Temat 4. BADANIA INTERDYSCYPLINARNE I STOSOWANE

Transkrypt

1 Temat 4. BADANIA INTERDYSCYPLINARNE I STOSOWANE Główne prace teoretyczne i eksperymentalne w tej dziedzinie prowadzone były w Zakładach: NZ44, NZ52, NZ53, NZ54, NZ55, NZ56, NZ57, NZ59 oraz w Laboratoriach NLR.i NLP Wyniki badań w tym temacie zaowocowały w 2010 r. 92 publikacjami w czasopismach wyróżnionych w Journal Citation Reports (JCR). zadanie 1. Interdyscyplinarne aspekty fizyki układów złożonych Zakład Identyfikacja uniwersalnych charakterystyk złożoności: Spośród wszystkich układów tradycyjnej fizyki jądro atomowe niewątpliwie należy do tych najbardziej złożonych. Jądro atomowe angażuje w zasadzie wszystkie elementy charakteryzujące złożoność, włączając te, których istotą jest permanentna koegzystencja koherentnych wzorców aktywności oraz szumu. Z bardziej interdyscyplinarnej perspektywy to rynki finansowe są układami najbardziej złożonymi. W przeprowadzonych badaniach, bazując na formalizmie macierzowym, wskazano na szereg paralel w charakterystykach tych dwóch układów. W szczególności, korzystając z koncepcji macierzy przypadkowych - historycznie wywodzącej się z rozważań w obszarze fizyki jądrowej - udokumentowano użyteczność tej koncepcji do ilościowego ujmowania różnych charakterystyk współistnienia kolektywności i chaosu również dla rynków finansowych. W przypadku rynków zaproponowano również odwzorowanie z reprezentacji macierzowej do koncepcji wywodzących się z teorii grafów. W ten sposób graficznie zilustrowano naturę połączeń pomiędzy różnymi instrumentami finansowymi. Zwrócono również uwagę na te charakterystyki kolektywności finansowej, jak na przykład dyskretna niezmienniczość skalowania, których do tej pory nie zidentyfikowano dla jądra atomowego i wskazano na potencjalną możliwość istnienia takich efektów również w tym drugim przypadku. Wskazano także na korespondencję pomiędzy dynamiką wymiany walut a zjawiskiem turbulencji. 2. Dynamika nieliniowa i chaos klasyczny Zainicjowano badania, których celem jest określenie na ile dynamika naturalnych układów złożonych jest opisywalna równaniami deterministycznymi, a więc generuje zachowania typu chaosu deterministycznego, w sytuacjach kiedy tradycyjne metody wskazują na zachowania typu szumu. Stosowana tu metodologia obejmuje takie procedury jak rekonstrukcja przestrzeni fazowej oraz wykładniki Lyapunova liczone bezpośrednio z szeregów czasowych. Opublikowano w 2010 roku 6 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z tego zadania. 35

2 Zakład 54 zadanie 2. Badania eksperymentalne, teoretyczne i numeryczne oddziaływania promieniowania jądrowego z różnymi ośrodkami 1. Neutronowe strumienie impulsowe w ośrodkach skończonych (włączając niejednorodne) (współpraca: IFPiLM Warszawa). Kontynuowano serię symulacji komputerowych (kod MCNP) rozpraszania neutronów prędkich z impulsowego źródła nanosekundowego na materiałach zabronionych (niebezpiecznych i nielegalnych) w celu opracowania metody detekcji tych substancji metodą neutronową. Wykonane zostały serie modelowań dla kontenera lotniczego typu LD-11 oraz bagażu lotniczego, w których umieszczono różne materiały (jak RDX, melamina, acetamid, glukoza, amfetamina). Badano odpowiedź detektorów na neutrony rozproszone po przejściu przez kolimatory umieszczone w rzędzie. Współpraca: IFPiLM Warszawa (projekt MNiSzW Nr O N ). 2. Rozwój metod pomiarowych i interpretacyjnych dla jądrowej geofizyki otworowej Podjęto tematykę związaną z interpretacją sygnału otworowej sondy neutronowej w formacjach cienkowarstwowych nachylonych do osi odwiertu. Opracowano założenia i przeprowadzono testy obliczeniowe (metoda Monte Carlo, kod MCNP) dla profilowań geofizycznych realizowanych przy użyciu otworowej sondy neutronowej typu NNTE. Celem obliczeń jest wykreowanie profili głębokościowych, a następnie opracowanie metod interpretacji pomiarów realizowanych w otworach przecinających cienkie warstwy o zadanej litologii i grubości, nachylonych pod różnymi kątami do osi odwiertu (wiercenia kierunkowe). Współpraca: AGH, Wydz. Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska (projekt bad. MNiSW Nr N N ) zadanie 3. Metody detekcji neutronów dla diagnostyki plazmy D-D i D-T pod kątem badań dla programu ITER 1. Detekcja neutronów opóźnionych z aktywacji materiałów rozszczepialnych w polu neutronowym wytwarzanym przez duże układy termojądrowe. Zakończono budowę urządzenia DET-12 do detekcji neutronów opóźnionych. Przeprowadzono laboratoryjne testy uruchomieniowe i osiągnięto jednolitość pracy wszystkich zainstalowanych detektorów. Wyznaczono eksperymentalnie całkowitą wydajność detekcji używając izotopowego źródła Cf-252 o widmie emitowanych neutronów zbliżonym do widma neutronów opóźnionych. Wykonano pełne komputerowe modelowanie transportu neutronów w zbudowanym układzie. Przeprowadzono także symulacje (MCNP) czasowego zaniku strumienia neutronów opóźnionych emitowanych z próbek (Th-232, U-238) naświetlanych pierwotnym strumieniem neutronów o różnych energiach (500 kev, 14 MeV). Współpraca: Asocjacja EURATOM-IFPiLM, Warszawa; Asocjacja EURATOM-IPP, Greifswald, Niemcy; EFDA-JET, Culham, Anglia. 2. Detektory diamentowe w pomiarach neutronowych i cząstek alfa z emisji w plazmie termojądrowej. Opracowano metodę energetycznej kalibracji detektorów diamentowych przy pomocy źródła izotopowego AMR33 (trzy piki energetyczne ~5.5 MeV) do spektrometrycznego pomiaru tzw. uciekających cząstek alfa o energiach < 3.5 MeV. Zbadano odpowiedź 36

