ESFRI/ERDF   Design of a system to detect the Li evaporation on the target - DONES (Demo Oriented NEutron Source)
voditelj projekta	Nikša Krstulović
suradnici	Mario Rakić Hrvoje Skenderović Tonči Tadić (IRB)
datum početka	14.09.2021.
datum završetka	31.12.2029.
ukupna svota	700,000,000 Eura
područja istraživanja	Fizika plazme

Sažetak

Specifikacija zadatka: Doprinos IRB-a području Litijskih sustava
Podzadatak: Dizajn sustava za detekciju isparavanja Li na meti
Interakcija deuterijske zrake od 40 MeV, koju proizvodi DONES Accelerator System (Demo Oriented Neutron Source), s metom od tekućeg litija rezultirat će isparavanjem litija iz mete, ali također može rezultirati emisijom deuterija, tricija i berilija. Pare litija, kao i emisija navedenih elemenata u obliku plinova ili para njihovih spojeva, pogoršat će vakuumske uvjete u ciljnom sklopu, što će rezultirati dodatnim širenjem deuterijskog snopa, ali i oštećenjem komponenti vakuuma i smanjenjem učinkovitosti dijagnostičke opreme. Stoga je od velike važnosti otkriti i ublažiti emisiju litijeve pare i plinova iz litijeve mete.
Kandidat za tehniku koja bi se mogla primijeniti u ovu svrhu je Spektroskopija šupljeg prstena (CRDS). CRDS je visoko osjetljiva optička apsorpcijska spektroskopska tehnika koja omogućuje mjerenje apsolutne optičke ekstinkcije plinovitim uzorcima koji raspršuju i apsorbiraju svjetlost. Ova tehnika se sastoji od dva zrcala visoke refleksije koja definiraju visoko finu optičku os šupljine rezonatora (os detekcije). Kada podesivi laserski puls uđe u rezonator, on oscilira naprijed-natrag između zrcala mnogo puta povećavajući duljinu puta do kilometara. To ovu tehniku čini vrlo osjetljivom, dostižući granicu detekcije koncentracije plina do ppm i ppt raspona. Svaki put kada oscilirajući laserski puls udari u stražnje zrcalo, mala količina fotona iscuri u detektor što omogućuje određivanje životnog vijeka fotona u rezonantnim (apsorpcijskim) i nerezonantnim slučajevima. Izmjereni podaci daju apsorpcijske spektre, dok se iz svake apsorpcijske linije može odrediti ukupna koncentracija vrsta u povezanim energetskim stanjima. Osim kvantifikacije vrsta, CRDS omogućuje i kvantitativno prostorno i vremensko praćenje procesa u plinovima te detekciju elemenata u tragovima (iona, atoma i molekula), metastabilnih i elemenata u zabranjenim stanjima. Prostorno praćenje ovisi o geometriji osi šupljine dok je tipični minimalni vremenski okvir za vremensko praćenje u rasponu nanosekundi.
Takav CRDS sustav detekcije mogao bi se instalirati na 2. snopu akceleratora, koji se ne koristi u konfiguraciji DONES, u području TIR-a. Sustav će biti instaliran u presjeku kanala i djelovat će okomito na os kanala. Smanjeni križ CF350/CF63 bio bi prikladan za postavljanje CRDS rezonantne šupljine, opremljene podesivim mijehom za precizno pozicioniranje zrcala visoke refleksije. Ubrizgavanje i izvlačenje laserskih zraka vršilo bi se pomoću optičkih vlakana, dok bi sva ostala potrebna oprema, odnosno laseri, CCD, elektronika za obradu impulsa, sustavi upravljanja itd., bila smještena vani, iza TIR zidova.
Idealne karakteristike Cavity Ring Down spektroskopije bile bi:

- Dobra dostupnost za otkrivanje para Li i plinova D, T i Be;
- Dobra pouzdanost: nakon što su zrcala rezonantne šupljine podešena, CRDS postavke ne treba održavati;
- Tvrdoća zračenja rezonantne šupljine i optičkih vlakana tj. sposobnost rada u okruženju s visokim zračenjem;
- razumne minimalne granice detekcije i razumnu brzinu brojanja u minuti;