dr hab. S.Maćkowski, prof. UMK

UNIWERSYTET MIKOŁAJA KOPERNIKA
I N S T Y T U T
ul. Grudziądzka 5/7
F I Z Y K I
87-100 T O R U Ń
http://www.fizyka.umk.pl/
Tel. centr. (48 56) 611 33 10
Sekretariat: (48 56) 622 63 70
Fax (48 56) 622 53 97
e-mail: [email protected]
Toruń, 4 sierpnia 2011 r.
Recenzja dorobku habilitacyjnego doktora Winicjusza Drozdowskiego
oraz rozprawy habilitacyjnej "Fizyczne podstawy procesu scyntylacji
w wybranych kryształach tlenków i halogenków aktywowanych jonami ziem
rzadkich" przedstawionej Radzie Naukowej Wydziału Fizyki, Astronomii
i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu
Doktor Winicjusz Drozdowski studiował w latach 1991-1996 fizykę na Wydziale Fizyki i
Astronomii UMK, studia zakończył pracą magisterską zatutyłowaną „Termoluminescencja i
spektroskopia monokryształów LuAlO3 i LuAlO3:Ce”, wykonaną pod kierunkiem prof. dr. hab.
Andrzeja Wojtowicza. Dalszą edukację w formie studiów doktoranckich kontynuował na tym
samym wydziale, również pod kierunkiem prof. dr. hab. Andrzeja Wojtowicza. W roku 2001 dr
Winicjusz Drozdowski obronił z wyróżnieniem rozprawę doktorską pod tytułem „Procesy
rekombinacji promienistej w kryształach BaF2 aktywowanych wybranymi jonami ziem rzadkich”.
Wiele spośród wyników otrzymanych w trakcie studiów doktoranckich powstało dzięki licznym
pobytom badawczym w HASYLAB w Hamburgu.
Po doktoracie dr Drozdowski wyjechał na ponad dwuletni staż podoktorski na
Politechnikę w Delft w Holandii, gdzie, kontynuując po części tematykę wcześniejszych badań,
prowadził prace nad scyntylatorami promieniowania gamma.
Na dorobek naukowy dr. Winicjusza Drozdowskiego składa się, według bazy ISI Web of
Knowledge (z dnia 4.8.2011), 41 publikacji w czasopismach międzynarodowych, z czego 27 to
publikacje w materiałach konferencyjnych. Prace te cytowane są prawie 380 razy, a indeks
Hirscha wynosi 12.
Wszystkie prace są wieloautorskie, co jest zjawiskiem naturalnym w
naukach eksperymentalnych. Dorobek publikacyjny, oraz rezonans prac, których współautorem
jest dr Drozdowski, w środowisku naukowym związanym z technologią i fizyką materiałów
scyntylacyjnych jest dobry, adekwatny do etapu kariery naukowej. Ponadto, dr Drozdowski
uczestniczył w licznych konferencjach, na których prezentował wyniki swoich prac. W swoim
dorobku ma jeden referat zaproszony, co jak na trwające prawie dwadzieścia lat przywiązanie
do jednej tematyki badawczej, jest wynikiem mizernym.
Podobnie ewidentny jest brak
projektów badawczych, których kierownikiem był dr Winicjusz Drozdowski, poza kilkoma
niskobudżetowymi
projektami
finansowanymi
przez
Uniwersytet
Mikołaja
Kopernika.
Niepokojący jest także widoczny spadek aktywności naukowej dr. Drozdowskiego po powrocie
ze stażu podoktorskiego, 2 publikacje w roku 2010 i jedna w 2011. Być może jest to efekt
dosyć rozbudowanej działalności dydaktycznej oraz zaangażowania w budowę nowego
laboratorium, a także pewnego spowolnienia związanego z przygotowaniem rozprawy
habilitacyjnej.
Tematyka badawcza dr. Drozdowskiego była od początków jego kariery naukowej
związana z właśnościami scyntylacyjnymi materiałów.
Początkowo zajmował się on
LuAlO3:Ce, by potem badać kryształy LuAP:Ce czy aktywowane jonami ziem rzadkich kryształy
BaF2.
