Participarea Romaniei la EUROfusion WPEDU
Participarea Romaniei la EUROfusion WPEDU
Director de proiect : Xx. Xxxxxxxx Xxxxxxx (INFLPR)
Contribuția consorțiului EUROfusion la educație prin cercetare de nivel predoctoral si doctoral in domeniul fuziunii nucleare (partea I)
Prin Pachetul de lucru dedicat educației (WPEDU) consorțiul EUROfusion urmărește sprijinirea, inclusiv financiara, a activităților de educație prin cercetare a tinerilor cercetători doctoranzi sau masteranzi. Activitățile prevăzute si desfășurate sunt axate pe recrutarea, formarea, îndrumarea si monitorizarea doctoranzilor si masteranzilor, având drept scop desfășurarea cu succes a cercetărilor acestora in domeniul fuziunii. Activitățile sunt susținute de experimente, interpretări si întâlniri periodice intre cercetătorii in curs de formare si cercetători cu experiența. Doctoranzii sunt inserați in grupuri de cercetare specializate din instituțiile participante la consorțiul EUROfusion si sunt îndrumați sa parcurgă mai întâi etapele obligatorii ale primei perioade a programului doctoral, inspecial promovarea examenele aferente anului pregătitor si elaborarea si prezentarea unor Referate utilizând literatura de cercetare. Ulterior, doctoranzii elaborează si prezinta Proiectul de cercetare doctorala, urmat de etapa cercetării experimentale sau teoretice, in funcție de specificul temei. In etapa de cercetare, in urma activităților desfășurate in laboratoare sunt elaborate si prezentate Rapoarte de cercetare. Doctoranzii aflați in anul terminal sunt îndrumați in interpretarea rezultatelor si elaborarea tezei de doctorat. In cadrul proiectului WPEDU-RO se finalizează anual 1-2 teze dedoctorat, fiecare doctorand fiind co-autor la cel puțin doua publicații in reviste de specialitate.
Perioada de desfășurare: 2014-2022
Obiective:
Obiectivul principal al acestui proiect este de dezvoltare a resurselor umane prin educație in domeniul fizicii si tehnologiei fuziunii nucleare controlate prin acordarea unui suport direct cercetătorilor tineri doctoranzi si masteranzi. Proiectul urmărește asigurarea excelentei științifice prin selectarea unor subiecte de cercetare relevante pentru prioritățile domeniului si in acord cu liniile de dezvoltare viitoare, asigurarea accesului tinerilor in instituțiile de cercetare ale consorțiului EUROfusion, creșterea atractivității domeniului fuziunii pentru tineri. Aceste acțiuni urmăresc sa conducă pe ansamblu la o baza comuna de educație si cunoaștere la nivel european.
Etape si activități:
Activitățile sunt continue, sunt dedicate identificării tinerilor capabili si interesați de domeniul fuziunii nucleare, recrutării si îndrumării acestora ca studenți doctoranzi/masteranzi si asigurării unui program de cercetare in conformitate cu cerințele școlilor doctorale/masterale, dar dedicat fuziunii, program realizat in cadrul instituțiilor de cercetare participante la consortiul EUROfusion. Doctoranzilor/masteranzilor li se asigura suport financiar sub forma de bursa sau salariu pe perioada studiilor doctorale/masterale si, in limita fondurilor, participarea la evenimente științifice dedicate fuziunii (scoli de vara, conferințe, etc).
Rezultatele obținute:
Pe parcursul anilor 2014-2019 au beneficiat de sprijin financiar in cadrul proiectului 8 doctoranzi si 5 masteranzi. Au fost finalizate zece teze de doctorat cu tematica in domeniul fuziunii nucleare si 5 dizertații, tinerii cercetători desfășurând activitățile de cercetare in Institutul de Fizica Laserilor, Plasmei si Radiațiilor, Institutul de Fizica si Inginerie Nucleara, Institutul de Fizica Materialelor.
Perspective:
Proiectul se va desfășura si de-a lungul anilor 2020-2022, cu perspective de continuare si dupa aceea. In anul 2020 isi continua activitatea de cercetare doctorala doi cercetatori doctoranzi si un masterand si urmează sa se finalizeze o disertație si sa se recruteze doctoranzi si masteranzi noi. Tinerii masteranzi care doresc realizarea unui doctorat in domeniul fuziunii, in condițiile de support financiar asigurate de programul WPEDU sunt invitați sa ia legătura cu Directorul de proiect WPEDU-RO, Xxxxxxxx Xxxxxxx (Persoana de contact, X. Xxxxxxx: xxxxxxxx@xxxxx.xx)
• Investigații multi scalare şi multi fizice asupra parametrilor care prezintă riscuri asociate funcționarii magneților supraconductori de tip CICC (WPEDU-R / part 2)
Responsabil de proiect : Xx. Xxxxxx Xxxxx (INFLPR)
Acest proiect este susținut prin programul EUROfusion Researcher Grants şi este dedicat în dezvoltarea tinerilor cercetătorilor, acesta fiind inclus în EUROfusion-WPEDU şi cercetări complementare / WPEDU-RO.
