Temat 5. PRACE APARATUROWE I METODYCZNE Główne prace w tej dziedzinie prowadzone były w DAI, DC, w zakładach: NZ21, NZ22, NZ57, oraz w pracowni POW w Zakładzie 52. BUDOWA INFRASTRUKTURY BADAWCZEJ zadanie 1. Budowa detektorów i infrastruktury badawczej dla eksperymentów fizyki i nauk pokrewnych DAI 1. Udział w pracach inżynieryjno-technicznych przy montażu stellaratora W-7X w Greifswald, Niemcy (kontynuacja) Kilkunastoosobowy zespół inżynieryjno-techniczny z IFJ PAN kierowany przez inżynierów z DAI kontynuował prototypowe zadanie jakim było przygotowanie elementów i zainstalowanie systemu zasilania nadprzewodzących cewek na ostatnim module stellaratora. W 2011 r. rozpoczęto wykonywanie połączeń nadprzewodzących przewodów pomiędzy modułami. Udział IFJ PAN w tych pracach skończy się w 2013 r. 2. Wykonanie elementów oprzyrządowania do diagnozowania stanu plazmy w stellaratorze W7-X w Greifswald (kontynuacja) Ukończono produkcję serii elementów mechanicznych do 30 polichromatorów. 3. Budowa i funkcjonowanie Europejskiego Ośrodka Badań Laserem Rentgenowskim na Swobodnych Elektronach (XFEL) (kontynuacja) Udział w pracach inżynieryjno-technicznych: Kontynuowano przygotowania do testów nadprzewodzących komponentów akceleratora: wnęk rezonansowych, magnesów i krio-modułów. Przeprowadzono szkolenie kolejnych grup pracowników. W ramach wspomagania grup DESY stworzono aplikację sieciową umożliwiającą zdalny dostęp do danych pomiarowych znajdujących się w maszynie do strojenia wnęk rezonansowych. Kierownictwo XFEL GmbH zaliczyło prace wykonane przez zespół IFJ PAN w 2010 i 2011 r. jako część planowego wkładu rzeczowego Polski w budowę lasera XFEL. 4. Udział w pracach inżynieryjno-technicznych dla teleskopów Czerenkova w ramach Polskiego Konsorcjum Projektu Cherenkov Teleskope Array CTA (kontynuacja) Kontynuowano prace nad projektem struktury małego teleskopu. W wyniku zmiany specyfikacji technicznej przez Europejskie Konsorcjum CTA zaprojektowano nową strukturę o średnicy czaszy 7.5 m. W 2011 r. zapadła decyzja konsorcjum, że prototypowa struktura o średnicy czaszy 7.5 m zostanie wykonana w Polsce i uruchomiona w IFJ PAN. Przeprowadzono intensywne prace badawczo-rozwojowe dla opracowania technologii zwierciadeł o otwartej strukturze sandwiczowej dedykowanych do struktury małego teleskopu. Do połowy 2012 r. wykonane zostaną pierwsze prototypy, które będą testowane w ośrodkach należących do Europejskiego Konsorcjum CTA. 5. Udział w pracach inżynieryjno-technicznych w trakcie eksploatacji eksperymentu ATLAS oraz w jego przyszłych modyfikacjach, CERN, Szwajcaria (kontynuacja) Kontynuowano prace badawczo-rozwojowe nad systemem chłodzenia z użyciem innych czynników chłodniczych, w tym nad stanowiskiem do chłodzenia dwutlenkiem węgla. 60
6. Udział w pracach inspekcyjnych i elektrycznych w trakcie modyfikacji akceleratora LHC, CERN, Szwajcaria (kontynuacja) Rozpoczęto modernizację sprzętu pomiarowego i jego oprogramowania w ramach przygotowania do udziału zespołów inżynieryjno technicznych IFJ PAN w pracach grupy elektrycznej (ELQA) i inspekcyjnej (QAS) w trakcie wyłączenia LHC w latach 2013 2014. (nowe zadanie) 7. Udział w pracach projektowych i inżynieryjno-technicznych dla detektora LumiCal w ramach kolaboracji FCAL (kontynuacja) Kontynuowano prace koncepcyjne i warsztatowe nad prototypem detektora LumiCal. 