Temat 4. BADANIA INTERDYSCYPLINARNE I STOSOWANE

Transkrypt

1 Temat 4. BADANIA INTERDYSCYPLINARNE I STOSOWANE Główne prace teoretyczne prowadzone były w Zakładzie NZ44 a prace eksperymentalne i teoretyczne prowadzone były w Zakładach: NZ52, NZ56, NZ61, NZ63, NZ64, Samodzielnej Pracowni NZ62 oraz w Laboratoriach NLW, NLD, NLR i NLP. Prace techniczne w Dziale DCP. Wyniki badań w tym temacie zaowocowały w 2018 r. 132 publikacjami w czasopismach objętych wykazem Journal Citation Reports (JCR). Zakład NZ44 zadanie 1. Interdyscyplinarne aspekty fizyki układów złożonych 1. Identyfikacja uniwersalnych charakterystyk złożoności: krzyżowe korelacje multifraktalne w procesach stochastycznych, struktura i dynamika sieci społecznych w relacji do teorii sieci złożonych, korelacje wieloskalowe w dynamice zmienności liczby plam na Słońcu, zjawiska krytyczne i efekty synchronizacji w dynamice finansów, modele oddziałujących agentów, zagadnienia lingwistyki ilościowej, wieloskalowa organizacja utworów muzycznych, modelowanie synchronizacji neuronów przez układy elektroniczne. 2. Dynamika nieliniowa i chaos klasyczny. Skonstruowano obwód o charakterystykach fraktalnych składający się z hierarchii prostych oscylatorów elektronicznych. Odkryto, że obecność niedoskonałości w strukturze połączeń pomiędzy takimi oscylatorami radykalnie i zadziwiająco wzbogaca dynamikę wzorców aktywności obwodu. Spostrzeżenie to może się przyczynić m. in. do lepszego zrozumienia funkcjonowania ludzkiego mózgu. Zbadano zjawisko synchronizacji na odległość w układach sprzężonych oscylatorów elektronicznych oraz zidentyfikowano mechanizm tego zjawiska. Wykazano, że występuje ono wtedy kiedy informacja propaguje się nie za pomocą jednej lecz aż trzech częstotliwości a synchronizacja na odległość jest zjawiskiem analogicznym do interferencji. Zaproponowano metodę badania architektury sieci złożonych poprzez generowanie szeregów czasowych lokalnych charakterystyk sieciowych obserwowanych w błądzeniu przypadkowym na takich sieciach. Odkryto, że stopień lewostronnej asymetrii spektrum multifraktalnego takich szeregów jest dobrze skorelowany ze stopniem charakterystyki sieci określanej jako mały świat. Zaproponowana metoda stanowi potencjalnie bardzo użyteczne narzędzie do badania sieci biologicznych. Stosując zaawansowane metody analizy statystycznej do zmienności cen kryptowalut na ich światowych rynkach pokazano, że dla Bitcoina taka zmienność mierzona rozkładami fluktuacji stóp zwrotu, nieliniowych korelacji czasowych oraz organizacją multifraktalną, w ciągu ostatnich około dwóch lat nie różni się już w niczym istotnym od analogicznych charakterystyk dla największych światowych rynków tradycyjnych. W roku 2018 opublikowano łącznie 9 prac w czasopismach wyróżnionych w JCR. 26

2 Zakład NZ61 zadanie 2. Badania oddziaływania promieniowania jądrowego z różnymi ośrodkami 1. Koncepcja budowy akceleratorowego źródła neutronowego IFMIF/DONES (Demo Oriented Neutron Source) (współpraca: EUROfusion). 2. Badanie aktywacji rzeczywistych materiałów ITER (współpraca: EUROfusion; NCBJ Świerk). 3. Modelowanie pól promieniowania generowanych przez aparaturowe źródła neutronowe oraz odpowiedzi detektorów neutronowych z uwzględnieniem wpływu otoczenia i innych zaburzających źródeł promieniowania (współpraca: IO ITER Organisation). 