Použití polovodičových detektorů ve fúzních experimentech

Abstract

Výboje plazmatu v experimentálních zařízeních procházejí často procesem rychlé terminace neboli disrupce. V tokamaku mohou disrupce plazmatu vyvolat vznik populace vysokoenergetických elektronů, tzv. ubíhající elektrony ? runaway electrons (RE), které jsou dále urychlovány obdobně jako v urychlovačích částic a mohou způsobit značné škody na vakuové komoře nebo na jiných důležitých komponentech. Jelikož disrupce generují detekovatelné primární a sekundární záření, nové diagnostické metody, například využití navrhovaných polovodičových pixelových detektorů, jsou inovativním doplněním existujících diagnostických systémů. Před zahájením detekce záření je potřeba provést důkladné kalibrace zařízení, které slouží k přesnější interpretaci prostorové a časové distribuce RE. Závěry z měření mohou vést ke značným pokrokům v porozumění procesů týkajících se generace RE. Správná interpretace dat získaných z různých experimentů není triviální, proto bylo potřeba naměřená data dále analyzovat a vytvořit simulace pro jednotlivé experimenty. Součástí diplomové práce bylo vytvoření modelu transportu a interakce RE pomocí simulačního nástroje Geant4. Vytvořený model by mohl poskytnout spolehlivý prostředek pro účely zajištění bezpečnosti na pracovišti i ochranu samotného zařízení.

Discharges in the experimental devices tend to undergo a rapid termination ? disruption. In tokamaks, plasma disruption can result in emergence of relativistic electron population accelerated to MeV-order energies. These so-called runaway electrons (RE) then behave like in a particle accelerator and can cause damage to the vacuum vessel and other critical components. Since the disruptions tend to generate detectable primary and secondary radiation, new diagnostic methods, such as proposed semiconductor pixel detectors, are viable and innovative addition to existing diagnostic systems. In order to successfully operate such detectors, different instrumental calibration processes have been developed and performed. As a result, relevant information about the spatial and temporal distribution of RE has been acquired. This is crucial for further advancements of the fusion research and understanding of the RE generation process.Results of the measurements from different experiments are promising, however, their non-trivial interpretation requires further analysis and simulations of the experiment. For this purpose a Geant4 toolkit has been utilized, modeling transportation and interaction of RE and their secondary particles in tokamak COMPASS. Implementation of such model could be further exploited for radiation and device operational safety.