8. Centrum Cyklotronowe Bronowice Udział w pracach inżynieryjno-technicznych dla terapii hadronowej (kontynuacja) Kontynuowano prace modyfikacyjne elementów stanowiska do terapii hadronowej. Wykonano fantomy gałek ocznych, a także indywidualne kolimatory i modulatory piku Bragga dla pacjentów. 9. Udział w pracach inżynieryjno-technicznych przy modyfikacji krzemowego detektora wierzchołka w eksperymencie Belle II (nowe zadanie) Zbudowano wstępny model 3-D makiety krzemowego detektora wierzchołka, który ma być uzgodniony ze współpracą. 10. Zaprojektowanie detektora paluszkowego dla GSI, Darmstadt oraz wykonanie elementów mechanicznych detektora (nowe zadanie) Wykonano projekt detektora, który w wyniku zmian wprowadzonych przez GSI będzie zmodyfikowany. Wyniki prac dały przyczynki do opublikowanych w 2011 r. z udziałem pracowników DAI 59 publikacji w czasopismach wyróżnionych w JCR. zadanie 2. Modernizacja i eksploatacja cyklotronu AIC-144 dla potrzeb terapii hadronowej DC 1. Poprawa struktury pola magnetycznego i systemu wysokiej częstotliwości dla utrzymania wartości maksymalnej energii oraz natężenia i stabilności (współpraca z ZIBJ, Dubna). 2. Rozwój systemu diagnostyki i monitoringu wiązki terapeutycznej (współpraca z ZIBJ, Dubna). 3. Optymalizacja transportu i stabilności wiązek na stanowisku terapeutycznym. 4. Wymiana zasilaczy cewek koncentrycznych w systemie magnetycznym cyklotronu AIC-144. 5. Modernizacja systemu chłodzenia cyklotronu (obieg pierwotny). 6. Przygotowanie i zapewnienie sprawnej pracy cyklotronu podczas przeprowadzonych w 2011 r. czterech serii radioterapii protonowej pacjentów chorych na nowotwór gałki ocznej. W sumie naświetlono 11 osób. zadanie 3. Badania i rozwój akceleratorów i technik towarzyszących (7. PR UE TIARA) NZ14, NZ21, NZ22 1. Organizacja i zarządzanie wielkimi instalacjami akceleratorowymi oraz rozproszoną europejską infrastrukturą dla testów nowych technik akceleratorowych. 61
Przygotowanie procedur i prawnych reguł korzystania z przyszłej rozproszonej europejskiej infrastruktury badawczej jest zadaniem pakietu WP2 projektu TIARA. Przyszła infrastruktura może składać się z instalacji należących do instytucji o bardzo różnych uwarunkowaniach statutowych. Wymaga to skrupulatnego ustalenia reguł, akceptowalnych przez wszystkich użytkowników, a równocześnie zapewniających sprawność organizacji. Obecnie przeprowadza się ewaluację dwóch potencjalnych form organizacyjnych przyszłej TIARA. Ostateczny wybór planowany jest w trzecim kwartale 2012. 2. Dokumentacja istniejących instalacji dla badań i rozwoju technik akceleratorowych dla włączenia ich we wspólną europejską infrastrukturę badawczą oraz projektowanie rozwoju takiej infrastruktury. Zanim opracuje się plany rozwoju wspólnej, europejskiej, rozproszonej infrastruktury dla badań i rozwoju fizyki i technik akceleracji należy zinwentaryzować istniejące zasoby, które mogłyby stanowić zalążek przyszłej bazy. Pakiet WP3 projektu TIARA zebrał i opracował bazę danych na podstawie ankiet rozprowadzonych w szeregu krajów europejskich. Obecnie prowadzi się szczegółową weryfikację danych i opracowuje raport, który stanowi jeden z planowanych rezultatów tej fazy przygotowawczej programu TIARA. 