4. Rozwój metod numerycznych i interpretacyjnych dla jądrowej geofizyki otworowej w oparciu o modelowania złożonych pól promieniowania jądrowego metodą Monte Carlo (współpraca: WGGOŚ AGH, Kraków). Ad 1. Wykonano projekt koncepcyjny modułu STUMM dla laboratorium IFMIF-DONES do kalibracji i monitorowania strumienia neutronów. Przeprowadzono zewnętrzny audyt (design review) projektu. Metodami Monte Carlo (program MCNP) przeprowadzono modelowanie dawek promieniowania w komorze testowej laboratorium DONES oraz sąsiadujących pomieszczeniach w czasie pracy akceleratora oraz podczas jego wyłączenia. Ad 2. Przeprowadzono pomiary źródeł przesłanych z laboratorium spektrometrii gamma CCFE. Określono aktywności izotopów i porównano je z wartościami referencyjnymi. Wykonano walidację przygotowanego z użyciem kodu MCNP numerycznego modelu koaksjalnego detektora HPGe typu n z oknem berylowym. Detektor będzie wykorzystany w pomiarach aktywności indukowanej w próbkach materiałów tokamaka ITER. Ad 3. Detektory oparte o plastikowe scyntylatory BCF-12 wykorzystano do detekcji promieniowania emitowanego ze źródła typu Plasma-Focus. Dla wyznaczenia optymalnej konstrukcji detektorów oraz określenia ich wydajności wykonano badania eksperymentalne z użyciem generatora neutronów oraz symulacje pakietem GEANT4. Ad 4. Przy pomocy komputerowych symulacji profilowań metodą Monte Carlo badano zjawisko tzw. degradacji anomalii podczas rejestracji sygnału neutronowego w otworze wiertniczym. Wykonana została analiza artefaktów pojawiających się na krzywych odpowiedzi sondy neutronowej NNTE na granicy warstw dwóch ośrodków skalnych dla układów cienkowarstwowych. Opublikowano 7 prac w czasopiśmie wyróżnionym w JCR. Wygłoszono 6 referatów na międzynarodowych konferencjach i spotkaniach projektów. Zakład NZ61 zadanie 3. Diagnostyka plazmy wysokotemperaturowej 3A. Diagnostyka plazmy wysokotemperaturowej D-D i D-T metodami fizyki jądrowej pod kątem badań dla programu ITER 1. Wykorzystanie detektorów diamentowych do pomiaru neutronów i prędkich jonów z emisji w plazmie termojądrowej (współpraca: EUROfusion; F4E Fusion for Energy). 2. Badanie zjawisk towarzyszących szybkim impulsom plazmowym generowanym w układzie Plasma-Focus PF-24 IFJ. 27

3 3. Opracowanie nowych metod obrazowania rentgenowskiego plazmy w urządzeniach fuzyjnych (współpraca: CEA IRFM Cadarache). Opis realizowanych prac Ad 1. Zbadano odporność termiczną do temperatury 240 C dwóch typów detektorów diamentowych, w warunkach przewidywanych podczas pracy diagnostyki tokamaka ITER. Wykonano pomiary neutronów i prędkich jonów emitowanych z plazmy termojądrowej tokamaka JET. Ad.2. Przeprowadzono serie eksperymentalnych wyładowań plazmowych na urządzeniu PF-24 dla deuteru, argonu oraz mieszaniny tych gazów pod stałym ciśnieniem 3.0 mbar przy napięciu ładowania 17 kv. Zawartość argonu była zmieniana w zakresie od 0 do 65%. Zarejestrowane sygnały elektryczne zostały zanalizowane oraz przeprowadzono dla nich symulacje z wykorzystaniem 5-fazowego kodu modelu Lee. Obraz ogniska plazmowego powstającego w wyładowaniu był rejestrowany przez układ obrazowania w zakresie promieniowania X i twardego ultrafioletu. Wykonano eksperymenty odparowania boru z tarczy umieszczonej w pobliżu anody urządzenia PF-4 metodą ablacji laserowej. Ad 3. Opracowano metodę wykorzystującą techniki tomografii komputerowej do analizy danych diagnostyki neutronowej i promieniowania X plazmy w urządzeniach fuzji termojądrowej. Metoda pozwala na rekonstrukcję rozkładu przestrzennego reakcji jądrowych oraz wysokoenergetycznych cząstek w plazmie z zestawu niekompletnych danych pomiarowych. Zbadano możliwość zastosowania metod tomograficznych do kontroli przebiegu reakcji fuzji w tokamaku w czasie rzeczywistym. 