Accelerators around us Akceleratory wokół nas

Transkrypt

1 Accelerators around us Akceleratory wokół nas Sławomir Wronka, r

2 Akceleratory zastosowania Badania naukowe, CERN Medycyna Przemysł Bezpieczeństwo

3 Medycyna Diagnostyka Produkcja izotopów PET /wykład o detektorach/ Terapia Radioterapia standardowa Radioterapia hadronowa Wykorzystanie neutronów

4 Radioterapia: X, e -

5 Czym naświetlać pacjenta?

6 Wiązki fotonowe

7 Najnowsze techniki MLC kolimator IMRT Intensity Modulated Radiation Therapy IGRT Image Guided Radiation Therapy

8 Dose The ideal depth-dose distribution? ~200 MeV Photons Protons come closest to the ideal Protons ideal Depth

9 X-rays vs protons X rays Protons or Carbon ions

10 Comparison of Treatment Plans Glandula parotid cancer Photons 2 fields Photons 5 fields Protons 3 fields Universitätsklinik für Strahlentherapie und Strahlenbiologie, AKH, Wien

11

12 Terapia oka

13 Laser Ligth field Monitor chambers Modulator & Range shifter Terapia oka Scattering system

14 Terapia jonami węgla GSI pilot project 200 patients treated with carbon ions PET on-beam

15 Terapia neutronami Berkeley, 1938 Rozkład dawki podobny do fotonów Produkcja w cyklotronie (p + Be) Silne oddziaływanie biologiczne stosowane do opornych guzów Około 9 ośrodków na świecie

16 BNCT = boron neutron capture therapy

17 Bramki obrotowe

18 Udział CERN Dwa projekty: PIMMS - Proton Ion Medical Machine Study; LIBO (LInear BOoster) akcelerator liniowy podnoszący energię protonów z cyklotronu do ~200 MeV, do leczenia głęboko położonych nowotworów. Enlight network

19 Zapraszamy na film

20 Promieniowanie synchrotronowe Medycyna, biologia, chemia, fizyka, ochrona środowiska

21 Co oznacza jasne?

22 Promieniowanie synchrotronowe

23 Promieniowanie synchrotronowe

24 Współczesne synchrotronowe źródła światła akceleratory optymalizowane pod kątem produkcji promieniowania synchrotronowego ESRF- France APS - USA

25 Przykładowe zastosowania before estrogen loss after estrogen loss Badania nad osteoporozą Angiografia

26

27 Mammografia przyszłości? Monochromatyczne promieniowanie X pozwala poprawić zdolność rozdzielczą z mm do mm. To oznacza, że możemy wykryć guz 2 lata wcześniej

28 Jasność rośnie szybciej niż prędkości procesorów! A million more X-rays One billion X-ray Brightness Computing speed Computing speed One million X-ray Brightness Computing speed

29 Przemysł Sterylizacja (medyczny sprzęt jednorazowy, woda, żywność, pasza) Obróbki radiacyjne Ochrona środowiska Radiografia

30 Sterylizacja Sterylizacja radiacyjna sprzętu i materiałów medycznych jest prowadzona w celu zabicia drobnoustrojów i ich form przetrwalnikowych. Proces wykorzystuje silne właściwości bakteriobójcze promieniowania jonizującego, polegające głównie na nieodwracalnym uszkadzaniu błon komórkowych oraz zakłócaniu procesu replikacji.

31 Sterylizacja Glówne zalety sterylizacji radiacyjnej to: 1. Prostota procedury i realizacja wyjaławiania w temperaturze pokojowej, 2. Szybkość operacji wyjaławiania i możliwość sterylizacji dowolnej partii wyrobów w systemie ciągłym, 3. Stosowanie całkowicie szczelnych opakowań jednostkowych i zbiorczych, 4. Nieobecność zanieczyszczeń po sterylizacji.

32 Sterylizacja Sterylizacja radiacyjna nie wywołuje radioaktywności w napromieniowanym produkcie, jest wiec pod tym względem całkowicie bezpieczna. Czynnikiem sterylizującym mogą być przyspieszone elektrony lub promieniowanie gamma. Oba źródła energii charakteryzują się wysoka efektywnością wyjaławiania. IChTJ jest jedynym w Polsce ośrodkiem wykonującym sterylizacje radiacyjna wysokoenergetycznymi elektronami. Wykorzystywane sa do tego celu dwa akceleratory elektronów - LAE 13/9 i Elektronika 10/10.

