Post on 10-Aug-2020
60 lat Instytutu Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk
Oddział Zastosowań Fizyki i Badań Interdyscyplinarnych (NO5)
Urszula Woźnicka
Kraków, 15 grudnia 2015
Zastosowania fizyki …
Rozpad promieniotwórczy
Spektroskopia
Magnetyczny rezonans jądrowy
Chromatografia
Badania materiałowe
Reakcje jądrowe syntezy
Rozpad promieniotwórczy
Zakład Fizykochemii Jądrowej
Prof. dr hab. Jerzy W. Mietelski
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)
Metody / aparatura spektrometryczna
Zakład Fizykochemii Jądrowej
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)
Substancje radioaktywne w środowisku jako znaczniki procesów geochemicznych
Łokas E., Ketterer M., Mietelski J.W., Kleszcz K., Wachniew P., Michalska S., Miecznik M.: Sources and vertical distribution of 137Cs, 238Pu, 239+240Pu and 241Am in peat profiles from southwest Spitsbergen. Applied Geochemistry 28: 100–108, 2013.
Zakład Fizykochemii Jądrowej
Radioaktywność powietrza
Katastrofa w Fukushimie (2011)I-131 aerozolowy i gazowy
(jedyni w Polsce)
Pluton w powietrzu (1990-2007) identyfikacja pochodzenia za pomocą
spektrometrii alfa i masowej
J.W.Mietelski, R.Kierepko, K.Brudecki, P.Janowski, K.Kleszcz, E.Tomankiewicz. Long-range transport of gaseous 131I and otherradionuclides from Fukushima accident to Southern Poland, Atmospheric Environmnet, 91, 137-145, 2014.
H. Wershofen, R. Kierepko, J.W. Mietelski, R. Anczkiewicz, Z. Holgye, K. Isajenko, J. Kapała, A. Komosa: The puzzling rareevents of high 238Pu content in the ground level atmosphere
Int. Conf. Migration, Brighton, 2013
Zakład Fizykochemii Jądrowej
Bq/m3 !!!
x
„Czysty” opad Chernobylski
Zakład przeróbki paliwa, Sellafield, UK
x
Spektroskopia …
Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych
Prof. dr hab. Wojciech Kwiatek
Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych
Emisja i absorpcja promieniowania rentgenowskiego
Mikrowiązka protonów Wyznaczanie stężeń i rozkładów pierwiastków śladowych w mikroobszarach:
• Pigmenty średniowiecznych dzieł sztuki
Efekt naświetlania pojedynczych komórek protonami
Tot. Au Pb Ca
Komórki naświetlone(analiza SR-FTIR)
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. 2015 Jul;184(1):73-82
• Datowanie chemiczne monacytu
M.A. Kusiak, J. Lekki, Proton microprobe for chemical dating of monazite, Gondwana Research 14 (2008) 617 – 623
Th + U PbTot.
Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych
Emisja i absorpcja promieniowania rentgenowskiego
Mikrowiązkapromieniowania X
Analiza obrazu absorpcji i zmian fazy promieniowania
w badanej próbce
Mikrotomografiaobiektów
biomedycznych (struktura naczyń
nerek)
Wyróżniony doktorat:J. Bielecki 2011
Mikrotomografiabiomateriałów
Badanie przepływu przez ośrodki porowate
Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych
Emisja i absorpcja promieniowania rentgenowskiego
Wyznaczenie rozkładu form chemicznych siarki w tkance nowotworu prostaty
Wyróżniony doktorat: J. Czapla 2013
Promieniowanie synchrotronowe
Rentgenowska rezonansowaspektroskopia emisyjna
(RXES)
J. Sa, J. Czapla-Masztafiak, E. Lipiec, W. Kwiatek, et al., The use of Resonant X-ray EmissionSpectroscopy (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)
Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych
Spektroskopia Ramana wzmocniona na ostrzu sondy skanującej
Widma Ramana pojedynczych cząsteczek, np. DNA oddziałujących z chemioterapeutykami,
zdolność rozdzielcza ~20 nm
Wzbudzenie plazmonów(powierzchniowych fal elektromagnetycznych, które rozchodzą się równolegle do obszaru wzajemnych oddziaływań metal-dielektryk, metal-próżnia) przez światło
Chmura elektronowa
Nanostrukturametaliczna
Wyróżniony doktorat: E. Lipiec 2013
Inkubacja z lekiem „Platinum 103”
E. Lipiec, R. Sekine, J. Bielecki, W.M. Kwiatek , B.R. Wood, Molecularcharacterisation of DNA double strand breaks with Tip Enhanced RamanScattering (TERS), Angew. Chem. 53, 2014, 169 - 172 (IF=13.734, 45 pkt)
Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych
Mikroskopia sił atomowych (AFM)
scanner
cells
AFM probelaser
photodetector
Wyróżniony doktorat: K. Pogoda 2015
Topografia oraz identyfikacja komórek nowotworowych poprzez
pomiar własności elastycznych komórek
HCV29 HTB9
T24 HT1376
Komórki zdrowe
Komórki nowotworowe
Zmiana sztywności otoczenia komórek powoduje zmianę ich morfologii, deformowalności i tempa podziału.