3. Prace nad spójnym, obszernym programem badań i rozwoju technik akceleratorowych w Europie Przegląd programów dotyczących badań i rozwoju fizyki i technik akceleracji prowadzonych obecnie jest przedmiotem analizowanym w ramach pakietu WP4 w projekcie TIARA. Przegląd ten został dokonany, obecnie trwa opracowywanie odpowiedniej bazy danych. Jest to wstęp, dla opracowania wspólnego programu badań w ramach przyszłej europejskiej rozproszonej infrastruktury badawczej dla rozwoju akceleratorów. Poza samym programem opracowuje się również procedury kreowania programów badawczych oraz zasad uczestnictwa. 4. Opracowanie zasad organizacji i rozwoju edukacji i popularyzacji w zakresie fizyki i techniki akceleracji. Te zagadnienia stanowią przedmiot prac wchodzących do zadań pakietu WP5 w projekcie TIARA. Opracowano ankietę, którą następnie rozesłano do uniwersytetów i instytutów naukowych w kilkunastu krajach członkowskich CERN zbierającą dane o kształceniu w ramach fizyki i technik akceleracji cząstek. Następnie dane te zostały opracowane statystycznie i zaprezentowane w formie raportu, a także w formie bazy danych wraz z interfejsem graficznym ułatwiającym jej wykorzystanie. Raport jest obecnie przedmiotem zatwierdzenia przez Radę Zarządzającą projektu TIARA i będzie stanowił jeden z zapowiadanych wyników projektu. zadanie 4. Kontynuacja prac nad zastosowaniem metody magnetohydrodynamicznego uzdatniania wody oraz metody filtracji w polu magnetycznym Zakład NZ52 Pracownia POW 1. Badania nad wykorzystaniem pola magnetycznego do wspomagania procesów odżelaziania wody. Badania porównawcze szybkości korozji stali w instalacji laboratoryjnej w wodzie uzdatnionej i nieuzdatnionej polem magnetycznym. Wykonano model (w ramach programu patent plus) a następnie w pełni funkcjonalny prototyp filtra aktywatora magnetycznego wg patentu IFJ p.n. Urządzenie do usuwania z wody związków żelaza poprzez oddziaływanie na wodę polem magnetycznym 62
nr P-393467 z dnia 29 grudnia 2010. Prototyp urządzenia przebadano w warunkach laboratoryjnych. Testy przemysłowe prototypu i wdrożenie w Siarkopolu - Kopalni Siarki Osiek, przewidywane są w 2012 roku. zadanie 5. Rozwój metod izotopowych dla celów medycyny nuklearnej i analityki chemicznej z wykorzystaniem cyklotronu AIC-144 (zadanie nowe) Zakład NZ57 1. Opracowanie metod otrzymywania i wydzielania radionuklidow dla tomografii PET i SPECT Prace nad otrzymywaniem 66 Ga Zmontowano nowe stanowisko do preparatyki tarcz cynkowych metodą galwaniczną. Wykonano serię tarcz o różnej grubości warstwy Zn i oceniono ich jakość. Wielowarstwową tarczę (Zn/Cu) aktywowano protonami 60MeV w cyklotronie AIC-144, po czym wydzielono gal metodą ekstrakcyjną. Produkty aktywacji zmierzono metodą spektrometrii gamma. Prace są prowadzone we współpracy z Ośrodkiem PET-TK-MR Medycznego Centrum Diagnostycznego Voxel, w Krakowie. Otrzymywanie i nowe zastosowania 211 At W przeszłości w IFJ PAN opracowano metodykę otrzymywania 211 At w reakcji 209 Bi(alfa, 2n) oraz termicznego wydzielania 211 At z tarczy. W roku 2011 wzięto udział w eksperymentach mających na celu wykorzystanie 211 At do terapii nowotworów. Tarcze Bi były aktywowane w cyklotronie U-200. Wydzielanie 211 At prowadzono w aparaturze zbudowanej Zakładzie NZ57. Otrzymany 211 At był natychmiast wykorzystywany do syntezy nowych związków astato-organicznych. Prace są prowadzone we współpracy ze Środowiskowym Laboratorium Ciężkich Jonów (HIL) Uniwersytetu Warszawskiego, Instytutem Chemii i Techniki Jądrowej (ICHTJ) oraz Warszawskim Uniwersytetem Medycznym (WUM). 