O Oddělení jaderných reakcí

Provádíme základní výzkum v oblasti jaderné astrofyziky a struktury exotických jader a rovněž základní a aplikovaný výzkum s rychlými neutrony a nabitými částicemi. Spolupracuje s mezinárodními laboratořemi GANIL/Francie, INFN-LNS/Itálie.

Výzkumné aktivity se rozbíhají do třech základní směrů, které spolu v posledku ovšem souvisí.

• základní výzkum v oblasti jaderné astrofyziky a struktury exotických jader
• výzkum s rychlými neutrony
• výzkum s nabitými částicemi

Základní výzkum v oblasti jaderné astrofyziky a struktury exotických jader

Vznik všech prvků a izotopů, kterými jsme obklopeni a ze kterých jsme složeni je důsledkem dějů které probíhaly či probíhají ve vesmíru. Velký třesk po sobě zanechal - kromě zanedbatelného množství několika lehkých prvků - vodík a hélium. Všechny další prvky jsou produkty hvězd různých velikostí, teplot a generací, supernov, nov a kolizí neutronových hvězd.

Jakkoliv se může zdát, že energie procesů, při kterých prvky vznikají, jsou ohromné, z hlediska jaderné fyziky jsou tyto energie malé. Často až tak malé, že je velmi obtížné tyto procesy měřit v laboratoři. V nitru Slunce je střední teplota vysoká, 15 milionů K, ale převedeno na energii částic (protonů a alfa částic) je to asi 1 keV (tisíc elektron-voltů - napětí 1000 V stačí k udělení této energie). Jenže jádra jsou od sebe odpuzována elektromagnetickou silou, k jejíž překonání potřebujeme v laboratoři řádově jednotky či desítky MeV (miliónů elektron-voltů). Hvězdy mají k překonávání této bariéry pomocí kvantových jevů miliardy let a všechen materiál hvězdy, fyzici mají maximálně týden a drobná množství čistého materiálu.

Jaderně astrofyzikální výzkum využívá nepřímých metod, kterými lze získat klíčové informace o jaderných reakcích při stelární energiích.  Naše základní zařízení pro experimenty je cyklotron U120M, který je součástí výzkumné infrastruktury CANAM a v zahraničí spolupracujeme zejména s laboratoří INFN-LNS v Itálii a laboratoří GANIL ve Francii, na kterou také máme navázánu naší výzkumnou infrastrukturu SPIRAL-CZ a kde spolupracujeme v řadě dalších témat, například při studiu struktury exotických jader.

Podrobnosti si můžete přečíst v záložce Výzkum.

Výzkum s rychlými neutrony

Oddělení provozuje dva generátory rychlých neutronů. Generátory využívají urychlených částic z cyklotronu U120M, které generují neutrony v reakcích na terčích z materiálů Li a Be. Generátor založený na Li terči poskytuje neutrony (přibližně) s jednou energií (mezi 17 a 34 MeV) a neutronovým tokem až 10^9 n/cm2/s. Terč založený na Be poskytuje spojité neutronové spektrum s neutronovým tokem až 10^11 n/cm2/s. Další vývoj probíhá a očekáváme dosažení ještě vyšších toků neutronů.

Neutronová pole jsou používána pro měření účinných průřezů některých izotopů a prvků, které jsou používány v konstrukčních materiálech a technologiích budoucích jaderných zařízení a jejichž znalost je klíčová pro bezpečnost, provoz a vyřazování takových zařízení. Pro tato měření používáme metodou aktivace s následným měřením gamma spekter.

Dále provádíme měření neutronů a jejich spekter pomocí metody doby letu (Time-Of-Flight) a Proton Recoil teleskopu. Nově umíme měřit (za pomocí kolimovaného neutronového svazku) energii a typ nabitých částic vzniklých v reakcích (neutron, nabitá částice), gamma-záření, které vzniká v řádu milisekund po ozáření neutrony a další. Tato měření jsou cenná pro pochopení  stárnutí materiálů v intenzivních neutronových polích, kde se nabité částice přeměňují na mikrobubliny plynu a materiály křehnou. Což je problém, kterému musí čelit jak současné, tak zejména budoucí (fúzní) reaktory.

Intenzivní neutronová pole z generátoru p+Be jsou používána k testování elektroniky, měření poškození materiálu ale i např. měření stínících schopností různých kompozitů.

Podrobnosti si můžete přečíst v záložce Výzkum.

Výzkum s nabitými částicemi

Výzkum s nabitými částicemi je založen na stejné metodě, jakou používají neutronové generátory - metodou aktivace s následným měřením gamma spekter pomocí HPGe detektorů. Výzkum zejména využívá cyklotronu U120M a svazků deuteria. Reakce s deuterony jsou složité pro modelování, neboť v nich participuje mnoho procesů a zároveň jsou znalosti účinných průřezů těchto reakcí důležité pro budoucí fúzní reaktory - ve výstavbě je např. IFMIF-DONES, zařízení, které bude generovat pomocí deuteronů rekordně intenzivní neutronová pole pro výzkum materiálů pro budoucí fúzní reaktory.

Výzkum aktivace nabitými částicemi od roku 2019 také probíhá i v rámci spolupráce s laboratoří GANIL ve Francii a výzkumné infrastruktury SPIRAL-CZ. Tento program se úspěšně rozšířil i na výzkum radioizotopů s potenciálem v medicíně, kde na vývoji různých izotopů spolupracujeme s týmy z GANIL, NANTES, IJCLab, Francie. Důležitou komponentou v našem úsilí je spojení a spolupráce s Oddělením radiofarmak, které má vynikající zázemí, zkušenosti a historii v tomto oboru.

Podrobnosti si můžete přečíst v záložce Výzkum.

Foto: Společný experiment na zařízení Tandetronu ÚJF, projektu New JEDI se zúčastnili pracovníci z ÚJF, GANIL/Francie, INFN-LNS/Itálie.