Galeria

Dr Agnieszka Zaraś-Szydłowska z Zakładu Fizyki i Zastosowań Plazmy Laserowej oraz dr inż. Tomasz Fornal z Zakładu Fuzji Jądrowej i Spektroskopii Plazmy otrzymali granty NCN w ramach konkursu MINIATURA 7 na realizację pojedynczych działań naukowych.

W konkursie MINIATURA 7 zorganizowanym przez Narodowe Centrum Nauki naukowcy mogli planować działania w postaci badań wstępnych, pilotażowych, kwerendy, stażu naukowego, wyjazdu badawczego albo wyjazdu konsultacyjnego.

Dr Zaraś-Szydłowska zdobyła grant na badania wstępne do projektu pt. „Przygotowanie układu diagnostycznego do interferometrycznych pomiarów parametrów plazmy indukowanej laserem femtosekundowym na potrzeby przyszłych badań związanych z fuzją inercyjną”.

Projekt zakłada budowę i instalację interferometrycznego systemu diagnostycznego, tzw. interferometru kompleksowego, do badania parametrów plazmy generowanej w wyniku oddziaływania terawatowego impulsu laserowego z cienką folią oraz jego zastosowanie podczas sesji eksperymentalnej w Laboratorium Laserów Wielkiej Mocy znajdującego się w IFPiLM. Interferometria kompleksowa jest połączeniem standardowej interferometrii oraz polarymetrii i pozwala na uzyskanie informacji o rozkładach koncentracji elektronowej oraz spontanicznych pól magnetycznych, które to parametry mają istotne znaczenie w badaniach plazmy pod kątem uzyskania syntezy inercyjnej oraz w badaniach astrofizycznych. Głównym celem projektu jest rejestracja wysokiej jakości interferogramów kompleksowych dla różnych czasów ekspansji plazmy.

Drugi laureat, dr Fornal, odbędzie staż naukowy w Instytucie Fizyki Plazmy im. Maxa Plancka w Greifswaldzie. Tematem jego projektu jest „Rozwój kodów numerycznych do badań zachowania lekkich zanieczyszczeń w plazmie stellaratora Wendelstein 7-X”.

W trakcie trzymiesięcznego stażu przeprowadzone zostaną prace związane z rozwinięciem oprogramowania do akwizycji danych z systemu spektroskopowego C/O monitor dla stellaratora Wendelstein 7-X (W7-X). Prace obejmą rozwój kodu do obsługi detektorów, uwzględniającego specyfikę eksperymentów fuzyjnych, a także stworzenie narzędzi numerycznych do analizy danych eksperymentalnych. Staż umożliwi doktorowi testowanie oprogramowania w warunkach eksperymentalnych, zapewniając niezbędny dostęp do infrastruktury intranetowej stellaratora W7-X. Ostatecznym celem projektu jest uzyskanie wysokiej jakości danych pomiarowych do precyzyjnych analiz domieszek lekkich zanieczyszczeń w plazmie W7-X.

Laureatom serdecznie gratulujemy i życzymy sukcesów w pracy naukowej!

Zdjęcie: Laboratorium Laserów Wielkiej Mocy w IFPiLM. © IFPiLM

Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy został partnerem Europejskiej Rady Innowacji (European Innovation Council, EIC). EIC została ustanowiona w ramach programu Horyzont Europa w celu wspierania przełomowych innowacji. Partnerzy EIC wybierani są w ramach programu EIC Ecosystem Partnership oraz Co-Investment Support.

Oferta usług IFPiLM w ramach EIC:

• Przeprowadzanie badań i analiz technicznych, w tym testów zgodności
• Produkcja aparatury i urządzeń związanych z prowadzonymi badaniami naukowymi i pracami rozwojowymi
• Przygotowywanie opinii i ekspertyz innych niż badania naukowe i prace rozwojowe

Profil IFPiLM w katalogu EIC dostępny jest na stronie: https://partnerservices.eismea.eu/partners

Badania nad fuzją jądrową mają strategiczne znaczenie dla rozwoju cywilizacyjnego i gospodarczego zarówno wspólnoty krajów europejskich, jak i całego świata. IFPiLM jako lider i krajowy koordynator w zakresie fizyki plazmy i rozwoju technologii fuzji jądrowej uczestniczy w wielu projektach krajowych i międzynarodowych, będących przedmiotem współpracy wielu partnerów. Najbardziej sprzyjające obszary wzajemnej współpracy w zakresie energii, środowiska i technologii obejmują: akceleratory plazmowe, impulsowe plazmowe źródła neutronów, udoskonalanie celów napromieniania, testowanie i badania materiałów, rozwój związany z obiektem IFMIF-DONES, rozwój związany z JET, W7X, ITER i wieloma innymi urządzeniami fuzyjnymi.

