5. METODY JĄDROWE W GEOFIZYCE, RADIOCHEMII, MEDYCYNIE, BIOLOGII ORAZ OCHRONIE ŚRODOWISKA I BADANIACH MATERIAŁOWYCH

Transkrypt

1 Temat 5. METODY JĄDROWE W GEOFIZYCE, RADIOCHEMII, MEDYCYNIE, BIOLOGII ORAZ OCHRONIE ŚRODOWISKA I BADANIACH MATERIAŁOWYCH Główne prace teoretyczne i eksperymentalne w tej dziedzinie prowadzone są w Zakładach: II, VI, VII, VIII, IX i w NPP zadanie 1. Badania z dziedziny geofizyki i hydrogeologii Zakład VI 1. Badania parametrów skał - modelowanie przepływu znaczników i polutantów w skałach szczelinowatych oraz badania pochodzenia wód mineralnych w Polsce. Na podstawie danych trytowych z obszaru zlewni Bystrzycy (woj. lubelskie) określono wiek wód i parametry skał szczelinowatych tworzących system wodonośny zlewni. Wyjaśniono przyczyny utrzymującej się dobrej jakości wód pomimo częściowego zasilania na obszarze zurbanizowanym. Wykazano zagrożenia jakie mogą pojawić się w przyszłości w wyniku istnienia ognisk zanieczyszczeń (współpraca z UMCS, Lublin). 2. Badania nad genezą wód i obszarów zasilania wód leczniczych w Polsce południowej. Wyjaśniono genezę wód mineralnych typu Zuber w Krynicy Zdroju. Analiza danych izotopowych i hydrochemicznych oraz historii basenów sedymentacyjnych fliszu karpackiego doprowadziła do stwierdzenia, że większość wód chlorkowych w Karpatach fliszowych pochodzi z transformacji smektytów w illity podczas diagenezy skał ilastych w procesie ich zagłębiania się w basenie sedymentacyjnym. Na tym tle geneza wód typu Zuber w Krynicy związana jest z mieszaniem się bardzo starych (interglacjalnych) wód infiltracyjnych z ascendującymi wodami diagenetycznymi (współpraca z UJ). 3. Absorpcja neutronów termicznych w zagadnieniach geofizyki otworowej; pomiary na próbkach, obliczenia modelowe. Na stanowisku przy impulsowym generatorze neutronów wykonano serie pomiarów referencyjnych dla metody Czubka na próbkach ciekłych (wodne roztwory H 3 BO 3, symulujące absorbujące ciecze w odwiercie) i na próbkach rozdrobnionego krzemu (nasycanych roztworami absorbującymi neutrony). Dla tych próbek modelowych wyliczono teoretycznie częstości absorpcji neutronów termicznych. Wykonano pomiary przekroju czynnego absorpcji bazaltu na naturalnych próbkach o różnej granulacji. 4. Rozwój półempirycznej metody kalibracji sond neutronowych: badanie własności neutronowych trójstrefowego systemu odwiert - strefa pośrednia - formacja geologiczna. Porównano odpowiedź sondy n-n (PKNN6) uzyskaną z symulacji numerycznych z wynikami rzeczywistego pomiaru wykonanego na stanowisku kalibracyjnym w Zielonej Górze. Uzyskano bardzo dobrą zgodność wyników, co pozwoliło na wykonanie szeregu symulacji numerycznych odpowiedzi sondy w różnych warunkach odwiertowych, niedostępnych na stanowisku kalibracyjnym, w tym odpowiedzi sondy w układzie ze strefą pośrednią. Otrzymane wyniki zostaną wykorzystane do poszerzenia zakresu stosowalności półempirycznej metody kalibracji odwiertowych sond neutronowych. 5. Rozwój teorii i techniki obliczeniowej w spektrometrii gamma oraz w sieciach neuronowych w zastosowaniu w geologii i geofizyce. 29

2 Rozpoczęto prace nad zastosowaniem metod sieci neuronowych dla określania przepuszczalności formacji geologicznych. Wykorzystując dane geofizyczne z obszaru Lubelszczyzny (uzyskane dzięki współpracy z przedsiębiorstwem Geonafta ) wykonano wstępną korelację głębokościową danych otrzymanych z interpretacji profilowań geofizycznych z pomiarami na próbkach. Wstępne próby zastosowania sieci neuronowych do określania przepuszczalności na podstawie danych geofizyki otworowej dają współczynnik korelacji Modelowanie komputerowe transportu neutronów i kwantów gamma w badaniach materiałowych. Wykonano modelowania numeryczne (kodem MCNP) w celu optymalizacji układu do pomiaru wilgotności koksu wielkopiecowego metodą transmisji neutronów i kwantów gamma. Rozpoczęto modelowania numeryczne dla spektrometrycznych profilowań geofizycznych neutron-gamma służących do oznaczania wybranych pierwiastków w skałach. Została wymodelowana sonda otworowa neutron-gamma (na podstawie prototypu polskiej sondy spektrometrycznej) zawierająca źródło Am-Be, detektor BGO oraz układ osłon. Dzięki pomocy CSIRO Lucas Heights w Australii uzupełniono biblioteki neutronowych przekrojów czynnych o brakujące dane dla germanu. Wykonano obliczenia testowe. Zakład II 7. Badanie struktury próbek geologicznych metodą spektroskopii mössbauerowskiej. Kontynuowano badania struktury krystalochemicznej wybranych minerałów, a szczególnie turmalinów. Badania prowadzono we współpracy z AGH. Wyniki przedstawiono w 3 publikacjach. zadanie 2. Chemia pierwiastków