Scientific project

	ESFRI/ERDF   Design of a system to detect the Li evaporation on the target-DONES (Demo Oriented NEutron Source)
project leader	Nikša Krstulović
associates	Mario Rakić Hrvoje Skenderović Tonči Tadić (IRB)
start date	14.09.2021.
end date	31.12.2029.
total ammount	700,000,000 Eura
research areas	Plasma physics

Abstract

Specifikacija zadatka: Doprinos IRB-a području Litijskih sustava
Podzadatak: Dizajn sustava za detekciju isparavanja Li sa mete

Interakcija snopa deuterona od 40 MeV, koji proizvodi akcelerator na DONES-u (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, što će rezultirati dodatnim širenjem deuteronskog snopa, ali i oštećenjem vakuumskih komponenti i smanjenjem učinkovitosti dijagnostičke opreme. Stoga je od velike važnosti otkriti i smanjiti emisiju litijeve pare i plinova iz litijeve mete.

Tehnikakoja bi se mogla primijeniti u ovu svrhu je Cavity Ring Down Spectroscopy (CRDS) ili laserska apsorpcijska spektroskopija pomoću vlastitog vremena optičkog rezonatora. CRDS vrlo je osjetljiva optička apsorpcijska spektroskopska tehnika koja omogućuje mjerenje apsolutne optičke ekstinkcije u plinovitim uzorcima koji raspršuju i apsorbiraju svjetlost. Ova tehnika sastoji se od dva zrcala visoke refletivnosti koja definiraju optičku os rezonatora visoke finoće (os detekcije). Kada podesivi laserski puls uđe u rezonator, on oscilira naprijed-natrag između zrcala mnogo puta povećavajući duljinu apsorpcijskog puta do par kilometara. To ovu tehniku ​​čini vrlo osjetljivom jer dostiže granicu detekcije koncentracije plinova do ppm i ppt raspona. Svaki put kada oscilirajući laserski puls udari u stražnje zrcalo, mala količina fotona iscuri u detektor omogućavajući određivanje života fotona u rezonantnim (apsorpcijskim) i nerezonantnim slučajevima. Izmjereni podaci daju apsorpcijske spektre, dok se iz svake apsorpcijske linije može odrediti ukupna koncentracija atoma i iona u određenim energetskim stanjima. Osim kvantifikacije, 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 od par nanosekundi.

Takav CRDS sustav detekcije mogao bi se instalirati na 2. snopu akceleratora, koji se ne koristi direktno u konfiguraciji DONES nego u području TIR-a (Target Interface Room). Sustav će biti ugrađen okomito na os cijevi. Reducirana cijev CF350/CF63 bila bi prikladna za postavljanje CRDS rezonatora opremljenog s podesivim nosačima za precizno pozicioniranje zrcala visoke refleksije. Uvođenje i izvlačenje laserskih zraka vršilo bi se pomoću optičkih vlakana, dok bi sva ostala potrebna oprema, odnosno laseri, CCD, elektronika za obradu pulseva, sustavi upravljanja itd., bila smještena izvan TIR zidova.

Idealne karakteristike CRDS spektroskopije bile bi:

– Velika primjenjivost u detekciji para Li i plinova D, T i Be;

– Dobra pouzdanost: nakon što su HR zrcala podešena, CRDS postavke ne treba dalje održavati;

– Otpornost na velike doze zračenja elemenata rezonantne šupljine i optičkih vlakana tj. sposobnost rada u okruženju s visokim zračenjem;

– razumne minimalne granice detekcije i razumna brzinu prikupljanja podataka;