60 lat Instytutu Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk

Transkrypt

1 60 lat Instytutu Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk Oddział Zastosowań Fizyki i Badań Interdyscyplinarnych (NO5) Urszula Woźnicka Kraków, 15 grudnia 2015

2 Zastosowania fizyki Rozpad promieniotwórczy Spektroskopia Magnetyczny rezonans jądrowy Chromatografia Badania materiałowe Reakcje jądrowe syntezy

3 Zakład Fizykochemii Jądrowej Prof. dr hab. Jerzy W. Mietelski Rozpad promieniotwórczy

4 Zakład Fizykochemii Jądrowej Metody / aparatura spektrometryczna Zagadnienia: 1. Substancje radioaktywne w środowisku jako znaczniki geochemiczne procesów 2. Oceny dozymetryczne dla ludzi i innych organizmów 3. Radionuklidy dla medycyny 4. Badania podstawowe (np. pierwiastki superciężkie)

5 Zakład Fizykochemii Jądrowej Substancje radioaktywne w środowisku jako znaczniki procesów geochemicznych Badania polarne (Arktyka i Antarktyda) Przykład: Określenie średniego tempa przyrostu torfu na pd.-zach. Spitzbergenie wykorzystując sygnał z opadu po testach broni jądrowej (zakończonych w 1963 roku) Łokas E., Ketterer M., Mietelski J.W., Kleszcz K., Wachniew P., Michalska S., Miecznik M.: Sources and vertical distribution of 137Cs, 238Pu, Pu and 241Am in peat profiles from southwest Spitsbergen. Applied Geochemistry 28: , 2013.

6 Zakład Fizykochemii Jądrowej Radioaktywność powietrza Katastrofa w Fukushimie (2011) I-131 aerozolowy i gazowy (jedyni w Polsce) Pluton w powietrzu ( ) identyfikacja pochodzenia za pomocą spektrometrii alfa i masowej Czysty opad Chernobylski x Bq/m 3!!! x Zakład przeróbki paliwa, Sellafield, UK J.W.Mietelski, R.Kierepko, K.Brudecki, P.Janowski, K.Kleszcz, E.Tomankiewicz. Long-range transport of gaseous 131I and other radionuclides from Fukushima accident to Southern Poland, Atmospheric Environmnet, 91, , H. Wershofen, R. Kierepko, J.W. Mietelski, R. Anczkiewicz, Z. Holgye, K. Isajenko, J. Kapała, A. Komosa: The puzzling rare events of high 238Pu content in the ground level atmosphere Int. Conf. Migration, Brighton, 2013

7 Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych Prof. dr hab. Wojciech Kwiatek Spektroskopia

8 Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych Emisja i absorpcja promieniowania rentgenowskiego Mikrowiązka protonów Wyznaczanie stężeń i rozkładów pierwiastków śladowych w mikroobszarach: Pigmenty średniowiecznych dzieł sztuki Tot. Au Pb Ca Efekt naświetlania pojedynczych komórek protonami Komórki naświetlone (analiza SR-FTIR) Datowanie chemiczne monacytu Tot. Th + U Pb E. Lipiec, K. R. Bambery, J. Lekki, M. J. Tobin, C. Vogel, D. R. Whelan, B. R. Woodd and W. M. Kwiatek, SR-FTIR Coupled with Principal Component Analysis Shows Evidence for the Cellular Bystander Effect, Radiat Res Jul;184(1):73-82 M.A. Kusiak, J. Lekki, Proton microprobe for chemical dating of monazite, Gondwana Research 14 (2008)

9 Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych Emisja i absorpcja promieniowania rentgenowskiego Mikrowiązka promieniowania X Analiza obrazu absorpcji i zmian fazy promieniowania w badanej próbce Mikrotomografia obiektów biomedycznych (struktura naczyń nerek) Mikrotomografia biomateriałów Badanie przepływu przez ośrodki porowate Wyróżniony doktorat: J. Bielecki 2011

10 Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych Emisja i absorpcja promieniowania rentgenowskiego Promieniowanie synchrotronowe Wyznaczenie rozkładu form chemicznych siarki w tkance nowotworu prostaty Rentgenowska rezonansowa spektroskopia emisyjna (RXES) J. Sa, J. Czapla-Masztafiak, E. Lipiec, W. Kwiatek, et al., The use of Resonant X-ray Emission Spectroscopy (RXES) for the electronic analysis of metal complexes and their interactions with biomolecules, Drug Discovery Today: Technologies, Vol. 16, 2015, p. 1 6, (IF = 6.691, 45 pkt) Wyróżniony doktorat: J. Czapla 2013