Osiągnięciem habilitanta uzyskanym we wspólpracy z pracownikami i studentami
Zakładu Optoelektroniki IF UMK było uruchomienie stanowiska pomiarowego umożliwiającego
zaawansowaną spektroskopię termo- i radioluminescencyjną materiałów scyntylacyjnych.
Badania te były komplementarne do tych, które można było przeprowadzić we współpracy z
innymi laboratoriami. Na duże uznanie zasługuje niemal perfekcyjne zorganizowanie tych prac,
a zwłaszcza komplementarność eksperymentów prowadzonych w Toruniu, Bostonie i
Hamburgu.
Efektem tych pomiarów było opracowanie modlu pułapkowego, opisującego
temperaturową zależność wydajności scyntylacji domieszkowanych Ce kryształów LuAP, YAP i
BaF2. Rozszerzenie tych badań na inne domieszki ziem rzadkich pozwoliło habilitantowi opisać
mechanizmy rekombinacji promienistej i bezpromienistej w tych materiałach. Zagadnienia te
stały się fundamentem rozprawy doktorskiej.
Jednocześnie dr Drozdowski brał czynny udział w rozbudowie możliwości pomiarowych
w Instytucie Fizyki UMK, polegajacych na stworzeniu stanowiska do pomiaru własności
luminescencyjnych w niskich temperaturach. Habilitant wspomina, że układy pomiarowe były w
latach 2002-2006 wykorzystywane w 100 procentach. Można jednak odnieść wrażenie, że
prace prowadzone we wspólpracy z kilkoma firmami komercyjnymi nieco osłabiły aspekt
poznawczy
badań
na
rzecz
automatycznej
charakteryzacji
materiałów,
określania
podstawowych parametrów scyntylacyjnych i przesyłania wyników zleceniodawcy. Świadczyć o
tym może bardzo zdawkowy opis modelu 2R+, którego habilitant jest autorem.
Ważnym elementem w rozwoju naukowym każdego młodego badacza jest wyjazd do
laboratorium zagranicznego w celu odbycia stażu podoktorskiego. Dr Drozdowski wybrał ofertę
kierowanego przez prof. Dorenbosa laboratorium na politechnice w Delft, o profilu naukowym
bardzo silnie związanym z zagadnieniami, w których dr Drozdowski miał duże doświadczenie.
Z dorobku publikacyjnego wynika, ze pobyt ten był rzeczywiście bardzo owocny.
Na
szczególną uwagę zasługują eksperymenty prowadzone przy podwójnym pobudzeniu, co
zdaniem habilitanta umożliwia kontrolę obsadzeń pułapek w materiale scyntylacyjnym.
Pewnym niepokojem musi napawać lektura planów badawczych przedstawionych w
dokumentacji.
Niepokój ten wynika z tego, że habilitant planuje pozostać w tematyce
badawczej uprawianej od wielu lat i konstruuje układy pomiarowe, które niekoniecznie muszą
być w tym stopniu konkurencyjne jak były te tworzone dziesięć lat temu. Plany badawcze nie są
jednak elementem oceny, wspominam o tym jedynie w celu podkreślenia swoistego,
charakterystycznego dla habilitanta, konserwatyzmu tematycznego.
Podsumowując, dorobek naukowy dr. Winicjusza Drozdowskiego stanowi istotny wkład w
badania związane z technologią i fizyką materiałów scyntylacyjnych i mimo kilku powyższych
uwag krytycznych, w pełni uprawnia do ubiegania się o nadanie stopnia doktora habilitowanego.
Rozprawa habilitacyjna dr. Winicjusza Drozdowskiego zatutułowana jest „Fizyczne
podstawy procesu scyntylacji w wybranych kryształach tlenków i halogenków aktywowanych
jonami siem rzadkich” i składa się na nią osiem publikacji w pismach o zasięgu
międzynarodowym.
Prace oryginalne opatrzone są przewodnikiem.
