Experimentální zařízení

Cyklotron TR-24

V roce 2015 byl po úspěšné instalaci uveden do provozu nový cyklotron TR-24 kanadské firmy ACSI (Advanced Cyclotron Systems Inc). Tento cyklotron poskytuje svazky protonů s energiemi od 18 MeV do 24 MeV. Je vybaven axiální injekcí s externím iontovým zdrojem typu CUSP, což významně zvyšuje dosažitelný vyvedený proud urychleného svazků (až 300 µA).

Rozsah energií, vysoké proudy urychlených částic a generace sekundárních neutronových toků otevírají možnost provádět celou řadu fyzikálních experimentů a aplikací vč. přípravy širokého spektra radionuklidů pro výzkum radiofarmak. V rámci projektu CANAM OP v současné době probíhá vývoj výkonového neutronového konvertoru se zdrojovou reakcí p(24MeV)+Be, který poskytne neutronové pole s hustotou až 10¹²n/cm²/s.

Ve spolupráci s oddělením radiofarmak ÚJF probíhá realizace nových terčových stanic včetně vysoko-výkonových pro přípravu nových lékařských radionuklidů pro diagnostiku i terapii.

Izochronní cyklotron U-120M

Patří mezi základní experimentální zařízení ÚJF. Současné parametry urychlených a vyvedených svazků cyklotronu U-120M jsou následující: p⁺/ H^-: 5.4–38 MeV, D⁺/ D^-: 11–20.5 MeV, ³He⁺²: 16.2–55 MeV, ⁴He⁺²: 22–40 MeV. Vnější svazky vyvedené v záporných režimech metodou strippingu mohou dosahovat desítek μA, zatímco svazky urychlené jako pozitivní a vyvedené deflekčním systémem jsou na úrovni několika μA.

Cyklotron běžně pracuje jak v pozitivním, tak v negativním modu. Díku tomu může produkovat iontové svazky (včetně v současnosti na cyklotronech zřídka dostupného ³He²⁺) s velmi dobře definovanými optickými parametry (nízká emitance a disperze energie dE/E ~ 5.10^-4) pro experimenty v jaderné fyzice (např. astrofyzice nebo při měření jaderných dat) a také vysoce intenzivní svazky pro aplikovaný výzkum (např. generování rychlých neutronů, produkce radionuklidů pro výzkum a vývoj nových radiofarmak).

Ve srovnání s komerčně dostupnými cyklotrony je U-120M univerzální laditelný urychlovač se širokým rozsahem energií a rozsáhlým spektrem výzkumných a aplikačních programů. Navíc je obsluhován specialisty s dlouhodobými zkušenostmi v urychlovací technice, kteří jsou schopni jak poskytovat rutinní služby, tak provádět komplexní vylepšování urychlovače, včetně vývoje a provozování různých terčových stanic.

Zařízení pro rychlé neutrony užívající cyklotron

Výkonné protonové a deuteronové svazky cyklotronu U-120M jsou užívány pro generování rychlých neutronů. Navržené univerzální ozařovací stanice užívají různé terče pro neutronový zdroj (pevné, kapalné a plynné vzorky).

Protékající těžká voda zde byla poprvé užita jako terč pro neutronový zdroj. Neutronový tok s vysokým výkonem a bílým spektrem sahajícím k 35 MeV je rutinně produkován v reakci p-D₂O. V této stanici mohou být ozařovány malé vzorky (průměr 15 mm) neutronovým tokem do 10¹¹ n/cm²/s. Energetické spektrum neutronů je v rozsahu 2-35 MeV a jeho variace se vzdáleností od zdroje k terči je dobře určena scintilační technikou a metodou aktivačních folií podporovanou výpočty MCNPX. Reakce ⁷Li(p,n) s energií protonů 20-37 MeV se užívá pro produkci kvazimonoenergetického neutronového pole. Technika rozložení výšky scintilačního pulsu, založená na n-gama diskriminačním hardwaru a mnohoparametrickém systému sběru dat, dovoluje neutronovou spektrometrii v energetickém rozsahu od 0.7 do 35 MeV. Aktivita gama ozářených vzorků je vyšetřována gama-spektrometrickým zařízením s detektory z vysoce čistého germania, odpovídající spektrometrickou elektronikou a softwarem pro analýzu dat.

Systém generátorů rychlých neutronů ÚJF je v současné době jediným v zemích EU, který je schopný simulovat neutronová pole budoucího testovacího zařízení radiační odolnosti materiálů pro fúzní zařízení IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility).

