Введение к работе
Актуальность_работы.
В настоящее время широкий круг диэлектриков используется в'Качестве твердотельных трековых детекторов. Детекторы обладают1 высоким энергетическим, зарядовым, массовым разрешением, позволяющим в ряде случаев конкурировать с полупроводниковыми детекторами, существуют детекторы с различными порогами регистрации, что позволяет регистрировать тяжелые частицы на фоне более легкого компонента. Простота и компактность твердотельных трековых детекторов позволяет их использовать в качестве индивидуальных дозиметров. Особенно перспективно использование твердотельных трековых детекторов для регистрации импульсных процессов, например, при анализе продуктов установок импульсного термоядерного синтеза, когда традиционные методы детектирования основанные на регистрации каждой частицы отдельно во времени неприменимы. Пространственное разрешение детектора позволяет при сочетании его с камерой-обскурой получать данные пространственных параметрах поля излучения.
Вместе с тем, ряд внешних факторов имееющих место в реальных экспериментах, способен оказать влияние на регистрационные характеристики и исказить полученную информацию. С целью расширения области применения детекторов, правильного учета влияния внешних воздействий, правильного выбора детекторов, требуются исследования механизма процессов происходящих в твердотельных трековых детекторах под воздействием внешних факторов.
ЦЛЬ_настдящей_работы заключается в исследовании процессов в твердотельных трековых детекторах, инициируемых в них в условиях реального эксперимента, а именно:
-
Исследовать влияние интенсивных световых импульсов спектрального состава на регистрационные характеристики твердотельных трековых детекторов.
-
Разработать модели для описания, процессов в твердотельных трековых детекторах, выработать критерии применимости детекторов в условиях эксперимента.
Научная_новизнал На основании проведенных экспериментов, I. По действию интенсивных импульсных световых потоков на
регистрационные характеристики твердотельных трековых детекто
ров г '"''':::
-
Установлено, что в случае, когда детектор прозрачен для излучения, его регистрационные характеристики сохраняются. Нарушение регистрационных характеристик детектора происходит при интенсивности излучения приводящего к разрушению (пробою) материала детектора. -
-
Обнаружен эффект частичного либо полного разрушения треков в твердотельных'трековых детекторах действием интенсивного импульсного излучения, спектр которого совпадает со спектром поглощения материала детектора.
-
Показано, что регистрационные характеристики детектора после такого воздействия сохраняются.
-
Установлено, что величина эффекта уменьшается с ростом удельных энергетических потерь иона образовавшего трек.
-
Показано, что величина эффекта зависит от температуры, при которой находился детектор в момент светового воздействия. О ростом температуры величина эффекта возрастает.
-
Предложено использовать обнаруженный метод для разделения частиц с различными удельными энергетическими потерями, разрушения фоновых треков непосредственно таред проведением эксперимента, временного анализа ионных потоков.
2. По исследованию'процессов при термическом воздействии на твердотельные трековые детекторы и влиянии активирующей примеси:
1) Развита модель энергетических уровней для описания
процессов травления и отжига треков в твердотельных трековых
детекторах, определены величины энергий активвции процессов
' травления и отжига для нитратцеллюлозного детектора Kodak LR-II5 и устанолено, что эти величины близки для треков различных ионов.
2) Показано, что. отжиг треков в этом детектора характери
зуется наличием двух рекомбинационных компонентов - линейного и
квадратичного, и, что с ростом удельных энергетических потерь
частицы относительный вклад квадратичного компонента возраста
ет.
3) Предложено объяснение характера рекомбинационного
процесса и метод расчета соотношения, между рекомбинационными
компонентами для произвольного иона на основе данных о радиаль
ном распределении энергетических потерь в треке.
-
Показано, что ведение в материал детектора активирующей примеси приводит к изменению энергии активации процессов травления и отжига.
-
Обнаружено, что введение воды в материал детектра на основе триацетата целлюлозы повышает стабильность треков.
Щэактическая_уенндсть_работы. Результаты исследований по воздействию интенсивных световых импульсов на твердотельные трековые детекторы целесообразно применять в экспериментах по диагностике импульсных процессов: регистрации ионов - продуктов импульсного управляемого термоядерного синтеза, анализа ионнно-го компонента излучения плазменных установок. Данные о воздействии импульсного излучения различного спектрального состава на детекторы позвалягт осуществить правильный выбор детектра, обосновать применимость защитных фильтров, а также сделать вывода о достоверности полученных экспериментальных результатов. Обнаруженный эффект частичного либо полного разрушения треков интенсивным световым импульсом может быть использован для разделения треков частиц с различными удельными энергетическими потерями, устранения фоновых треков непосредственно перед началом эксперимента, а также временного- анализа ионных потоков.