3B. Diagnostyka plazmy wysokotemperaturowej w zamkniętych pułapkach magnetycznych 1. Opracowanie metodyki pomiarów SXR i HXR do badania plazmy w urządzeniach fuzyjnych (WEST) (współpraca: CEA Cadarache, Francja). 2. Spektrometria neutronowa o wysokiej rozdzielczości energetycznej dla określania parametrów plazmy termojądrowej. Ad 1. Opracowano metodykę pomiaru i rekonstrukcji emisyjności promieniowania X z wykorzystaniem algorytmów genetycznych, sieci neuronowych oraz metod Monte Carlo do badania procesów zachodzących w plazmie uwięzionej w pułapkach magnetycznych typu tokamak. Opracowane metody przebadano pod kątem precyzji rekonstrukcji oraz wydajności obliczeniowej. Ad 2. Opracowano koncepcję architektury systemu akwizycji danych eksperymentalnych dla spektrometrów o wysokiej rozdzielczości energetycznej, używanych do badania plazmy termojądrowej w tokamaku JET. Przeprowadzono testy i kalibrację spektrometrów wraz z zaprojektowanym systemem akwizycji danych. Wykorzystanie wyników Wyniki badań w zadaniach 3 A i 3 B zaowocowały w 2018 roku 8 publikacjami w czasopismach objętych wykazem Journal Citation Reports (JCR). Wygłoszono 6 referatów na międzynarodowych konferencjach i spotkaniach projektów. 28

4 Zakład NZ56 zadanie 4. Obrazowanie i zlokalizowana spektroskopia magnetycznego rezonansu w badaniach biomedycznych i materiałowych Rozwój oraz zastosowanie metod obrazowania i spektroskopii zlokalizowanej magnetycznego rezonansu (MRI/MRS) do badań biomedycznych in vivo i ex vivo z wykorzystaniem modeli zwierzęcych chorób, badań obiektów biologicznych oraz do badań materiałowych. 1. Badanie struktury i procesów fizjologicznych tkanek i narządów w stanach normalnych lub patologicznych w warunkach in vivo i ex vivo metodami MRI/MRS (Współpraca z University of Calgary, Kanada, University of British Columbia, Vancouver, Kanada, Katedrą Farmakologii CMUJ, Instytutem Zoologii UJ, Instytutem Farmakologii PAN, Akademią Górniczo-Hutniczą w Krakowie). 2. Zastosowanie obrazowania i spektroskopii MR do badań własności nośników leków, nowoczesnych środków kontrastowych i materiałów porowatych (współpraca: Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie, Katedra Farmacji CMUJ w Krakowie, Instytut Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie). 3. Rozwój metod i oprzyrządowania do obrazowania i spektroskopii zlokalizowanej MR (współpraca: University of Toronto, Toronto, Kanada, University of British Columbia, Vancouver, Kanada, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Uniwersytet Warszawski). Zastosowanie obrazowania MR na jądrach 19 F do określenia dystrybucji teranostycznych nośników leków. W powłokę nanokapsułek (~150 nm) przygotowanych dla zastosowań biomedycznych przez opłaszczenie pegylowanym polielektrolitem (PGA-g-PEG) wbudowano molekuły zawierające jądra 19 F jako środka kontrastowego. Przy pomocy spektroskopii i obrazowania MR określono limity detekcji jąder 19F oraz wykonano obrazy MR fantomów. Zmiany poziomu metabolitów w mózgach szczurów w modelu jadłowstrętu psychicznego (Anorexia Nervosa) indukowanego wysiłkiem fizycznym. Wykonano pomiary widm 1 H MRS w mózgach szczurów w warunkach in vivo dla trzech grup badawczych: kontrolnej, anorektycznej - oraz po interwencji farmakologicznej. Stosując w analizie widm 1 H MRS koherentne uśrednianie wyznaczono zmiany