transaktynowcowych Zakład IX 1. Synteza i zastosowanie nowych, nieorganicznych sorbentów kompozytowych do selektywnego wydzielania pierwiastków radioaktywnych. Kontynuowano badania fizykochemicznych własności sorbentów kompozytowych zsyntezowanych na bazie żelazocyjanków dwuwartościowych metali przejściowych. Derywatograficzne badania wymienionych sorbentów miały na celu określenie ich składu i struktury, a w następstwie tego - określenie mechanizmu wymiany sorbowanych pierwiastków. Prace te wykazały odmienny charakter sorbentu miedziowo-potasowego w stosunku do żelazocyjanku cynkowo-potasowego. Przebadano warunki sorpcji europu na wyżej wymienionych żelazocyjankach z roztworów kwasu azotowego, solnego i siarkowego. Wyniki badań sorpcji Eu, Hf, Zr i Nb na sześciocyjanożelazianach (II) wykazały, że Hf, Zr i Nb dobrze sorbują się z roztworów HCl, podczas gdy Eu sorbuje się słabo. W 1M kwasie siarkowym można rozdzielać Eu od Hf, Zr i Nb. Zsyntezowano nowy, magnetyczny, kompozytowy wymieniacz jonowy na bazie żelazocyjanku niklowo-potasowego. Opracowany sorbent pozwala na dekontaminację gleby z cezu i jest przedmiotem zgłoszenia patentowego. 2. Opracowywanie metod szybkiego i selektywnego wydzielania superciężkich pierwiastków z produktów reakcji jądrowych, w modelowych układach z ich homologami oraz badanie fizykochemicznych własności pierwiastków transaktynowcowych. 30

3 Prowadzono badania mające na celu opracowanie optymalnych warunków separacji 212 Pb jako homologa pierwiastka 114. Izotop ołowiu 212 otrzymywano w sposób ciągły (on line) z emanatora torowego. Sorpcję 212 Pb prowadzono dwiema metodami: a) metoda chromatografii jonowymiennej na kolumnach wypełnionych żywicami Dowex-1 i Dowex-50 ze środowiska kwasów mineralnych (H 2 SO 4, HCl, HF i HNO 3 ) do pomiarów 212 Pb metodą spektroskopii gamma. Pomiary w przedstawionych wyżej układach były wykonane z wykorzystaniem linii dla 212 Pb, dla 212 Bi oraz linii dla 208 Tl. Stosując technikę chromatografii jonowymiennej i stężenie mineralnych kwasów w zakresie sorbowano ołów prawie całkowicie na żywicy kationowymiennej, zaś na anionicie z 5% wydajnością. b) metoda sorpcji na cienkich warstwach ekstrahenta do pomiarów 212 Pb metodą spektroskopii alfa. 212 Pb nanoszono na podkładki aluminiowe lub wykonane z tworzywa sztucznego ze środowiska kwasu solnego, fluorowodorowego lub cytrynowego. Jako ekstrahenty stosowane były: HDEHP, HDEHP+TOPO, ALIQAUT oraz sześciocyjanożelaziany niklowo-potasowy, kobaltowo-potasowy i żelazowo-potasowy. Zadowalające rezultaty otrzymano dla sorbentów żelazocyjankowych. Badania te miały na celu przygotowanie najkorzystniejszych układów do oznaczania pierwiastka 114 w trakcie eksperymentów poświęconych pierwiastkom superciężkim. Ze względu na krótki czas połowicznego rozpadu i niewielki przekrój czynny pierwiastek 114 i produkty jego rozpadu (112, 110) mogą być identyfikowane tylko metodą spektroskopii alfa. Badania prowadzone były we współpracy międzynarodowej z: ZIBJ Laboratorium Reakcji Jądrowych, koordynator dr A. Yakushev Intytutem Geochemii i Chemii Analitycznej RAN w Moskwie, koordynator akad. prof. B.F. Myasoedov GSI w Darmstat, koordynator dr M. Schadel. zadanie 3. Biologia środowiskowa; badania uszkodzeń DNA i struktur chromosomów pod wpływem różnych czynników Zakład VII 1. Badania uszkodzeń DNA w limfocytach człowieka w funkcji ekspozycji zawodowej. 2. Badanie uszkodzeń struktur chromosomów obecnych w pierwszej mitozie cyklu podziałowego limfocytu człowieka, indukowanych działaniem promieniowania jonizującego lub ekspozycji zawodowej. Zakończono opracowanie rezultatów cyklu badań eksperymentalnych nad zróżnicowaniem podatności DNA limfocytów człowieka na działanie promieniowania UV-C w zależności od zawodowej ekspozycji na pestycydy dawców krwi, a także w zależności od czynników współdziałających takich jak dieta i palenie papierosów. Stwierdzono, w grupach dawców z Polski oraz z Hiszpanii, znaczący statystycznie wpływ ekspozycji zawodowej na efektywność komórkowej naprawy. Znamienny wpływ ekspozycji zawodowej na wydajność komórkowych procesów naprawy, nie korelował z poziomem uszkodzeń mitotycznych prowadzących w tych samych komórkach do podwyższenia częstości mikrojąder. Takie badanie uszkodzeń struktur chromosomów obecnych w pierwszej mitozie cyklu podziałowego limfocytu człowieka, w funkcji ekspozycji zawodowej na pestycydy przeprowadzono, we współpracy z zespołem hiszpańskim, dla dawców polskich. 3. Badania nad zastosowaniem fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ do oceny stabilnych 31