3 takiego detektora na padające protony (wiązki z akceleratora van de Graaffa) oraz zachowanie w polu mieszanego promieniowania (towarzyszącego reakcji D-T w generatorze neutronów 14 MeV). Współpraca: Asocjacja EURATOM-IFPiLM, Warszawa; Asocjacja EURATOM-IPP, Greifswald, Niemcy; EFDA-JET, Culham, Anglia. Projekt EURATOM EFDA WP10-DIAG Współpraca IFPiLM oraz NZ58 IFJ. 3. Modelowanie plazmy jako dynamicznego źródła promieniowania neutronowego w układach typu tokamak. Kontynuowano testy kodu ETS (European Transport Solver) dla tokamaka w oparciu o modele dyfuzji (np. GLF23), które minimalizują zależność współczynnika dyfuzji od gradientu temperatury i koncentracji plazmy. Głównym celem było sprawdzenie zachowania się procedur numerycznych (solverów) w obecności współczynnika dyfuzji symulującego wewnętrzną barierę transportu (ITB). W dalszej części testów implementowano źródła zmieniające się w przestrzeni i w czasie. Wyniki były porównywane z rozwiązaniami analitycznymi Współpraca: Asocjacja EURATOM IFPiLM, Warszawa; EURATOM IPP Garching, Niemcy. Projekt EURATOM EFDA WP10-ITM-IMP3-ACT1. Opublikowano w 2010 roku 1 pracę w czasopiśmie wyróżnionym w JCR z tego zadania. Zakład 57 zadanie 4. Opracowywanie metod radiochemicznych dla badań podstawowych i środowiskowych 1. Synteza i zastosowanie sorbentów kompozytowych z elementami magnetycznymi: a) na bazie trudnorozpuszczalnych heksacyjanożelazianów dwuwartościowych metali przejściowych, b) na bazie niektórych sorbetów mineralnych do selektywnego wydzielania i rozdzielania cezu i rtęci - zgłoszenie patentowe nr P Sposób wytwarzania kompozytowego sorbentu na bazie NiFN (współpraca z ZIBJ w Dubnej). 2. Zastosowanie opracowywanych kompozytowych sorbentów z elementami magnetycznymi do badań mechanizmu sorpcji i desorpcji cezu z próbek środowiskowych: a) badanie zawartości 137 Cs, 40 K, 210 Po i 210 Pb w próbkach osadów dennych Zbiornika Dobczyckiego oraz prowadzenie próby datowania osadów głębokościowych przy pomocy izotopu ołowiu i dla porównania cezu (fragment pracy doktorskiej). (Współpraca z AGH, UJ) b) badanie zawartości 137 Cs i 40 K w próbkach gleby pobranej na terenie całych Tatr - przygotowanie danych do sporządzenia map całego obszaru Tatr (praca doktorska) oraz prowadzenie monitoringu 137 Cs i 40 K w glebach i wybranych roślinach w 12 wyznaczonych miejscach na terenie TPN oraz w kilku miejscach na terenie Tatr Wysokich (TANAP); (Współpraca z TANAP, AGH, UJ) Opublikowano w 2010 roku 2 artykuły w czasopismach wyróżnionych w JCR z tego zadania. 37

4 Zakład 55 zadanie 5. Biologia radiacyjna i środowiskowa; retrospektywna dozymetria biologiczna ekspozycji radiacyjnych i środowiskowych - badanie wrażliwości osobniczej i wydajności naprawy DNA Zastosowanie promieniowania do badania zróżnicowania podatności osobniczej. 1. Badania uszkodzeń DNA i chromosomów w funkcji ekspozycji środowiskowej, zawodowej lub wypadkowej. Zakończono kodowanie i budowę bazy danych stanowiących układ zmiennych niezależnych dla grup osób badanych dla grupy monitorowanej pod kątem poziomu cytogenetycznych biomarkerów skutku (uszkodzenia chromosomów) oraz molekularnych biomarkerów podatności osobniczej (DNA RCA). Zmienne obejmują status zdrowotny, płeć, wiek, miejsce zamieszkania, zawód, lata pracy, styl życia, potencjalne i dziedziczone ekspozycje genotoksyczne. Utworzona baza została wykorzystana do analizy wpływu czynników ontogennych na poziom biomarkerów ryzyka nowotworów. 2. Rezultaty badań wskazujące na statystycznie znamienny wpływ palenia papierosów podwyższający zapadalność na nowotwory, oraz na obniżenie wieku ekspresji nowotworu, oraz poziom biomarkerów opublikowano w monografii IOS Press oraz włączono do dyskusji rezultatów dwóch prac magisterskich prowadzono badania fenotypowego zróżnicowania osobniczego w podatności na indukcję radiacyjnych uszkodzeń DNA oraz w wydajności komórkowych procesów naprawy u osób zdrowych lub potencjalnych pacjentów radioterapii (w tym terapii izotopem 131 I) w chorobie nowotworowej przed podjęciem leczenia: Zakończono prace eksperymentalne i hodowlane dla materiału cytogenetycznego do badania radiowrażliwości pacjentów z chorobami tarczycy przed podjęciem leczenia izotopem 131 I w odniesieniu do osób zdrowych. Wstępne rezultaty dotyczące częstości wymian chromatyd siostrzanych są przedmiotem pracy magisterskiej (obrona 2011). W ramach standaryzacji zależności biomarkerów skutku od gęstości jonizacji promieniowania, zbadano zależności częstości translokacji mikrojąder (MN) techniką FISH oraz wymian chromatyd siostrzanych (SCE) techniką klasycznej cytogenetyki dla terapeutycznej wiązki protonowej w rozszerzonym pliku Bragga cyklotronu AIC 144, oraz niezależnie dla promieniowania X. Wyniki zaprezentowano na konferencjach naukowych. a) badania wpływu endogennych lub egzogennych czynników środowiskowych na wydajność procesu naprawy radiacyjnych uszkodzeń DNA, Zakończono prace eksperymentalne nad przygotowaniem preparatów cytogenetycznych (C, SCE, MN), oraz preparatów do hybrydyzacji techniką FISH, będących biomarkerami komórkowej wydajności naprawy. Przeprowadzono badania zróżnicowania radiowrażliwości osobniczej i wydajności naprawy DNA w limfocytach z próbek przed leczeniem i po diagnostyce oraz po co najmniej 4 tygodniach od momentu podania dawki terapeutycznej. Otrzymane wstępne rezultaty wykazały istotny statystycznie (p<0.002) wyższy poziom uszkodzeń DNA in vivo u pacjentów po terapii w stosunku do pacjentów przed terapią (po diagnostyce). Uzyskano również istotnie statystycznie wyższą (p<0.001) średnią wartość parametru RD (Residual Damage) w grupie pacjentów po terapii w stosunku do pacjentów przed terapią, co wskazuje na obniżenie wydajności procesów naprawy uszkodzeń DNA. Średnia wartość RD była również istotnie statystycznie (p<0.003) niższa u pacjentów przed terapią (po diagnostyce) w stosunku do średniej w 38