W pierwszej części
przewodnika dr Drozdowski opisuje przebieg procesu scyntylacji, mechanizmy przekazu energii
w scyntylatorach, a także podstawy modelu pułapkowego i szczegóły eksperymentalne
dotyczące charakteryzacji kryształów scyntylacyjnych.
W drugiej części przewodnika
przedyskutowane zostały szczegółowo rezultaty uzyskane w każdej z ośmiu publikacji
wchodzących w skład rozprawy habilitacyjnej.
Przewodnik
napisany
jest
językiem
dość
specjalistycznym,
potraktowanych zostało w sposób pobieżny, często zbyt ogólny.
wiele
zagadnień
Przykładowo, w drugim
akapicie pierwszego rozdziału przewodnika dr Drozdowski napisał: „Uwzględniając bardzo
krótki czas (rzędu ms, s, na, a nawet ps) upływający od absorpcji kwantu promieniowania
jonizującego do emisji błysku świetlnego, scyntylację należy uznać za proces bardzo szybki”.
Pomiędzy milisekundą a pikosekundą istnieje dziewięć rzędów wielkości. Trudno wobec tego
stwierdzić jednoznacznie, czy czasy milisekundowe świadczą już o tym, że scyntylacje są
szybkie, czy jest to prawda jedynie w przypadku czasów pikosekundowych.
Podobne
nieścislości znajdują się w pierwszym akapicie rodziału pierwszego przewodnika, w dyskusji o
podziale scyntylatorów na stałe, ciekłe i gazowe, które – według dr. Drozdowskiego – mogą być
jedynie ciałami stałymi i płynami.
Innym niedociagnięciem przewodnika jest brak przynajmniej uproszczonego schematu
procesów zachodzących w scyntylatorze.
Oczywiście mnogość i stopień skomplikowania
zjawisk fizycznych w tych materiałach jest duży, ale jestem przekonany, że umieszczenie
takiego schematu byłoby dużą pomocą w zrozumieniu zagadnień stanowiących rdzeń
rozprawy, a więc wyników opisanych w części drugiej przewodnika.
Aspekt dydaktyczny
rozprawy habilitacyjnej zyskałby też znacznie, gdyby dr Drozdowski umieścił w przewodniku
schematy energetyczne opisujące mechanizmy przekazu energii. Rozumiem jednak, że dla
naukowców zajmuących się w codziennej działalności zagadnieniami związanymi z fizyką i
technologią scyntylatorów, ten suchy, konkretny opis ich właściwości może być w zupełności
wystarczający.
Na uznanie zasługuje opis technik pomiarowych pozwalających wyznaczać podstawowe
własności materiałów scyntylacyjnych.
Powiązanie metod eksperymentalnych z opisem
teoretycznym i przykładowymi wynikami bardzo dobrze przygotowuje czytelnika do lektury
uzyskanych na przestrzeni ostatnich kilku lat przez dr. Drozdowskiego wyników szczegółowych,
które stały się podstawą rozprawy habilitacyjnej.
Ostatni rozdział pierwszej części przewodnika stanowi wprowadzenie do scyntylatorów,
opisany jest w nim rys historyczny, podstawowe własności oraz perspektywy badań nad tymi
materiałami. Wydaje mi się, że rozdział ten, ze względu na swoją treść, powinien otwierać całą
rozprawę.
W przeciwnym razie dochodzi do sytuacji, w której po szczegółowej dyskusji
własności scyntylatorów oraz metod ich wyznaczania (podrozdziały 1.2-1.4), czytelnik
dowiaduje się jakie są podstawowe cechy i parametry scyntylatorów (podrozdział 1.5).
Prace wchodzące w skład rozprawy habilitacyjnej opublikowane zostały w następujących
pismach: po jednej w Journal of Crystal Growth, Optical Materials, Nuclear Instruments and
Methods in Physics Research, oraz pięć w IEEE Transactions on Nuclear Science. Pomimo
tego, że współczynniki impact factor tych periodyków są poniżej 2, są one forum wymiany myśli
w środowisku fizyki i technologii scyntylatorów, o czym świadczy dobra liczba cytowań prac
wchodzących w skład habilitacji w literaturze poświęconej tym zagadnieniom. Prace włączone
do rozprawy habilitacyjnej zacytowano ponad 90 razy, według bazy ISI Web of Knowledge (z
dnia 4.8.2011), co jest bardzo dobrym wynikiem.