4 uszkodzeń struktur chromosomów w pierwszej mitozie cyklu podziałowego limfocytu człowieka - Dla potrzeb retrospektywnej oceny dawki pochłoniętej od promieniowania jonizującego uzyskano liniową zależność wyznaczonych metodą FISH częstości translokacji od dawki neutronów ze źródła kalifornowego. - Zaobserwowano dobrą korelację pomiędzy efektywnością indukowania translokacji w chromosomach 1 oraz 4 (14% genomu) a efektywnością indukowania aberracji chromosomowych niestabilnych (dicentryki i pierścienie). 4. Badania, w drugim cyklu podziałowym limfocytu człowieka, wpływu ekspozycji zawodowych (związki rtęci) na poziom wymian siostrzanych chromatyd, indeks mitotyczny oraz częstości komórek z podwyższoną ilością pęknięć chromatyd. W badaniach stwierdzono brak znaczącego statystycznie wpływu uszkodzeń mierzonych w drugim cyklu podziałowym komórki, natomiast rezultaty uzyskane w 2000 roku sugerują znaczące statystycznie podwyższenie częstości aberracji obserwowanych w pierwszym cyklu mitotycznym. 5. Badania zróżnicowania wrażliwości osobniczej na promieniowania jonizujące. Przeprowadzono badania nad powtarzalnością rezultatów uzyskiwanych metodą kometową z zastosowaniem dawki pobudzającej dla potrzeb prognostycznej oceny zróżnicowania wrażliwości osobniczej na promieniowania jonizujące oraz związanej z nią efektywności procesów naprawy DNA. Stwierdzono wysoką powtarzalność w obrębie jednej elektroforezy i jednego eksperymentatora, oraz nieznaczny spadek powtarzalności wraz z ilością niezależnych elektroforez. 6. Analiza porównawcza skuteczności biologicznej w indukowaniu uszkodzeń DNA i mutacji genowych dla różnych wiązek neutronowych. Zakończono badania nad skutecznością biologiczną w indukowaniu uszkodzeń DNA dla różnych wiązek neutronowych, w tym źródła Kalifornu-252 w Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI, koordynator: dr Jin Kyu Kim) w porównaniu do skuteczności biologicznej promieniowania o niskiej wartości liniowego współczynnika przekazu energii tzn. promieniowania X lub gamma. Dla źródła 252 Cf stwierdzono zmienność we względnej skuteczności biologicznej w zakresie od w zależności od formy ekspresji indukowanych uszkodzeń DNA, (przed i posyntezalne mutacje barwy lub mutacje letalne), oraz 1.6 dla zaburzeń cyklu komórkowego. Ponadto stwierdzono zależność efektu od dawki i od energii badanych wiązek neutronów zgodną z molekularną teorią oddziaływania promieniowania na komórkę. 7. Prowadzono prace nad standardyzacją testów i metod przydatnych dla potrzeb radiobiologii przedklinicznej. zadanie 4. Obrazowanie i zlokalizowana spektroskopia magnetycznego rezonansu w badaniach biomedycznych Zakład VIII 1. Badanie tensora dyfuzji wody w układach biologicznych in vitro i in vivo metodami obrazowania i spektroskopii MR. Wykorzystując mikroskop MR 8.4 T wykonano pomiary 1D i 2D składowych anizotropowej, wieloskładnikowej dyfuzji wody w funkcji amplitudy gradientów dyfuzyjnych oraz czasu dyfuzji dla tkanki rdzenia kręgowego szczura in vitro w roztworze 32

5 soli fizjologicznej. Wyniki pomiarów opracowano stosując model dwuskładnikowej anizotropowej dyfuzji. Stwierdzono nieeksponencjalny charakter składowych poprzecznej i podłużnej dyfuzji w istocie szarej oraz składowej poprzecznej w istocie białej. Stwierdzono, że zależność składowych dyfuzji od czasu dyfuzji jest zbliżona do wyników znanych z badań przeprowadzonych dla nerwu optycznego. We współpracy z University of Nottingham w Wielkiej Brytanii, (kordynator prof. P.G. Morris) wykonano wstępne pomiary oraz przygotowano projekt dalszych badań anizotropowej dyfuzji wody w tkankach nerwowych na modelu zwierzęcym. Do celu analizy dyfuzyjnie ważonych obrazów MR otrzymanych z mikroskopu napisano program wykorzystujący środowisko IDL. Zaimplementowano i przetestowano sekwencje dyfuzyjne na tomografie 4.7 T oraz wykorzystano je do wykonania wstępnych, dyfuzyjnie ważonych obrazów fantomów rdzenia kręgowego i mózgu szczura umieszczonych w agarze, a także takich obrazów mózgu szczura in vivo. Przygotowano plany serii pomiarów dyfuzji w rdzeniu kręgowym człowieka na tomografie 1.5 T SIGNA LX w Institute for Biodiagnostics w Winnipeg w Kanadzie, (koordynator zagraniczny: dr Bogusław Tomanek). 