5 grupie kontrolnej. Uzyskane rezultaty sugerują odmienny wpływ niskich i wysokich dawek jodu-131 na procesy naprawy DNA. Wyniki zaprezentowano na konferencji międzynarodowej. b) badania wpływu zróżnicowania polimorficznego na wydajność naprawy radiacyjnych uszkodzeń DNA. W ramach programu badań nawiązano współpracę z zespołem naukowym firmy Oncogene w celu maksymalnego wykorzystania analizy polimorfizmu. Przedyskutowano i wybrano spektrum najważniejszych polimorfizmów oraz priorytetów i kolejność ich znaczenia. Dostarczono próbki do opracowania i standaryzacji metody z materiału molekularnego zgromadzonego w oparciu o izolację limfocytów z próbek krwi obwodowej osób badanych i wybranych poliformizmów. 3. Badania mechanizmów interakcji pomiędzy promieniowaniem jonizującym i innymi czynnikami egzogennymi. Zbadano właściwości ochronne chlorku 1-metylo-nikotynamidu w limfocytach napromienionych dawką 4 Gy promieniowania X. Oceniono wpływ badanego związku na radiowrażliwość komórkowego DNA oraz wydajność i kinetykę naprawy indukowanych uszkodzeń DNA. Uzyskane rezultaty sugerują ochronny charakter 1-metylo-nikotynamidu podczas działania czynnika genotoksycznego oraz pozytywny wpływ MNA + na wydajność procesów naprawy radiacyjnych uszkodzeń DNA. Rezultaty zaprezentowano na krajowej konferencji naukowej PTBR, oraz są przygotowywane do publikacji w Mutation Research. 4. Badania wpływu czynników zewnętrznych (fizycznych i biologicznych) na parametry i jakość obrazu w automatycznym wyszukiwaniu metafaz dla potrzeb retrospektywnej dozymetrii biologicznej. W oparciu o rezultaty badań wpływu przedłużenia hodowli cytogenetycznych na jakość i częstość obrazów metafaz w drugim cyklu podziałowym, w metodyce procedur cytogenetycznych wprowadzono opcję umożliwiającą zmianę schematu pobierania materiału od osób badanych. Rezultaty badań Zadania 5 prezentowano na licznych krajowych konferencjach naukowych, oraz opublikowano w 11 artykułach w monografii Rapid Diagnosis in Populations at Risk from Radiation and Chemicals, IOS Press, NATO Science for Peace and Security. Zakład 56 zadanie 6. Obrazowanie i zlokalizowana spektroskopia magnetycznego rezonansu w badaniach biomedycznych 1. Badanie struktury i procesów fizjologicznych tkanek i narządów w stanach normalnych lub patologicznych metodami MRI/MRS. a) Prace na modelach zwierzęcych przeprowadzono z użyciem systemów MR 9.4T i 0.2T będących na wyposażeniu IBD NRC w Calgary w Kanadzie. Badania te są częścią multidyscyplinarnego projektu obejmującego zagadnienia z zakresu nano-technologii, biologii molekularnej, fizyki, biochemii, medycyny i inżynierii. W szczególności zajmowano się wykorzystaniem paramagnetycznych nano-cząsteczek, takich jak Fe 3 O 4 /Au i FeCo/Au w otoczkach krzemowych do obrazowania molekularnego MR w wysokim polu magnetycznym (9.4T). Zbadano magnetyczne właściwości tzw. dedykowanych środków kontrastowych, które mogą być przyłączone do obiektów biologicznych, takich jak przeciwciała a w konsekwencji znacznie poprawić czułość obrazowania MR i tym samym 39

6 umożliwić bardzo wczesną diagnostykę nowotworów. Przy użyciu mysiego modelu przeprowadzono badania tych środków kontrastowych stwierdzając ich selektywną akumulację w naczyniach krwionośnych glejaków mózgu. Współpraca z Institute for Biodiagnostics (West), National Research Council, Calgary, Canada b) Rozwój i zastosowanie metod obrazowania MR w badaniu patologii układu sercowo naczyniowego na modelu myszy transgenicznych. Prowadzono badania z użyciem mysiego modelu niewydolności mięśnia sercowego Tgαq*44, naśladującego przebieg ludzkiej kardiomiopatii rozstrzeniowej oraz innych modeli. Charakterystyka fenotypu tego modyfikowanego genetycznie szczepu określana była w oparciu o dane z eksperymentów z narastającą stymulacją β-adrenergiczną oraz dane klasycznych farmakoterapii. Zwiększona, narastająca dawka dobutaminy stosowana była w celu ujawnienia stopnia wrażliwości miokardium oraz występowania, rodzaju i wielkości rezerwy czynnościowej dla myszy w różnym wieku. Wykazano podwyższoną wrażliwość na stymulację u myszy z zaawansowaną niewydolnością mięśnia sercowego oraz narastające zmiany u myszy w wieku pośrednim. W celu objaśnienia tych zmian rozpoczęto eksperymenty z użyciem inhibitora syntezy tlenku azotu (L-NAME). W oparciu o wykonane badania ustalono rozszerzony protokół badania ze stymulacją β- adrenergiczną polegający na użyciu dwóch dawek z miejsce powszechnie stosowanej u myszy dawki pojedynczej. Badania prowadzono również na innych modelach zwierzęcych. Wykonano badania charakteryzujące szczurzy model nadciśnienia płucnego, pokazujące spadek czynności i przerost komór serca następujące w wyniku uszkodzenia śródbłonka naczyniowego płuc. Analogiczne pomiary przeprowadzono dla grup zwierząt poddanych terapii mającej na celu poprawę czynności śródbłonka. Kontynuowano badania mysiego modelu kardiomiopatii poantracyklinowej (indukowanej podawaniem Doxorubicyny) pod kątem ustalenia parametrów modelu oraz protokołu obrazowania. Używając opracowanego w badaniach myszy transgenicznych protokołu pomiaru z użyciem stymulacji β-adrenergicznej wykonano pomiary zmian czynności serca mysiego modelu rozwijającej się miażdżycy (myszy ApoE/LDLr-/-) w wieku 6 miesięcy oraz analogicznych myszy karmionych dietą wysokobiałkową (LCHP). Wykazano zmiany w odpowiedzi na narastającą stymulację (zmiany rezerwy czynnościowej). Prowadzono badania metodologiczne w zakresie analizy danych, w tym analizy eksploracyjnej oraz modelowania. Prowadzono prace nad wdrożeniem metod obrazowania molekularnego w zastosowaniu do badania śródbłonka naczyniowego, w szczególności dla mysiego modelu uszkodzenia wątroby i badań nad miażdżycą (model konkanawalinowy, model myszy ApoE/LDLr-/-). Prace prowadzone są we współpracy z Zakładem Farmakologii Doświadczalnej Katedry Farmakologii Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz z Instytutem Informatyki Stosowanej Politechniki Krakowskiej. c) Zastosowanie metod obrazowania MR do oceny skuteczności działania środków neuroprotekcyjnych w eksperymentalnym zwierzęcym modelu uszkodzeń rdzenia kręgowego. Podstawowym celem prowadzonych prac jest ocena skuteczności środków mogących mieć potencjalne działanie neuroprotekcyjne w stosowanym modelowym urazie rdzenia kręgowego, którego celem jest symulacja uszkodzeń do których dochodzi w wyniku wypadków u ludzi. Modelowy uraz rdzenia jest indukowany przy pomocy impaktora ciśnieniowego, którego siłę można kontrolować. Dla scharakteryzowania zmian powstałych w rdzeniu kręgowym, oraz wpływu środków neuroprotekcyjnych zastosowano 40

