O Oddělení jaderných reakcí
Základní výzkum ve směru nukleární astrofyziky a exotických jader
Program jaderné astrofyziky začal koncem 90. let 20. století, kdy byla zároveň navázána spolupráce s Texas A&M University a INFN LNS Catania. Program je založen na nepřímých technikách a jeho cílem je studium jaderných reakcí s astrofyzikálním významem od hvězdného hoření v cyklu CNO po jaderné reakce v hvězdách AGB a otázky nukleosyntézy při Velkém třesku. Experimenty jsou částečně prováděny na cyklotronu U120M, umístěném v areálu ÚJF AV ČR v Řeži. Využívány jsou dvě existující nepřímé metody: metoda asymptotických koeficientů (ANC) a metoda trojského koně (THM). Tyto metody umožňují odvodit astrofyzikální S-faktor nebo sondovat energetickou závislost astrofyzikálního S-faktoru a určit vlastnosti nízko položených rezonancí v Gamowově oblasti, včetně prahové a podprahové oblastí.
Dlouhodobě spolupracujeme s francouzskou laboratoří GANIL v Caen a IPN Orsay v Paříži. Experimentální činnost se týká exotických jader, otázek jejich existence a chování jaderné hmoty v extrémních izospinových podmínkách. Studujeme fenomény, jako je jaderné halo, narušení platnosti tzv. magických čísel, náhle se objevující deformace a koexistence tvarů v jádrech. V poslední době jsme se ve spolupráci s GANILem zaměřovali na otázky jaderné astrofyziky a vlastnosti radioaktivních excitovaných jader, které přinášejí informace o mechanismech explozivního hoření, například při výbuchu novy.
Od roku 2016 jsme uspěli s projektem výzkumné infrastruktuy SPIRAL2-CZ, která se dostala do národní mapy výzkumných infrastruktur a je českou účastí na velké výzkumné evropské infrastruktuře GANIL/SPIRAL2. SPIRAL2 je významným rozšířením stávající laboratoře GANIL a je na mapě velkých evropských infrastruktur ESFRI (European Strategy Forum on Research Infrastructures). V rámci SPIRAL2-CZ se ve Francii podílíme na budování laboratoře SPIRAL2/NFS (Neutrons for Science) a stavíme originální ozařovací komoru pro experimenty s nabitými částicemi. Spolupracujeme na vývoji terče pro radioizotopy ve zdravotnictví pro SPIRAL2 a budeme vyvíjet produční terč pro radioaktivní svazky ROBOT (Řež Other Beams Other Targets).
Základní a aplikovaný výzkum s generátory rychlých neutronů a aktivace s nabitými částicemi
V ÚJF AV ČR byly OJR vybudovány tři generátory rychlých neutronů. Generátory jsou založeny na reakcích urychlených protonů (cyklotron U120M, energie 17-35 MeV) s terči z materiálů D2O, Be a Li za vzniku neutronů. Při reakci protonů s tenkým Li terčem se vytváří kvazi-monoenergetické spektrum s maximalnim neutronovým tokem 109 n/cm2/s v monoenergetickém píku. Spojité neutronové spektrum je vytvářeno reakcí protonů a tlustým Be terčem. Maximální dosažitelný neutronový tok v nejbližší pozici je 1011 n/cm2/s.
V rámci mezinárodní spolupráce probíhá několik výzkumných programů: zejména integrální a diferenciální srovnávací testy pro validaci datové knihovny neutronových průřezů pro budoucí technologii ITER a IFMIF-DONES a testy odolnosti materialů (čtecí elektronika pro kalorimetr ATLAS/CERN, MPI Mnichov) vůči ozáření rychlými neutrony. Spolupracujeme na vývoji terčové stanice a na návrzích prvních experimentů na NFS@SPIRAL2.
Studium aktivace nabitými částicemi má velký význam pro řadu oblastí. Jednou z nich je studium materiálů v kontextu řady běžících strategických výzkumných programů pro velká mezinárodní zařízení souvisejících s energetikou.
Ve spolupráci s teoretiky z IFIN-HH, Magurele, Rumunsko provádíme měření aktivace deuteronovými svazky do 20 MeV izotopů např. Al, Cu, Nb, Ni a Fe. Výsledky přinášejí důležitou informaci pro reakční databáze pro budoucí IFMIF-DONES a další zařízení postavená na urychlovačích. Ukazuje se, že pro správný popis experimentálních výsledků je třeba uvažovat celý komplex procesů - přímé reakce, před-rovnovážné procesy i reakce přes složené jádro. Výsledky také iniciovaly intenzivní vylepšování jaderných modelů, což je důležité pro popis reakcí, které v současnosti nelze měřit experimentálně. Vylepšené teoretické modely vedou k bezpečnější energetice v budoucnosti a většímu porozumění procesům nukleosyntézy, např. při výbuchu supernov.
V rámci výzkumné infrastruktury SPIRAL2-CZ připravujeme specializované ozařovací zařízení, na kterém náš výzkum rozšíříme o možnosti v laboratoři GANIL/SPIRAL2.