Badanie i wykorzystanie dielektrycznych detektorów śladowych w korpuskularnej diagnostyce plazmy

Dielektryczne Detektory Śladowe (Solid State Nuclear Track Detectors-SSNTD’s), to pasywne detektory cząstek naładowanych. SSNTD’s, znalazły powszechne zastosowanie w badaniach prędkich jonów, emitowanych z gorącej plazmy wytwarzanej w tokamakach, urządzeniach typu Plasma Fokus, plazmy generowanej impulsem laserowym, itp. Inne dziedziny nauki i techniki, w których detektory tego typu wykorzystywane są jako ważne narzędzie badawcze, to fizyka jądrowa, fizyka promieniowania kosmicznego, dozymetria promieniowania, geologia, medycyna i ochrona środowiska. Powodem ich popularności jest z jednej strony duża czułość dla ciężkich cząstek naładowanych, zaś z drugiej strony detektory te wykazują małą wrażliwości na promieniowanie elektromagnetyczne i prędkie elektrony. Inną ważną zaletą tych detektorów jest to, że nie wymagają jakichkolwiek urządzeń elektronicznych, dzięki czemu pomiary naładowanych cząstek nie są zakłócane przez promieniowanie X i γ, i szumy elektromagnetyczne intensywnie emitowane przez każde urządzenie plazmowe. Wadą detektorów jest integralny charakter pomiaru.
Przejście cząstki naładowanej przez taki materiał powoduje powstanie obszaru zmian w strukturze (uszkodzeń) o zwiększonej reaktywności chemicznej, o rozmiarach rzędu 50 Å, rozciągających się wzdłuż toru cząstki. Ślady te są widoczne przy użyciu mikroskopu elektronowego pod dużym powiększeniem. Jednak po odpowiedniej obróbce chemicznej, można je także obserwować pod mikroskopem optycznym (Rys. 1).

Detektorem używanym w zakładzie TJ3, jest detektor CR-39 (Polyallyl-diglicol-carbonate, PADC) oraz jego „pochodne”. W naszej grupie, badania nad właściwościami tego typu detektora oraz jego zastosowaniem, prowadzono są od wielu lat, głównie na urządzeniach wytwarzających gorącą plazmę.
Ważną częścią prowadzonych prac są szeroko zakrojone badania nad własnościami detektora, jego kalibracje i badania wpływu czynników zewnętrznych na parametry zarejestrowanych cząstek naładowanych. W ich wyniku dysponujemy obszerną biblioteką krzywych kalibracyjnych detektora dla różnych jonów, serii detektora i warunków eksperymentalnych.
W dotychczasowych pracach zakładu detektory śladowe wykorzystywane były do pomiarów jonów pierwotnych i wtórnych emitowanych podczas silnoprądowych wyładowań plazmowych w układach Z-pinch (Rys. 2) oraz pułapkach toroidalnych, a także do pomiarów jonów emitowanych podczas oddziaływania impulsów laserowych dużej mocy z tarczami stałymi (Rys. 3).

Detektor znalazł również zastosowanie w pomiarach fotoneutronów i neutronów generowanych w generatorze DT. Na podstawie otrzymanych wyników stwierdzono przydatność detektora śladowego do tego rodzaju pomiarów. Posługując się detektorem śladowym, można także badać cząstki alfa, produkowane po naświetleniu boru neutronami (lub protonami), co leży u podstaw terapii boronowo-neutronowej (BNCT). Pierwsze próby w celu wykorzystania wspomnianych detektorów są w trakcie realizacji.

Osoba prowadząca:
Dr Roch Kwiatkowski