Naukowcy z konsorcjum EUROfusion ogłosili wyniki naukowe rekordowej kampanii eksperymentalnej przeprowadzonej w 2021 roku na największym na świecie tokamaku JET (Joint European Torus), który znajduje się w Wielkiej Brytanii. Wyniki ogłoszone podczas 29. konferencji IAEA (Fusion Energy Conference - FEC 2023) w Londynie dotyczącej syntezy jądrowej, obejmują pierwsze obserwacje procesu zwanego grzaniem cząstkami alfa, który umożliwia utrzymanie wysokiej temperatury paliwa w procesie fuzji. Kolejne istotne dane obejmują techniki kontroli mające na celu ochronę ścian urządzeń fuzyjnych, techniki nagrzewania oraz sposoby odzyskiwania paliwa termojądrowego wchłoniętego przez ściany reaktora.

W 2021 roku naukowcy z konsorcjum EUROfusion, w tym także polscy naukowcy z Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy (IFPiLM) w Warszawie, przeprowadzili specjalną kampanię eksperymentalną na tokamaku JET, aby zbadać ekstremalne warunki, jakie będą występowały w tokamaku ITER, eksperymentalnym reaktorze badawczym zlokalizowanym na południu Francji, oraz w przyszłych elektrowniach termojądrowych.

Naukowcom udało się osiągnąć odpowiednie warunki, w tym temperaturę wynoszącą 150 milionów stopni Celsjusza wewnątrz plazmy (gorącego, naładowanego gazu) zawieszonej wewnątrz pola magnetycznego urządzenia.

„Jednym z naszych najbardziej efektownych wyników jest pierwsza dokładna obserwacja paliwa termojądrowego utrzymującego swoją temperaturę poprzez ogrzewanie cząstkami alfa. Jest to proces, w którym wysokoenergetyczne jony helu (cząstki alfa) powstające w reakcji syntezy jądrowej przekazują swoją energię do otaczającej mieszanki paliwowej, aby utrzymać proces fuzji” – mówi Costanza Maggi, członek UKAEA i były lider Task Force JET. „Badanie tego procesu w realistycznych warunkach ma kluczowe znaczenie dla rozwoju elektrowni termojądrowych”.

Wnętrze tokamaka JET z plazmą. Credit: UKAEA courtesy of EUROfusion

Pierwsze spojrzenie na grzanie cząstkami alfa i inne wyniki

Badania przedstawione przez naukowców w zasadniczy sposób wpłyną na prace projektowe, a także działanie przyszłych eksperymentalnych urządzeń termojądrowych zasilanych paliwem deuterowo-trytowym (mieszanka dwóch izotopów wodoru wykorzystywana do produkcji energii termojądrowej) i pokazują potencjał fuzji jądrowej jako przyszłego źródła energii. Większość wyników została opublikowana w specjalnym wydaniu czasopisma naukowego „Nuclear Fusion”, a prace dotyczące grzania cząstkami alfa ukazały się w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Physical Review Letters”.

• Pierwsze spostrzeżenia dotyczące grzania cząstkami alfa, kiedy to wysokoenergetyczne jony helu (cząstki alfa) wytwarzane w reakcjach syntezy jądrowej utrzymują wystarczającą temperaturę otaczającej mieszanki paliwowej, nie zakłócając warunków syntezy.
• Udana demonstracja techniki odprowadzania ciepła, chroniącej ściany tokamaka. Dywertor jest jedyną częścią tokamaka (urządzenia w kształcie pączka używanego do utrzymania gorącej plazmy), która wchodzi w bezpośredni kontakt z gorącym paliwem i musi wytrzymać bardziej intensywne warunki niż statki kosmiczne ponownie wchodzące w atmosferę ziemską.
• Eksperymenty potwierdziły przewidywania zawarte w zaawansowanych modelach komputerowych dotyczących transportu ciepła w plazmie, które mają kluczowe znaczenie dla ekstrapolacji wyników z bieżących układów eksperymentalnych na większe przyszłe urządzenia takie jak ITER i DEMO.
• Pomyślne testy metod odzyskiwania paliwa trytowego, które zostało wchłonięte przez wewnętrzną metalową ścianę tokamaka. Efektywne odzyskiwanie trytu ma kluczowe znaczenie dla eksploatacji i wycofania urządzeń termojądrowych po zakończeniu ich eksploatacji.
• Zweryfikowana technika grzania plazmy zaplanowana dla projektu ITER, w celu zdeponowania ciepła zewnętrznego dokładnie tam, gdzie jest to potrzebne. Demonstracja ta daje pewność co do projektu i planowanego działania międzynarodowego przedsięwzięcia termojądrowego ITER.