11 Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych Spektroskopia Ramana wzmocniona na ostrzu sondy skanującej Chmura elektronowa Widma Ramana pojedynczych cząsteczek, np. DNA oddziałujących z chemioterapeutykami, zdolność rozdzielcza ~20 nm Nanostruktura metaliczna Wzbudzenie plazmonów (powierzchniowych fal elektromagnetycznych, które rozchodzą się równolegle do obszaru wzajemnych oddziaływań metaldielektryk, metal-próżnia) przez światło Wyróżniony doktorat: E. Lipiec 2013 Inkubacja z lekiem Platinum 103 E. Lipiec, R. Sekine, J. Bielecki, W.M. Kwiatek, B.R. Wood, Molecular characterisation of DNA double strand breaks with Tip Enhanced Raman Scattering (TERS), Angew. Chem. 53, 2014, (IF=13.734, 45 pkt)

12 photodetector Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych Mikroskopia sił atomowych (AFM) laser AFM probe cells scanner Komórki nowotworowe Topografia oraz identyfikacja komórek nowotworowych poprzez pomiar własności elastycznych komórek Komórki zdrowe HCV29 HTB9 Zmiana sztywności otoczenia komórek powoduje zmianę ich morfologii, deformowalności i tempa podziału. T24 HT1376 ~ kpa ~ GPa Wyróżniony doktorat: K. Pogoda 2015

13 Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych Efekt Oddziaływanie promieniowania jonizującego z DNA komórkowym Promieniowanie jonizujące prowadzi do pośrednich i bezpośrednich uszkodzeń na poziomie molekularnym, komórkowym jak i całego organizmu. Opracowanie szybkich procedur oceny dawki pochłoniętej i radiowrażliwości osobniczej (CA, MN, PCC) z wykorzystaniem automatycznego sytemu Metafer (MetaSystems GmbH). Zmiana charakteru odpowiedzi limfocytów traktowanych wiązką protonów (60 MeV) lub prom. X (250 kv) w funkcji dawki (0,3-4,0) Gy. ABERRACJE CHROMOSOMOWE TEST MIKROJĄDROWY Przedwczesna kondensacja chromatyny PCC Protony Prom. X J. Miszczyk, K. Rawojć, A. Panek, J. Swakoń, P.G. Prasanna, M. Rydygier: Response of human lymphocytes to proton radiation of 60 MeV compared to 250 kv X-rays by the cytokinesis- Dawka [Gy]

14 Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych Spektroskopia i obrazowanie w badaniach interdyscyplinarnych Laboratorium Obrazowania Spektroskopowego, Fundusze dla Małopolski

15 Zakład Tomografii Magnetycznego Rezonansu Jądrowego Dr hab. Władysław Węglarz, prof. IFJ PAN Magnetyczny rezonans jądrowy

16 Zakład Tomografii Magnetycznego Rezonansu Jądrowego Obrazowanie Magnetyczno Rezonansowe w polu 9,4 T Badania biomedyczne. Mechanizmy powstawania stanów chorobowych. Schorzenia cywilizacyjne: stany zapalne naczyń i wątroby, miażdżyca, nadciśnienie, zawał serca. Projekt Jagiellońskie Centrum Rozwoju Leków, JCET, POIG 2.2. Zwierzęta badane są tylko w znieczuleniu ogólnym. Ich stan i kondycja nadzorowane są przez cały czas pomiaru Zalety: - Wysokie pole lepszy SNR - Kilkanaście głowic pomiarowych, - Krio-cewka - Szeroki zakres możliwych do zastosowania technik obrazowania (morfologiczne, czynnościowe, DWI/DTI, ASL, DCE, MT, CEST, spin tagging ) i spektroskopii zlokalizowanej ( 1 H, 31 P, 13 C, 19 F) Zastosowanie: - Badania przedkliniczne na zwierzęcych modelach chorób cywilizacyjnych (in vivo, ex vivo) - Badania materiałowe (uwadnianie materiałów farmaceutycznych) Nowoczesna aparatura pozwala otrzymywać najwyższej jakości obrazy wnętrza ciała zwierząt