2. Badanie widm zlokalizowanych MR w tkankach mięśni szkieletowych kończyn człowieka. Wykonano pomiary wstępne oraz analizę widm 31 P in vivo z mięśni łydki na tomografie 4.7 T. Zaimplementowano program konwertujący dane spektroskopowe z konsoli MARAN DRX tomografu 4.7 T do pakietu do analizy zlokalizowanych widm MR pochodzących z eksperymentów in vivo. 3. Badanie struktury i procesów fizjologicznych tkanek i narządów w stanach normalnych i patologicznych metodami MRI/MRS. Rozpoczęto badania nad wykorzystaniem metod MRI/MRS do badań morfologicznych i czynnościowych serca myszy transgenicznej w celu określenia czynności skurczowych i rozkurczowych serca myszy in vivo przez badanie frakcji wyrzutowej. Badania te mają na celu scharakteryzowanie schorzeń związanych z rozkurczową niewydolnością serca a w szczególności określenie odpowiedzi organizmu na podawanie leków. Do chwili obecnej otrzymano obrazy MR narządów wewnętrznych myszy transgenicznej in vivo, wykonano projekt głowicy do badania serca myszy oraz określono parametry szybkiej sekwencji obrazowania MR opartej na echu gradientowym, wyzwalanej sygnałem EKG. W ramach prac nad pomiarami objętości tkanki tłuszczowej podskórnej i trzewnej przebadano grupę 46 pacjentów po 6-cio miesięcznym programie odchudzającym i dokonano obliczenia objętości obu typów tkanek tłuszczowych. Otrzymane wyniki, w porównaniu z pomiarami wykonanymi w r przed programem rehabilitacyjnym, zaprezentowano na VII Zjeździe Naukowym Polskiego Towarzystwa Diabetologicznego jak również opublikowano. We współpracy z Akademią Wychowania Fizycznego rozpoczęto serię pomiarów objętości poszczególnych mięśni kończyny dolnej człowieka (mięśnie trójgłowy łydki i czterogłowy uda) w celu wyliczenia następujących parametrów poszczególnych mięśni: przekrój całkowity mięśnia biorącego udział w wysiłku, przekrój obszaru aktywnego, sprawność mięśnia. 4. Badanie stanów patologicznych mózgu na modelach zwierzęcych metodami MRI/MRS. 33

6 Wykorzystując sekwencje echa spinowego, echa gradientowego (FLASH) oraz szybkiego echa spinowego (FSE) wykonano obrazy mózgu szczura in vivo w celu określenia optymalnych parametrów sekwencji przewidywanych do obrazowania stanów patologicznych mózgu. 5. Rozwój aparatury i metod magnetycznego rezonansu. W ramach modernizacji konsoli mikroskopu MR z magnesem 8.4 T rozpoczęto prace nad integracją z systemem zakupionych 23-kanałowych cewek korekcyjnych. Zakończono rekonstrukcję magnesu nadprzewodnikowego 4.7 T uszkodzonego w czasie transportu oraz przeprowadzono jego energetyzację. Uruchomiono tomograf doświadczalny 4.7 T z konsolą Maran DRX. Zestaw wzbogacono o zakupione oprzyrządowanie do kontroli czynności życiowych zwierząt doświadczalnych w czasie pomiarów in vivo, oraz do synchronizacji sekwencji pomiarowych z oddychaniem i pracą serca. Wykonano dodatkowe oprzyrządowanie i rozpoczęto pomiary. Wykonano szereg dedykowanych głowic pomiarowych i zintegrowano dedykowane cewki gradientowe z tomografem doświadczalnym 4.7 T. Dopracowano koncepcję ergometru do badań mięśni szkieletowych ręki człowieka, uwzględniając wymagania fizjologiczne. W ramach prac w V Programie EU opracowano projekt magnesu stałego, cewek gradientowych oraz tomografu MR przeznaczonego do obrazowania MR z zastosowaniem spolaryzowanego 3 He. zadanie 5. Zastosowanie metod spektroskopii jądrowej oraz mikroskopu sił atomowych w biofizyce Zakład II 1. Zastosowanie metody PIXE i PIGE z użyciem wiązki jonów akceleratora typu Van de Graaffa do pomiaru zawartości pierwiastków śladowych w próbkach biologicznych, medycznych i geologicznych (w tym ochrona środowiska). Wspólnie z Zakładem Lichenologii Instytutu Botaniki UJ przeprowadzono serię pomiarów składu pierwiastkowego porostów zebranych z różnych stanowisk w Antarktydzie celem określenia stopnia zanieczyszczenia jej środowiska naturalnego, spowodowanego działalnością człowieka. Wspólnie z Zakładem IX we współpracy z Zakładem Chemii Nieorganicznej i Koordynacyjnej Wydziału Chemii UJ i Zakładem Bromatologii CMUJ, opracowano optymalną metodę preparatyki tarcz z materiałów biologicznych dla pomiarów metodą PIXE. Wynik przedstawiono w publikacji. 2. Zastosowanie metody SRIXE do pomiaru składu pierwiastkowego w próbkach biologicznych i medycznych. Kontynuowano (we współpracy z NSLS w BNL, USA oraz z HASYLAB w Hamburgu, oraz klinikami Akademii Medycznej w Krakowie) badanie różnic składu pierwiastkowego tkanek zdrowych i nowotworowych, celem ustalenia roli pierwiastków i wolnych rodników w procesach nowotworowych. Metodą XANES określono stopień utlenienia żelaza w badanych tkankach. Wnioski z badań przedstawiono w 4 publikacjach. 3. Badanie metodami jądrowymi hemolizy wywołanej toksycznymi związkami organicznymi cyny i ołowiu oraz badanie układów biologicznych metodą spektroskopii mössbauerowskiej. 34