Rekordowe osiągnięcie

Tokamak JET to jedyne urządzenie, które może wytwarzać duże ilości reakcji termojądrowych ze względu na swoją unikalną zdolność do pracy z mieszanką paliwową deuter-tryt (D-T). Jest to wysokowydajna mieszanka paliwowa, która będzie stosowana także w międzynarodowym projekcie ITER i przyszłej europejskiej demonstracyjnej elektrowni termojądrowej DEMO.

Podczas drugiej eksperymentalnej kampanii deuterowo-trytowej (DTE2) na JET w 2021 roku ustanowiono światowy rekord wynoszący 59 megadżuli w zakresie największej ilości ciepła termojądrowego wytworzonego w jednym strzale, co po ogłoszeniu w lutym 2022 roku spotkało się z dużym zainteresowaniem opinii publicznej.

Rekordowe wyładowanie podczas kampanii eksperymentalnej DTE2. Credit: EUROfusion consortium

Volker Naulin, manager Działu Nauki o Fuzji w EUROfusion:

„Kampanię DTE2 przygotowywano przez wiele lat. Wyniki naukowe i rekord energii osiągnięty na JET w 2021 roku pokazują, że rozumiemy i kontrolujemy plazmę termojądrową w warunkach możliwie najbardziej zbliżonych do tych zagwarantowanych w przyszłych urządzeniach termojądrowych. Przewidzieliśmy i ostatecznie pokazaliśmy, że możemy wytwarzać, utrzymywać i badać syntezę jądrową w warunkach o wysokiej wydajności, tak długo, jak pozwala na to urządzenie. Potwierdza to, że jesteśmy na dobrej drodze do dostarczania energii otrzymywanej z reakcji syntezy jądrowej do sieci”.

Ambrogio Fasoli, dyrektor Szwajcarskiego Centrum Plazmy i manager-elekt programu EUROfusion:

„Kampania JET DTE2 wzbogaciła rozległą wiedzę na temat magnetycznego utrzymania plazmy, które stanowi podstawę funkcjonowania tokamaka ITER. Pomoże także w kierowaniu rozwojem DEMO, które jest głównym urządzeniem europejskiej strategii na rzecz elektrowni termojądrowych. Wyniki naukowe obejmowały prace nad warunkami plazmy i materiałami kompatybilnymi z elektrowniami oraz informacje istotne dla ogólnej strategii europejskiej. Stanowią one podstawę bezpiecznego podejścia do spalania plazmy w tokamaku ITER”.

Fernanda Rimini, starszy manager ds. eksploatacji JET (UKAEA):

„Sukces JET leży w wizji, ambicji i wyjątkowym połączeniu fizyki oraz talentu inżynieryjnego zespołu projektowego: stworzył on urządzenie o unikalnych na tamte czasy cechach – rozmiarach oraz możliwościach zastosowania paliwa D-T. Powstało także środowisko, w którym nawiązał się dialog oraz zacieśniła integracja fizyki i inżynierii. Zespół JET kontynuował tradycję dążenia do doskonałości, pracując przez ostatnie 40 lat nad postępem badań nad syntezą jądrową”.

Agata Chomiczewska, krajowy koordynator badań na tokamaku JET, IFPiLM:

„Cieszymy się, że polscy naukowcy mają swój udział w sukcesie jaki osiągnięto na tokamaku JET podczas kampanii DTE2. Nauka ma to do siebie, że ciągle odkrywamy coś nowego. Przed nami stoi jeszcze wiele wyzwań, ale dzięki wspólnej determinacji w dążeniu do celu, realna staje się perspektywa komercyjnych elektrowni termojądrowych”.