17 Wyróżniony doktorat: K. Majcher (Kalita) Zakład Tomografii Magnetycznego Rezonansu Jądrowego Obrazowanie przedkliniczne myszy w polu 9.4 T Rdzeń kręgowy Mózg Watroba Serce i naczynia Wyróżniony doktorat: S. Heinze-Paluchowska

18 Zakład Fizykochemii Ekosystemów Dr hab. Ireneusz Śliwka, prof. IFJ PAN Chromatografia

19 Zakład Fizykochemii Ekosystemów Proces separacji składników mieszaniny gazowej na kolumnie chromatograficznej Detektor wychwytu elektronów (ECD): sygnał powstaje w wyniku tworzenia jonów ujemnych przez cząsteczki badanej substancji w procesie przyłączania obecnych w detektorze elektronów swobodnych Detektor ECD, model DNW 600B, Producent IFJ Kraków, rok 1980, autor J. Lasa Z. Witkiewicz, Podstawy Chromatografii, Wydaw. Nauk.-Techn., Warszawa 2005 Lasa J., Śliwka I.: Detektory w chromatograii gazowej i niektóre ich zastosowania w analizach śladowych. Monografia. Instytut Fizyki Jądrowej PAN, Kraków 2006, ISBN

20 Zakład Fizykochemii Ekosystemów Pomiary stężenia związków CFCs w powietrzu i wodach Współpraca naukowa IFJ PAN ze stacją MaceHead (53o N, 10o W): Globalny program badawczy AGAGE (Advanced Global Atmospheric Gas Experiment) i program europejski InGOS (Integrated non-co 2 Greenhouse gas Observing System) Stacja poboru próbek w powietrzu Krakowa (50 o N, 20 o E) jedyna w Polsce i Europie Środkowej Wyniki obliczeń średnich stężeń w okresie , ppt F-12 Kraków, Poland (50ºN, 20ºE, 250 m above MSL) Pobór próbki wody CFCs concentration, ppt F-11 F113 CH3CCL3 Start of the Montreal Protocol legislation in Poland ( ) Time, years J. Bielewski, Badanie wpływu parametrów meteorologicznych na czasowe charakterystyki stężenia wybranych związków chlorowcowych (CFCs) w powietrzu Krakowa w latach , Praca doktorska, IFJ PAN 2013 T. Kotowski, J. Najman, Results of the determination of He in Cenozoic aquifers using the GC method, Ground Water, 53 (2015) 47-55

21 Zakład Fizykochemii Ekosystemów Chromatografia gazowa dla diagnostyki medycznej: Testy oddechowe TD GC MS Chromatograficzna analiza próbek oddechu Przykładowe chromatogramy wydychanego powietrza B. Grabowska - Polanowska, J. Faber, M. Skowron, P. Miarka, A. Pietrzycka, I. Śliwka, A. Amann, Detection of potential CKD marker in breath using GC/MS coupled with thermal desorption method, J. Chromatogr. A, 1301 (2013) Potencjalne markery: przewlekłej choroby nerek (PChN): 3) trimetylomina cukrzycy: 4) aceton stresu oksydacyjnego: 1) butan, 5) pentan, 6) izopren 9) 2-metylopentan, 10) heksan, 11) 2,3-dimetylopentan schorzeń wątroby: 2) metanotiol, 7) siarczek dimetylu, 8) disiarczek węgla

22 Zakład Fizyki i Inżynierii Materiałowej Dr hab. Marta Wolny-Marszałek, prof. IFJ PAN Badania materiałowe

23 Zakład Fizyki i Inżynierii Materiałowej Badanie efektów rozmiarowych w układach o obniżonej wymiarowości. Nanostrukturyzacja wielowarstw metali 3d-4d (FePd, FePt, CoPd) z prostopadłą anizotropią magnetyczną. Pomiar pętli histerezy. FePd litografia nanosfer (doktorat A. Polit) 200 nm 300 nm FePdCu litografia nanosfer (doktorat M. Krupiński) FePdCu naświetlane laserem (wyróżniony doktorat M. Perzanowski) FePd nanoporowate podłoże Al 2 O 3 (doktorat A. Maxymenko) FePtCu interferencyjna litografia laserowa (wyróżniony doktorat Y. Zabila)

