Temat 5. PRACE APARATUROWE I METODYCZNE

Transkrypt

1 Temat 5. PRACE APARATUROWE I METODYCZNE Główne prace w tej dziedzinie prowadzone były w DAI, DC, w zakładach: NZ21, NZ22, NZ58, oraz w pracowni POW. DAI zadanie 1. Budowa detektorów i infrastruktury badawczej dla eksperymentów fizyki i nauk pokrewnych 1. Udział w pracach inżynieryjno-technicznych przy montażu stellaratora W-7X w Greifswald, Niemcy (kontynuacja). Kompletne zainstalowanie systemu zasilania cewek nadprzewodzących na pierwszym module stellaratora W7-X. Kilkunastoosobowy zespół inżynieryjno-techniczny z IFJ PAN pod kierunkiem pracowników DAI wykonał w ciągu roku całkowicie prototypowe zadanie jakim było przygotowanie elementów i zainstalowanie systemu zasilania nadprzewodzących cewek na pierwszym z pięciu modułów. IFJ PAN zaproponował wiele zmian dotyczących wykonywanych prac oraz stosowanego oprzyrządowania. Zmiany zostały zaakceptowane i będą stosowane również w trakcie instalowania systemu na pozostałych modułach. Część z nich została wprowadzona do instrukcji wykonawczych. Wyniki praz opublikowano w trzech raportach: programu EURATOM oraz IPP Greifswald. W DAI wykonano 3 prototypy polichromatorów do diagnostyki plazmy. Po serii testów i sfinalizowaniu konstrukcji zostanie wykonanych 27 sztuk tych urządzeń (do lipca 2011). 2. Udział w pracach inżynieryjno-technicznych przy uruchomieniu eksperymentu ATLAS oraz w jego przyszłych modyfikacjach, CERN, Szwajcaria (kontynuacja + nowe zadania). Pracownicy IFJ PAN pod kierunkiem inżyniera z DAI wykonali istotne modyfikacje systemu chłodzenia z odparowaniem dla detektora wewnętrznego. Przerobiony został układ dystrybucji czynnika chłodzącego (zawory, rury), zamontowano sprężarki nowego typu. Po modyfikacjach układ został sprawdzony na szczelność. Od ponownego uruchomienia LHC detektor wewnętrzny funkcjonuje i dostarcza danych do analizy. Po uruchomieniu eksperymentu rozpoczęto prace badawczo-rozwojowe nad system chłodzenia z użyciem innych czynników chłodniczych. Inżynierowie z DAI projektują stanowisko badawcze do chłodzenia dwutlenkiem węgla. Celem jest wykonanie w 2010 r. standardowego stanowiska, które mogłoby być powielane dla wszystkich zainteresowanych grup. 3. Udział w pracach inspekcyjnych i elektrycznych w trakcie modyfikacji akceleratora LHC, CERN, Szwajcaria (nowe zadanie). Kilkunastu inżynierów i techników IFJ PAN podzielonych na dwa zespoły (ELQA i ICIT) kierowane przez pracowników DAI brało udział w naprawie LHC po awarii w 2008 r. Zespół ELQA opracował metodę pomiaru bardzo małych oporności, poniżej 1 nω (10-9 Ω), a także wykonał programowalny zestaw pomiarowy umożliwiający przeprowadzenie pomiarów i analizę wyników. Zmierzono oporności połączeń miedzy magnesami nadprzewodzącymi w stanie zimnym po awarii LHC w 2008 r. Wyniki pomiarów wykonanych przez zespół IFJ PAN opisano w raporcie CERN. Zostały one wykorzystane do weryfikacji pomiarów wykonywanych przez inne zespoły opracowujące nowy system zabezpieczeń akceleratora LHC (NQPS- New Quench Protection System). 54