~ kPa ~ GPa
Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych
Oddziaływanie promieniowania jonizującego z DNA komórkowym
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.
Promieniowanie jonizujące prowadzi do pośrednich i bezpośrednich uszkodzeń na poziomie molekularnym, komórkowym jak i całego organizmu.
ABERRACJE CHROMOSOMOWE
TEST MIKROJĄDROWY
Przedwczesna kondensacja
chromatyny PCC
Protony
Prom. XEf
ekt
Dawka [Gy]J. Miszczyk, K. Rawojć, A. Panek, J. Swakoń, P.G. Prasanna, M. Rydygier: Response of humanlymphocytes to proton radiation of 60 MeV compared to 250 kV X-rays by the cytokinesis-block micronucleus assay, Radiotherapy and Oncology, Vol. 115, Issue 1, 2015, 128–134.
Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych
Spektroskopia …
i obrazowaniew badaniach interdyscyplinarnych
Laboratorium Obrazowania Spektroskopowego, Fundusze dla Małopolski
Magnetyczny rezonans jądrowy
Zakład Tomografii Magnetycznego Rezonansu Jądrowego
Dr hab. Władysław Węglarz, prof. IFJ PAN
Zakład Tomografii Magnetycznego Rezonansu Jądrowego
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 (1H, 31P, 13C, 19F)
Zastosowanie:- Badania przedkliniczne na
zwierzęcych modelach chorób cywilizacyjnych (in vivo, ex vivo)
- Badania materiałowe (uwadnianie materiałów farmaceutycznych)
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
Nowoczesna aparatura pozwala otrzymywać najwyższej jakości obrazy wnętrza ciała zwierząt
Zakład Tomografii Magnetycznego Rezonansu Jądrowego
Obrazowanie przedkliniczne myszy w polu 9.4 T
Mózg
Serce i naczyniaWatroba
Rdzeń kręgowy
Wyróżniony doktorat: S. Heinze-Paluchowska
Wy
różn
ion
y d
ok
tora
t:
K. M
ajc
he
r (K
ali
ta)
Chromatografia
Zakład Fizykochemii Ekosystemów
Dr hab. Ireneusz Śliwka, prof. IFJ PAN
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
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 83–908998-6-8.
Detektor ECD, model DNW 600B, Producent IFJ Kraków, rok 1980, autor J. Lasa
Zakład Fizykochemii Ekosystemów
Pomiary stężenia związków CFCs w powietrzu i wodach
Stacja poboru próbek w powietrzu Krakowa (50o N, 20o E) jedyna w
Polsce i Europie Środkowej Wyniki obliczeń średnich stężeń
w okresie 1997-2013, ppt
J. Bielewski, Badanie wpływu parametrów meteorologicznych na czasowe charakterystyki stężenia wybranych związków chlorowcowych (CFCs) w powietrzu Krakowa w latach 1997-2012, Praca doktorska, IFJ PAN 2013T. Kotowski, J. Najman, Results of the determination of He in Cenozoic aquifers using the GC method, Ground Water, 53 (2015) 47-55
0
100
200
300
400
500
600
700
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
Time, years
CF
Cs c
on
cen
trati
on
, p
pt
F-12
F-11
F113
CH3CCL3
Start of the Montreal
Protocol legislation
in Poland (1.07.2002)
Kraków, Poland
(50ºN, 20ºE, 250 m above MSL)
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-CO2 Greenhouse gas Observing
System)
Pobór próbki wody
Zakład Fizykochemii Ekosystemów
Chromatografia gazowa dla diagnostyki medycznej:Testy oddechowe
Chromatograficzna analiza próbek oddechu
GC
MS
TD
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) 179-189
Potencjalne markery:przewlekłej choroby nerek (PChN): 3) trimetylominacukrzycy: 4) acetonstresu oksydacyjnego: 1) butan, 5) pentan, 6) izopren9) 2-metylopentan, 10) heksan, 11) 2,3-dimetylopentanschorzeń wątroby: 2) metanotiol, 7) siarczek dimetylu, 8) disiarczek węgla
Przykładowe chromatogramy wydychanego powietrza
Badania materiałowe
Zakład Fizykii Inżynierii Materiałowej
Dr hab. Marta Wolny-Marszałek, prof. IFJ PAN
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.
