Voda kot primarno hladilno sredstvo bo imela pomembno vlogo pri delovanju fuzijskih reaktorjev, imenovanih tokamakih, saj se po obsevanju z nevtroni aktivira, tj. postane radioaktivna, pri čemer se izsevajo žarki gama visokih energij in nevtroni. Tako povzroča ionizirajoče sevanje okoli vodnega hladilnega sistema. To lahko segreje superprevodne tuljave, poškoduje elektroniko ali izpostavi ljudi sevanju. To sevanje je eden glavnih virov ionizirajočega sevanja izven biološkega ščita med delovanjem tokamaka, zato je ključnega pomena dobro poznavanje tega pojava, pri čemer je omenjena orodja za simulacijo in izračun ravni sevanja okoli aktivirane vode nujno treba validirati (preveriti) z eksperimenti. V okviru doktorske disertacije in neposredne podpore fuzijskemu reaktorju ITER je bila na reaktorju TRIGA na Inštitutu Jožef Stefan zasnovana, proučena, zgrajena, eksperimentalno preverjena in in proti koncu leta 2023 uspešno zagnana nova naprava, imenovana KATANA, z zaprto vodno zanko za aktivacijo vode. Obsevalna naprava KATANA služi kot dobro definiran in stabilen vir žarkov gama visokih energij (6 MeV – 7 MeV) ter nevtronov in omogoča izvajanje številnih eksperimentov, povezanih z aktivirano vodo. V disertaciji je podan celovit pregled obsevalne naprave KATANA, ki vključuje predanalize za optimizacijo zasnove, podroben opis končne zasnove, eksperimentalno postavitev ter sisteme detektorjev. Fizikalne lastnosti KATANE so bile ocenjene z analizami simulacij transporta nevtronov, ki so vodile do izračunov aktivnosti. V izračunih je bil uporabljen konvencionalni analitični pristop brez upoštevanjem izračunov dinamike tekočin (CFD). Kot podpora računskim analizam in za določitev operativnih značilnosti KATANE je bila izvedena serija prvih eksperimentov, tj. karakterizacija nevtronskega fluksa znotraj notranjega obsevalnega Polža, meritve hitrosti doznih polj v okolici naprave, karakterizacija spektra aktivirane vode in odziv KATANE na spremembo moči reaktorja ter odziv na spremembo pretoka. Ker se je zmogljivost črpalke in s tem maksimalni dosežen pretok med fazo zagona postopoma izboljševal, vsi eksperimenti niso bili izvedeni pod enakimi pogoji. KATANA je pokazala želene operativne značilnosti v smislu visokih in stabilnih pretokov vode ter visokih aktivnosti opazovanih izotopov 16N, 17N in 19O, kar je bistveno za zmanjšanje eksperimentalnih negotovosti. Izračuni in prvi eksperimenti, izvedeni na KATANI, so zagotovili poglobljeno znanje o delovanju in zmogljivostih obsevalne naprave ter bistvene podatke, ki služijo kot osnova za nadaljnje, podrobnejše eksperimente. Končni cilj KATANE je izvajanje referenčnih eksperimentov, tj. eksperimentalna validacija računskih orodij za izračun sevalnega polja v okolici hladilnega sistema, in uveljavitev kot referenčni objekt za kalibracijo detektorjev žarkov gama pri visokih energijah, kar bo znatno podprlo obratovanje ITER in DEMO ter drugih prihodnjih fuzijskih reaktorjev, hlajenih z vodo.
|