7 obrazowanie anizotropowej dyfuzji wody oraz obrazowanie T 2 zależne. Badania przeprowadzono u zwierząt kontrolnych (uraz strumieniem powietrza) oraz w sześciu grupach obejmujących szczury, u których zastosowano różne procedury terapeutyczne (odpowiednio poprzez podanie nikotyny, N acetylocysteiny, ebselenu, komórek macierzystych, komórek Schwanna oraz mikrogleju). Wyniki porównano z wynikami dla szczurów zdrowych. Najlepsze wyniki w zahamowaniu progresji patologii uzyskano przy wykorzystaniu terapii przy pomocy komórek macierzystych. Prace prowadzone są we współpracy ze Śląskim Uniwersytetem Medycznym w Katowicach. 2. Zastosowanie obrazowania MR do badania procesów uwalniania substancji czynnych leków w układach modelowych. W ramach badania układów farmaceutycznych o przedłużonym działaniu, opartych na matrycach polimerowych metodą obrazowania magnetyczno-rezonansowego oraz μct, opracowano między innymi dane z pomiarów wykonanych w poprzednim okresie przy użyciu mikroskopu MR w polu 11.7T (500MHz). Dla uwadnianych matryc skompresowanych (tabletki) uzyskano mapy czasów relaksacji T1, T2 oraz współczynnika samodyfuzji układów z czystym HPMC, HPMC z dobrze rozpuszczalną (L-dopa) oraz słabo rozpuszczalną (ketoprofen) substancją czynną. W przypadku pomiarów T2, analiza pixel by pixel była przeprowadzana dwoma metodami: analiza dwuskładnikowa (Levenberg-Marquardt) oraz wykonanie rozkładów czasów relaksacji (NLLS). Wynikiem jest rozkład przestrzenny dwu składowych. Rezultaty analizy pozwoliły lepiej scharakteryzować obszar przejściowy (obszar pomiędzy suchą matrycą wewnątrz a zewnętrzną warstwą żelu). Ponadto przeprowadzono pilotażowe obrazowanie μct wyżej wymienionych układów pod kątem detekcji obszaru przejściowego ze względu różnice w porowatości układu. Prace prowadzone we współpracy z Katedrą Postaci Leku Collegium Medicum UJ 3. Rozwój metod i oprzyrządowania do obrazowania i spektroskopii zlokalizowanej MR. a) Sfinalizowano prace nad znalezieniem optymalnej konfiguracji mikro-cewek RF (oraz macierzy mikro-cewek RF) o różnych rozmiarach, geometriach i częstościach rezonansowych z uwzględnieniem takich cech użytych materiałów jak przewodnictwo, podatność magnetyczna czy przewodnictwo cieplne w celu optymalizacji rozkładów pól B0 i B1 w obszarze próbki. W tym celu w środowisku Comsol Multiphysics opracowano algorytmy do optymalizacji geometrii macierzy mikro-cewek, które zastosowano do wyznaczenia rozmiarów i położeń poszczególnych mikro-cewek w macierzy, zapewniających minimalizację indukcyjności wzajemnej. Wyniki obliczeń optymalizacyjnych zweryfikowano przy wykorzystaniu mikro-cewek o różnej geometrii (solenoid, planarna, paskowa). Ponadto przeprowadzono końcowe testy zestawu cewek gradientowych o wysokiej efektywności przeznaczonych do integracji z cewką RF typu phased-array tak aby w efekcie uzyskać głowicę, która będzie mogła być wykorzystywana w różnego typu systemach obrazowania MR do uzyskiwania obrazów płaskich próbek, lokalnie z wysoką rozdzielczością. Między innymi wykonano prototypowy projekt oraz wstępnie zintegrowano układ cewek gradientowych z macierzami mikro-cewek RF, przygotowywanymi przez partnerów w projekcie. Prace przeprowadzono we współpracy z Albert Ludwig University we Freiburgu w Niemczech) (6.PR UE MicroMR). b) Prowadzono prace mające na celu rozwój metody pomiaru tensora dyfuzji w eksperymentach DTI, których założenia zawarto w zgłoszeniach patentowych pt. 41

8 Anisotropic diffusion phantom for calibration of diffusion tensor imaging pulse sequences used in MRI. Zaprojektowano oraz wykonano, kilka rodzajów wzorca anizotropowej dyfuzji wody. Wzorce (fantomy) w postaci kanapek złożonych z cienkich (100 um) niemagnetycznych warstw szklanych przedzielonych cienką (odpowiednio 10um, 20um, 30um) warstwą wody, hydrożelu lub innej substancji zawierającej jądra wodoru, wykonano na zlecenie w Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie. Otrzymane fantomy posłużyły do badań obrazowania dyfuzji przeprowadzonych w tomografach magnetycznego rezonansu jądrowego o polu 4.7 T w IFJ PAN, 1.5 T w firmie Helimed Katowice oraz 4.7 T w ośrodku badawczym w Etlingen firmy Bruker. Badania wykazały słuszność założenia o istnieniu anizotropii wody w proponowanym modelu dla danych parametrów eksperymentalnych. Dyfuzja wzdłuż warstw szklanych jest około 2-3 razy wyższa w porównaniu do dyfuzji w kierunku poprzecznym. Prace prowadzone we współpracy z Wojskową Akademią Techniczną w Warszawie Opublikowano w 2010 roku 12 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z tego zadania. Zakład 52 zadanie 7. Badanie zmienności układów biologicznych i środowiskowych oraz innych układów złożonych 1. Pomiar zawartości pierwiastków śladowych w próbkach biologicznych, medycznych i środowiskowych oraz określenie wpływu metali ciężkich na procesy fizjologiczne metodami PIXE i PIGE z użyciem wiązek jonów z akceleratora typu Van de Graaffa oraz promieniowania rentgenowskiego. Prowadzono badania składu pierwiastkowego materiałów geologicznych, różnych materiałów pochodzenia biologicznego oraz obiektów sztuki. Stwierdzono zróżnicowanie składu pierwiastkowego ze względu na lokalną strukturę badanych materiałów. Powyższe badania są prowadzone we współpracy z Instytutem Nauk Geologicznych PAN, Wydziałem Chemii KUL, oraz Akademią Sztuk Pięknych w Krakowie. 2. Pomiar składu pierwiastkowego, oznaczanie stopnia utlenienia fosforu, siarki i metali z III grupy oraz określenie lokalnej struktury wokół atomu centralnego w materiałach biomedycznych, w oparciu o metody wykorzystujące promieniowanie synchrotronowe oraz techniki spektroskopii wibracyjnej Przeprowadzono pomiary składu pierwiastkowego jak i rozkładu zmian stopnia utlenienia siarki oraz żelaza na materiale tkankowym pochodzącym z tkanek prostaty oraz aorty. Wyznaczono teoretycznie funkcję gęstości stanów elektronowych dla siarki występującej w tkankach i komórkach prostaty w celu ustalenia stanów ładunkowych w układach siarkowych. Badania prowadzone były głównie przy wykorzystaniu wiązek promieniowania synchrotronowego w Paryżu (synchrotron SOLEIL) i Karlsruhe (synchrotron ANKA), a także w Hamburgu (synchrotron w HASYLAB), we współpracy z Katedrą Histologii UJ oraz Instytutem Fizyki UJ. 3. Badanie własności mechanicznych (elastyczność, adhezja) układów biologicznych z użyciem mikroskopu sił atomowych (AFM) (współpraca z Politechniką w Lozannie, 7. PR UE SMW). Prowadzono badania w zakresie oceny własności mechanicznych komórek jako parametru diagnostycznego. Wyznaczono siłę oddziaływania N-kadheryn występujących w komórkach nowotworowych pęcherza moczowego (HCV29, T24). Uzyskane wartości 42