300 nm200 nm
FePd – litografia nanosfer (doktorat A. Polit)
FePdCu – litografia nanosfer (doktorat M. Krupiński)
FePdCu – naświetlane laserem(wyróżniony doktoratM. Perzanowski)
FePd – nanoporowate podłoże Al2O3 (doktorat A. Maxymenko)
FePtCu – interferencyjna litografia laserowa
(wyróżniony doktorat Y. Zabila)
Zakład Fizyki i Inżynierii Materiałowej
Magnetoopórgigantyczny …
Cienka wygrzewana warstwa Bi
Punkttopnienia
MR dla 1000 nm warstwy po wygrzewaniu
(8h w268°C )
Magnetic field [T]
-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5
Res
ista
nce
[O
hm
]
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
(R-R
0)/
R0 [
%]
0
10
20
30
40
50
60
Warstwa Bi na giętkim polimerze
Czujnik Bi przyczepiony
do silnika
Co/Cu domieszkowany surfaktantami, (habilitacja M. Marszałek)
Pojekt NCBiR LIDER„Zintegrowane giętkie czujniki pola magnetycznego i deformacji”, Y. Zabila
Metoda - pomiar oporu w polu magnetycznym
𝐺𝑀𝑅 =𝑅𝑃 − 𝑅𝐴𝑃𝑅𝐴𝑃
… anizotropowy
Zakład Fizyki i Inżynierii Materiałowej
Bioaktywne powłoki węglowe– wybrane zastosowania
Profil głębokościowy powłoki (C-Ag) uformowanej metodą IBAD podłoże: PU ChronoFlex. (Habilitacja B. Rajchel)
Chirurgia dużych stawów KardiochirurgiaStaw biodrowy Komora pneumatycznej protezy serca
Projekt zamawiany w ramach ogólnopolskiego strategicznego projektu „Polskie Sztuczne Serce”
Dwuwiązkowy implantator jonów
Reakcje jądrowe syntezy
Zakład Fizyki Transportu Promieniowania
Prof. dr hab. Krzysztof Drozdowicz
2D + 2D → 3He (0.82 MeV) + n (2.45 MeV)
2D + 3T → 4He (3.56 MeV) + n (14.03 MeV)
Zakład Fizyki Transportu Promieniowania
Laboratorium Aparaturowych Źródeł Neutronowych im. prof. Jana A. Czubka
• Badania radiacyjnej kompresji plazmy
Plasma-focusIFJ PAN
• 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
Ne
utr
on
cu
rren
t[n
/cm
2]
Position [cm]
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.
Zakład Fizyki Transportu Promieniowania
Numeryczna kalibracja geofizycznych sond neutronowych
U. Woźnicka, D. Dworak, U. Wiącek, T. Zorski,Geofizyczne profilowania neutronowe w asymetrycznych formacjach cienkowarstwowychIFJ PAN, Kraków, ISBN: 978-83-934248-7-0 (2012)
Zakład Fizyki Transportu Promieniowania
ITER JET W7-X
Obliczenia MC pól neutronów wokół stellaratora W7-X, Greiswald, Niemcy
Badanie aktywacji materiałów
konstrukcyjnych dla ITERa
Dr Jakub Bieleckizwycięzca konkursu
na stanowisko w JET: Plasma Diagnostician:’Neutron and Gamma’
Projekt spektrometru neutronowego
o wysokiej rozdzielczości (HRNS) dla tokamaka ITER
NZ54 + DAI + Uppsala
Pierwszy projekt dla ITERakoordynowany przez polski zespół - IFJ PAN
(M. Scholz, U.Woźnicka, L.Hajduk)
Pierwsze wiarygodne obliczenia rozkładu pól neutronowych
uwzględniające obecność układów chłodzących W7-X
Zakład Fizyki Transportu Promieniowania
ITER JET W7-X
Obliczenia MC pól neutronów wokół stellaratora W7-X, Greiswald, Niemcy
Badanie aktywacji materiałów
konstrukcyjnych dla ITERa
Dr Jakub Bieleckizwycięzcą konkursu
na stanowisko w JET: Plasma Diagnostician:’Neutron and Gamma’
Projekt spektrometru neutronowego
o wysokiej rozdzielczości (HRNS) dla tokamaka ITER