Urychlovač Tandetron

Urychlovač Tandetron 4130 MC, uvedený do provozu v r. 2005, je zdrojem urychlených iontů prvků od H do Au s energiemi 0.4-20 MeV a intenzitách do desítek mA. Hlavním vybavením laboratoře jsou zařízení pro charakteristiku materiálů standardními jadernými analytickými technikami (RBS, RBS-kanálování, ERDA, ERDA-TOF, PIXE, PIGE, a iontová mikrosonda s laterálním rozlišením 1 mm) a pro vysokoenergetickou implantaci. Několik zařízení je určeno zejména pro přípravu mikro- a nano-struktur pomocí různých deposičních technik a pro jejich charakterizaci dalšími komplementárními metodami (např. AFM). Kvalifikace personálu a parametry experimentálních zařízení laboratoře jsou celosvětově srovnatelné s podobnými laboratořemi. Laboratoř je se svým zařízením unikátní v České republice a splňuje požadavky českých a zahraničních výzkumných organizací.

Více o Tandetronu zde.

Zařízení pro difrakci a rozptyl neutronů

U neutronových kanálů jaderného reaktoru LVR-15 provozovaného ÚJV Řež a.s. má ÚJF instalována následující zařízení:

Dvouosý difraktometr SPN-100 pro mapování zbytkových pnutí a tlaků neutronovou radiografií a topografické experimenty.
Práškový difraktometr MEREDIT pro studium struktury polykrystalických materiálů vybavený kryostatem, vysokoteplotní píckou a zařízením pro tah a kompresi dovolujícími vysoce kvalitní experimenty na vzorcích za různých vnějších podmínek.
Víceúčelový dvouosý difraktometr MDAD pro Braggovu difrakční optiku, difrakční experimenty s vysokým rozlišením a pro texturní analýzy technicky zajímavých materiálů.
Difraktometr s dvakrát ohnutým krystalem pro maloúhlový rozptyl s vysokým rozlišením MAUD, vybavený lineárním posičně citlivým detektorem, zařízením pro tah a kompresi a vysokoteplotní píckou, vhodný pro vyšetřování mikrostruktury kondenzovaných látek na rozměrech 50-3000 nm.
Dvouosý difraktometr TKSN-400 in-situ studium polykrystalických materiálů při termomechanické zátěži a testování technik neutronvé optiky.

MEREDIT a MAUD jsou nově sestrojené a instalované v letech 2007-2009. MEREDIT je vybaven moderním multidetektorem a výměnným monochromatrizačním systémem. MAUD užívá multireflexní monochromátor s vysokým rozlišením, náš nedávný vynález, a otevírá nový prostor pro experimenty. MAUD je jeden ze dvou ve světě existujících takových přístrojů optimalizovaný pro předání hybnosti mezi rozsahy klasických kolimátorových systémů a Bonse-Hartových kamer s velmi vysokým rozlišením. SPN-100 a TKSN-400 jsou průběžně modernizovány.

Více informací o zařízeních zde.

Urychlovačový spektrometr MILEA

Pro provádění urychlovačové hmotnostní spektrometrie (AMS) byl ÚJF v roce 2022 v rámci projektu RAMSES vybaven urychlovačovým spektrometrem MILEA od švýcarské společnosti IonPlus. Jde o kompaktní přístroj s pracovním napětím do 300 kV.
Urychlovačová hmotnostní spektrometrie (AMS) je nejcitlivější metodou pro stanovení ultrastopových hladin izotopů; její detekční limity jsou až o šest řádů nižší než při klasické radiometrické metodě pomocí detekce přeměny.
Zařízení MILEA umožňuje provádět výzkum využívající izotopu uhlíku ¹⁴C, výzkum aktinidů a kosmogenních radionuklidů. Stanovení výše uvedených radionuklidů umožňuje řadu aplikací, mj. v archeologii či environmentálních vědách.
Zařízení MILEA je jádrem Laboratoře AMS (LAMS) a České radiouhlíkové laboratoře (mezinárodní kód CRL).

Více o zařízení MILEA a laboratoři CLR zde.

Ostatní významná zařízení

Radiochemické laboratoře pro aktivační analýzy, nedávno rekonstruované.
Radiofarmaceutické laboratoře postavené během posledních 15 let.
Mikrotron BMT 25 – elektronový urychlovač s energií od 6 do 24 MeV a proudem až do 25 mA, užívaný hlavně pro fotonovou aktivační analýzu, nedávno modernizovaný.
ESA12 – electrostatický spektrometer s vysokým rozlišením pro elektrony s energiemi 0÷8 keV, vhodný pro základní testy elektronových zdrojů vyvíjených pro projekt KATRIN, který však bude nutné v rozumné době nahradit.
Digitální zobrazovací mikroskop SEIKO PRECISION HSP-1000 zakoupený v r. 2009, užívaný pro analýzu jaderných stopových detektorů, v současnosti v Evropě unikátní.
Dva nízkopozaďové kapalinové scintilační spektrometry Quantulus 1220 pořízené v letech 2001 a 2009, sloužící pro měření aktivity ¹⁴C v ekologických vzorcích a pro radiouhlíkové datování.