33 Obróbki radiacyjne Sieciowanie polimerów, głównie polietylenu w postaci rur i taśm termokurczliwych

34 Obróbki radiacyjne Modyfikacja struktur półprzewodnikowych Zwiększanie odporności ogniowej

35 Obróbki radiacyjne Konserwacja obiektów sztuki, renowacja obrazów, starodruków i zabytków kultury Implantacja jonów zmiana własności materiałów np. ostrza tnące, noże, ochrona przed korozją Kolorowanie topazów

36 Napromienianie żywności Radiacyjna metoda konserwacji żywności Wiązka e - max. 10MeV, fotony max. 5MeV.

37 Napromienianie żywności Zapobieganie psuciu się żywności poprzez eliminacje bakterii, pleśni, grzybów i pasożytów powodujących jej rozkład Eliminacja drobnoustrojów chorobotwórczych do poziomu zapewniającego bezpieczeństwo konsumpcji Przedłużenie okresu składowania świeżych owoców i warzyw poprzez hamowanie naturalnych procesów biologicznych - dojrzewania, kiełkowania, starzenia się produktów Niezastąpione w przypadku np. przypraw, suszonych warzyw - eliminowanie konieczności stosowania chemicznych środków konserwujących

38 Napromienianie żywności Prowadzone od wielu lat badania naukowe udowodniły, ze poddana obróbce radiacyjnej żywność zachowuje wartość odżywcza oraz jest bezpieczna pod względem toksykologicznym i bakteriobójczym.

39 Ale są też wady: Poddawanie napromieniowaniu żywności zanieczyszczonej mikrobiologicznie i wprowadzanie jej do obrotu jako czystej i świeżej. Promieniowanie jonizujące, zabija drobnoustroje, ale pozostawia ich toksyczne produkty przemiany materii. Poddawanie działaniu promieniowania jonizującego świeżych owoców i warzyw może być mylące dla konsumenta przy ocenianiu ich świeżości i stopnia dojrzałości. Wydłużanie trwałości i czasu przechowywania leży wyłącznie w interesie przedsiębiorcy, a nie konsumenta.

40 Ochrona środowiska Usuwanie SO 2 i NO x z gazów odlotowych przy użyciu wiązki elektronów Technologia opiera się na wzbudzeniu cząsteczek gazu za pomocą wiązki elektronów. SO 2 i NO x są utleniane i reagują z para wodna tworząc kwasy, które neutralizuje się amoniakiem. Otrzymany stały produkt jest handlowym nawozem sztucznym stosowanym w ogromnych ilościach.

41 Ochrona środowiska W ciepłowni Kawęczyn zbudowana została duża stacja pilotowa. Wydajność usuwania zanieczyszczeń wynosi 98% dla SO 2 i 70-90% dla NO x, w zależności od warunków procesu. Następny krok elektrociepłownia Pomorzany

42

43 Ochrona środowiska Higienizacja osadów ściekowych przy użyciu wiązki elektronów Metoda higienizacji dotyczy osadów ściekowych zakażonych drobnoustrojami chorobotwórczymi oraz pasożytami. Tak uzdatnione osady, jeśli nie zawierają nadmiernych ilości metali ciężkich, stanowią doskonały, sanitarnie bezpieczny, nawóz organiczny.

44 Zastosowania przemysłowe = Dynamitron specjalne akceleratory Rhodotron

45 Radiografia /radioskopia/

46 X vs neutrony

47 Radiografia X akceleratory e - do ~15 MeV

48 Radiografia neutronowa

49 Technika radiografii X

50 Technika radiografii X

51 Podsumowanie Akceleratory przeżywają ciągły dynamiczny rozwój Transfer technologii z fizyki wysokich energii! Nowe produkty dla medycyny i przemysłu

52 Akceleratory przyszłości International Linear Collider (ILC) Akcelerator liniowy e + /e - Długość > 30 km Energia > 500 GeV

53 Nowe techniki przyspieszana Poszukiwanie dużych gradientów pola przyspieszającego Np: Laser wakefield acceleration Laser Gas L OASIS LBL > 150 GeV/m na odcinku kilku mm Plasma channel Gas jet nozzle e - bunch

54 Dziękuję za uwagę