NZ54 + DAI + Uppsala
Pierwszy projekt dla ITERakoordynowany przez polski zespół - IFJ PAN
(M. Scholz, U.Woźnicka, L.Hajduk)
Pierwsze wiarygodne obliczenia rozkładu pól neutronowych
uwzględniające obecność układów chłodzących W7-X
Zakład Fizyki Transportu Promieniowania
ITER JET W7-X
Obliczenia MC pól neutronów wokół stellaratora W7-X, Greiswald, Niemcy
Badanie aktywacji materiałów
konstrukcyjnych dla ITERa
Dr Jakub Bieleckizwycięzca konkursu
na stanowisko w JET: Plasma Diagnostician:’Neutron and Gamma’
Projekt spektrometru neutronowego
o wysokiej rozdzielczości (HRNS) dla tokamaka ITER
NZ54 + DAI + Uppsala
Pierwszy projekt dla ITERakoordynowany przez polski zespół - IFJ PAN
(M. Scholz, U.Woźnicka, L.Hajduk)
Wiarygodne obliczenia rozkładu pól neutronowych
uwzględniające obecność układów chłodzących W7-X
Zakład Fizyki Transportu Promieniowania
IFMIF / DONES
International Fusion Materials Irradiation Facility / DEMO Oriented Neutron Source
Konsorcjum IFMIF / ELAMAT – Podkarpackie
Europejskie Laboratorium Badawcze Nowych Materiałów
Grant EUROfusion: ENS - Early Neutron Source definition and design(U. Woźnicka, Project Board Lider, W. Królas, Deputy Manager)
Projekt budowy źródła neutronowego do badania materiałów poddanych ekstremalnym obciążeniom radiacyjnym oraz prowadzenia badań w polach
neutronowych o fluencji powyżej 1018 n/s/m3
Andrzej
Hrynkiewicz
Rosia
Jasińska
Agnieszka
Cebulska-Wasilewska
Jan
Lasa
Nasi mentorzy, mistrzowie, szefowie
Jerzy
Łoskiewicz
Jan A.
Czubek
Andrzej
Jasiński
Andrzej
Zuber
Jan
Mikulski
Jacek
Hennel
Oddział Zastosowań Fizyki i Badań Interdyscyplinarnych
Profesury
1. Urszula Woźnicka, 20062. Wojciech Kwiatek, 20103. Jerzy W. Mietelski, 20124. Krzysztof Drozdowicz, 2015
Habilitacje
1. Bogusław Tomanek, 20072. MałgorzataLekka, 20083. Marta Wolny-Marszałek, 20084. Barbara Kubica, 20105. Paweł Zagrodzki, 20106. Władysław Węglarz, 20137. Agnieszka Kulińska, 20138. Marek Scholz, 20149. Piotr Kulinowski, 201510. Bogusław Rajchel, 2015
Doktoraty(na czerwono: wyróżnienia)
20061. Joanna Gryboś2. Wojciech Polak3. Urszula Wiącek4. Agnieszka Panek 20075. Kateryna Lebed6. Oleksandr Veselov7. Aleksandra Dąbrowska8. Tomasz Banasik9. Grzegorz Tracz10. Joanna Dąbrowska200811. Sylwia Heinze-Paluchowska12. Joanna Najman13. Anna Wiecheć200914. MarzenaLipińska15. Magdalena Podgórczyk16. Katarzyna Majcher (Kalita)17. Iwona Grombik201018. Renata Kierepko201119. Olesya Klymenko20. Jakub Bielecki21. Barbara Błasiak22. Aleksander Polit
23. Marcin Stobiński24. Yevhen Zabila25. Hayk Hovhannisyan201226. Sebastian Bożek27. Sylwia Błażej 28. Krzysztof Kleszcz29. Kamil Brudecki30. Katarzyna Szarłowicz31. Joanna Miszczyk201332. Joanna Kowalska33. Ewelina W. Lipiec34. Joanna Czapla-Masztafiak35. Paulina Rosicka36. Urszula Tyrankiewicz37. Rafał Prokopowicz38. Agnieszka Karczmarska39. Michał Krupiński201440. Anna Wójcik-Gargula41. Szymon Prauzner-Bechcicki42. Jarosław Bielewski 43. Marcin Perzanowski201544. Katarzyna Pogoda45. Magdalena Jabłońska46. Magdalena Miecznik47. Paweł Janowski
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