poziomów kilkunastu metabolitów, potwierdzając pozytywne efekty interwencji farmakologicznej. We współpracy z Uniwersytetami w Calgary i Victorii w Kanadzie realizowano obrazowanie molekularne nowotworów piersi z wykorzystaniem celowanych środków kontrastowych. Środek kontrastowy zawierający nanocząstki typu rdzeń/powłoka wraz z dołączonymi do nich swoistymi przeciwciałami zastosowano do obrazowania potrójnie ujemnego nowotworu piersi. We współpracy naukowej między IFJ PAN i ICOC CRN w Pizie, Włochy wykonano pomiary widm i czasów relaksacji dla częściowo zdeuterowanych cząsteczek PVB przy pomocy deuteronowego MRJ w zakresie temperatur K, określając dynamikę molekularną ww. cząsteczek. W roku 2018 opublikowano 16 prac w czasopismach wyróżnionych w JCR. 29

5 Zakład NZ52 zadanie 5. Badanie zmienności układów biologicznych, środowiskowych i materiałowych 1. Badanie zmian zachodzących w układach złożonych na poziomie komórkowym, molekularnym i atomowym z wykorzystaniem technik synchrotronowych, laserów na swobodnych elektronach oraz klasycznych źródeł promieniowania rentgenowskiego. 2. Obrazowanie mikrostruktur w układach złożonych spektroskopowymi metodami komplementarnymi i mikrotomografią komputerową oraz określenie składu pierwiastkowego metodami spektroskopowymi wykorzystującymi promieniowanie rentgenowskie, synchrotronowe oraz wiązki jonów z akceleratora typu Van de Graaffa. 3. Badania fizykochemiczne wody i osadów z obiegów wody pitnej i technologicznej. 4. Badania materiału biologicznego i środowiskowego z wykorzystaniem metody chromatografii gazowej sprzężonej z różnymi technikami detekcji Badano strukturę elektronową materiałów bazujących na metalach przejściowych. Wykorzystanie rentgenowskiej spektroskopii emisyjnej i absorpcyjnej pozwoliło na określenie miejsc pułapkowania dodatnich ładunków oraz czasów życia tych stanów elektronowych w półprzewodnikach. Zostało także zademonstrowane istnienie pośredniego stanu metalicznego w procesie wytwarzania nanocząstek półprzewodnikowych. Prowadzone badania pozwoliły na wyznaczenie przemian struktury elektronowej w materiałach mających istotne znaczenie w dziedzinie energii odnawialnych. Otrzymane wyniki pozwalają na powiązanie wydajności materiałów półprzewodnikowych z przemianą struktury elektronowej podczas przebiegu procesów fotokatalitycznych i fotowoltaicznych. Część badań była także ukierunkowana na poprawę wydajności procesu rozczepienia wody do produkcji wodoru z wykorzystaniem metali 5d jako katalizatorów. Współpracując z Uppsala University prowadzono badania w zakresie aplikacji spektroskopii absorpcyjnej promieniowania X do badań kompleksów nieorganicznych. Badano efektywność emisji elektronów wtórnych emitowanych z nanomateriałów o różnym składzie i geometrii powierzchni pod wpływem wiązki protonów o energii 1 2 MeV. W celu optymalizacji medycznych implantów tytanowych analizowano skład pierwiastkowy hydroksyapatytów na podłożu tytanowym. Badano technikami spektroskopowymi złogi mineralogiczne osadzające się w obiegach wody pitnej i technologicznej. Kontynuowano pomiary stężeń związków chlorowcowych w powietrzu aglomeracji krakowskiej w odniesieniu do prac badawczych realizowanych w ramach programów AGAGE oraz InGOS. W 2018 roku opublikowano łącznie 12 prac w czasopismach wyróżnionych w JCR. Zakład NZ52 zadanie 6. Obrazowanie spektroskopowe dla potrzeb radiobiologii, terapii i badań układów złożonych oraz badania cytogenetyczne i molekularne układów biologicznych 1. Badanie zmienności układów biologicznych na poziomie komórkowym i molekularnym z wykorzystaniem spektroskopii oscylacyjnej i mikroskopii sił atomowych. 30