9 wskazują na tworzenie się stabilnych kompleksów molekularnych z udziałem N-kadheryny w komórkach nowotworowych (T24). Wartość siły oddziaływania może być wykorzystana do identyfikacji oddziaływań kompleksów molekularnych, których własności mechaniczne uległy zmianie podczas progresji nowotworu. Pomiary są wykonywane we współpracy z Katedrą Biochemii Lekarskiej CMUJ w Krakowie oraz Instytutem Fizyki UJ w Krakowie. Prowadzono badania elastyczności włókien mięśniowych pochodzących ze skrawków myszy zdrowych i chorujących na dystrofię mięśniową. Uzyskane wyniki stanowią referencję dla wyników otrzymanych z pomiarów przeprowadzonych na próbkach pochodzących z biopsji pacjentów chorujących na różnego rodzaju miopatie. Na podstawie tej analizy można było jednoznacznie zidentyfikować próbki pochodzące od pacjentów chorujących na dystrofię Beckera. Współpraca z Politechniką w Lozannie oraz z Instytutem Fizyki Uniwersytetu im. Mikołaja Kopernika w Toruniu. Badano korelację pomiędzy topografią powierzchni badaną techniką AFM a rozkładem filamentów aktynowych określanym za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej. Wykorzystując układ AFM-Mikroskop fluorescencyjny znajdujący się w IFJ PAN uzyskano jednoczesne obrazy topografii powierzchni komórki i rozkładu fi lamentów aktynowych w fibroblastach i komórkach neoplastycznych. 4. Zastosowanie mikrowiązki promieniowania X oraz mikrowiązki jonowej pojedynczych jonów do badań uszkodzeń radiacyjnych komórki, procesów ich naprawy oraz dróg sygnalizacji międzykomórkowej. Prowadzono badania odpowiedzi komórek nowotworowych linii PC3 (rak prostaty) na naświetlanie mikrowiązką protonową oraz promieniowaniem UV. Oprócz technik stosowanych dotychczas (głównie mikroskopia fluorescencyjna), powstające uszkodzenia radiacyjne badano także metodą spektroskopii w podczerwieni. Na bazie otrzymanych wyników stwierdzono zmianę intensywności wybranych pasm amidowych charakterystycznych dla DNA. 5. Rozbudowa traktu pomiarowego dla mikrotomografii i analiz TRXRF oraz naświetlań komórek w oparciu o mikrowiązkę promieniowania rentgenowskiego. Używając stanowiska do mikrotomografii komputerowej (µct) prowadzono badania: mikrostruktury skał roponośnych wraz z symulacjami transportu płynów (wspólnie z Zakładem Geofizyki AGH); degeneracji dysków międzykręgowych (wspólnie z Zakładem Neurochirurgii Łódzkiej Akademii Medycznej i Instytutem Fizyki PAN). Rozpoczęto prace nad uruchomieniem analizy fazoczułej w obrazowaniu i tomografii za pomocą mikrowiązki promieniowania X dla próbek biologicznych i innych próbek zbudowanych z lekkich pierwiastków. Ponadto, kontynuowano proces konstrukcji linii pomiarowej do badań z dziedziny biologii radiacyjnej, m.in. dla badań powstawania uszkodzeń radiacyjnych DNA i mechanizmów ich naprawy. 6. Obrazowanie mikrostruktur w układach złożonych metodami komplementarnymi. Na tkankach blaszek miażdżycowych pobranych od myszy, na których przeprowadzono eksperyment modelowy związany z badaniem choroby miażdżycowej wykonano obrazy rozkładu lipidów, białek oraz złogów mineralnych wykorzystując promieniowane synchrotronowe (synchrotron DAPHNE we Frascati) w zakresie podczerwieni oraz promieniowania X (synchrotron w HASYLAB w Hamburgu). Tak otrzymane obrazy skorelowano z obrazami histologicznymi oraz wybarwieniami immunohistochemicznymi. Prace prowadzone były we współpracy z Katedrą Histologii UJ. 43

10 Podjęto próbę zobrazowania komórek nowotworowych linii PC-3 z wykorzystaniem spektrometru ramanowskiego w IFJ PAN w celu analizy odpowiedzi biologicznej komórek po napromienieniu promieniowaniem jonizującym. Badano również komórki z dodanymi nanocząstkami złota mającymi na celu wzmocnienie sygnału ramanowskiego. Badania te będą kontynuowane w kolejnym roku. 7. Spektroskopia atomowa na wiązkach ciężkich jonów (współpraca z GSI w Darmstadt). Zakończono analizę danych z eksperymentu z 2009 r. dotyczącą dwuelektronowej rekombinacji (DR) w izotopach uranu syntetyzowanych na wiązce uranu z synchrotronu ciężkich jonów w GSI. Wyznaczono wartości przesunięć izotopowych dla izotopów uranu, a z nich średnie rozmiary jąder (GSI Scientific Report (2010) 354, Hyperfine Interactions 196 (2010) 115). Zbadano wpływ oddziaływania Breita na przekroje czynne DR w izotopach uranu (Phys. Rev. ser. A, Rapid Comm. 83 (2011) ). Wyniki będą też prezentowane na konferencji ICPEAC Z ultrawysoką zdolnością rozdzielczą badano wzbudzenia jonów złota w zderzeniach wodoropodobnych jonów Au o en. 258 MeV/u z tarczą Ar. Mierzono energie wzbudzeń, przekroje czynne, uporządkowanie i polaryzację stanów. Wyniki porównano z symulacjami, w których stosowano relatywistyczny potencjał Lienarda-Wiecherta. Otrzymano bardzo dobrą zgodność symulacji z eksperymentem, szczególnie po uwzględnieniu magnetycznej składowej potencjału (Phys. Rev. A 82 (2010) ). Z powyższego zadania w roku 2010 opublikowano łącznie 10 prac w czasopismach wyróżnionych w JCR. Zakład 59 zadanie 8. Rozwój i zastosowanie metod pomiaru substancji śladowych dla zagadnień fizyki środowiska, hydrogeologii i medycyny 1. Pomiary stężeń związków chlorowcowych CFC, SF6 oraz wodoru w obszarze aglomeracji krakowskiej i analiza wpływu cyrkulacji meteorologicznych powietrza na lokalne i globalne stężenie tych związków. Od trzynastu lat prowadzone są ciągłe pomiary stężeń związków chlorowcowych (CFCs) w gęsto zaludnionym obszarze miejskim Krakowa. Są to następujące związki: trichlorofluorometan CCl 3 F (F-11), dichlorodifluorometan CCl 2 F 2 (F-12), 1,1-dichloro- 1-fluoro-2-chloro-2,2-difluoroetan - CCl 2 FCClF 2 (F113), chloroform (CHCl 3 ), 1,1,1- trichloroetan (CH 3 CCl 3 ), tetrachlorometan (CCl 4 ) i sześciofluorek siarki (SF 6 ). Czwarty rok kontynuowano w sposób ciągły, pomiary ilościowe stężenia wodoru w powietrzu. W ramach tych badań zostały obronione dwie prace magisterskie i jest kontynuowana jedna praca doktorska. Współpraca z Instytutem Meteorologii i Gospodarki Wodnej w Krakowie 2. Opracowanie chromatograficznej metody pomiaru stężenia gazów szlachetnych w wodzie w zakresie stężeń istotnych dla badań hydrogeologicznych. Testowano w pomiarach terenowych opracowaną metodę jednoczesnego pobierania czterech próbek wody oraz badano w laboratorium metodę równoczesnego pomiaru Ne, Ar i He bez wzbogacania próbki, stosując dwutorowy układ chromatograficzny z dwiema kolumnami kapilarnymi i dwoma detektorami TCD. W oparciu o tę metodę wykonywane są zlecone pomiary datowania wód na obszarze niecki podhalańskiej i Tatr po stronie słowackiej (we współpracy z PIG Oddział Karpacki),oraz w rejonie Buska i Pomorza. 44