2 Kompleksowa analiza wyników wszystkich pomiarów umożliwiła zidentyfikowanie połączeń, które powinny zostać naprawione po ogrzaniu LHC. Zespół ICIT przeprowadził inspekcję uszkodzonych magnesów oraz ich połączeń zarówno przed jak i po naprawie. Inspekcja obejmowała sprawdzenie i czyszczenie rur wiązek przy użyciu endoskopii i reflektometrii a także wizualne sprawdzenie jakości wszystkich elementów oraz przywrócenie ich do wymaganego stanu. Na podstawie wykonanych inspekcji podejmowane były decyzje, które magnesy powinny być wyciągnięte na powierzchnię oraz w jaki sposób czyszczone. LHC został ponownie uruchomiony w listopadzie 2009 r. Wyniki prac wykonanych przez zespoły IFJ PAN opublikowano w raportach CERN. 4. Udział w pracach inżynieryjno-technicznych (instalacja detektorów SMRD) dla eksperymentu T2K w Japonii (kontynuacja). W 2009 r. dwóch inżynierów DAI brało udział w składaniu liczników SMRD w moduły i ich instalacji w magnesie w J-PARC Japonia. Rok wcześniej opracowano w DAI sposób montażu i mocowania modułów. Wszystkie konieczne do tego elementy dostarczono do J-PARC w styczniu 2009 r. W trakcie pobytu w Japonii inżynierowie DAI dodatkowo opracowali sposób układania kabli sygnałowych w trakcie instalacji. Od lutego do sierpnia 2009 wszystkie moduły zostały złożone i zainstalowane w magnesie. Pierwszy artykuł dotyczący technicznych aspektów detektora SMRD ukazał się w 2009 r. 5. Udział w pracach inżynieryjno-technicznych przy budowie lasera X-FEL w Hamburgu (nowe zadanie). W 2009 r. inżynierowie DAI rozpoczęli prace przy projektowaniu lasera na swobodnych elektronach X-FEL. Wykonywane prace można zgrupować w trzech obszarach: oprogramowanie maszyn do pomiaru kształtu i odkształceń elementów modułów kriogenicznych, modyfikacja elektroniki i oprogramowania stanowisk do testowania magnesów, przygotowanie procedur testowania modułów kriogenicznych. 6. Udział w pracach inżynieryjno-technicznych dla teleskopów Czerenkova w ramach Polskiej sieci projektu Cherenkov Teleskope Array (kontynuacja). W 2009 r. kontynuowano prace zarówno w zakresie projektowania struktur teleskopów jak również opracowania technologii wykonania zwierciadeł z materiałów kompozytowych. Wykonano analizę odkształceniowo naprężeniową struktury zaprojektowanej w IPP Heidelberg; w ramach tej analizy zaproponowano nową metodę określania obciążeń pochodzących od wiatru. Zaproponowano nową strukturę teleskopu o średnicy czaszy 6 m bazując na dotychczasowych doświadczeniach innych grup. Wykonano i przebadano kilka próbek zwierciadeł (o średnicy 200 mm), które są kolejnymi etapami w poszukiwaniu odpowiedniej technologii wykonania prototypu zwierciadła dla CTA. Rezultaty prac opublikowano w materiałach konferencyjnych ICRC i w Raportach IFJ PAN. Przedstawiono je również na kilku zebraniach grup CTA projektujących struktury teleskopów i zwierciadła. 7. Udział w pracach projektowych i inżynieryjno-technicznych dla detektora LumiCal w ramach kolaboracji FCAL (kontynuacja). Opracowanie koncepcyjne kolejnej wersji detektora LumiCal wraz z zamocowaniem. 55

3 8. Udział w pracach inżynieryjno-technicznych dla terapii hadronowej (kontynuacja). Modyfikacja elementów stanowiska dla terapii hadronowej. 9. Udział w pracach inżynieryjno-technicznych dla innych projektów prowadzonych w IFJ PAN. Zaprojektowanie i wykonanie komory urządzenia do pomiaru neutronów opóźnionych. Kompozyty węglowe o specjalnych własnościach Dobieranie technologii, badanie wybranych własności (w szczególności przewodności cieplnej) oraz wykonywanie elementów z kompozytów węgiel-węgiel pod kątem zastosowań w fizyce wysokich energii i innych dziedzinach np. medycynie. W roku 2009 kontynuowane były badania nad węglowymi materiałami kompozytowymi przygotowywanymi w naszym instytucie na potrzeby grantu badawczego prowadzonego przez Katedrę Biomateriałów Wydz. Inżynierii Materiałowej i Ceramiki AGH. Prace te zmierzają do uzyskania syntetycznego materiału mogącego służyć do uzupełniania ubytków tkanki kostnej. Sekcja Mat. Kompozytowych DAI przygotowywała do badań biologicznych próbki z materiału kompozytowego złożonego z wysoko modułowych (HM) włókien węglowych w osnowie węglowej uzyskanej w procesie pirolizy paków polskiej produkcji. Wykonywane były dwie grupy próbek; z czystego kompozytu C/C (węgiel-węgiel), oraz z C/C z 2%, 5% i 10% dodatkiem hydroksyapatytu (minerał zbudowany z hydroksyfosforanu wapnia). Próbki te następnie były preparowane i badane biologicznie w Katedrze Biomateriałów AGH. Wykonane były badania krwio-toksyczności (tytotoksyczności) w/g normy ISO, test MTT oznaczenia CV (przeżywalności komórek), oraz oznaczenia białka i tlenków azotu. Kompozyty z dodatkiem hydroksyapatytu wykazały lepsze zdolności rozmnażania komórek w stosunku do C/C bez tego dodatku. Ponadto próbki z dodatkiem hydroksyapatytu nie wykazały biotoksyczności, natomiast wykazały zdecydowanie większą biozgodność z tkanką ludzką w stosunku do czystego kompozytu węgiel-węgiel. W 2009 roku opublikowano z tej tematyki 2 artykuły w czasopismach wyróżnionych w JCR i 5 artykułów w innych czasopismach i materiałach konferencyjnych. DC zadanie 2. Modernizacja i eksploatacja cyklotronu AIC-144 dla potrzeb terapii hadronowej 1. Poprawa struktury pola magnetycznego i systemu wysokiej częstotliwości dla podwyższenia energii maksymalnej protonów Budowa systemu kontroli położenia elementów magnetycznych cyklotronu AIC-144. Wymiana na nowe i uruchomienie lamp mocy w.cz. (120 kw) w generatorze cyklotronu (współpraca z ZIBJ, Dubna). 2. Rozwój systemu diagnostyki i monitoringu wiązek terapeutycznych Prace nad modernizacją systemu tarcz TV obrazujących kształt wiązki protonów. Budowa i uruchomienie komputerowego systemu rejestracji prądu wiązki protonów. 3. Optymalizacja transportu i stabilności wiązek na stanowisku terapeutycznym Praca z wiązką protonów na stanowisku terapeutycznym związana z prowadzeniem testów aparatury pomiarowej i kontrolnej. Czas pracy 720 godzin. 56

