Energetické ztráty nabitých částic v plazmatu a warm dense matter

  • Vedoucí práce / Supervisor: Ing. Miroslav Krůs, Ph.D. (ÚFP AV ČR, FJFI)
  • Pracoviště / Workplace: Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v. v. i./Výzkumné centrum PALS
  • Kontakt / Contact: krus@ipp.cas.cz

Osnova / Outline: 

Nabitá částice (elektrony, protony, ionty) procházející hmotným prostředím ztrácí určité množství energie závisející na druhu částice a vlastnostech daného prostředí. Energetické ztráty nabité částice v látce jsou pro běžné materiály (o nízké teplotě) popsány Bethe-Blochovou formulí. Avšak pro vysoké teploty látky (a tzv. warm dense matter) a plazma systematický výzkum energetických ztrát stále chybí. Energetické ztráty a depozice energie nabitých částic v hustém plazmatu je klíčový proces např. v inerciální fúzi, který určuje (v deuterium-tritiové reakci), jak účinně bude probíhat ohřívání centrálních oblastí paliva alfa částicemi a tím spustí řetězové slučování v palivu. Obecněji řečeno, dosah nabitých produktů jaderné reakce je základním parametrem k určení toho, jak bude postupovat zapalující vlna okolními chladnými vrstvami paliva. Znalost dosahu elektronů či protonů a iontů v plazmatu je tak klíčová pro ohřívání terče jak pomocí rychlého zapálení fúze svazkem nabitých částic, tak klasického přímého či nepřímého zapálení centrální horké skvrny. Nicméně naše znalost interakce nabitých částic s plazmatem je velmi omezená, zejména kvůli obtížnosti měření či teorie ale také nedostatku kvalitních experimentálních dat. Tato měření jsou podstatná zejména pro testování současných teoretických modelů zabývajících se dosahem nabitých částic v plazmatu. (V současné době existuje mnoho takových modelů dosahu částic, často si protiřečících, navíc pouze pro částice s vysokou energií tato teorie více méně souhlasí s experimentálními daty.) Interakce nabitých částic, na rozdíl od chladné běžné hmoty, s plazmatem má mnoha podob jako např. kolektivní jevy plazmatu – generace brázdových polí, proudových nestabilit, různé degenerace plazmatu, slabě či silně vázané plazma, srážkové i bezsrážkové plazma atd., a je navíc málo probádaná.

Cílem práce je studium interakce nabitých částic s plazmatem. Student/ka se seznámí s fyzikou inerciální fúze a přímého zapálení, fyzikou interakce nabitých částic s plazmatem, generace svazků nabitých částic a experimentálními technikami užívanými během fúzních experimentů. Téma práce je dostatečně široké, a tak umožňuje případné pokračování na výzkumném úkolu i diplomové práci. Naše skupina v rámci evropských aktivit EuroFusion spolupracuje s předními laboratořemi ve Francii, Německu, Velké Británii a Itálii.