7 Zakończono badanie procesu hemolizy czerwonych ciałek krwi spowodowanej zatruciem związkami organicznymi cyny i ołowiu. Badania na poziomie komórki i molekularnym prowadzono metodami mikroskopii sił oraz spektroskopii mössbauerowskiej (dla związków cyny). We współpracy z Uniwersytetem w Lipsku porównano wyniki otrzymane metodą spektroskopii mössbauerowskiej i metodą zaburzonych korelacji kierunkowych promieniowania gamma. Wyniki zawarto w pracy przyjętej do druku. 4. Badanie lokalnych własności mechanicznych (elastyczność, adhezja) układów biologicznych metodą SFM. Metodą skaningowej mikroskopii sił (SFM) zmierzono siły wiązań wodorowych dla pojedynczych wiązań w różnych układach chemicznych. W pomiarach uczestniczyli partnerzy z Collegium Medicum UJ, Instytutu Fizyki Stosowanej w Sumach, Ukraina (dr S. Lebed), Uniwersytetu w Lipsku, Niemcy (doc. dr W. Tröger) i Uniwersytetu w Münster, Niemcy (dr B. Sulkio-Cleff). Prace prowadzono w ramach przygotowań do pomiarów adhezji pomiędzy pojedynczymi parami ligand-receptor w układach biologicznych. Dla wybranych samoorganizujących się polimerów mierzono ich strukturę. Mierzono korelacje pomiędzy ruchliwością chloroplastów, a własnościami elastycznymi protoplastów. Zbadano wpływ chitosanu (używanego w terapii nowotworowej) na aktywność glikolityczną i własności mechaniczne komórek pęcherza normalnych i po transformacji nowotworowej. Badano procesy molekularne zachodzące przy reakcjach fotosystemu II. Wyniki badań opublikowano w 7 pracach. 5. Wpływ metali ciężkich na procesy fizjologiczne badania z wykorzystaniem mikrowiązki jonowej. Przygotowanie mikrowiązki jonowej do pracy z zewnętrzną wiązką i prace z pojedynczymi jonami. Ukończono budowę nowej komory mikrowiązki, pozwalającej na stosowanie w pomiarach równocześnie wielu detektorów ustawionych pod optymalnymi kątami. Z nową komorą rozpoczęto badanie dróg wchłaniania i wydalania TiO 2 z kosmetyków i maści dermatologicznych do organizmu i do poszczególnych komórek w tkankach. Minerał ten, powszechnie stosowany w kosmetykach, podejrzewany jest o wywoływanie stanów zapalnych i reakcji alergicznych. Badania będą kontynuowane. Rozpoczęto prace prowadzące do uruchomienia badań uszkodzeń radiacyjnych komórek wywołanych przejściem pojedynczego protonu przez wybrane miejsce komórki. Badania te będą wykorzystane w terapii radiacyjnej oraz w badaniach procesu apoptozy (programowej śmierci komórki). Dotychczas uzyskane wyniki zostały opublikowane w 4 pracach. Prace prowadzone są w ścisłej współpracy z Instytutem Fizyki Stosowanej w Sumach, Ukraina (dr S. Lebed). zadanie 6. Opracowanie metodyki pomiaru śladowych stężeń związków halogenkopodobnych i gazów trwałych w powietrzu i wodach podziemnych Zakład VI 1. Pomiary stężenia freonów F-11, F-12, F-113, chloroformu, trichloroetanu i sześciofluorku siarki w atmosferze Krakowa. Kontynuowano pomiary wymienionych związków w atmosferze Krakowa oraz opracowano uproszczony model pozwalający na oszacowanie emisji wymienionych związków w rejonie Polski południowej. 35

8 2. Badania nad wykorzystaniem freonu F-11, F-12 i SF 6 jako znaczników antropogenicznych w pomiarach dynamiki i wieku wód podziemnych. Prowadzono prace nad wykorzystaniem freonów F-11 i F-12 oraz SF 6 jako znaczników antropogenicznych w badaniach wieku wód podziemnych. Weryfikację metody przeprowadzono na zbiornikach wód podziemnych GZWP 451 (rejon Wieliczki i Niepołomic) i GZWP 332 (rejon Kędzierzyna), uczestnicząc w programie BASELINE koordynowanym przez AGH. Wstępne pomiary terenowe wykonane równolegle z metodą trytową wykazały potencjalną przydatność wymienionych znaczników w zagadnieniach hydrologicznych. 3. Opracowanie metody pomiaru gazów trwałych w wodach podziemnych w celu określenia temperatury zasilania i nadmiaru powietrza w wodach podziemnych. Opracowano metodę rozdzielania argonu od tlenu, co pozwala na chromatograficzną analizę stężenia argonu w wodach podziemnych. Prowadzono badania nad wykorzystaniem detektora helowego z wyładowaniem impulsowym do analizy zawartości neonu w wodach podziemnych. Badania te ukierunkowane są na określanie temperatury, w jakiej wody infiltrowały na obszarze zasilania. zadanie 7. Badanie stężeń pierwiastków promieniotwórczych w środowisku Zakład IX 1. Metodyka badań skażeń promieniotwórczych środowiska: Chemiczne wydzielanie pierwiastków promieniotwórczych i preparatyka źródeł dla potrzeb monitoringu emiterów alfa i beta w środowisku naturalnym. Rozpoczęto oznaczanie stężeń uranu w próbkach środowiskowych wykorzystując opracowaną we współpracy z Hiszpanią (Uniwersytet Estremadury w Caceres, prof. Antonio Baeza,) metodę radiochemicznego wydzielania U oraz spektrometrię promieniowania alfa. Wspólnie z grupami hiszpańską i ukraińską (współpraca z Ukrainian Radiation Protection Institute Laboratory of Radioecology, Ukrainska AN, dr Michail Buzinny) przygotowano