11 3. Opracowanie metody pomiaru śladowych ilości lotnych substancji organicznych w wydychanym powietrzu w oparciu o technikę GC/MS. Prowadzono badania nad oznaczaniem amin w wydychanym powietrzu z płuc, będące ważnym zagadnieniem dla diagnostyki medycznej. Z uwagi na właściwości amin alifatycznych, ich bezpośrednia analiza w próbkach gazowych wymaga zastosowania specjalnych procedur przygotowania próbek. Niskie stężenia amin w wydychanym powietrzu (poniżej 40 ppb u osób zdrowych, 100 ppb osoby dializowane) wymagają zastosowania odpowiednich technik zatężania próbek. W tym celu przetestowano dostępne techniki: termiczną desorpcję (TD - Markes), technikę zatężania do fazy stacjonarnej (SPME - Supelco) oraz adsorpcję na sorbencie wypełniającym igłę (NTD needle trap device - PAS Technologies - Magdala, Germany). Najlepsze rezultaty otrzymano stosując termiczną desorpcję oraz igły wypełnione sorbentem. Prace nad opracowaniem metodyki pomiaru stężenia amin alifatycznych w próbkach gazowych są kontynuowane w ramach grantu krajowego. Współpraca z Breath Research Institute Austrian Academy of Science w Innsbrucku (Austria), Prof. Dr Anton Amman Opublikowano w 2010 roku 4 artykuły w czasopiśmie wyróżnionym w JCR. zadanie 9. Badanie stężeń pierwiastków promieniotwórczych w środowisku i w próbkach materiałowych Zakład 57 i NLP 1. Rozwój metodyki badania skażeń promieniotwórczych środowiska (Laboratorium Akredytowane na pomiary gamma spektrometryczne NLP): doskonalenie metod wydzielania pierwiastków promieniotwórczych i preparatyki źródeł dla potrzeb monitoringu emiterów alfa i beta w środowisku naturalnym. Prowadzono prace związane z oznaczaniem Tc-99 w próbkach środowiskowych techniką LSC i spektrometrii masowej. wykorzystanie spektrometrii masowej w pomiarach radioaktywności środowiska. Wykonano analizy radiochemiczne i pomiary (na spektrometrze MC ICPMS Thermo Neptun w ING PAN) prawie 200 preparatów plutonowych, ukończono i obroniono pracę doktorską w tym zakresie (dr R. Kierepko). wykorzystanie pomiarów spektrometrycznych stężeń emiterów alfa, beta i gamma w badaniach środowiska i w badaniach czystości radiologicznej próbek materiałowych. Wykonano pomiary zawartości naturalnych substancji radioaktywnych w materiałach konstrukcyjnych kontenera mieszkalnego planowanego do umieszczenia w laboratorium podziemnym SUNLAB w Sieroszowicach. 2. Opracowanie techniki pomiaru licznika - spektrometru promieniowania gamma, służącego do analizy zawartości substancji gamma-promieniotwórczych w ludzkim ciele. Przeprowadzono procedurę przetargową na zakup dwóch torów pomiarowych dla spektrometrii promieniowania gamma do licznika całego ciała. Zakupiono dwa dewarykriostaty o pojemności 7 l. ciekłego azotu każdy, oraz ciśnieniowy system zalewania detektorów ciekłym azotem. Zmodernizowano łóżko dla pacjenta. Do zakupionych dewarów-kriostatów przełożono dwa detektory germanowe i uruchomiono cały system pomiarowy. 3. Budowa stanowiska do protonowej analizy aktywacyjnej przy cyklotronie AIC

12 Zbudowano prosty system analizy aktywacyjnej z rotującą tarczą i przeprowadzono pierwsze aktywacje prowadzące do oznaczenia stabilnego jodu w próbkach ludzkich tarczyc usuniętych operacyjnie. Z powyższej tematyki opublikowano w 2010 r. 17 prac w czasopismach wyróżnionych w JCR. Laboratorium NLR 1. Kontynuacja pomiarów stężeń radonu i jego pochodnych. W ramach współpracy z Jožef Stefan Institute, (Ljubljana, Slovenia) przeprowadzono pomiary naturalnej promieniotwórczości w wybranych rejonach Tatrzańskiego Parku Narodowego. Wyniki zaprezentowano na IV Konferencji Przyroda TPN a człowiek Zakopane, Publikacja ukaże się w 2011 roku. Zakończono prace pomiarowe w ramach grantu MNiSW Radon w środowisku obszarów zurbanizowanych - czasowa zmienność stężenia radonu w powietrzu atmosferycznym na tle warunków meteorologicznych i lokalnych (nr N /1011). Przygotowano publikację i raport końcowy. Przygotowano publikację w oparciu o wyniki uzyskane w trakcie realizacji grantu MNiSW Sezonowe zmiany stężenia radonu w budynkach mieszkalnych (nr N ). 2. Badanie procesu transportu radonu w warunkach laboratoryjnych. Kontynuowano prace mające na celu badanie mechanizmu transportu radonu w modelu gruntu. Przeprowadzono pomiary na zmodernizowanym stanowisku RTD umożliwiającym płynne badanie dyfuzji radonu dla różnych wilgotności ośrodka. Wyznaczono wartość współczynnika dyfuzji radonu metodą statyczną i dynamiczną. Wyniki zaprezentowano na międzynarodowej konferencji 10th International Workshop on the Geological Aspects of Radon Risk Mapping, w Pradze we wrześniu 2010 roku. Przygotowywany jest artykuł do czasopisma JRC. 3. Kontynuacja pomiarów stężeń izotopów promieniotwórczych w próbkach środowiskowych. Kontynuowano badania stężeń pierwiastków promieniotwórczych w surowcach i materiałach budowlanych, a także w próbkach gleby. Wydano ponad 100 sprawozdań z badań oraz opinii o możliwości zastosowania badanych materiałów w budynkach przeznaczonych na stały pobyt ludzi. Laboratorium wzięło udział w międzynarodowych pomiarach porównawczych stężeń radonu metodą detektorów śladowych CR-39 (NIRS, Japonia), metodą aktywną (Praga, Czechy) oraz w pomiarach przepuszczalności radonu przez folie PCV (Czechy). Laboratorium uczestniczyło także w ogólnopolskich pomiarach porównawczych stężeń radonu w wodzie organizowanych przez Politechnikę Wrocławską w ramach Centrum Radonowego. Z powyższej tematyki opublikowano w 2010 r. 4 prace w czasopismach wyróżnionych w JCR oraz rozdziały w 2 monografiach w języku angielskim. 46

