Detektory gazowe – drugie życie w badaniach termojądrowych

• Autorzy: Chernyshova Maryna , Kowalska-Strzęciwilk Ewa

Warianty tytułu

EN

Gas detectors – second life in thermonuclear research

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Poszukiwanie najnowszych technologii w dziedzinie diagnostyki plazmy jest napędzane rosnącymi wymogami dotyczącymi stabilności materiałów, pod wpływem rożnego rodzaju promieniowania, stosowanych w budowie i eksploatacji urządzeń termojądrowych. W miarę postępu tych urządzeń, badanie procesów zachodzących podczas oddziaływania promieniowania z materią staje się coraz bardziej istotne. W tym kontekście poszukiwanie innowacyjnych technologii, zwłaszcza w detekcji obrazowej promieni X, staje się niezbędne dla nowej generacji reaktorów, takich jak ITER, oraz przyszłej elektrowni termojądrowej DEMO. Współcześnie powszechnie używane detektory promieniowania rentgenowskiego stosowane w takich warunkach stoją przed znaczącym wyzwaniem – szybką degradacją pod wpływem intensywnych strumieni neutronów charakterystycznych dla urządzeń termojądrowych. Kwestia ta wytycza potrzebę opracowania nowej technologii detekcji promieniowania rentgenowskiego dostosowanej do unikalnych wymagań obecnych oraz przyszłych urządzeń termojądrowych, z naciskiem na ich odporność i trwałość. Mimo iż tradycyjnie detektory półprzewodnikowe są wciąż wykorzystywane do rejestracji miękkich promieni rentgenowskich (z ang. SXR – Soft X-Ray), to istnieje rosnące zainteresowanie badaniem detektorów gazowych w układach plazmowych, jako bardziej obiecujących kandydatów ze względu na ich inherentną odporność na promieniowanie neutronowe. Wśród nowej klasy detektorów gazowych szczególnym wyróżnieniem cieszy się detektor typu GEM (z ang. GEM – Gas Electron Multiplier). Detektor tej klasy wykazuje wysoki współczynnik wzmocnienia dla pierwotnego ładunku pochodzącego z absorpcji fotonów, co między innymi czyni go właściwym wyborem do zastosowań w przyszłych reaktorach termojądrowych.

EN

The search for the latest technologies in the field of plasma diagnostics is driven by increasing requirements for material stability under the influence of various types of radiation used in the construction and operation of thermonuclear devices. As these devices advance, studying the processes that occur during radiation-matter interactions becomes increasingly important. In this context, the search for innovative technologies, especially in X-ray imaging detection, becomes essential for future reactors such as ITER and the future thermonuclear power plant DEMO. Currently widely used X-ray radiation detectors used in such conditions face a significant challenge - rapid degradation under the influence of intense neutron flux characteristic of thermonuclear devices. This problem necessitates the development of new X-ray detection technology tailored to the unique requirements of current and future thermonuclear devices, with a focus on their resistance and durability. Although semiconductor detectors are traditionally used for soft X-ray (SXR) detection, there is growing interest in studying gas detectors for plasma devices as more promising candidates due to their inherent resistance to neutron radiation. Among the new class of gas detectors, the Gas Electron Multiplier (GEM) type detector is particularly notable. This type of detector exhibits a high gain coefficient for the primary charge resulting from photon absorption, making it, among other things, a noteworthy choice for applications in future thermonuclear reactors.

Słowa kluczowe

PL

plazma gorąca; diagnostyka plazmy; detektor rentgenowski; detektor gazowy; powielacz elektronowy; powielacz gazowy

EN

hot plasma; plasma diagnostics; X-ray detector; gas detector; electron multiplier; gas multiplier

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Nukleoniczne
• Czasopismo: Postępy Techniki Jądrowej
• Rocznik: 2023
• Tom: z. 4
• Strony: 18--33
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., fot., rys., wykr.

Twórcy

autor

Chernyshova Maryna

• Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, Warszawa

autor

Kowalska-Strzęciwilk Ewa

• Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, Warszawa

Bibliografia

• [1] F. H. Séguin i inni, “Radiation-hardened x-ray imaging for burning-plasma tokamaks” Review of Scientific Instruments 68, 753 (1997).
• [2] F. Sauli, “The gas electron multiplier (GEM): Operating principles and applications”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 805, 2-24 (2016).
• [3] A.F. Buzulutskov, “Radiation Detectors Based on Gas Electron Multipliers (Review)”, Instruments and Experimental Techniques 50(3), 287-310 (2007).
• [4] A. Zielińska i inni, “X-ray fluorescence imaging system for fast mapping of pigment distributions in cultural heritage paintings”, Journal of Instrumentation 8, P10011 (2013).
• [5] F. Murtas, “Applications of triple GEM detectors beyond particle and nuclear physics” . Journal of Instrumentation 9 C01058 (2014).
• [6] M. Bucciantonio i inni, “Development of a fast proton range radiography system for quality assurance in hadron therapy”, Vienna Conference on Instrumentation 732, 564–567 (21 December 2013).
• [7] K. Malinowski i inni, „Simulation of energy spectrum in GEM detector from an X-ray quantum”, Journal of Instrumentation 13, C01018 (2018).
• [8] K.W. Hill i inni, “A spatially resolving x-ray crystal spectrometer for measurement of ion- temperature and rotation-velocity profiles on the Alcator C-Mod tokamak”, Review Scientific Instruments 79, 10E320 (2008).
• [9] K.-D. Zastrow i inni, “Deduction of central plasma parameters from line – of – sight averaged spectroscopic observations”, Journal of Applied Physics 70, 6732 (1991).
• [10] R. Bartiromo i inni, “JET high resolution bent crystal spectrometer”, Review of Scientific Instruments 60, 237 (1989).
• [11] M. Chernyshova i inni, “Development of GEM gas detectors for X-ray crystal spectrometry” Journal of Instrumentation 9, C03003 (2014).
• [12] M. Chernyshova i inni, konferencja PSI 2020, plakat „First exploitation results of recently developed SXR GEM-based diagnostics at the WEST project” (2020).
• [13] M. Chernyshova i inni, „Multi-chamber GEM-based concept of radiated power/SXR measurement system for use in high radiation environment of DEMO, “Journal of Instrumentation 17 C05013 (2022).
• [14] M. Chernyshova i inni „Multi-chamber GEM-based concept of radiated power/SXR measurement system for use in high radiation environment of DEMO”, JINST (2022) 17 C05013”.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).