6 2. Badania wpływu promieniowania jonizującego na organizmy żywe. 3. Badania składu chemicznego, fazowego i strukturalnego obiektów dziedzictwa kulturowego. 4. Ocena skuteczności biologicznej, ekspozycji środowiskowych oraz zawodowych i zależności dawka-skutek dla wiązek promieniowania jonizującego. Wpływ genotypu na odpowiedź komórkową po zastosowaniu różnych typów i dawek promieniowania jonizującego. 5. Badania cytotoksyczności i gentoksyczności w funkcji ekspozycji diagnostycznej, terapeutycznej oraz w ocenie biokompatybilności biomateriałów. 6. Badania poziomu ekspresji genów za pomocą metody RT-PCR (reakcji łańcuchowej polimerazy w czasie rzeczywistym). 7. Analiza danych spektroskopowych metodami chemometrycznymi wspomaganych modelowaniem molekularnym ab initio. Współpracując z University of Pennsylvania zsyntezowano matryce hodowlane mające zastosowanie w badaniach oddziaływań komórek nowotworowych z lekami. Zbadano siłę wiązania białek adhezyjnych znajdujących się na powierzchni matryc. Publikacja w Nature Communications 9 (2018) 449. Prowadzono badania w zakresie oceny procesów naprawy uszkodzeń DNA w limfocytach człowieka: publikacje w Transl. Cancer Res., 7 (2018) 879; Clin. Trans. Rad. Oncol., 9 (2018) 23; Int. J. Radiat. Biol., 94 (2018) Współdziałając z Collegium Medicum UJ analizowano spektroskopią ramanowską próbki krwi. Wyniki skorelowano z danymi klinicznymi w aspekcie diagnostyki osób chorych na nadciśnienie tętnicze. Rezultaty opublikowano w BBA-Mol. Basis Dis, 11 (2018) 1864; Clin. Hemorheol. Micro, 69 (2018) 289. Badano historyczne monety z Muzeum Narodowego w Krakowie. Materiały analizowano metodą FTIR pod kątem czynników powodujących degradację obiektów zabytkowych; Surf. Interface Anal. 50 (2018)78. Współpracując z Instytutem FOCAS w Dublinie kontynuowano prace nad wpływem promieniowania rentgenowskiego na komórki raka prostaty. W analizie danych zastosowano metodę regresji PLS do określenia zmian biochemicznych zachodzących w komórkach nowotworowych pod wpływem zwiększanej dawki promieniowania. Badano genotoksyczność biomateriałów i leków stosowanych w terapii glejaka, analizowano cytotoksyczność związków o potencjale przeciwnowotworowym, obrazowano nanokompozyty z wykorzystaniem technik spektroskopowych. Z powyższego zadania w roku 2018 opublikowano łącznie 23 prace w czasopismach wyróżnionych w JCR. Zakład 64 zadanie 7. Radiochemiczne i instrumentalne metody analizy i syntezy sztucznych pierwiastków promieniotwórczych w zastosowaniu do radioekologii i radiofarmaceutyków 1. Rozwój metodyki badań skażeń promieniotwórczych środowiska: doskonalenie metod wydzielania pierwiastków promieniotwórczych i preparatyki źródeł dla potrzeb monitoringu emiterów alfa i beta w środowisku naturalnym, 31

7 wykorzystanie spektrometrii masowej w pomiarach radioaktywności środowiska (współpraca z ING PAN), prace nad metodyką oznaczania trytu ze wzbogaceniem elektrochemicznym, wykorzystanie pomiarów spektrometrycznych stężeń emiterów alfa, beta i gamma w badaniach środowiska i w badaniach czystości radiologicznej próbek materiałowych. 2. Badania nad obecnością śladowych pierwiastków w organizmie człowieka, w tym prowadzenie pomiarów zawartości substancji gamma-promieniotwórczych licznikiem całego ciała. 3. Opracowanie metod wydzielania radionuklidów z aktywowanych tarcz. 