2. Pilotażowe prace metodyczne dla protonowej analizy aktywacyjnej próbek biologicznych i środowiskowych Wykonano serię analiz za pomocą protonowej aktywacji, wyniki opublikowano. UTRZYMANIE INFRASTRUKTURY BADAWCZEJ Utrzymanie specjalnych urządzeń badawczych 1. Cyklotron izochroniczny AIC-144 Jest to jedyny akcelerator w Polsce i w Europie Środkowo-Wschodniej, umożliwiający przyspieszanie protonów do energii ok. 60 MeV, umożliwiającej prowadzenie radioterapii protonowej nowotworów oka, prowadzenie prac naukowo badawczych w tym zakresie oraz prac z zakresu radiochemii (produkcja izotopów, analiza aktywacyjna). Na bazie tego urządzenia, we współpracy z ośrodkami medycznymi, w 2010 r. została ukończona budowa stanowiska radioterapii protonowej nowotworów oka. Obecnie cyklotron AIC-144 jest eksploatowany w cyklu dwuzmianowym (średnio po około 14 godzin dziennie), przez 5 dni w tygodniu. 2. Stanowisko do radioterapii protonowej nowotworów oka i badań, przy cyklotronie izochronicznym AIC-144 63
Jest to jedyne w Polsce stanowisko, na którym będzie można prowadzić radioterapię protonową nowotworów oka oraz prowadzić badania, które wymagają wiązki protonowej o energii do 60 MeV. Z początkiem 2011 r. planowane są pierwsze serie naświetlań pacjentów. W Europie działa jedynie sześć stanowisk radioterapii protonowej oka, pięć z nich funkcjonuje przy dużych instytutach naukowych, które udostępniają czas cyklotronu dla potrzeb prowadzenia radioterapii protonowej nowotworów oka. Stanowisko jest jedynym w Polsce urządzeniem pozwalającym prowadzić również prace badawcze dotyczące radioterapii protonowej, a w szczególności prace nad efektami radiobiologicznymi wiązek protonowych oraz dozymetrii protonów dla potrzeb radioterapii. Umożliwia też badania nad nowymi detektorami, które mogą mieć zastosowanie do dozymetrii wiązek protonowych wykorzystywanych w radioterapii. 3. Akcelerator typu Van de Graaffa z układem mikrowiązki jonowej oraz z komorą do naświetlania pojedynczymi jonami. Akcelerator dostarcza napięcie o wartości do 2.5 MV przy prądzie wiązki (na końcowych stanowiskach pomiarowych) w zakresie od ok. 1000 jonów/sek. do kilku na. Ze swoimi systemami badawczymi jest to jedyny układ tego typu w Polsce i jeden z niewielu w Europie środkowo-wschodniej. Urządzenie znajduje zastosowanie w badaniach składu pierwiastkowego (szczególnie pierwiastków śladowych) próbek biomedycznych, geologicznych, środowiskowych i innych (np. obiektów sztuki). Stanowisko do naświetlania pojedynczymi jonami wykorzystywane jest w badaniach odpowiedzi komórkowej na promieniowanie jonizujące. 4. Tomograf magnetycznego rezonansu 4.7 T z wyposażeniem Tomograf doświadczalny magnetycznego rezonansu 4.7T stanowi główne urządzenie Pracowni Tomografii MR, stanowiącej Środowiskowe Laboratorium Badań Biomedycznych. Urządzenie służy do różnego typu eksperymentów MRI/MRS in vivo. 5. Mikrowiązka rentgenowska Jest to urządzenie wytwarzające wielozadaniową mikrowiązkę rentgenowską o średnicy ogniska ok. 2 µm (FWHM). Stanowisko (trakt) do pomiarów metodą mikrotomografii komputerowej umożliwia nieniszczące obrazowanie struktury wewnętrznej obiektów o rozmiarach od setnych części milimetra do kilku centymetrów, ze zdolnością rozdzielczą ok. 2 µm, przy powiększeniu w zakresie 1 1500 razy. Jest jednym z dwóch stanowisk badawczych w Polsce o tak wysokiej zdolności rozdzielczej. 