24 Zakład Fizyki i Inżynierii Materiałowej Magnetoopór gigantyczny Metoda - pomiar oporu w polu magnetycznym GMR = R P R AP R AP anizotropowy Cienka wygrzewana warstwa Bi Co/Cu domieszkowany surfaktantami, (habilitacja M. Marszałek) Pojekt NCBiR LIDER Zintegrowane giętkie czujniki pola magnetycznego i deformacji, Y. Zabila MR dla 1000 nm warstwy po wygrzewaniu (8h w268 C ) Warstwa Bi na giętkim polimerze Czujnik Bi przyczepiony do silnika Punkt topnienia Resistance [Ohm] (R-R0)/R0 [%] Magnetic field [T] 0

25 Zakład Fizyki i Inżynierii Materiałowej Bioaktywne powłoki węglowe wybrane zastosowania Dwuwiązkowy implantator jonów Profil głębokościowy powłoki (C-Ag) uformowanej metodą IBAD podłoże: PU ChronoFlex. (Habilitacja B. Rajchel) Chirurgia dużych stawów Staw biodrowy Kardiochirurgia Komora pneumatycznej protezy serca Projekt zamawiany w ramach ogólnopolskiego strategicznego projektu Polskie Sztuczne Serce

26 Zakład Fizyki Transportu Promieniowania Prof. dr hab. Krzysztof Drozdowicz Reakcje jądrowe syntezy 2 D + 3 T 4 He (3.56 MeV) + n (14.03 MeV) 2 D + 2 D 3 He (0.82 MeV) + n (2.45 MeV)

27 Zakład Fizyki Transportu Promieniowania Neutron current [n/cm2] Laboratorium Aparaturowych Źródeł Neutronowych im. prof. Jana A. Czubka Plasma-focus IFJ PAN Badania radiacyjnej kompresji plazmy Position [cm] Obrazowanie plazmy deuterowej w polu neutronowym (neutron pinhole camera) J. Bielecki, A. Wójcik-Gargula, U. Wiącek, M. Scholz, A. Igielski, K. Drozdowicz, U. Woźnicka, A neutron pinhole camera for PF-24 source: Conceptual design and optimization, Eur. Phys. J. Plus, 130 (2015) 145

28 Zakład Fizyki Transportu Promieniowania Laboratorium Aparaturowych Źródeł Neutronowych im. prof. Jana A. Czubka Generator neutronów Stanowisko pomiarowe do prowadzenia testów układów detekcji neutronów i cząstek naładowanych dla układów plazmowych Charakterystyki monokrystalicznych detektorów diamentowych w mieszanym polu promieniowania J. Dankowski: Principles of spectrometric measurement of fusion plasma products using diamond detectors, Praca doktorska, 2015.

29 Zakład Fizyki Transportu Promieniowania Numeryczna kalibracja geofizycznych sond neutronowych U. Woźnicka, D. Dworak, U. Wiącek, T. Zorski, Geofizyczne profilowania neutronowe w asymetrycznych formacjach cienkowarstwowych IFJ PAN, Kraków, ISBN: (2012)

30 Zakład Fizyki Transportu Promieniowania ITER JET W7-X Projekt spektrometru neutronowego o wysokiej rozdzielczości (HRNS) dla tokamaka ITER NZ54 + DAI + Uppsala Pierwszy projekt dla ITERa koordynowany przez polski zespół - IFJ PAN (M. Scholz, U.Woźnicka, L.Hajduk) Badanie aktywacji materiałów konstrukcyjnych dla ITERa Dr Jakub Bielecki zwycięzca konkursu na stanowisko w JET: Plasma Diagnostician: Neutron and Gamma Obliczenia MC pól neutronów wokół stellaratora W7-X, Greiswald, Niemcy Pierwsze wiarygodne obliczenia rozkładu pól neutronowych uwzględniające obecność układów chłodzących W7-X

31 Zakład Fizyki Transportu Promieniowania ITER JET W7-X Projekt spektrometru neutronowego o wysokiej rozdzielczości (HRNS) dla tokamaka ITER NZ54 + DAI + Uppsala Pierwszy projekt dla ITERa koordynowany przez polski zespół - IFJ PAN (M. Scholz, U.Woźnicka, L.Hajduk) Badanie aktywacji materiałów konstrukcyjnych dla ITERa Dr Jakub Bielecki zwycięzcą konkursu na stanowisko w JET: Plasma Diagnostician: Neutron and Gamma Obliczenia MC pól neutronów wokół stellaratora W7-X, Greiswald, Niemcy Pierwsze wiarygodne obliczenia rozkładu pól neutronowych uwzględniające obecność układów chłodzących W7-X