4. Prace rozwojowe nad cyfrowym, koincydencyjnym spektrometrem promieniowania gamma. Kriokonity w obszarach polarnych i ich rola w akumulacji zanieczyszczeń atmosferycznych. Radionuklidy mogą koncentrować się w kriokonitach nagromadzeniach pyłów i materii organicznej występujących na powierzchni lodowców. Na lodowcu Adishi w Gruzji zaobserwowano wysokie stężenia radionuklidów osiągające 4900 Bq/kg, 2,5 Bq/kg, 107 Bq kg i 68 Bq/kg odpowiednio dla 137 Cs, 238 Pu, Pu i 241 Am. Wykazano, że chociaż głównym źródłem Pu jest globalny opad promieniotwórczy to niskie stosunki mas 240 Pu/ 239 Pu wskazują na dodatkowe lokalne źródło 239Pu z poligonu wojskowego w Kapustin Yar (Rosja). Potwierdziły to również wysokie stosunki aktywności 241 Am/ Pu; Scien. Reports, 8 (2018) Potwierdzono statystycznie istotną różnicę stosunków izotopowych plutonu w próbkach z ekosystemów lądowych a morskich Antarktyki; J. Rad. Nucl. Chem, 318 (2018) Zaproponowano pasywną metodę monitoringu gazowego jodu-131 w środowisku szpitalnym; J. Rad. Nucl. Chem. 318 (2018) Opublikowano 10 artykułów w czasopismach z listy JCR, prezentacja wyników na konferencjach międzynarodowych. Laboratorium NLR zadanie 8. Izotopy promieniotwórcze w fizyce środowiska i ochronie radiologicznej 1. Badanie stężeń radonu w różnych komponentach środowiska, doskonalenie technik pomiarowych (współpraca z National Radiation Protection Institute, Chiba, Japan; Ojcowski Park Narodowy, Wydział Geografii UJ). 2. Badanie wpływu poziomów radonu w budynkach na zdrowie mieszkańców (współpraca z Uniwersytetem Medycznym w Lublinie). 3. Pomiary radioaktywności w środowisku cyklotronów w IFJ PAN. 4. Pomiary stężeń izotopów promieniotwórczych w próbkach środowiskowych (współpraca m.in. z Politechniką Wrocławską, AGH, CLOR i GIG). Opracowanie metody szybkich pomiarów gamma spektrometrycznych in situ z zastosowaniem przenośnego spektrometru z detektorem NaI; Journal of Environmental Radioactivity 188 (2018) pp W ramach współpracy z Muzeum Okręgowym w Tarnowie przeprowadzono pomiary 32

8 radioaktywności wskazanych eksponatów, a także pomiary stężeń radonu w pomieszczeniach Muzeum. W wyniku tych działań powstał "Raport z pomiarów stężenia radonu (Rn-222) i mocy dawki promieniowania gamma w pomieszczeniach Muzeum Okręgowego w Tarnowie". Kontynuowano pomiary stężeń radonu w domach pacjentów we współpracy z Uniwersytetem Medycznym w Lublinie. W ramach prowadzonej w NLR pracy doktorskiej (mgr inż. Szymon Guguła, MSD) prowadzono pomiary radioaktywności wzbudzonej w środowisku cyklotronu Proteus C-235. Badania obejmowały pomiary mocy dawki i pomiary gamma-spektrometryczne w hali cyklotronu, hali doświadczalnej oraz przy stanowisku terapii oka w Centrum Cyklotronowym Bronowice (CCB). W wyniku tych działań powstał raport Pomiary gamma-spektrometryczne w hali terapii oka CCB, który został przekazany do CCB. Kilkuletnie badania stężeń pochodnych rozpadu radonu w funkcji parametrów jakości powietrza wewnętrznego zostały zakończone obroną pracy doktorskiej i uzyskaniem tytułu doktora nauk fizycznych nadanego przez Radę Naukową IFJ PAN Panu Dominikowi Grządzielowi. Z powyższego zadania w roku 2018 opublikowano łącznie 4 prace w czasopismach wyróżnionych w JCR. Zakład NZ63/Laboratorium NLD zadanie 9. Dozymetria luminescencyjna w pomiarach promieniowania jonizującego 1. Opracowanie i rozwój metod dozymetrycznych w oparciu o detektory luminescencyjne do pomiaru dawek promieniowania