Badania oddziaływań plazma-ściana należą do kluczowego obszaru dla opanowania energii fuzyjnej, co zostało podkreślone w opracowanej przez EUROfusion w 2012 roku „Mapie drogowej do opanowania energii termojądrowej”.

Korzenie uczestnictwa naukowców PSPWL w tej tematyce sięgają samego początku zaangażowania IFPiLM we współpracę z międzynarodowymi organizacjami zajmującymi się rozwojem energetyki termojądrowej w ramach wspólnoty EURATOM. Na przełomie lat 2004/2005 obecny lider zespołu pracował już nad pierwszym projektem ówczesnego OPL (Oddziału Plazmy Laserowej) w ramach współpracy z EURATOM, którym było laserowe usuwanie kodepozytu z grafitowych elementów tokamaka TEXTOR.

Sukces tego projektu zachęcił ówczesny zespół, którym kierował wtedy dr hab. Jerzy Wołowski (obecnie profesor) do uczestnictwa w kolejnych projektach koordynowanych przez ówczesną EFDA (European Fusion Development Agreement), stanowiących właściwie odrębne kierunki badań: usuwanie paliwa i kodepozytu za pomocą laserów dużej mocy średniej, diagnostyka pyłu i retencji w nim paliwa oraz rozwój diagnostyki LIBS, która stała się wkrótce jednym z najważniejszych działań badawczych, zwłaszcza po dołączeniu do zespołu dr Moniki Kubkowskiej (będącej obecnie hersztem całego zakładu).

Dzięki projektowemu finansowaniu zaplecze sprzętowe stawało się coraz lepsze: poza laserami nanosekundowym, impulsowym światłowodowym o dużej mocy średniej oraz dwuimpulsowym nanosekundowym objęło spektrometr MECHELLE 5000 wyposażony w kamerę ze wzmacniaczem obrazu powalający na szerokopasmową obserwację widma optycznego z dobrą rozdzielczością, profilometr NANOVEA pozwalający na badania wytworzonych laserowo kraterów, komorę próżniową wyposażoną w pompy, stoły optyczne oraz drobniejszą diagnostykę i sprzęt opto-mechaniczny w postaci pirometrów, zdalnie sterowanego stolika XY, oraz mikroskopy optyczne, diagnostykę jonową, soczewki, uchwyty, okna, itp. Badania LIBS, które na pierwszym etapie wymagały wsparcia sprzętowego, mogły być prowadzone samodzielnie, co jednak nie powodowało ustania współpracy, lecz wręcz przeciwnie.

Nowoczesny sprzęt był solidnym wsparciem dla naukowców uczestniczących w kolejnych europejskich projektach, które po zastąpieniu EFDA przez EUROfusion skupiły się głównie na LIBS. W badaniach współpracowało coraz więcej zespołów m. in. Z Włoch, Niemiec, Francji, Holandii, Estonii, Finlandii, Czech, Słowacji oraz Łotwy. W międzyczasie włókna węglowe, które miały stanowić podstawę do budowy strike-pointów w divertorze ITERa, ze względu na konieczność eliminacji erozji chemicznej, został zastąpiony przez wolfram. Popularność zdobyło badanie tzw. mixed materials, czyli podłoża pokryte warstwami, które w tokamakach nowej generacji będą powstawać na skutek transportu materiału z komory głównej do divertora. Zespół z IFPiLM dobrze podążał za nowymi trendami prowadząc badania LIBS nad tego typu materiałami jako jeden pierwszych.

Najbardziej rozpoznawaną aktywnością zespołu stał się dwu-impulsowy wariant metody (DP LIBS), który umożliwia uzyskania lepszej czułości oraz wyższego stosunku sygnału do szumu niż metoda konwencjonalna. Wariant ten znajdował się również w ścisłym zainteresowaniu zespołu z ENEA Frascati, co prowadziło do stopniowego zacieśniania współpracy między zespołami ENEA i IFPiLM, która zaowocowała licznymi wspólnymi eksperymentami oraz artykułami.

Najistotniejszym owocem tej współpracy stał się przeprowadzony w 2019 roku wspólny eksperyment, którego dziełem było przeprowadzenie pierwszych na świecie pomiarów LIBS wewnątrz tokamaka (FTU we Frascati) za pomocą zdalnie sterowanej głowicy. Poza charakteryzacją PFC (Plasma Facing Components) wykonane zostały pomiary LIBS dla próbek kalibracyjnych zainstalowanych w arbitralnie wybranych miejscach komory.

Dzięki sukcesowi eksperymentu na FTU, w następnych latach planowana jest implementacja podobnego systemu zdalnie sterowanej głowicy LIBS na większym urządzeniu, np. JET, która zostanie przeprowadzona oczywiście przy współpracy zespołów polskiego i włoskiego.  Jednocześnie wciąż prowadzone są badania mające na celu optymalizację i przystosowanie LIBS do kolejnych wyzwań, jakim jest przygotowanie systemów zapewniających prawidłowe funkcjonowanie ITERa, czyli największego na świecie tokamaka budowanego obecnie w Cadarache, który z pewnością odpowie na najważniejsze pytania o możliwości opanowania energii termojądrowej.

HiPER fusionForEnergyLogo logo EUROfusion iter Laserlab Europe Fusenet European Commission

Szukaj na stronie

Projekty badawcze realizowane przez IFPiLM są finansowane ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego i Narodowego Centrum Nauki oraz ze środków Komisji Europejskiej na podstawie umowy grantowej No 633053, w ramach Konsorcjum EUROfusion. Wsparcia finansowego udzielają także: Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej, Agencja Fusion for Energy, Europejska Agencja Kosmiczna i Konsorcjum LaserLab.

 

Początek strony