publikację nt. emiterów alfa, w tym uranu, w owocnikach grzybów. Oznaczenia uranu prowadzono też w kilku próbkach moczu mieszkańców terenów byłej Jugosławii objętych działaniami wojennymi w latach Badania te służyły porównaniu analitycznych metod oznaczania uranu stosowanych w kilku laboratoriach europejskich mających wziąć udział w przygotowanym projekcie badawczym do 5 Pr. UE. Organizatorem pomiarów był Instytut Vinca z Belgradu (dr Zora Zunic). Doskonalono radiochemiczną metodę analiz zawartości 90 Sr z wykorzystaniem kolumn ekstrakcyjnych Sr-Spec produkcji Eichrom Ltd. Prace koncentrowały się na znalezieniu optymalnej metody wyznaczania odzysku, usuwaniu zanieczyszczeń końcowego preparatu śladami 210 Pb, możliwością regeneracji Sr-Spec i połączeniem metody z metodą oznaczeń plutonu. Najlepszą metodą kontroli odzysku okazało się stosowanie znacznika 85 Sr wytworzonego za pomocą cyklotronu AIC-144. Metodę tę zastosowano w oznaczeniach 90 Sr prowadzonych we współpracy z Akademią Rolniczą w Krakowie. Kontynuowano prace nad poziomem skażeń Pu w Polsce. Zakończono pilotażowe pomiary plutonu w środowisku górskim Tatr (współpraca z AGH). We współpracy z Zakładem Biofizyki AM w Białymstoku wykonano analizy stężeń Pu w 31 próbkach osadów dennych jezior mazurskich. Wyniki obu projektów są przedmiotem przygotowywanych publikacji. Rozpoczęto badania stężeń izotopów plutonu, 90 Sr i 241 Am w kościach małych ssaków i ptaków. Próbki otrzymano dzięki współpracy z Instytutem Biologii UMCS w Lublinie. 36

9 Nawiązano współpracę z Uniwersytetem Północnej Arizony (dr Michael Ketterer). Przygotowano i wysłano 70 preparatów wydzielonego Pu pochodzących z wcześniejszych programów badawczych do pomiarów stosunków izotopowych Pu z wykorzystaniem spektrometrii masowej ICP-MS. Przeprowadzono eksperyment nad wymywalnością 137 Cs, 90 Sr, 238, Pu, 241 Am, 234,235,238 U, 232,230 Th z próbek ściółek leśnych z Puszczy Augustowskiej. Badano cztery frakcje: kwasu fulwiowego, humusowego oraz pozostałość rozpuszczalną i nierozpuszczalną. Wyniki prezentowano na konferencji ECORAD 2001 we Francji. We współpracy z PTB w Brunszwiku, Niemcy (dr Herbert Wershofen) i Instytutem Higieny i Epidemiologii w Pradze, Czechy (dr Zoltan Hölgye) przygotowano wystąpienie o finansowanie projektu badawczego przez NATO dotyczącego źródeł Pu obserwowanego w powietrzu w Europie. Przeprowadzono test porównawczy stosowanych metod pomiarowych. Wykorzystanie niskotłowej spektrometrii gamma dla prowadzenia prac w zakresie monitoringu środowiska. Zestawiono i uruchomiono spektrometr niskoenergetycznego promieniowania gamma z germanowym detektorem planarnym. Rozpoczęto pomiary 210 Pb w filtrach powietrza ze stacji ASS-500. We współpracy z Zakładem Nauk o Środowisku AGH kontynuowano oznaczania 40 K i 137 Cs w próbkach gleb i roślin z Tatrzańskiego Parku Narodowego. W próbkach tych oznaczano także, metodą spektrofotometrii, śladowe zawartości metali ciężkich. Kontynuowano badania 22 Na i 137 Cs w kilkumiesięcznych średnich próbkach aerozoli pobranych z przygruntowego powietrza (objętości powietrza ok. 1 Mm 3 ). We współpracy z Instytutem Geografii Uniwersytetu Śląskiego prowadzono badania nad wykorzystaniem 137 Cs jako narzędzia datowania osadów rzecznych. Rozszerzenie możliwości badawczych stacji PMS i ASS-500. Kontynuowano prowadzenie ciągłego monitoringu skażeń promieniotwórczych powietrza (cykl 1 tygodniowy) za pomocą stacji ASS-500. Skonstruowano przewoźną wersję stacji ASS-500 dodatkowo wyposażonej w filtry węglowe umożliwiające pobór próbek gazowych form jodu radioaktywnego. 2. Badania koncentracji radonu w powietrzu glebowym, w wodach i w budynkach mieszkalnych oraz badanie jego migracji do budynków mieszkalnych. Zakład VI Przeanalizowano wyniki pomiarów geologicznych podłoża wykonanych przez Zakład Geofizyki AGH metodą sejsmiczną i georadarową i wytypowano obszary o podwyższonym zagrożeniu radonowym. Prowadzono pomiary stężenia radonu w powietrzu glebowym, w wodach i w budynkach mieszkalnych na terenie Woli Justowskiej w Krakowie. Uczestniczono w ogólnopolskich pomiarach interkalibracyjnych stężenia radonu w wodzie (Szczawno-Zdrój), zorganizowanym przez Zakład Geologii i Wód Mineralnych Wydziału Górniczego Politechniki Wrocławskiej. NPP Na terenie doświadczalnym IFJ prowadzono badania sezonowych zmian stężenia radonu w powietrzu glebowym i testowano różnicowe metody pomiarów radonu i toronu metodą detektorów CR-39. Stwierdzono, że udział toronu w powietrzu glebowym na głębokości 1 metra na terenie IFJ wynosi około 20%. Kontynuowano pomiary na wybranych obszarach 37