jonizującego. Prowadzone będą prace zmierzające do wytworzenia nowych materiałów luminescencyjnych, w tym w postaci kryształów otrzymywanych metodami Micro-Pulling Down (MPD) i Czochralskiego oraz badanie ich właściwości dozymetrycznych. Kontynuowane będą prace nad rozwojem metod pomiaru ultra-wysokich dawek przy użyciu detektorów termoluminescencyjnych na bazie LiF oraz pomiary dawek promieniowania kosmicznego. Prowadzone będą badania nad wykorzystaniem fotoluminescencji kryształów LiF do mikro-obrazowania rozkładów dawki. 2. Rozwój metod pomiarowych w termoluminescencyjnej dozymetrii indywidualnej, środowiskowej oraz ochronie radiologicznej pacjenta. a) Ocena narażenia osób pracujących w narażeniu na promieniowanie jonizujące w Polsce. W oparciu o prowadzone pomiary dawek indywidualnych i środowiskowych w ramach działalności Laboratorium Dozymetrii Indywidualnej i Środowiskowej (LADIS) powstaje szeroka baza do analizy narażenia osób pracujących w polu promieniowania jonizującego, zarówno w medycynie, jak i przemyśle. Celem zadania jest m.in. opracowanie i rozwój nowych technik i metod dozymetrycznych dostosowanych do potrzeb indywidualnej dozymetrii termoluminescencyjnej. Rozwój badań związanych z możliwością powtórnego odczytu dawki oraz dozymetrii soczewek oczu oraz zakresu wykorzystania dawek w miejscu pracy do szacowania narażenia personelu. b) Rozwój dozymetrycznych metod termoluminescencyjnych w medycynie. Rozwój metod dozymetrycznych związanych z dozymetrią pacjenta. Planuje się testowanie możliwości zastosowania dwuwymiarowych detektorów termoluminescencyjnych w pomiarach w radiologii interwencyjnej i radioterapii oraz możliwości zastosowania 33

9 standardowych detektorów termoluminescencyjnych w pomiarach dawek w radiologii. Uzyskano fluorescencyjne obrazy śladów wysokoenergetycznych jonów węgla, neonu, krzemu i żelaza w kryształach LiF. Napromieniania zostały zrealizowane na akceleratorze HIMAC w Japonii. Badania były dofinasowane ze środków NCN. Przeprowadzono kolejne dwa sześciomiesięczne cykle pomiaru dawek promieniowania na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (projekt DOSIS 3D). Kontynuowano prace nad krystalizacją i badaniem własności różnych materiałów (perowskity, granaty, fosforan litowo-magnezowy) pod kątem ich wykorzystania w detekcji promieniowania jonizującego. Kontynuowano pomiary do oceny narażenia osób pracujących z promieniowaniem jonizującym. Wykonano około 170 tys. pomiarów dawek indywidualnych oraz środowiskowych od promieniowania jonizującego osób narażonych zawodowo na promieniowanie. Wzrosła również liczba podmiotów objętych kontrolą dozymetryczną o blisko 600 jednostek. Dane dotyczące narażenia zostały wykorzystane w badaniu Komitetu Naukowego Organizacji Narodów Zjednoczonych ds. Skutków Promieniowania Atomowego (UNSCEAR), które ma stanowić podstawę do określenia tendencji w zakresie ekspozycji na promieniowanie i oszacowania światowego narażenia na promieniowanie. Badano wpływ tła własnego detektorów MCP-N na powtórny odczyt dawki. Z powyższego zadania w roku 2018 opublikowano łącznie 15 prac w czasopismach wyróżnionych w JCR. Zakłady NZ63, NZ64, Samodzielna Pracownia NZ62 oraz Dział DCP zadanie 10. Wykorzystanie wiązek protonowych do badań w dziedzinie fizyki materiałowej, radiochemii, radiobiologii i fizyki medycznej Badania poznawcze i aplikacyjne w obszarze fizyki, chemii i biologii oraz fizyki medycznej na unikatowych w Polsce wiązkach protonów. 