6. Impulsowy generator neutronów 14 MeV Urządzenie jest obecnie jedynym w Polsce impulsowym generatorem neutronów prędkich 14 MeV (ponadto z możliwością pracy w reżimie ciągłym, a także impulsowym w zakresie neutronów termicznych), co pozwala włączyć się polskim grupom badawczym, zajmującym się rozwojem metod detekcji neutronów, do europejskiego projektu, zakrojonego na najbliższe 30 lat, wykorzystania syntezy termojądrowej, jako przyszłościowego źródła energii. 7. Dwuwiązkowy implantator jonów Implantator jonów, jest jednym z trzech tego rodzaju urządzeń w Polsce, natomiast jest jedynym i unikalnym urządzeniem, które posiada możliwość stosowania dwóch wiązek, a także pozwala zarówno implantować jony jak i pokrywać cienkimi powłokami powierzchnię obiektów trójwymiarowych. Rozwój sieci lokalnej LAN oraz współpraca z akademicką siecią MAN 64
1. Rozwój szybkiej transmisji danych oraz utrzymanie systemów operacyjnych w klastrach komputerów i stacjach roboczych w IFJ PAN Kontynuowano przebudowę znacznej części światłowodowej lokalnej sieci LAN oraz zewnętrznego połączenia do sieci MAN. Modernizacja tej części pozwala na transmisje pomiędzy poszczególnymi klastrami obliczeniowymi wewnątrz IFJ na poziomie 20 Gbitów na sekundę, oraz wymianę danych pomiędzy klastrem GRID TIR 3 w Instytucie a klastrem GRID TIR 2 w MAN na poziomie do 4 Gbitów na sekundę z zapewnieniem dynamicznego wyboru drogi transmisji. 2. Zakupy oprogramowania, zapewnienie bezpieczeństwa i integralności sieci komputerowej Zapewnienie bezpieczeństwa w sieci polegało na ciągłym monitorowaniu ruchu sieciowego w lokalnej sieci LAN jak również połączeń z siecią WAN oraz na konsultacjach z lokalnymi administratorami systemów Unix/Linux w zakresie bezpieczeństwa, jak i na monitorowaniu w sieci alertów wirusowych. Zakupiono kilkuset licencji oprogramowania antywirusowego zarządzanego centralnie wraz z subskrypcją na używanie tego oprogramowania przez następne 3 lata. Dokonywano systematycznej modernizacji sytemu operacyjnego oraz oprogramowania antywirusowego skanera poczty elektronicznej. Poddano również ciągłej aktualizacji dodatkowe programy filtrujące dla systemu poczty ograniczające do zadawalającego poziomu otrzymywanie wiadomości niepożądanych typu SPAM. Systematycznemu monitorowaniu poddano poprawność wykorzystywania serwisu DHCP wewnątrz Instytutu umożliwiającego obsługę prawie 800 klientów. Kontynuowano wdrażanie systemu monitorowania i zarządzania urządzeniami sieciowymi i komputerowymi przy użyciu protokołu SNMP. Klaster Cloud Computing Klaster obliczeniowy skonfigurowany został w formie tzw. prywatnej chmury obliczeniowej z wykorzystaniem techniki wirtualizacji i techniki elastycznych obliczeń (Cloud Computing). Składa się z jednostek obliczeniowych typu Blade o łącznej liczbie 1000 rdzeni (procesory Xeon L5640, 2.27 GHz, 2 GB RAM/rdzeń) oraz macierzy dysków o pojemności 100 TB. Interfejs dostępowy WWW pozwala na rezerwację zasobów obliczeniowych i ich wykorzystanie w sposób w pełni samoobsługowy. Wirtualizacja zapewnia możliwość uruchomienia maszyn wirtualnych z różnorodnymi systemami operacyjnymi na tym samym fizycznym sprzęcie. Użytkownik ma możliwość samodzielnej instalacji swojej aplikacji, zapisania zmodyfikowanego obrazu maszyny wirtualnej i jej ponownego uruchamiania. System posiada dodatkowe funkcje dedykowane dla obliczeń naukowych takie jak możliwość automatycznego tworzenia wirtualnych klastrów z przygotowanym systemem zadań wsadowych. 65