Dr. Nabil Daghbouj, Ph.D.

Koncepty paliva odolného vůči nehodám (ATF) mají za cíl zlepšit bezpečnost a výkon jaderného paliva, zejména za podmínek nehody. Konvenční obalové trubky ze zirkoniových (Zr) slitin trpí rychlou oxidací za vysokých teplot, což omezuje jejich výkon v scénářích těžkých nehod. ATF povlaky, jako je chróm (Cr) a karbid křemíku posílený vlákny karbidu křemíku (SiCf/SiC), byly vyvinuty k zlepšení odolnosti vůči oxidaci a korozi a k modifikaci transportu a retence štěpných produktů. Tento doktorský projekt zkoumá interakci mezi ATF povlaky a štěpnými produkty se zaměřením na difúzní chování, chemickou stabilitu, reakce na rozhraních a mitigaci chemických interakcí mezi palivem a obalem. Paralelně bude studována reakce povlakovaných Zr slitin na podmínky ozařování reprezentativní pro neutronové vystavení, včetně tvorby defektů, radiačně indukovaných fázových transformací a mechanické stability. Proveditelnost projektu je zajištěna osvědčenými experimentálními přístupy a přístupem k vyhrazeným zařízením pro ozařování a charakterizaci. Strategie ozařování a expozice štěpním produktů Efekty neutronového ozařování budou simulovány iontovým ozařováním ve spolupráci s evropskými iontovými svazkovými zařízeními ([https://www.ionbeamcenters.eu/ion-beam-facilities/](https://www.ionbeamcenters.eu/ion-beam-facilities/)). Protonské (H⁺) ozařování bude použito k simulaci příjmu vodíku, zatímco těžké iontové ozařování reprodukuje posunové poškození. Expozice štěpním produktům bude dosažena kontrolovanou iontovou implantací náhradních druhů (např. Cs, Sr, Ag, Xe), což umožní systematické zkoumání difúze štěpných produktů, zachytávání a interakce s rozhraními povlak–substrát. Metody charakterizace na Českém vysokém učení technickém v Praze a CEITEC Brno Kandidát provede komplexní praktickou charakterizaci pomocí špičkových technik, včetně: Rentgenová difrakce (XRD): identifikace fází, zbytkové napětí, změny mřížky indukované ozařováním Rastreková elektronová mikroskopie (SEM) s EDS: mikrostruktura, morfologie a chemické mapování Atomová silová mikroskopie (AFM): povrchová morfologie a vývoj drsnosti Zaostřený iontový svazek (FIB): příprava vzorků na specifických místech a TEM lamely Přenosná elektronová mikroskopie (TEM/STEM): nano-skálové defekty, rozhraní a shluky štěpných produktů Difrakce zpětně rozptýlených elektronů (EBSD): zrnková struktura, textura a mapování deformací Přenosná Kikuchiho difrakce (TKD): vysoce rozlišující krystalografická analýza v tenkých lamellách Tento strukturovaný experimentální rámec zajišťuje technickou proveditelnost a vědeckou přísnost projektu. Výsledky poskytnou zásadní vhled do chování ATF povlaků za ozařování a v přítomnosti štěpných produktů, čímž přímo podpoří vývoj bezpečnějších a spolehlivějších systémů obalových trubek jaderného paliva.

Vývoj pokročilých materiálů pro jaderné fúzní reaktory je nezbytný pro dosažení udržitelné fúzní energie. Materiály vystavené plazmě (PFM), které pracují za extrémních tepelných zátěží a intenzivních částicových toků, musí snášet vysokoenergetické neutronové ozařování i plazmou indukovanou implantaci hélia (He) a vodíku (H). Refraktérní vysoce entropové slitiny (RHEA), složené z více hlavních prvků, vykazují vysokou mechanickou pevnost, tepelnou stabilitu a odolnost vůči extrémním prostředím, což je činí slibnými kandidáty pro aplikace fúzní energie příští generace. Tento doktorský projekt systematicky prozkoumá odolnost vůči iontovému ozařování a chování koroze RHEA v širokém teplotním rozmezí. Studie se zaměří na vliv velikosti zrn, chemického uspořádání, difúzních mechanismů a složení slitiny na toleranci radiačního poškození a environmentální stabilitu. Výzkum je navržen s využitím osvědčených experimentálních metod a přístupu k specializovaným zařízením pro ozařování a charakterizaci, což zajišťuje technickou proveditelnost. Síntéza materiálů a strategie ozařování Tenké vrstvy RHEA budou syntetizovány magnetronovým naprašováním, což umožňuje přesnou kontrolu složení, tloušťky a mikrostruktury. Experimenty ozařování budou provedeny ve spolupráci s uznávanými evropskými iontovými svazkovými zařízeními ([https://www.ionbeamcenters.eu/ion-beam-facilities/](https://www.ionbeamcenters.eu/ion-beam-facilities/)). Iontové ozařování héliem (He⁺) a vodíkem (H⁺) bude použito k simulaci efektů implantace indukovaných plazmou, zatímco těžké iontové ozařování reprodukuje posunové poškození reprezentativní pro neutronové ozařování ve fúzních prostředích. Ozařování budou prováděna za kontrolovaných teplot k prozkoumání evoluce defektů, difúzních procesů a radiačně indukovaných změn mikrostruktury. Metody charakterizace Aspirant doktorského studia provede komplexní praktickou charakterizaci pomocí špičkových technik, včetně: Rentgenová difrakce (XRD): stabilita fází, deformace mřížky a radiačně indukované strukturální změny Atomová silová mikroskopie (AFM): povrchová morfologie a vývoj drsnosti Rastreková elektronová mikroskopie (SEM) s EDS: mikrostruktura a distribuce prvků Zaostřený iontový svazek (FIB): příprava vzorků na specifických místech a TEM lamely Přenosná elektronová mikroskopie (TEM/STEM): nano-skálové defektní struktury, radiační poškození a tvorba plynových bublin Difrakce zpětně rozptýlených elektronů (EBSD): velikost zrn, textura a mapování orientace Přenosná Kikuchiho difrakce (TKD): vysoce rozlišující krystalografická analýza ve tenkých vrstvách Spektroskopie anihilace positronů bude provedena ve spolupráci s Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, což umožní kvantitativní analýzu vakancových defektů a populací defektů indukovaných ozařováním. Očekávané výsledky Tento integrovaný experimentální přístup poskytne podrobné porozumění tomu, jak RHEA reagují na ozařování a korozivní prostředí a jak mikrostrukturové a složkové parametry ovlivňují jejich výkon. Výsledky nasměrují návrh optimalizovaných RHEA s vylepšenou tolerancí vůči ozařování a odolností vůči korozi, čímž přímo přispějí k vývoji bezpečnějších a odolnějších materiálů vystavených plazmě pro budoucí fúzní reaktory.