Prace składające się na rozprawę habilitacyją zostały wykonane zarówno w Zakładzie
Optoelektroniki Instytutu Fizyki UMK oraz na Politechnice w Delft. Wszystkie publikacje są
wieloautorskie, wszyscy współautorze w odpowiednich oświadczeniach uznali, że wpływ dr.
Drozdowskiego na powstanie tych publikacji był znaczący i decydujący, o czym świadczy
niezależnie fakt, że we wszystkich tych pracach dr Drozdowski jest pierwszym autorem, a
kolejność autorów nie jest w żadnym przypadku alfabetyczna.
Tematycznie,
rozprawa
habilitacyjna
obejmuje
badania
tlenków
i
halogenków
domieszkowanych wybranymi jonami ziem rzadkich. Do tej pierwszej grupy zaliczyć można
kryształy LuAP:Ce, LuAP:Pr, YAG:Pr, oraz LuAG:Pr. Poza wszechstronną charakteryzacją,
kryształy te poddane zostały wnikliwym badaniom koncentrującym się na wyznaczeniu
wydajności scyntylacji oraz poziomów energetycznych domieszek znajdujacych się w
kryształach. Określenie rodzaju oraz struktury energetycznej domieszek, które zwykle obniżają
wydajność scyntylacji, ma istotne znaczenie dla opracowania technik poprawy charakterystyk
scyntylacyjnych.
Jedną z zaproponowanych przez dr. Drozdowskiego było wygrzewanie
kryształów tlenków, w szczególności LuAP:Pr, w atmosferze wodorowej.
Skutkiem tej
procedury było dwukrotne zwiększenie wydajności scyntylacji. Do innych ważnych wyników
naukowych uzyskanych dla tlenków domieszkowanych jonami ziem rzadkich można zaliczyć
wyznaczenie parametrów pułapek dla kryształów LuAP:Pr, LuAP:Ce i YAG:Pr i wskazanie
możliwych dróg poprawy wydajności scyntylacji poprzez neutralizację tych pułapek, obserwację
wysokiej wydajności scyntylacji dla YAG:Pr, oraz pomiar i analizę ścieżek przekazu energii w
LuAG:Pr.
Halogenkami badanymi w pracach włączonych do rozprawy habilitacyjnej były LaBr3:Ce i
CeBr3. Kryształy te były kandydatami do wykorzystania jako detektory w misji kosmicznej na
Marsa.
Podstawowymi zagadnieniami były zatem odporność parametrów scyntylacji na
strumienie protonów i promieniowanie gamma.
Ten drugi czynnik okazał się w sposób
znaczacy wpływać na własności tych materiałów, efekt ten określono jako wstrząs uderzeniowy.
Z silnego aspektu aplikcyjnego wynika zapewne brak wyników badań poświęconych szerokiej i
dogłębnej analizie procesów zachodzących w tych scyntylatorach, podobnie jak to miało
miejsce w przypadku kryształów tlenkowych.
Waga tych prac jest jednak trudna do
przecenienia w kontekście możliwego wykorzystania halogenków domieszkowanych jonami
ziem rzadkich w badaniach Kosmosu.
Dr Winicjusz Drozdowski jest z pewnością uznanym specjalistą w dziedzinie fizyki
scyntylatorów krystalicznych, o czym świadczy jego dorobek naukowy i odbiór prac
wchodzących w skład rozprawy habilitacyjnej przez środowisko naukowe.
Poza kilkoma
uwagami krytycznymi jestem przekonany, że przedstawiona dokumentacja spełnia formalne i
zwyczajowe kryteria stawiane kandydatom ubiegającym się o nadanie stopnia doktora
habilitowanego i wnioskuję o dopuszczenie dr. Drozdowskiego do dalszych etapów przewodu
habilitacyjnego.
Sebastian Maćkowski