10 na terenie Krakowa (Park Decjusza, Rezerwat Panieńskie Skały, ul. Modrzewiowa) w glebie (80 pomiarów) i w budynkach mieszkalnych (40 pomiarów ukończonych, 50 w toku). Pomiary stężeń radonu w glebie (80 pomiarów) i w budynkach (25 pomiarów, 30 dalszych w toku) prowadzono na terenie Jeleniej Góry oraz Wilna (5 pomiarów w budynkach). 3. Rozbudowa laboratorium metod pomiaru radonu i innych naturalnych pierwiastków promieniotwórczych: Zakład VI Doskonalenie aparatury i metod pomiaru radonu w powietrzu glebowym. Zaprojektowano, wykonano i przetestowano w warunkach terenowych sondę do poboru próbek powietrza glebowego z głębokich odwiertów (do głębokości 8 m). Wzbogacono zestaw pomiarowy o zakupiony czujnik pomiaru różnicy ciśnień i temperatury oraz przystawkę do pomiarów stężeń krótkożyciowych produktów rozpadu radonu. Zakupiono drugie źródło radonu o większej aktywności, opracowano projekt i wykonano tablicę sterującą do dwóch kalibracyjnych komór radonowych o różnych objętościach. Budowa stanowiska do pomiaru emanacji radonowych. Zakończono projekt stanowiska do pomiaru emanacji radonowych, jego budowa zostanie ukończona w 2002 roku. Opracowano metodę pomiaru in situ (wraz z kalibracją) ekshalacji radonu z gleby przy użyciu pojemników z węglem aktywnym umieszczanych bezpośrednio na glebie pod specjalną osłoną. Przeprowadzono wstępne pomiary testowe w 12 wytypowanych miejscach na terenie IFJ (w kilku z jednoczesnym użyciem aktywnego miernika AlphaGuard). Budowa stanowiska pomiarowego do standaryzacji pomiarów przepuszczalności gruntu, dla powietrza in situ. Opracowano projekt i wykonano stanowisko do standaryzacji przepuszczalności gruntu. Wykonano pomiary przepuszczalności piasku z użyciem miernika AlphaGuard, MultisensorUnit D/T, AlphaPump oraz sondy glebowej wykonanej w IFJ. Do sprawdzenia prędkości przepływu użyto rotametru cyfrowego. Wykonano analizę granulometryczną użytego piasku w celu wyznaczenia wartości parametrów dla określenia przepuszczalności materiału. Udoskonalenie metody pomiaru naturalnych pierwiastków promieniotwórczych. Zwiększono możliwości analizy widm pomiarowych poprzez uruchomienie programu do archiwizacji i analizy widm promieniowania gamma - Gamma Vision-32. Przeprowadzono kalibracje toru spektrometrycznego z użyciem tego programu: energetyczną i wydajnościową dla kilku geometrii pomiarowych stosowanych w laboratorium. 4. Prace nad wprowadzeniem nowoczesnych metod pomiaru aerozoli w środowisku. Nawiązano współpracę z Wojewódzkim Inspektoratem Ochrony Środowiska (WIOŚ) w Krakowie w celu pozyskania próbek aerozoli atmosferycznych z sieci pomiarowej koordynowanej przez WIOŚ w Krakowie i woj. małopolskim. Przeprowadzono testowe pomiary jakościowe i ilościowe zawartości izotopów gamma promieniotwórczych w aerozolach o różnych średnicach aerodynamicznych: PM2.5 (< 2,5 µm) i PM10 (< 10 µm), oraz w sumarycznym zanieczyszczeniu pyłowym zebranym z przyziemnej warstwy powietrza bez frakcjonowania tj. w tzw. total dust, z wykorzystaniem toru niskotłowej spektrometrii promieniowania gamma z detektorem HPGe. 38

11 zadanie 8. Dozymetria termoluminescencyjna w medycynie i ochronie przed promieniowaniem NPP 1. Opracowanie wysokoczułych detektorów LiF:Mg, Cu, Na, Si dla potrzeb ochrony radiologicznej i pomiarów środowiskowych (współraca z KAERI, Korea). Badania koncentrowały się nad optymalizacją składu domieszek oraz warunków aktywacji. Otrzymane wyniki wskazują, że optimum czułości na promieniowanie gamma uzyskano dla koncentracji aktywatorów: Mg 0.2%, Si 0.9%, Cu 0.8%. Stwierdzono również, że nowy materiał TL jest odporny na wygrzewanie w temperaturach wyższych niż 240 ºC, co umożliwia wygaszanie tzw. sygnału wysokotemperaturowego po dużych dawkach promieniowania. 2. Opracowanie spiekanych detektorów termoluminescencyjnych z fluorku wapnia (CaF 2 :Tm) i fluorku litu (LiF:Mg,Ti) do pomiarów dawek w radioterapii nowotworów. Prowadzono badania nad zoptymalizowaniem warunków otrzymywania detektorów na bazie CaF 2 aktywowanego Tm pod kątem uzyskania najlepszych własności termoluminescencyjnych. Uzyskane detektory CaF 2 :Tm charakteryzują się czułością niewiele niższą od standardowego detektora MTS-N i wysoką wydajnością detekcji na promieniowanie α (η = 0.9). Prowadzone są dalsze prace nad poprawą stabilności sygnału oraz uzyskaniem detektorów CaF 2 domieszkowanych Cu i Ho. Przeprowadzono systematyczne badania składu fazowego i tekstury detektorów TL na bazie LiF (MTS i MCP) oraz CaF 2 za pomocą metody dyfrakcji rentgenowskiej. Testowano prototyp powierzchniowego czytnika TL rejestrującego obraz za pomocą kamery CCD, umożliwiający przeprowadzanie przestrzennego