40 lat nauki o fuzji

JET to największe i odnoszące znaczące sukcesy urządzenie do przeprowadzania kontrolowanych reakcji termojądrowych na świecie oraz centralny ośrodek badawczy europejskiego programu fuzji jądrowej. JET ma swoją siedzibę na terenie kampusu UKAEA w Culham w Wielkiej Brytanii i korzysta z niego ponad 31 europejskich laboratoriów – zarządzanych przez konsorcjum EUROfusion współfinansowane przez Komisję Europejską – wśród nich eksperci, studenci oraz pracownicy z całej Europy.

W niedzielę 25 czerwca bieżącego roku badacze zajmujący się syntezą jądrową w Europie i na świecie świętowali 40. rocznicę pierwszej wyprodukowanej na JET plazmy. Od momentu powstania w 1983 roku tokamak JET inicjuje przełomowe osiągnięcia i próby odnalezienia bezpiecznych, niskoemisyjnych i zrównoważonych rozwiązań w zakresie energetyki termojądrowej, aby sprostać przyszłemu zapotrzebowaniu świata w energię.

W trakcie swojego istnienia JET dostarczył kluczowych informacji na temat złożonej mechaniki fuzji, umożliwiając naukowcom zaplanowanie międzynarodowego eksperymentu termojądrowego ITER i demonstracyjnej elektrowni termojądrowej DEMO projektowanej obecnie przez europejską społeczność zajmującą się syntezą jądrową.

Widok hali z tokamakiem JET. Credit: UKAEA courtesy of EUROfusion

Potencjał energii z fuzji jądrowej

Fuzja, proces zasilający gwiazdy takie jak nasze Słońce, zapewnia w dłuższej perspektywie niemal nieograniczone, czyste źródło energii elektrycznej przy użyciu niewielkich ilości paliwa, które można pozyskać na całym świecie z niedrogich materiałów. Proces fuzji łączy atomy lekkich pierwiastków, takich jak wodór, w wysokich temperaturach, tworząc hel i uwalniając ogromną energię w postaci ciepła. Fuzja jest z natury bezpieczna, ponieważ nie może rozpocząć niekontrolowanego procesu i nie powoduje powstania odpadów o długim procesie rozkładu.

Źródło: EUROfusion

„Nauka to podróż w przyszłość” – pod tym hasłem odbyła się 27. edycja Festiwalu Nauki w Warszawie w dniach 15-29 września 2023 roku.

W ramach Festiwalu naukowcy z Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy przygotowali dla uczniów szkoły podstawowej i średniej zajęcia, które zostały przeprowadzone w siedzibie IFPiLM.

Dr Ewa Łaszyńska i dr Katarzyna Mikszuta-Michalik na lekcji zatytułowanej „Promieniowanie wokół nas” w przystępny sposób opowiedziały uczniom IV klasy szkoły podstawowej o promieniowaniu jądrowym i sposobach jego detekcji. Podczas wizyty w Pracowni Spektrometrii Promieniowania Gamma uczestnicy przeprowadzali pomiary promieniowania produktów wykorzystywanych w życiu codziennym, w tym produktów spożywczych.

W czasie zajęć pt. Fuzor – eksperyment „w praktyce” dr Piotr Chmielewski i mgr inż. Maciej Szymański wyjaśnili uczniom, co to jest plazma, na czym polega fuzja jądrowa i jak wygląda praca urządzeń utrzymujących plazmę, takich jak tokamak czy stellarator. W laboratorium licealiści zapoznali się z budową i zasadą działania reaktora fuzyjnego z elektrostatyczno-inercyjnym utrzymaniem plazmy typu fuzor. Uczniowie mogli zaobserwować m.in. wpływ ciśnienia gazu na charakterystykę prądowo-napięciową oraz charakter wyładowania, a także wykonali pomiary temperatury katody reaktora za pomocą pirometru optycznego. Dodatkowo po głównym temacie spotkania uczestnicy zwiedzili Laboratorium PF1000U.