32 Zakład Fizyki Transportu Promieniowania ITER JET W7-X Projekt spektrometru neutronowego o wysokiej rozdzielczości (HRNS) dla tokamaka ITER NZ54 + DAI + Uppsala Pierwszy projekt dla ITERa koordynowany przez polski zespół - IFJ PAN (M. Scholz, U.Woźnicka, L.Hajduk) Badanie aktywacji materiałów konstrukcyjnych dla ITERa Dr Jakub Bielecki zwycięzca konkursu na stanowisko w JET: Plasma Diagnostician: Neutron and Gamma Obliczenia MC pól neutronów wokół stellaratora W7-X, Greiswald, Niemcy Wiarygodne obliczenia rozkładu pól neutronowych uwzględniające obecność układów chłodzących W7-X

33 Zakład Fizyki Transportu Promieniowania Konsorcjum IFMIF / ELAMAT Podkarpackie Europejskie Laboratorium Badawcze Nowych Materiałów IFMIF / DONES International Fusion Materials Irradiation Facility / DEMO Oriented Neutron Source Projekt budowy źródła neutronowego do badania materiałów poddanych ekstremalnym obciążeniom radiacyjnym oraz prowadzenia badań w polach neutronowych o fluencji powyżej n/s/m 3 Grant EUROfusion: ENS - Early Neutron Source definition and design (U. Woźnicka, Project Board Lider, W. Królas, Deputy Manager)

34 Nasi mentorzy, mistrzowie, szefowie Andrzej Hrynkiewicz Rosia Jasińska Jan Lasa Jerzy Łoskiewicz Agnieszka Cebulska-Wasilewska Jan A. Czubek Andrzej Jasiński Andrzej Zuber Jan Mikulski Jacek Hennel

35 Oddział Zastosowań Fizyki i Badań Interdyscyplinarnych Profesury 1. Urszula Woźnicka, Wojciech Kwiatek, Jerzy W. Mietelski, Krzysztof Drozdowicz, 2015 Habilitacje 1. Bogusław Tomanek, MałgorzataLekka, Marta Wolny-Marszałek, Barbara Kubica, Paweł Zagrodzki, Władysław Węglarz, Agnieszka Kulińska, Marek Scholz, Piotr Kulinowski, Bogusław Rajchel, 2015 Doktoraty (na czerwono: wyróżnienia) Joanna Gryboś 2. Wojciech Polak 3. Urszula Wiącek 4. Agnieszka Panek Kateryna Lebed 6. Oleksandr Veselov 7. Aleksandra Dąbrowska 8. Tomasz Banasik 9. Grzegorz Tracz 10. Joanna Dąbrowska Sylwia Heinze-Paluchowska 12. Joanna Najman 13. Anna Wiecheć MarzenaLipińska 15. Magdalena Podgórczyk 16. Katarzyna Majcher (Kalita) 17. Iwona Grombik Renata Kierepko Olesya Klymenko 20. Jakub Bielecki 21. Barbara Błasiak 22. Aleksander Polit 23. Marcin Stobiński 24. Yevhen Zabila 25. Hayk Hovhannisyan Sebastian Bożek 27. Sylwia Błażej 28. Krzysztof Kleszcz 29. Kamil Brudecki 30. Katarzyna Szarłowicz 31. Joanna Miszczyk Joanna Kowalska 33. Ewelina W. Lipiec 34. Joanna Czapla-Masztafiak 35. Paulina Rosicka 36. Urszula Tyrankiewicz 37. Rafał Prokopowicz 38. Agnieszka Karczmarska 39. Michał Krupiński Anna Wójcik-Gargula 41. Szymon Prauzner-Bechcicki 42. Jarosław Bielewski 43. Marcin Perzanowski Katarzyna Pogoda 45. Magdalena Jabłońska 46. Magdalena Miecznik 47. Paweł Janowski

36

37

38 60 lat Instytutu Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk Oddział Zastosowań Fizyki i Badań Interdyscyplinarnych (NO5) Dziękuję za uwagę Kraków, 15 grudnia 2015