4 zadanie 3. Opracowanie stanowiska terapeutycznego dla radioterapii protonowej oka Zakład NZ58 Prowadzono testy stanowiska do terapii protonowej nowotworów oka. 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 0,2%. Wykonano pomiary porównawcze pomiędzy zestawami dozymetrycznymi używanymi w IFJ PAN oraz w na stanowisku w HZB w Berlinie. Zmodyfikowano układ kolimatorów w jonowodzie na odcinku pomiędzy folią rozpraszającą, a końcówką jonowodu w pomieszczeniu terapii. Prace doprowadziły do zmniejszenia wartości przestrzennego równoważnika dawki od neutronów w kabinie terapeutycznej. Prowadzono prace nad optymalizacją ustawienia elementów na ławie optycznej. Wydłużono jonowód o około 80 cm i wprowadzono w tor pomiarowy drugą komorę jonizacyjną płaskorównoległą, co pozwoliło zachować niezmieniony zasięg wiązki w wodzie. Rozpoczęto prace nad budową dodatkowych osłon przed promieniowaniem rozproszonym. Opracowano metodykę produkcji indywidualnych kolimatorów dla pacjentów. Opracowano metodykę projektowania i produkcji śmigiełek modulatora zasięgu. Opracowano i przetestowano procedury wykonywania indywidualnych zestawów unieruchamiających (maska, gryzak). Wykonywano testy systemu do planowania z wykorzystaniem oprogramowania EOPP v.2.0. Prowadzono regularne pomiary parametrów wiązki protonowej na stanowisku terapeutycznym. Wiązkę testowano pod kątem odpowiedniej dla radioterapii protonowej intensywności oraz stabilności. Uzyskano wiązkę o intensywności 0,4Gy/s przy pełnej modulacji, co jest wartością odpowiednią do prowadzenia napromieniania i zapewnia podanie jednej frakcji 15Gy w czasie terapii. zadanie 4. Kontynuacja prac nad zastosowaniem metody magnetohydrodynamicznego uzdatniania wody oraz metody filtracji w polu magnetycznym Zakład NZ52 Pracownia POW Kontynuowano rozpoczęty w 2008 r. projekt wdrożenia dla Kopalń i Zakładów Chemicznych Siarki Siarkopol w Grzybowie. W 2009 r. opracowano i wdrożono metodę uzdatniania wody technologicznej metodą magnetohydrodynamiczną w celu poprawy zdolności jonowymiennej wymienników jonitowych w układzie uzdatniania. W ramach wdrożenia wykonano główne urządzenie magnetohydrodynamiczne o wydajności ponad 250 m 3 /h oraz 5 wspomagających aparatów magnetycznych o wydajności ok. 60 m 3 / h. Urządzenia zainstalowano na stacji uzdatniania wody technologicznej dla kopalni siarki Osiek, przed wymiennikami jonitowymi. W urządzeniach tych zastosowano nowoczesny układ generowania pola magnetycznego w oparciu o magnesy neodymowe. Wdrożone urządzenia wykonano na podstawie zgłoszenia patentowego P , którego właścicielem jest IFJ. W 2009 r. uzyskano prawa ochronne na ten patent nr ( Sposób uzdatniania medium, zwłaszcza gazu ziemnego i urządzenie do uzdatniania medium, zwłaszcza gazu ziemnego, poprzez oddziaływanie polem 57

5 magnetycznym ) (porównaj rozdział Wdrożenia). Wykonano działające modele w instalacji laboratoryjnej i wykonano pomiary magnetyczne i hydrauliczne urządzeń magnetohydrodynamicznych do wspomagania odżelaziania wód technologicznych poprzez katalityczne utlenianie żelaza w polu magnetycznym. Dalsze badania laboratoryjne i w skali technicznej oraz zgłoszenie patentowe (w ramach programu Patent +) na w/w wynalazek przewidziane jest na rok Złożono wniosek o finansowanie projektu rozwojowego Poprawa jakości wody pitnej poprzez uzdatnienie polem magnetycznym w celu obniżenia szybkości procesów korozji. Projekt ma na celu ograniczenie zjawiska wtórnego zanieczyszczania sieci wodociągowej na skutek korozji mikrobiologicznej (MIC) a wiec poprawę jakości wody pitnej dla Krakowa. 58