Экспериментальные результаты по отжигу треков и модель предложенная для их описания могут быть использованы при обработке данных по регистрации ионов твердотельными трековыми детекторами в условиях термического воздействия.
Результаты калибровки детекторов CR-39 могут быть использованы для спектрометрии легких ионов - продуктов импульсного управляемого термоядерного синтеза.
I) Исследовано влияние интенсивного импульсного светового воздействия на твердотельные трековые детекторы. Доказано, что в случае, когда спектр пропускания материала детектора совпадает со спектром излучения, детектор сохраняет свои регистрацион-
ные характеристики вплоть до интенсивностей - 10 ВТ/см приводящих к разрушению (пробою) материала детектора.
2) При исследовании воздействия на детектор излучения,
спектр которого совпадает со спектром поглощения материала
детектора, обнаружен эффект частичного либо полного разрушения
непротравленного трека. Показано, что величина эффекта уменьша
ется с ростом удельных энергетических потерь частиш, что мате
риал детектора сохраняет регистрационные свойства. Установлено,
что эффект носит адитивний характер и, что его величина возрас
тает с ростом температуры при которой находится детектор в
момент импульсного сеєтового воздействия. Обнаруженный эффект
может быть использован для разделения частиц с различными
удельными энергетическими потерями, устранения фоновых треков
непосредственно перед началом эксперимента, временного анализа
ионных потоков.
3) Развита модель энергетических уровней для описания
термического воздействия на нитратцеллюлозный детектор. Уста
новлено, что эгаргии активации процесса травления в треке
альфа-частицы и тяжелого иона (Аг40) в пределах погрешности
совпадают. Показано, что временная зависимость процесса отжига
мож-т быть описана с помощью даух рекомбинационных компонентов:
линейного и квадратичного, причем энергии активации процесса
отжига для обоих компонетов имеют близкие значения', что свиде
тельствует о наличии дефекта одной природы, ответственного за
образование травимого трека. Установлено, что энергии активации
отжига для треков различных ионов имеют близкие значения, в то
время как с ростом удельных энергетических потерь иона относи
тельный Еіслад квадратичного рекомбинацишгаго компонента возрас
тает. Предложена методика для расчета соотношения между реком-
' бшэционшми компонентами для трека произвольного иона.
4) Исследовано влияние активирующей примеси на регистра
ционные характеристики твердотельных трековых детекторов, пока
зано, что введение- иода в материал триацетатцеллюлозного и
нитрзтцеллюлозного детекторов приводит к увеличению скорости
травления в треке и к снижению порога регистации.- Для нитрат-
целлюлозного детектора ееєдєниє иода может быть интерпретирова
но, как изменение параметров модели энергетических уровней.
Установлено, что введение в материал триацетатцеллюлозного детектора воды повышает стабильность хранеия треков.
5) Проведена калибровка двух модификаций твердотельного трекового детектора CR-39 протонами с энергий от 0 до 1.6 МэВ и альфа-частицами с энергией от 0 до 3.5 МэВ. Получена зависимость связывающая удельные энергеческив потери частиц со скоростью травления в треке. Расчитаны калибровочные кинетики травления для треков F, D. т. Не3 и альфа-частиц. Работоспособность детектора проиллюстрирована измерением спектра дейтонов на установке микропинч.
Апробация^аботы_и_щбликации. Основные материалы и результаты диссертации докладывались на Всесоюзных совещаниях, конференциях, симпозиумах: 4 Всесоюзной конференции "боссоробрянные и необычные фотографические процессы", Суздаль, 28.02 - 2.03 1984; 7 Всесоюзной конференции "Взаимодействие атомных частиц с твердым телом", Минск, 5. декабря 1984 г.; 5 Всесоюзном симпозиуме по люминесцентным приемникам штреобразователям излучения, 9-13.04 1985 г.; 5 Всесоюзном совещании по микродозиметрии,Усть-Нарва, 5-12 марта 1986 г.; 6 Всесозном совещании по микродозиметрии, Канев, 14-25 апреля 1989 г. и опубликованы в девяти работах.
Структ^ра_и_дбъем_диссертациил Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержит 152 страницы, в том числе 44 рисунка, 17 фото и 4 таблицы.
