Određivanje distribucije intenziteta ionskog snopa od interesa za ozračavanje fuzijskih materijala

master's thesis

• Title (english): Estimation of ion beam intensity distribution profile of interest for irradiation of fusion materials
• Author: Filomena Marija Grgurin
• Mentor: Tonči Tadić (mentor)
• Mentor: Damir Bosnar (komentor)
• Committee member: Damir Bosnar (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Tonči Tadić (član povjerenstva)
• Committee member: Maja Planinić (član povjerenstva)
• Committee member: Mirko Planinić (član povjerenstva)
• Committee member: Katarina Jeličić (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Science; (Department of Physics); Zagreb
• Defense date and country: 2020-02-14, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: NATURAL SCIENCES; Physics

Abstract

Ispitivanje otpornosti materijala na oštećenja uzrokovana ionizirajućim zračenjem koje se emitira u fuzijskom reaktoru, provodi se najučinkovitije simulacijama tog procesa. Jedan od postupaka koristi zračenje materijala pomoću više ionskih snopova, gdje se uzorak istovremeno zrači dvjema (ili trima) vrstama iona. Jedan od uvjeta koje takvi eksperimenti moraju ostvariti je postizanje homogene distribucije defekata, odnosno postizanje jednolikog oštećenja materijala po dubini koji je izlože snopom iona. Ovakvim pristupom moguće je simulirati velik tok neutronskog zračenja energije 14,1 MeV što je dominantno zračenje koje se stvara u fuzijskom reaktoru. Međutim, ioni koji simuliraju uvjete neutronske interakcije s materijalom, gube energiju nejednoliko duž svoga puta u materijalu i pri tom na kraju puta postižu maksimum predaje energije. S tom svrhom se unutar eksperimentalnih komora s dvostrukim ionskim snopovima, nalazi sustav rotirajućih zaustavnih folija. Tim sustavom se mijenja energija ubrzanih iona iz akceleratora, odnosno podešava se doseg iona, nastojeći osigurati jednoliko deponiranje energije u materijalu koji se ispituje. U ovom diplomskom radu ispitivano je ponašanje ionskog snopa koji prolazi kroz sustava rotirajućih zaustavnih folija od aluminija. Korišten je ionski snop željeza Fe^4+ energije 10 MeV prilikom prolaska kroz aluminijske folije debljine 0,65 μm, 1,2 μm i 1,8 μm. Dobiveni eksperimentalni podaci teorijski se objašnjavaju kutnim širenjem ionskog snopa radi višestrukog elastičnog raspršenja teških iona te kočenja iona u aluminijskim folijama. Cilj ovog rada je usporedba mjerene i modelirane distribucije relativnog intenziteta ionskog snopa u ovisnosti o udaljenosti od osi snopa. Analizirani eksperimentalni podaci uspoređeni su s teorijskim predviđanjima, te je to ujedno i provjerena učinkovitost koncepta sustava rotirajućih zaustavnih folija.

Abstract (english)

Radiation hardness of materials of interest for fusion reactor application is mostly investigated using multi-ion beam chambers, where the sample is simultaneously irradiated by two (or three) ion beams. One of the aims of such experiments is achieving of homogeneous damage depth profile within the irradiated material, i.e. to achievement uniformly distributed ion-induced damage in depth. In that way, it is possible to simulate the effects of high-flux of 14,1 MeV neutrons’ irradiation. Heavy ions, however, lose their energy very unevenly along their path in the material and achieve maximum energy transfer at the ultimate range in the material. Therefore, ion beam degraders are installed inside of experimental chambers of dual-beam facilities to adjust and vary the energy of accelerated ions. Degraders are respectively varying the ion range in the material, thus allowing the energy to be deposited uniformly to the material. This master’s thesis particularly emphasises the behaviour of the ion beam whilst passing through an aluminium foil on ion beam degrader. The ion beam Fe^4+ with energy of 10 MeV is studied as it passes through aluminium foils of thickness 0,65 μm, 1,2 μm and 1,8 μm. The obtained data are theoretically explained by the angular propagation of the ion beam because of the multiple elastic scattering of heavy ions and the stopping of ions in the material. This master’s thesis aims to study the distributions of the relative intensity of the ion beam depending on the distance from the centre of the beam axis. The experimental data are analysed and compared with theoretical predictions. The effectiveness of the concept of ion beam degrader is tested.

• Keywords: fuzija; elektronsko i nuklearno kočenje; višestruko elastično raspršenje teških iona; komora za raspršenje s dvostrukim ionskim snopom; sustav rotirajućih zaustavnih folija
• Keywords (english): fusion; electronic and nuclear stopping; multiple elastic scattering heavyion; Dual-beam station for fusion materials research; ion beam degrader
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:217:989359
• Study programme: Title: Physics; specializations in: Education; Course: Education; Study programme type: university; Study level: integrated undergraduate and graduate; Academic / professional title: magistar/magistra edukacije fizike (magistar/magistra edukacije fizike)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access; Embargo expiration date: 2022-02-14
• Created on: 2020-08-21 11:13:56