odvisnih nevtronskih detektorjev, to so fisijske celice locirane zunaj vakuumske posode, ter prvo kalibracijo aktivacijskih nevtronskih detektorjev to so razni materiali, ki se ob obsevanju z nevtroni aktivirajo in so locirani na robu reaktorske posode.
Da bi povečali zanesljivost in natančnost kalibracije nevtronskih detektorjev na JET-u, bo potrebno opraviti vrsto izračunov. Zaradi izjemno kompleksne geometrije fuzijske naprave in asimetrične zgradbe, je najboljša in skoraj edina možnost uporaba najsodobnejših Monte Carlo metod za transport nevtronov. Ker so detektorji precej manjši od tokamaka bo potrebno uporabiti metode redukcije variance za pospešitev izračunov in zmanjšanja računskih statističnih napak. Vrsta in način uporabe metode redukcije variance je močno odvisna od obravnavanega problema. Zato je izjemnega pomena, da izračunane rezultate primerjamo z referenčnimi meritvami.
Namen projekta je razvoj računskega modela tokamaka JET, izbira in uporaba ustreznih računskih metod redukcije variance, verifikacija le-teh preko primerjave z meritvami ter uporaba izračunov za podporo kalibracije. Računsko bomo izboljšali kalibracije tako, da bomo ovrednotili vse napake, negotovosti in odstopanja. To bo omogočilo popravke meritev, kar bo izboljšalo zanesljivost meritev produkcije nevtronov na JET-u. Rezultati bodo uporabni tudi za ostale tokamake in podobne naprave. Še več, znanje in izkušnje pridobljene v tem projektu bomo lahko uporabili za izračun transporta nevtronov v klasičnih cepitvenih reaktorjih.
Pomen za razvoj znanosti
Nadaljnje obratovanje tokamaka JET bo med drugim odvisno tudi od dobrih meritev pridelka nevtronov, ki mora biti v obratovalnih mejah. Vsi znanstveni projekti zahtevajo smiselne rezultate meritev nevtronskega pridelka za karakterizacijo posameznih pulzov. Verifikacija nevtronskih meritev je pomembna tudi za bodoče obratovanje v D-D in D-T načinu. Uporaba in razvoj eksperimentalnih in računskih metod, ki smo jih razvili, se bo kasneje razširila tudi na bodoče delovanje v D-T načinu ter bo pomembno prispevala k načrtovanim aktivnostim tokamaka JET. Konkretno bodo izkušnje, znanje in metode pridobljen v sklopu tega projekta, direktno uporabljene pri projektu kalibracije nevtronskih detektorjev za DT nevtrone z energijo 14.1 MeV. Ta projekt se je že pričel in naša raziskovalna skupina je vanj v pletena v sklopu mednarodnega projekta znotraj H2020 Celoten proces razumevanja in poglabljanja znanja o meritvah nevtronskega pridelka je pomemben tudi za bodoči fuzijski reaktor ITER, kjer bo potrebno metode za kalibracijo nevtronskih detektorjev še določiti. Natančno poznavanje fuzijske moči reaktorja, ki se jo izmeri lahko le preko meritev nevtronov, je izjemno pomembno za razvoj fuzije kot trajnostnega in okolju prijaznega vira energije. Evalvirani rezultati eksperimenta bodo služili kot referenčni eksperiment za verifikacijo in validacijo računskih metod in jedrskih podatkov v fuzijskih tokamakih ter ostalih podobnih sistemih, kot so klasični cepitveni reaktorji, ki imajo podobne materiale in praktično enake detektorje.
Pomen za razvoj Slovenije
Pridobljeno znanje in izkušnje bomo lahko neposredno uporabili v slovenski jedrski elektrarni v Krškem. Rezultati naših raziskav bodo uporabni za: • izračun odzivne funkcije nevtronskih detektorjev v klasičnih cepitvenih reaktorjih, kar je pomembno za natančno in zanesljivo obratovanje reaktorja ter za meritve fizikalnih parametrov reaktorja • izboljšanje natančnosti in zanesljivosti izračunov obsevanosti reaktorske posode, ki je ključnega pomena za določanje življenjske dobe jedrske elektrarne in morebitno podaljšanje njenega obratovanja • izboljšanje natančnosti izračunov aktivacije materialov izven reaktorske posode, kar je pomembno za natančno določanje količine in vrste radioaktivnih odpadkov ob razgradnji reaktorja V energetskih reaktorjih so nevtronske kalibracije z dobro definiranimi izvori (npr. 252Cf) praktično nemogoče zaradi praktičnih in finančnih omejitev. Raziskovalni reaktorji so premajhni in premalo kompleksni ter zato niso reprezentativni za takšne meritve. Zato so znanje in izkušnje pridobljeno na eksperimentalnih fuzijskih reaktorjih neprecenljive ter pomembne tudi za klasične cepitvene reaktorje. Slovenija je s sodelovanjem v Skupnem evropskem torusu (JET-u), največji raziskovalni fuzijski napravi na svetu, dobila dostop do najnovejših znanj na področju fuzijske tehnologije in bo še bolj aktivno vpletena v evropske raziskovalne projekte. Ljudje, ki smo delali na projektu, smo sodelovali z največjimi strokovnjaki na področju fizike, eksperimentalnih tehnik in z njimi povezanih izračunov za detekcijo nevtronov in gama žarkov ter na ta način obogatili svoje znanje. Pridobljeno znanje bo posredovano naprej ostalim slovenskim znanstvenikom, strokovnjakom in študentom na področju detekcije nevtronov in transportnih izračunov. Slednje je še posebej pomembno za ohranjanje in izboljšanje znanja na področju nevtronskih in sevalnih znanosti v Sloveniji. Imeti priložnost za sodelovanje pri tako velikem projektu je veliko priznanje za slovensko znanost in velika promocija Slovenije. Slednje bo še posebej vidno v bližnji prihodnosti, ko bo JET dosegel in presegel fuzijski ojačitveni faktor Q=1, ki je pomemben mejnik pri razvoju fuzije kot trajnostnega in okolju prijaznega vira energije v prihodnosti. Predlagani projekt je pomemben korak na tej poti. Sodelovanje pri tako velikem in pomembnem projektu nam je odprlo vrata za sodelovanje v drugi evropskih projektih. In sicer smo na podlagi znanj in izkušenj pridobljenih v tem projektu v konzorciju Eurofusion kandidirali na razpisu v okviru programa Horizon 2020 in pridobili projekt z naslovom Izračun za podporo DT kalibraciji tokamaka JET, ki se vsebinsko močno naslanja na ta projekt. Vrednost evropskega projekta je 306.000 EUR v leti 2014 - 2018. V sklopu sodelovanja z mednarodnimi institucijami, ki raziskujejo zlivanje jeder smo navezali stike tudi s podjetjem National Instruments in ITER, za katera smo na raziskovalnem reaktorju TRIGA na IJS opravljali testiranje odpornosti elektronike na termične nevtrone. Pri vzpostavitvi povezav je sodelovalo tudi slovensko podjetje Cosylab, ki bo za ITER izdelalo krmilni sistem.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