1. Badanie materiałów luminescencyjnych z wykorzystaniem wiązki protonowej dla dozymetrii promieniowania kosmicznego i radioterapii protonowej. 2. Opracowanie metod otrzymywania i wydzielania radionuklidów z wykorzystaniem cyklotronu AIC Opracowanie metod napromieniania materiałów biologicznych, systemów elektronicznych i próbek materiałowych na wiązce protonowej. 4. Opracowanie modeli radiobiologicznych RBE i modeli transportu wiązek protonowych i węglowych mających zastosowanie w interpretacji eksperymentów radiobiologicznych oraz dla rozwoju systemów planowania leczenia w radioterapii (cel wieloletni). Ad.1 Kontynuowano prace nad rozwojem fluorescencyjnych detektorów śladowych. W ich ramach przeprowadzono eksperymentalne napromieniania kryształów fluorku litu wiązkami protonów o różnej energii. Przeprowadzono także napromieniania detektorów termoluminescencyjnych LiF:Mg,Ti, w celu pomiaru widm absorpcyjnych. Ad.2 W wyniku aktywacji tarcz protonami na cyklotronie AIC-144 otrzymano 34

10 radioizotopy: 85 Sr reakcja jądrowa nat RbNO3(p,xn); 177 Ta reakcja nat Ta(p,pxn); 56 Co - reakcja jądrowa nat Fe(p,xn); radioizitopy Mo - reakcja jądrowa nat Mo(p,pxn). Ad.3 W ramach realizowanych prac doskonalono metody dostarczania i diagnostyki wiązki protonowej na potrzeby napromieniania systemów elektronicznych, materiałów biologicznych oraz próbek materiałowych. Przetestowano możliwość napromieniania próbek przy pomocy małych strumieni, z mocą dawki na poziomie 1 mgy/s oraz przy pomocy wiązki o wysokiej mocy dawki do 12 Gy/s. Zastosowano druk 3D do przygotowania fantomów i kompensatorów wiązki protonowej. Ad.4 Kontynuowano prace nad rozwojem modeli radiobiologicznych i modeli transportu wiązek protonowych i jonowych na potrzeby radioterapii. Prowadzono prace nad rozwojem metod obliczeniowych metodami Monte Carlo na potrzeby wspomagania planowania leczenia w radioterapii protonowej. Prowadzono prace nad zastosowaniem technologii J- PET do monitorowania zasięgu wiązki w radioterapii protonowej. Z powyższego zadania w roku 2018 opublikowano 17 prac w czasopismach wyróżnionych w JCR. Zakład NZ55 zadanie 11. Badanie własności mikroukładów biofizycznych Badanie własności mechanicznych (elastyczność, adhezja) tkanek oraz komórek z użyciem mikroskopu sił atomowych (AFM) pracującego w trybie spektroskopii siły. Badano własności mikroreologiczne komórek, w oparciu o mikroskop sił atomowych (AFM) wykazano, że zmianie elastyczności komórek rakowych towarzyszy zmiana ich lepkości prowadząc do zmiany efektywności działania leków przeciwnowotworowych. Wzrost lub spadek deformowalności komórek raka pęcherza moczowego wynikający z działania leków, których celem jest układ mikrotubul (takich jak docetaksel), jest istotny dla doboru odpowiednich dawek i kombinacji leków do skutecznej terapii nowotworów. Przeprowadzono badania elastyczności komórek mieszanin fibroblastów i keratynocytów oraz mieszanin komórek skóry z komórkami czerniaka w związku z określeniem wpływu wzajemnego mechanicznego odkształcenia pomiędzy sąsiadującymi komórkami na procesy gojenia się ran czy migracji komórek. Wykazano, że elastyczność komórek uczestniczących w tych procesach jest ściśle związana z rodzajem sąsiada komórkowego. Zmiana deformowalności komórek jest związana ze zdolnością komórek do migracji co silnie wpływa na efektywność obu procesów; Journal of Biomechanics 74 (2018) Z powyższego zadania w roku 2018 opublikowano 11 prac w czasopismach wyróżnionych w JCR. 35