Activitățile propuse în cadrul proiectului implica investigații complexe multi-scală asupra cablurilor, firelor şi a îmbinărilor relevante configurației CICC (Cablu Conductor în Conductă) în vederea studiului elementelor fizice cheie care prezintă un risc în determinarea tranzițiilor de la stare de supraconductivitate la cea normală. Conceptul CICC consta în structuri complexe si torsadate din fire de cupru şi supraconductor (ex. Nb3Sn), trasee de răcire, toate înfășurate într-o folie de oţel şi inserate printr-o teacă din inox cu rol structural.
Aceasta complexitate ridicată a conceptului a dus la imposibilitatea modelarii poziției firelor cu o precizie mărită. Prin urmare, tehnici nedistructive precum tomografia de raze X (XCT) pot contribuii în determinarea defectelor din structurile complexe precum cele regăsite în cazul configurației CICC. Drept urmare, laboratorul de Microtomografie de raze X din cadrul Institutului Naţional de Fizică, Laseri, Plasmă şi Radiații (INFLPR) deține infrastructura necesară pentru examinarea nedistructivă a supraconductorilor de tip CICC prin tehnica XCT. De asemenea, alte metode de măsura esențiale pentru activitățile propuse in cadrul proiectului, precum măsurători asupra proprietăților hidraulice şi a pierderilor de curent se for efectua prin aplicarea infrastructurii prezente în cadrul laboratoarelor din CEA-Cadarache, Franța.
Concret, proiectul de cercetare o să fie orientat către studiul fenomenelor care au la baza proprietăți fizice esențiale mentinerii proprietatilor de supraconductivitate precum cele: hidraulice, de magnetizare şi electro-mecanice.
Perioada de desfășurare: 2020-2022 Obiective:
Obiectiv 1. Caracterizarea şi modelarea la scala macro a filamentelor Nb3Sn (0.95 mm) implicând: măsurători μCT (înainte şi după tratament termic şi modificări structurale, factor de torsadare); măsurători SEM şi EDX (pentru caracterizările defectelor induse de tratamentele termice, validarea rezoluţiei μCT); procesări de imagini şi modelari electrice (corelarea redistribuţiei curentului cu defecte / deformările structurale);
Obiectiv 2. Caracterizare şi modelare la nivel de cabluri prototip. Diferite cabluri cu 500 până la 2000 fire incluzând prepararea probelor şi examinare nedistructiva a acestora (μCT), cât şi măsurători distructive (statistică de contact). De asemenea, procesarea şi analiza imaginilor
precum reconstrucţia traiectoriilor, statistică de deformare şi comparaţii cu rezultatele determinate prin metode distructive.
Obiectiv 3. Caracterizarea şi modelarea conductorilor (JT-60SA, DEMO). Se vor efectua măsurători uCT, măsurători de pierderi de curent AC (prin metoda de magnetizare) în facilitatea XXXXXX XXX şi măsurători hidraulice (corelarea porozităţii cu traseul de răcire a He) în facilitatea OTHELO; traiectorii fire (statistică de contact, traseul de răcire de He); modelarea reţelei de contact rezistive şi corelarea acesteia cu pierderile de curent AC; Obiectiv 4. Caracterizarea cablurilor şi modelarea joncţiunilor (ITER, JT-60SA) realizate pentru ultimele tipuri de joncţiuni (ITER, JT-60SA) implicând măsurători uCT (analiza microstucturala şi detecţie de fire) şi distribuţia de contacte fire – copper sole şi reconstrucţia traiectoriei agentului de răcire.
Etape şi activități:
În cadrul proiectului este propus studiul pierderilor de curenți prin magnetizare care pot induce o creștere locală de temperatură, punând astfel la risc stabilitatea supraconductorilor. În ciuda traiectoriilor complexe de fire, se vor efectua măsurători de magnetizare prin aplicarea tehnicilor ne invazive. De asemenea, se vor efectua măsurători hidraulice pentru înțelegerea mecanismelor de schimb de temperatură între agentul de răcire şi structura CICC, astfel încât riscul de ieșire din stare de supraconductivitate din cauza temperaturii crescute să fie diminuat. Prin urmare, se vor efectua evaluări privind distribuția de goluri din jurul firelor care reprezintă şi traseului agentul de răcire.