pomiaru rozkładu dawki wokół źródeł terapeutycznych. Wykonano wysokoczułe, cienkowarstwowe detektory TL o powierzchni kilku centymetrów kwadratowych do monitorowania rozkładu dawek wokół źródeł promieniotwórczych. Konsultowano zespół Zakładu Fizyki Medycznej Centrum Onkologii w Krakowie w dziedzinie klinicznych zastowań dozymetrii TL. 3. Badania mocy dawki promieniowania kosmicznego na pokładzie samolotów komunikacyjnych. Przeprowadzono kilkumiesięczne pomiary dawek promieniowania kosmicznego na wszystkich (5) znajdujących się we flocie LOT-u długodystansowych samolotach typu Boeing-767 oraz dwóch typu Boeing-737. W badaniach wykorzystano zestawy detektorów termoluminescencyjnych. Wyniki pomiarów porównano z wynikami obliczeń modelowych prowadzonych kodem CARI-6. Dokonano kalibracji detektorów termoluminescencyjnych we wzorcowym polu wysokoenergetycznego promieniowania w CERN. W ramach współpracy z Instytutem Lotnictwa i Kosmonautyki w Kolonii, Niemcy (dr G. Reitz), eksponowano detektory termoluminescencyjne na międzynarodowej stacji kosmicznej ISS w ramach projektu ISS Dose Mapping. 4. Opracowanie metod dozymetrii wiązki neutronów dla neutronowej wychwytowej terapii borowej. Dla potrzeb dozymetrii w mieszanych polach neutronowo-fotonowych opracowano i wykonano detektory TLD z LiF:Mg, Cu, P oraz LiF:Mg, Ti o różnej zawartości izotopu litu ( 6 Li, 7 Li). Detektory te zostały naświetlone neutronami termicznymi na polietylenowym walcu (średnica 5 cm) ze źródła Pu-Be. Otrzymane wyniki posłużą do konstrukcji dozymetru zawierającego absorbent z 6 Li lub 10 B oraz aktywny LiF. Dozymetr taki umożliwi pomiar dawek od neutronów i fotonów a także separację dawek od neutronów termicznych, 39

12 epitermicznych i promieniowania gamma. 5. Badanie termoluminescencji diamentów otrzymywanych metodami CVD i IBAD. Kontynuowano badania własności termoluminescencyjnych diamentów uzyskanych metodą chemicznego osadzania par (CVD) w ośrodku w Diepenbeek, Belgia przy zastosowaniu różnych warunków depozycji. Stwierdzono, że detektory diamentowe mają porównywalną czułość do detektorów MTS, wykazują liniowość wskazań względem dawki w zakresie dawek stosowanych w radioterapii i ze względu na swoją tkankopodobność są detektorami konkurencyjnymi w stosunku do standardowo stosowanych detektorów MTS. Skonstruowano specjalny uchwyt oraz stanowisko próżniowe do testowania diamentów jako aktywnych detektorów promieniowania jonizującego działających w modzie komory jonizacyjnej z zastosowaniem elektrometru UNIDOS. Kontynuowano próby uzyskania termoluminescencji cienkiej warstwy diamentowej uzyskanej w IFJ metodą IBAD. zadanie 9. Ochrona radiologiczna NPP 1. Kontynuacja prowadzenia rutynowej ochrony radiologicznej pracowników IFJ. Kontynuowano prowadzenie rutynowej ochrony przed promieniowaniem pracowników IFJ w 18 pracowniach izotopowych IFJ. Prowadzono pomiary dawek indywidualnych dla 174 pracowników IFJ oraz pomiary dawek w 46 miejscach w środowisku pracy w cyklu kwartalnym. Przeszkolono z zakresu ochrony radiologicznej 20 osób rozpoczynających pracę w warunkach narażenia na promieniowanie jonizujące. Przygotowano i przeprowadzono szkolenie 16 osób, związane z przedłużeniem uprawnień operatorów akceleratorów i kierowników w jednostkach, w których znajdują się akceleratory. Inspektorzy ochrony radiologicznej uczestniczyli w 20 pomiarach w cyklotronie asystując m.in. przy zdejmowaniu naświetlonych tarcz. Wykonano 1200 nowych kart dozymetrycznych, w których zastosowano 3600 wysokoczułych detektorów TL typu MCP pod kątem planowanej w przyszłym roku modernizacji systemu odczytów dawek indywidualnych i środowiskowych w IFJ. Prowadzono naświetlania kalibracyjne dawkomierzy indywidualnych, pierścionkowych i środowiskowych (60 kalibracji). Zakład VI 2. Prace teoretyczne i obliczeniowe dawek dla akceleratorów wysokich energii (TESLA- DESY) oraz depozycji energii i efektów cieplnych wokół beam dump dla akceleratora TESLA. Prace dotyczyły projektu końcowego absorbera wiązki pierwotnej (water beam dump). W pierwszym etapie obliczeń przeprowadzono optymalizację wymiarów geometrycznych absorbera minimalizujących wypływ promieniowania przy zachowaniu bezpieczeństwa i realiów technicznych. Etap drugi dotyczył obliczenia depozycji energii w osłonach absorbera oraz transportu wytworzonego pola promieniowania. Przeprowadzono jakościową i ilościową analizę zamiany, wiodącej początkowo, składowej elektro-magnetycznej tego pola na wiązkę hadronową - opuszczającą zewnętrzne warstwy osłon beam dump u. Praca prowadzona we współpracy z DESY, Hamburg (dr Norbert Tesch, dr Albrecht Leuschner). 40