13 zadanie 10. Dozymetria termoluminescencyjna w medycynie i ochronie przed promieniowaniem Zakład Opracowanie detektorów termoluminescencyjnych i metod dozymetrycznych do pomiarów dawek w medycynie i ochronie przed promieniowaniem. W 2010 roku opracowana została metoda pomiaru ultra-wysokich dawek promieniowania przy użyciu detektorów termoluminescencyjnych LiF:Mg,Cu,P. Powstał projekt nowego czytnika TL wyposażonego w kamerę CCD do odczytu detektorów TL w celu rozróżniania ekspozycji statycznej i dynamicznej w dozymetrii indywidualnej w oparciu o dwuwymiarowy pomiar termoluminescencji. Rozwijana jest również metoda pomiaru dawek promieniowania silnie jonizującego przy użyciu optycznie stymulowanej luminescencji (OSL), a w ostatnich miesiącach został skonstruowany nowy czytnik OSL wyposażony w diody niebieskie do pomiaru dawek promieniowania w polach mieszanych w oparciu o detektory na bazie LiF stosując łączny pomiar OSL oraz TL. 2. Zastosowanie detektorów TL w dozymetrii mieszanych pól promieniowania, w tym promieniowania kosmicznego (projekt MATROSHKA i projekt DOSIS Europejskiej Agencji Kosmicznej, 7. PR HAMLET). W roku 2010 zakończono analizę detektorów eksponowanych w ramach etapu MTR-2b eksperymentu MATROSHKA. Rozpoczęto także kolejny etap eksperymentu: MTR-KIBO, czyli ekspozycję wewnątrz japońskiego modułu eksperymentalnego stacji kosmicznej. Przeprowadzony został 2 etap eksperymentu DOSIS (pomiar rozkładu dawki w module COLUMBUS stacji ISS). Zrealizowano szereg badań wydajności detektorów z użyciem akceleratorów jonów (Chiba, Darmstadt). Opublikowano w 2010 roku 21 artykułów w czasopismach wyróżnionych w JCR z tego zadania. Ochrona radiologiczna Kontynuowano prowadzenie rutynowej ochrony przed promieniowaniem pracowników w 20 pracowniach izotopowych IFJ PAN. Prowadzono pomiary dawek indywidualnych dla 41 pracowników kategorii narażenia A, dla 131 pracowników kategorii narażenia B oraz pomiary dawek w 103 miejscach w środowisku pracy w cyklu kwartalnym i miesięcznym. Przeszkolono z zakresu ochrony radiologicznej 31 osób rozpoczynających pracę w warunkach narażenia na promieniowanie jonizujące. Inspektorzy ochrony radiologicznej uczestniczyli w 15 pomiarach wokół stanowiska terapii protonowej oka, i w kilku pozostałych pomiarach dozymetrycznych. Przeprowadzono szkolenie przygotowujące pracowników Działu Cyklotronowego i Pracowni Radioterapii Protonowej do egzaminu dla operatorów akceleratora stosowanego do celów medycznych i urządzeń do teleradioterapii (ok. 20 osób). zadanie 11. Inżynieria cienkich warstw, powłok i nanomateriałów Zakład Modyfikacja struktury nanomateriałów dla elektroniki spinowej poprzez domieszkowanie i obróbkę termiczną. Wielowarstwy Fe/Pd przygotowywane były poprzez naprzemienne naparowywanie termiczne Fe i Pd na podłoże utrzymywane w temperaturze pokojowej. Pomiary metodą dyfrakcji rentgenowskiej bezpośrednio po depozycji pokazały obecność refleksów 47

14 pochodzących zarówno od czystego Fe i Pd, jak i refleksów pochodzących od mieszaniny atomów Fe i Pd utworzonej na granicach międzywarstwowych. Stąd wniosek, że warstwy częściowo mieszają się już na etapie preparatyki układu wielowarstwowego. Po wygrzewaniu wielowarstw metodą szybkiego wygrzewania w widmie dyfrakcyjnym pojawiają się rozdzielone refleksy (200) i (002), których źródłem jest dystorsja tetragonalna, co świadczy o tworzeniu się stopu o strukturze L1 0. Pętle histerezy niewygrzanej próbki [Fe0:9nm/Pd1:1nm]*5 pokazały, że kierunek łatwego namagnesowania pokrywał się z płaszczyzną próbki. Pomiary wykonane po wygrzewaniu metodą szybkiego wygrzewania pokazały stopniową zmianę pętli namagnesowania bez zmiany kierunku łatwego magnesowania, który w dalszym ciągu pokrywał się z płaszczyzną próbki. Po przeprowadzeniu dodatkowego wygrzewania w warunkach ultrawysokiej próżni w podobnej temperaturze, ale trwającego 1 godzinę, uzyskano podobny kształt pętli histerezy zmierzonych w obu kierunkach, świadczący o tym że próbka posiada zarówno równoległą jak i prostopadłą do płaszczyzny warstwy składową magnetyzacji. Oznacza to, że wektor namagnesowania jest odchylony od płaszczyzny próbki. Przedstawione wyniki badań magnetycznych wskazują na to, że dla uzyskania prostopadłej składowej namagnesowania niezbędne jest dwustopniowe wygrzewanie. Współpraca z Uniwersytetem w Chemnitz (Niemcy). Koordynator: M. Albrecht oraz współpraca z Uniwersytetem w Sumach (Ukraina). Koordynator: I. Protsenko. Badania morfologii powierzchni i struktury magnetycznej kompozytów o składzie (FeCoZr) x (Al2O3) 100 x wykonano dla trzech zakresów koncentracji fazy metalicznej poniżej progu perkolacji, w pobliżu progu perkolacji oraz powyżej progu perkolacji. Obrazy z mikroskopu sił atomowych i mikroskopu sił magnetycznych pokazały, że nanocząstki miały rozmiar około 4 10 nm. Zaobserwowano wyraźne różnice własności magnetycznych w zależności od koncentracji fazy metalicznej. Badania wykonane metodą spektroskopii mössbauerowskiej dla kompozytów o składzie poniżej i powyżej progu perkolacji potwierdziły przejście od układu niemagnetycznego (opisywanego przez dwa oddziaływania kwadrupolowe Fe3 + ) dla (FeCoZr) 23 (Al2O3) 77 do magnetycznego (scharakteryzowanego przez dwa oddziaływania magnetyczne dla (FeCoZr) 55 (Al2O3) 45. Taka transformacja jest związana ze zmianą strukturalną układu i przejściem od układu nieoddziałujących superparamagnetycznych nanoczastek FeCoZr do ferromagnetycznie oddziałującej sieci nanocząstek. We współpracy z uniwersytetem w Mińsku, Białoruś Koordynator: J. Fedotova 2. Nanostrukturyzacja układów cienkowarstwowych wiązkami jonowymi, wiązką lasera oraz metodami chemicznymi. Wykonano serię eksperymentów dla stopów FePt uporządkowanych chemicznie po depozycji poprzez zastosowanie obróbki termicznej. Wykonano naświetlanie tych stopów poprzez interferencyjną litografię laserową dla różnych energii impulsu promieniowania elektromagnetycznego o długości fali 1064 nm. Określono eksperymentalnie energię graniczną impulsu wiązki promieniowania laserowego niezbędną do zainicjowania procesu restrukturyzacji układu. Zaobserwowano, że dla energii powyżej 400 mj w impulsie topografia powierzchni odwzorowuje obraz interferencyjny. Obraz magnetyczny stopów FePd i FePt po litografii składał się z prążków o silnym kontraście magnetycznym (anizotropia prostopadła do powierzchni układu) oddzielonych obszarami niemagnetycznymi. Seria stopów FePt i FePd została poddana litografii laserowej bezpośrednio po naniesieniu. Badania strukturalne pokazały, że w stopach przed depozycją brak jest uporządkowania chemicznego i w związku z tym łatwym kierunkiem namagnesowania jest kierunek równoległy do płaszczyzny układu. Zastosowanie 48