O altă activitate importanta consta în evaluarea deformării firelor din timpul procesului de manufacturare a CICC; acestea pot prezenta o degradare în proprietățile de supraconductivitate. Neomogenități de structura exprimate prin variații de granularitate, ductilitate şi fragilitate pot amplifica deformarea integrală a structurii multifilare din timpul procesului de înfășurare şi cablare, rezultând turtiri locale a structurii filamentelor. Impactul reprezentat prin deformarea firelor asupra performantei produsului final CICC este greu de evaluat. În mod uzual, evaluările structurale sunt efectuate în mod distructiv şi cu prezenţa riscului pierderii de informații esențiale. Drept urmare, în acesta etapă este propusă utilizarea metodei nedistructive XCT.
Ultima activitate a proiectului este legată de studiul diferitelor configurații de îmbinare a firelor supraconductoare şi cupru prin investigarea calității joncțiunii dintre două cabluri CICC. Calitatea joncțiunilor determina distribuția omogenă a curentului, factor relevant pentru proprietatea de supraconductivitate a cablurilor.
Pe durata proiectului propus, activităţile de cercetare vor fi implementate în faze:
Faza I: Investigaţii structurale multiscala la etapa de producere şi fabricare a firelor şi cablurilor de tip CICC;
Faza II: Investigaţii multi-fizice pe cabluri şi joncţiuni de tip CICC;
Faza III: Evaluarea complexă multi-scala şi multi-fizica pe supraconductori CICC;
Rezultatele obținute (04.2020-12.2020):
Titlul fazei în execuţie: Investigaţii structurale multi-scala în etapa de producere şi manufacturare a firelor ale cablurilor relevante CICC;
În raportarea prezenta s-au efectuat caracterizări de filamente supraconductoare din Nb3Sn fabricate prin tehnologia bronzului, acestea prezentând stres rezidual în urma procesului de fabricaţie. Prin urmare, măsurători de înaltă fidelitate prin µCT au fost aplicate asupra filamentelor supuse unor tratamente termice şi mecanice în vederea evaluării modificărilor structurale induse şi determinării gradului de torsadare. Adiţional, măsurători prin SEM şi EDX au fost realizate pentru determinarea defectelor induse şi a validării rezoluţiei de măsurare a instrumentului uCT. Principalul scop urmărit a fost de determinare a unei tehnici nedistructive alternative pentru obţinerea unor informaţii relevante modelarii redistribuţiei de curenţi în interiorul filamentelor şi care sunt sensibile la deformări structurale.
Articol rezultat:
“Extensive Analyses of Superconducting Cables 3D Geometry with Advanced Tomographic Examinations”, L. Xxxx, X. Xxxxxxxx, X. Xxxxxxx, X. Xxxxx, X. Xxxxxxx, X. Topin Journal: IEEE Transactions on Applied Superconductivity (TAS) - ISSN: 1051-8223, IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Volume: 31, Issue: 5, On Page(s): 1-5, ISSN: 1051-8223, doi: 10.1109/TASC.2021.3059600;
Participare conferinţe:
Poster: “Extensive Analyses of Superconducting Cables 3D Geometry with Advanced Tomographic Examinations”, L. Xxxx, X. Xxxxxxxx, X. Xxxxxxx, X. Xxxxx, X. Xxxxxxx, X. Topin, ASC 2020 Virtual Conference October 24 – November 7, 2020.
Perspective:
Activităţile propuse în cadrul proiectului sunt suportate prin programul EUROfusion Researcher Grants şi orientate spre dezvoltarea tinerilor cercetători, incluşi în EUROfusion- WPEDU şi cercetări complementare / WPEDU-RO.
Proiectul are la baza studiul magneţilor supraconductori tip CICC şi susţine studiul amplu al mecanismelor care ar putea induce trecerea din stare de supraconducţie în stare de tranziţie normală. Drept urmare, sunt studiate următoarele tipuri de fenomene fizice relevante: proprietăţile hidraulice, magnetice şi electro-mecanice.
Corelarea structurilor multi-scalare cu rezultatele multi fizice (magnetizare şi hidraulice) vor contribuii mai departe la optimizarea configuraţiilor viitoare a cabluri supraconductoare propuse în cadrul consorţiului EUROfusion.
Prin realizarea tuturor activităților propuse în cadrul proiectului, responsabilul de proiect va dobândi cunoștințe profunde referitoare la aspectele multi-fizice care sunt relevante cablurilor CICC, rezultand in formarea sa ca specialist capabil în corelarea rezultatelor 3D determinate ne distructiv asupra structurii cablurilor / firelor şi proprietăților hidraulice, de magnetizare şi electromecanice.