Твердотельные трековые детекторы в исследованиях лазерной плазмы

ВВЕДЕНИЕ: Методы и средства измерений, применяемые в экспериментальных исследованиях, проводимых в областях ядерной физики и физики высокотемпературной плазмы, до самого последнего времени существенно различались. Это различие было объективным и связано с тем, что энергии частиц, являющихся объектами исследований в том и другом случае, отличались по порядку величины. В то время как в лабораторной плазме энергии подавляющего числа заряженных частиц обычно лежали в кэВ-диапазоне, частицы, генерируемые на ускорителях или получаемые в результате ядерных реакций, как правило, обладают на порядки большими энергиями. Естественно, что для регистрации столь быстрых частиц в ядерной физике были созданы соответствующие методы и средства измерений (см., например, [1–6]), которые ранее не могли найти применения в физике плазмы. Стоит заметить, что в 70-х годах прошлого столетия среди исследователей, работавших в области физики плазмы, была весьма распространена точка зрения, что в самое ближайшее время, т.е. в пределах десятка лет, грань между ядерной физикой и физикой плазмы будет в значительной степени стерта и обе эти области будут исследовать практически один и тот же объект. Такой оптимизм, по-видимому, был обусловлен в большей степени быстрыми успехами, достигнутыми в работах по программе инерциального (лазерного) термоядерного синтеза, и в меньшей степени не столь быстрыми, но планомерными достижениями плазменных установок с магнитным удержанием. Однако достаточно быстро стало ясно, что создание термоядерного реактора является задачей не одного-двух десятилетий, а потребует существенно большего времени, объекты исследований ядерной физики и физики плазмы будут еще долгое время оставаться разными, а следовательно, и методы диагностики в этих областях физики объективно будут различными. Но, как оказалось, такой пессимистичный прогноз так же далек от реальности, как и высказываемый ранее оптимистический.

Рис. 1. Развитие во времени конусов травления в пластиковой пленке для случаев косого (а) и нормального (б) падения заряженной частицы: 1 – толщина стравленного поверхностного слоя, 2 – глубина трека, 3 – видимый в микроскоп диаметр конуса травления/трека, 4 – угол падения частицы, 5 – общая глубина травления в области трека, 6 –угол раствора конуса; при большом времени травления конусы сливаются.

Причиной этого являются огромные успехи лазерной физики, достигнутые за последние один-два десятка лет. Речь идет о создании сверхмощных фемтосекундных лазеров, которые уже сейчас позволяют получать в фокальном пятне плотности потока лазерного излучения вплоть до 1021 Вт/см2 [7–12]. При таких плотностях потока в лазерной плазме генерируется значительное число ионов различной кратности с энергиями, лежащими в мегаэлектронвольтной области, т.е. в области, являющейся типичной для ядерной физики. И естественно, что для исследования таких высокоэнергетичных частиц вполне подходят методы и средства, разработанные ранее ядерными физиками.