15 interferencyjnej litografii laserowej pokazało powstawanie na powierzchni układu prążków o silnej anizotropii magnetycznej prostopadłej do powierzchni układu oddzielonych od siebie obszarami niemagnetycznymi. 3. Mikrostuktura powłok, warstw gradientowych oraz cienkich warstw formowanych metodami jonowymi i plazmowymi. (Centrum Doskonałości IONMED). Dla celów protetyki serca wypracowano technologię wytwarzania powłoki (C-Ag) na podkładce poliuretanowej o żądanych własnościach. Poprzez dobór parametrów procesu DB IBAD otrzymano powłoki o dobrej adhezji do miękkiego i elastycznego podłoża i dostatecznej stabilności temperaturowej. Dzięki uzyskaniu odpowiedniego stosunku wiązań węglowych sp3 i sp2 (wyznaczanego metodą mikrospektroskopii ramanowskiej) otrzymano powłoki odporne mechaniczne a jednocześnie dostatecznie elastyczne by dobrze pracowały z poliuretanowym podłożem nie ulegając delaminacji. Podobną powłokę udało się uzyskać również na 3 płatkowej zastawce serca (element 3D) dzięki kontrolowaniu geometrii formowania poprzez zastosowanie goniometru i odpowiedniej zmianie położenia próbki w stosunku do wiązek jonów (w metodzie DB IBAD). Badania ramanowskie wykazały satysfakcjonującą jednorodność powłoki na całej powierzchni. Badania prowadzono przy współpracy Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu Dla potrzeb protetyki stawów biodrowego i kolanowego opracowano technologię formowania powłok węgiel-metal cechujących się dobrymi własnościami mechanicznymi, biozgodnością i bioaktywnością. Przeprowadzono testy hodowli gronkowca złocistego na formowanych powłokach. 4. Spektroskopowe metody jądrowe w badaniach nanomateriałów, stopów i związków międzymetalicznych. Przygotowano próbki związków z pamięcią kształtu: TiPd i TiNi odpowiednio o różnych koncentracjach Zr i In oraz przeprowadzono dla nich pomiary metodą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (XRD) i metodą zaburzonych korelacji kierunkowych promieniowania γ (PAC). Pomiary XRD potwierdziły tetragonalną strukturę (B19) próbek TiPd. Dla stopów TiNi nie stwierdzono utworzenia czystej fazy martenzytycznej. Wykonano implantacje 111 In oraz pomiary PAC dla próbek TiPd z zawartością cyrkonu 0.99 at.% i 2.33 at.%. Oszacowano temperaturę przejścia martenzytycznego (M S ) na nie wyższą niż 713 K dla próbki o 0.99 at.% Zr i 673 K dla próbki o 2.33 at.% Zr. Współpraca z Uniwersytetem w Getyndze (Niemcy). Koordynator: M. Uhrmacher W roku 2010 opublikowano 13 prac w czasopismach recenzowanych, w tym 8 prac w czasopismach wyróżnionym w JCR. zadanie 12. Ocena zagrożenia wtórnymi nowotworami w radioterapii protonowej Zakład 58 Prowadzono prace nad określeniem zagrożenia wtórnymi nowotworami w trakcie radioterapii protonowej. Wykonywano systematyczne pomiary przestrzennego równoważnika dawki od promieniowania rozproszonego (promieniowanie gamma i neutrony) w wybranych punktach pomieszczenia kabiny terapeutycznej. Wykonano pomiary dawki przy użyciu detektorów TLD umieszczonych w fantomie antropomorficznym ciała pacjenta orz przy użyciu detektorów CR-39. Rozpoczęto pomiary widm mikrodozymetrycznych przy pomocy licznika TEPS. Prowadzono obliczenia dotyczące optymalizacji osłon przed promieniowaniem rozproszonym na stanowisku radioterapii protonowej (przy użyciu kodów Monte Carlo MCNPX). Wyniki prowadzonych prac prezentowane były na konferencjach międzynarodowych. 49

16 Część prac prowadzona była w ramach projektu Badania parametrów fizycznych wiązki protonowej stosowanej w radioterapii oka ze szczególnym uwzględnieniem możliwości leczenia nowotworów gałki ocznej u dzieci (PL273) współfinansowanego o ze środków funduszy Norweskiego Mechanizmu Finansowego i Mechanizmu Finansowego EOG. W roku 2010 opublikowano 1 pracę w czasopiśmie wyróżnionym w JCR. zadanie 13. Uruchomienie stanowiska radioterapii oraz wdrożenie i prowadzenie radioterapii protonowej nowotworów oka Prowadzono testy stanowiska do terapii protonowej nowotworów oka pod katem rozpoczęcia pracy z pacjentami. Kontynuowano prace nad doskonaleniem stanowiska do kalibracji komór jonizacyjnych. Wykonano kolejne interkalibracje pomiędzy powstającym stanowiskiem kalibracyjnym, a Laboratorium Wtórnych Wzorców Dozymetrycznych w Zakładzie Fizyki Medycznej Centrum Onkologii w Warszawie, stanowiącym laboratorium wzorcowe dla ośrodków radioterapeutycznych w Polsce. Uzyskano zgodność dostarczenia dawki na stanowisku kalibracyjnym na poziomie lepszym niż 0,1%. Wykonano pomiary porównawcze pomiędzy zestawami dozymetrycznymi używanymi w IFJ PAN oraz w na stanowisku w HZB w Berlinie. Prowadzono prace nad optymalizacją ustawienia elementów na ławie optycznej. Zainstalowano osłony przed promieniowaniem rozproszonym przed pomieszczeniem terapii oraz na ławie optycznej. Zoptymalizowano produkcję indywidualnych kolimatorów dla pacjentów. Rozpoczęto wykonywanie śmigiełek na potrzeby stworzenia odpowiednio szerokiej bazy modulatorów zasięgu. Wykonywano testy systemu do planowania terapii z wykorzystaniem nowej wersji oprogramowania EOPP v.8.9. W roku 2010 opublikowano 6 prac w czasopismach wyróżnionym w JCR z tej tematyki. 50