![Page 1: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/1.jpg)
Studium optimalizace mřížek pro fúzní neutrovnový zdroj
Jáchym Sýkora Tomáš Skřivanškolitel: Bc. Daniel Krasnický
![Page 2: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/2.jpg)
Změna plánu
Naším původním ukolem bylo zprovoznění vakuové aparatury pro fúzní neutronový zdroj.
Z důvodu nedodání vakuové aparatury, jsme se zaměřili na optimalicazi mřížek pro fúzní neutronový zdoj.
![Page 3: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/3.jpg)
Fúzní neutronový zdroj neboli fúzor je zdroj rychlých neutronů založený na jaderné reakci srážejících se proti sobě
letících kationtů těžkého vodíku urychlených v elektrostatickém poli.
Fúzní neutronový zdroj
Tato jaderná reakce má dva téměř stejně pravděpodobné výsledky:
![Page 4: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/4.jpg)
Schéma
Reálně
-nedokonalé elektrické pole => nedokonalá fokusace
-ionty se srážejí s katodou
Ideální případ
-anoda i katoda jsou celistvé a naprosto propustné mřížky
-dokonalá fokusace a nulové srážky iontů s katodou
Schéma fúzoru kulovitého typu Wisconsinské Univerzity. 1-anoda 2-katoda
1 2
![Page 5: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/5.jpg)
Virtuální anoda
ideální průběh elektrického potenciálu
ve fúzoru
naměřený průběh potenciálu ve
Wisconsinském fúzoru
![Page 6: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/6.jpg)
Předběžné schéma budoucího fúzoru na FJFI
![Page 7: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/7.jpg)
Výhody a nevýhody válcovitého uspořádání
Výhody-rozdíl mezi ideálním a reálným elektrickým polem není tak veliký
-možnost řešení problému virtuální anody, pomocí vstřikování proudu elektronů do středu fúzoru
Nevýhody
-oproti kulové verzi zde nejsou ionty urychlovány do středu ale na úsečku uprostřed
![Page 8: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/8.jpg)
Simion je program pro simulace letu iontů v elektrickém poli.
Je možné do běhu simulace zasahovat vlastními programy pro získání lepšího a reálnějšího modelu.Tím také můžeme sledovat pohyb iontů a zaznamenávat údaje, které nás zajímají. Jeden z možných modelů fúzoru pro simulaci
Simulace – program Simion
![Page 9: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/9.jpg)
Tvorba modelu fúzoruSimion dává výběr:
•Vytvořit model v integrovaném editoru – velmi pracné
•Vytvořit ve 3D editoru model a uložit v STL formátu, který simion dokáže přepočítat pro svou potřebu – příliš nedokonalé
•Napsat textový soubor, ve kterém jsou definované elektrody jako geometrické objekty. Tento soubor pak simion přepočítá s minimálním zkreslením. – pro nás nejlepší možnost
Pro snadnější vytváření těchto souborů jsme si napsali jednoduchý program, který je generuje na základě zadaných parametrů.
Příklad geometrického souboru:
![Page 10: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/10.jpg)
Výběr nejlepšího typu mřížky
Po krátkém zkoumání různých mřížek, jako např. spirála, mnoho kroužků uspořádaných vedle sebe a různé jejich kombinacejsme zjistili, že nejlepší bude vytvořit katodu z rovnoběžných drátků uspořádaných do kružnice. Ostatní mřížky buď špatně koncentrovaly ionty, nebo je vychylovaly tak, že vylétávaly z fúzoru na stranu.
Náhled nejlepšího typu mřížky ze dvou stran:
![Page 11: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/11.jpg)
Optimalizace mřížkyPotřebovali jsme zjistit, jaký počet drátků a jakou tlošťku použít, abychom se co nejvíce přiblížíli ideálnímu modelu. To znamená, aby bla mřížka co nejpropustnější a aby co nejlépe fokusovala ionty so středu.
Abychom mohli mřížky porovnávat, napsali jsme program, který nám zaznamená v datech propustnost, fokusaci a vypočte další určující čísla.
Rozdělili jsme střed fúzoru do sektorů, rozdělenými soustřednými kružnicemi, a zjišťovali, kolik iontů je v daném čase v kterém sektoru. Výsledná data jsme zaznamenali do grafu, pomocí námi napsaného programu.
čas
Sektor (vzdálenost od středu)
Ukázka grafu fokusace u mřížek s 32 drátky (vlevo) a 92 drátky (vpravo).
Ukázka vizualizace simulace v simionu.Přiblížení katody.
![Page 12: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/12.jpg)
Optimalizace mřížkyDalší data, která jsme zaznamenávali nám udávají, kolik iontů uskutečnilo kolik průletů. Také nám řeknou, jestli ionty narazily při vletu, nebo výletu z katody.
Zaznamenáváme také poloměr (R) kruhu, kterým prolétnou všechny ionty, což nám udává rozptyl iontů. Z těchto hodnot pak vypočítáme další čísla, která nám dokáží lépe určit, která mřížka je lepší. Prvním poměr počtu částic, které prolétly středem katody, (n) ku poloměru (R), tedy n/R. Druhé číslo je úměrné pravděpodobnosti, že se iont prolétávající katodou srazí s jiným iontem.
![Page 13: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/13.jpg)
Optimalizace mřížky
![Page 14: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/14.jpg)
Dvojitá mřížka
Původní důvod – snížení srážek iontů s katodou
Zobrazení elektrického pole u jednoduché mřížky, kde výška značí velikost elektrického potenciálu.
![Page 15: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/15.jpg)
Před každý drát postavit nový „kopeček“, přes který iont nepřeletí a tak se po něm pouze sklouzne, tím se vyhne vnitřní mřížce
Dvojitá mřížka
Ty to „kopečky“ vytvoříme pomocí druhé mřížky s o trochu větším poloměrem a až několika násobně menším napětím než na původní mřížce.
![Page 16: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/16.jpg)
Zobrazení elektrického pole s dvěma mřížkami
anoda (0 V)
vnější mřížka (-15kV)
vnitřní mřížka(-50kV)
![Page 17: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/17.jpg)
Mřižka s dvanácti drátky, s poloměrem vnější mřížky 1,5 cm (napětí -31kV) a poloměrem vnitřní mřízky 1cm (napětí -50kV)
0 průletů poloměr n/R pravděpodobnost
drátků 1 1 1 1
32 38 1 161,29 0,15
92 100 0,22 449,74 0,36
132 142 0,1 557,25 0,43
12_dvojita 26 0,03 5127,28 0,99
![Page 18: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/18.jpg)
ZávěrBěhem tohoto roku jsme dozvěděli základní věci z oblasti vakua, provedli jsme měření s různými vývěvami, naučili jsme se pracovat se simionem a procvičili jsme se v programování. Také jsme se naučili jak řešit základní typy diferenciálních rovnic.
Získali jsme náhled na vědeckou práci a vyzkoušeli jsme si jak to chodí.
Provedli jsme průzkum mřížek pomocí simulací a našli jsme výhledově zajímavou kombinaci – dvojitou mřížku.
Přestože naše účast na projektu oficiálně končí, chceme se i nadále podílet na dění okolo fúzoru.
Chceme se více věnovat dvojité mřížce a provést další simulace.
Rádi bychom prozkoušeli aparaturu, až se nám dostane do rukou. A chtěli bychom být i u samotného spuštění fúzoru.
![Page 19: Studi um optimalizace m řížek pro fúzní neutrovnový zdroj](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062323/56816791550346895ddcc579/html5/thumbnails/19.jpg)
Děkujeme za pozornost