Warszawski Festiwal Nauki to cykl spotkań z naukowcami, którzy w przystępny sposób prezentują najnowsze osiągnięcia, metody badawcze oraz wyzwania na przyszłość. Tematyka festiwalowych spotkań dotyczy nauk ścisłych, przyrodniczych, medycyny, nauk humanistycznych i społecznych, a także nauk o kulturze i sztuce. Wydarzenia mają formę debat, wykładów, warsztatów, pokazów filmowych, wizyt w laboratoriach, wystaw, wycieczek, konkursów i gier edukacyjnych. W ramach Festiwalu odbywają się również lekcje dla zorganizowanych grup szkolnych na wszystkich poziomach nauczania. Wydarzenia organizowane są przez instytucje naukowe, edukacyjne, upowszechniające kulturę oraz stowarzyszenia i towarzystwa naukowe.

Zdjęcia: © IFPiLM

W dniach 18-22 września 2023 roku w Warszawie odbyła się międzynarodowa konferencja naukowa PLASMA 2023 dotycząca badań i zastosowań plazmy. Organizatorem wydarzenia był Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy. Na konferencję przybyło niemal 100 uczestników z 16 państw: Belgii, Chin, Francji, Hiszpanii, Holandii, Japonii, Korei Południowej, Litwy, Niemiec, Polski, Republiki Czeskiej, Serbii, Stanów Zjednoczonych, Szwajcarii, Szwecji i Wielkiej Brytanii.

Wśród tematów poruszanych podczas konferencji znalazły się m.in.:

• plazma w tokamakach i stellaratorach – fuzja z magnetycznym utrzymaniem plazmy,
• plazma wytwarzana przez wiązki laserowe – fuzja z inercyjnym utrzymaniem plazmy,
• plazma kosmiczna i astrofizyka laboratoryjna,
• plazma pyłowa,
• diagnostyka plazmy, pomiary i przetwarzanie danych, w tym sztuczna inteligencja,
• medycyna plazmowa,
• procesy elementarne, ogólna fizyka plazmy.

Przewodniczącą Międzynarodowego Komitetu Naukowego była dr hab. Monika Kubkowska, zastępca dyrektora ds. naukowych IFPiLM, z kolei na czele Lokalnego Komitetu Organizacyjnego stanęła dr hab. Agata Chomiczewska z IFPiLM.

W czasie konferencji zaprezentowano 22 wykłady zaproszone, 21 prezentacji ustnych oraz przeprowadzono dwie sesje plakatowe, na których przedstawiono 40 posterów.

Podczas drugiego dnia wydarzenia odbyła się sesja plenarna dotycząca przełomowych osiągnięć w dziedzinie syntezy jądrowej. Dr Ernesto Lerche z Culham Science Centre (UKAEA), LPP-ERM/KMS omówił przełomowe wyniki uzyskane przez europejskich naukowców w grudniu 2021 roku na największym na świecie urządzeniu do przeprowadzania kontrolowanych reakcji termojądrowych – tokamaku JET (Joint European Torus), który znajduje się w Wielkiej Brytanii. Natomiast dr Clement Trosseille z Lawrence Livermore National Laboratory w Stanach Zjednoczonych przedstawił sukces amerykańskich naukowców związany z uzyskaniem dodatniego bilansu energetycznego w procesie laserowej syntezy jądrowej w grudniu 2022 roku i w lipcu 2023 roku.

W sesji poza uczestnikami konferencji wzięli udział także przedstawiciele mediów, m.in. z PAP, Gazeta.pl, Focus.pl, Postępów Techniki Jądrowej, osoby reprezentujące krajowe instytucje oraz studenci i licealiści.

Sesja plenarna była transmitowana na kanale IFPiLM na YouTubie. Można ją obecnie obejrzeć na stronie: www.youtube.com/@ifpilm/streams

Konferencja została dofinansowana ze środków budżetu państwa, przyznanych przez Ministra Edukacji i Nauki w ramach Programu „Doskonała Nauka II – Wsparcie konferencji naukowych: International Conference on Research and Applications of Plasmas - PLASMA 2023”, nr projektu KONF/SN/0198/2023/01.

Sponsorzy wydarzenia: EKSPLA, Hamamatsu, IRtech Sp. z o.o., Precoptic, Quantum Design, Tespol Sp. z o.o. oraz Krajowy Punkt Kontaktowy Euratom-IFPiLM. Partner: czasopismo Applied Science.

Kolejna edycja konferencji PLASMA odbędzie się w 2025 roku.