Jan Horáček: Zpracování experimentálních dat ze sond německého velkého tokamaku ASDEX Upgrade.

Student mi pomůže (dle schopností samostatně) analyzovat rychlé měření iontové teploty plazmatu obzvláště během nestability typu ELM. Jelikož teplotu iontů dostatečně rychle ještě nikdo na světě nezměřil, nevíme co očekávat, ani jak zjistit správnost měření. Očekávám schopnost programování, ideálně v Matlabu nebo Pythonu

Jan Horáček: Design aktivního potlačení ELMů na tokamaku COMPASS Upgrade v Praze.

Projekt navazuje na design pro tokamak EU DEMO vzdálené budoucnosti, prokazující, že novou speciální magnetickou cívkou lze potlačit ELM-šoky tepelného štítu divertoru cca tři až pět-krát. První prokázání funkcčnosti této teoretické studie bychom mohli efektivně provést v Praze, konkrétně správnost předpokladů interakce s plazmatem. Tato práce je velice multi-fyzikální, zahrnuje (kinetickou) fyziku plazmatu, matematická škálování, fyzikální předpovědi parametrů budoucího plazmatu, 2D vedení tepla, detailní 3D geometrii tokamaku COMPASS-U, 3D simulace magnetických polí a silnoproudou elektrotechniku. Student by se účastnil diskusí všech těchto témat, ale samostatně by se věnoval pouze jednomu dle svého zájmu a schopností.

Jakub Svoboda Tomografická rekonstrukce vyzařování tokamakového plazmatu.

Tomografie je diagnostická metoda, která poskytuje profily vyzařování z jeho vnějšího pozorování. Jako zdroj dal lze využít detektory měkkého rentgenového záření, nebo třeba i kamery snímající viditelné světlo. Cílem projektu bude nejprve provést testovací inverze na syntetických datech a tím si ověřit funkčnost algoritmu a vliv vstupních parametrů na výsledek. Po oveření bude následovat i zpracování experimentálních dat z tokamaku COMPASS. Pro zpracování dat bude používán programovací jazyk python. Zkušenosti s tímto jazykem nejsou nutné.

Samuel Lukeš: Má manipulátor pro COMPASS-Upgrade šanci přežít?

Pro nový český tokamak COMPASS-Upgrade je potřeba rychlý reciproký manipulátor, který během 1-5 s trvajícího výboje každých ~100 ms zasune hlavici s elektrostatickými sondami (Langmuirova a Ball-pen) do plazmatu. Konstrukce manipulátoru musí odolat mnoha silám a jedny z nich jsou indukované síly při disrupci plazmatu (náhlé přerušení proudu v plazmatu). Různé disrupce mohou mít různě velké účinky a jejich predikování a způsoby potlačení jsou jedním z hlavních směrů výzkumu pro bezpečnou a přijatelnou fúzní energetiku. Nicméně, student bude simulovat pouze nejjednodušší možnou situaci s nejjednodušší možnou geometrií manipulátoru (pokud neprojeví větší zájem), a to ve stále populárnějším COMSOL Multiphysics. COMSOL je ohromný simulační nástroj, který se díky svým modulům (Elektromagnetický, Proudění tekutin, Vedení tepla, Mechanika, Akustika, Chemické procesy, …) a velice přívětivému „klikacímu“ prostředí (pro náročnější pak provázání s MATLABem) rozšířil do laboratoří a firem celého světa. Základy v COMSOLu zaučíme.

Student se naučí něco málo o disrupcích plazmatu, pracovat s COMSOLem, pracovat v Linuxovém prostředí výpočetního klastru Soroban (stejné jako na většině ostatních) a seznámí se s některými svými staršími spolužáky, učiteli a možná i budoucími spolupracovníky :). Seznamování a uvedení do problematiky bude probíhat na Ústavu fyziky plazmatu AV ČR v Ládví. Pro založení ústavního účtu (potřebný pro dosažení licencí COMSOLu) bude potřeba stručný životopis studenta.

Michal Šmíd: Plasma Screening v horké husté hmotě.

Pracoviště: Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf, Kontakt: m.smid@hzdr.de

Horká hustá hmota (Warm Dense Matter, WDM) je stav hmoty mezi pevnou fází a ideálním plazmatem. Nachází se například v jádru velkých planet a malých hvězd, nebo po extérmně krátkou dobu jako přechodový stav v laserových experimentech, mj. těch vedoucích k laserem zapálené fúzi (ICF). Má hustotu srovnatelnou s hustotou pevné látky, ale teplotu (a tedy i tlak) výrazně vyšší - tisíce až miliony stupňů. Takovýto stav hmoty je velmi náročné vytvořit a téměř nemožné udržet, a zároveň je extrémně náročné ho modelovat.

Naše skupina provedla v loňském roce experiment, při kterém jsme do měděného terčíku ‘střelili’ ultra-intenzivním rentgenovým pulzem na European XFEL v Hamburku (x-ray free electron laser). Tento laser je natolik silný, že během svého trvání (25fs) dokáže hmotu zahřát na teplotu zhruba půl miliónu stupňů.

Energie tohoto laseru jsme zároveň ladili tak, aby ‘rezonovala’ s energií různých atomových přechodů v čerstvě vzniklé silně ionizované hmotě. Poté pozorujeme rentgenové záření které je vybuzené touto rezoanancí, což nám otevírá pohled do nitra těchto atomů. Například jsme schopi pozorovat posuv některých spektroskopických čar a hran, který za těchto podmínek ještě nebyl pozorován a ani neodpovídá analytickým teoriím. Tento posuv (Stark shift) je způsoben pohybem volných elektronů v okolí vyzařujícího iontu (plasma screening) a je tedy přímo závislý na teplotě té hmoty. V našem případě je ovšem hmota v extrémně nerovnovážném stavu - to znamená že rozdělení energie elektronů neodpovídá Maxwellovu rozdělení. Tím pádem všechny modely které počítají s rovnovážným stavem nutně selhávají - jak se to ostatně děje často pro simulace WDM.

V tomto projektu nyní nabízíme studentské práce. V rámci nich seznámíme studenty s touto zajímavou tematikou, aby mohli porozumět naměřeným datům a srovnat je s teorií a modelováním. Dále se student může účastnit navazujících experimentů, případně pomoci s jejich návrhem. Naše pracoviště se nachází v Drážďanech, předpokládáme především vzdálenou spolupráci s občasným setkáním v Praze nebo u nás, a ideálně týdenní pobyt v Hamburku na experimentu. Konkrétní téma, obsah a zaměření rádi upravíme na míru zájmům studentů.

Martin Imríšek: Simulace magnetického pole tokamakového plazmatu.

Simulace magnetického pole plazmatu v tokamacích jsou založeny na iterativním rešení Grad-Shafranovy rovnice. V rámci uProjektu bude monžne vyzkoušet si zjednodušený návrh tokamaku pomocí softwarového nástroje Fiesta a následně aplikovat znalosti na simulaci magnetického pole pro tokamak COMPASS-U: např. provést sken požadavků na proud v divertorových civkách v závislosti na vertikální poloze plazmatu pro zvolený scénář. Fiesta je napsaná v jazyce MATLAB. Znalost programování v jazyce MATLAB není nutná.

Anna Křivková: Výzkum meziplanetární hmoty pomocí spektroskopie laserem indukovaného průrazu (LIBS).

Hlavní body projektu: 1) Seznámení se s emisní spektroskopií a metodou LIBS 2) Identifikace emisních čar v ablačních spektrech meteoritů 3) Určení základních parametrů laserového plazmatu 4) Seznámení se se spektroskopií meteorů