Repository of the Institute of Nuclear Physics PAN
Not a member yet
364 research outputs found
Sort by
PtRhNi/SnO2 3D catalyst for electrochemical oxidation of ethanol: synthesis and physicochemical characterization
No full textOgniwa paliwowe zasilane etanolem (DEFC) są wydajnym i przyjaznym środowisku źródłem energii elektrycznej. Niestety, katalizatory anodowe stosowane w DEFC nie są wystarczająco wydajne, zamiast głównego produktu utleniania etanolu, jakim jest CO2, wytwarzają głównie produkty uboczne. W niniejszej pracy, przedstawiono nowe, oparte na strukturze tzw. nanoramek, katalizatory do utleniania etanolu. Głównym celem badań było zbadanie procesów fizycznych prowadzących do wytworzenia pustych, bazujących na nanoramkach katalizatorów PtNi i PtRhNi. Najpierw zbadano termodynamikę i kinetykę wzrostu litych nanocząstek PtNi3 i PtRhNi, które stanowiły prekursory dla nanoramek. Na podstawie obserwacji mikroskopowych stwierdzono, że podczas wzrostu nanocząstek następuje dyfuzja atomów Pt lub Pt i Rh z rdzenia nanocząstek do ich krawędzi, co skutkuje powstaniem nanocząstek PtNi3 i PtRhNi z segregacją faz. W celu zrozumienia tego procesu wykonano obliczenia DFT, które potwierdziły że układ z atomami Pt i Rh na powierzchni jest korzystniejszy energetycznie niż układ z tymi atomami pod powierzchnią. Następnie, zastosowano dwa podejścia w celu otrzymania katalizatorów bazujących na nanoramkach. W pierwszym podejściu otrzymano puste nanoramki z litych nanocząstek PtNi3 i PtRhNi poprzez wytrawienie niklu z ich rdzenia. Proces trawienia został opisany termodynamicznie poprzez obliczenie energii kohezji dla układu zawierającego wyłącznie atomy Ni i układu zawierającego stop PtRhNi. Zgodnie z obliczeniami, niższa energia jest potrzebna do usunięcia atomu Ni z rdzenia niklowego litej nanocząstki PtRhNi, niż z krawędzi składającej się ze stopu PtRhNi, co jest zgodne z obserwacjami mikroskopowymi. Następnie, w oparciu o przeciwne potencjały zeta i oddziaływania elektrostatyczne, dokonano połączenia nanoramek PtNi i PtRhNi z nanocząstakmi SnO2. Drugie podejście polegało na otrzymaniu katalizatorów opartych na nanoramkach za pomocą reakcji wymiany galwanicznej (GRR). Podczas tego procesu atomy niklu z litych nanocząstek PtNi3 i PtRhNi zostały usunięte, z równoczesną depozycją atomów Sn pochodzących z SnCl4 na otrzymanych nanoramkach. Eksperymentalnie dowiedziono, że reakcja wymiany galwanicznej zachodzi z udziałem dwóch procesów. W pierwszym dochodzi do równoczesnego usunięcia niklu i depozycji cyny, natomiast w drugim najpierw zachodzi usunięcie atomów niklu, a dopiero potem następuje depozycja cyny. Wszystkie otrzymane nanokatalizatory bazujące na nanoramkach zostały przetestowane w reakcji utleniania etanolu, wykazując kilkukrotnie większą wydajność niż komercyjnie stosowane nanocząstki Pt.Direct ethanol fuel cells (DEFC) are considered as efficient, environmentally friendly sources of renewable energy. Unfortunately, the catalysts used at the DEFC anode are still not efficient enough, as they catalyze ethanol oxidation to by-products instead of the desired final product CO2. Therefore, in the present study novel nanoframes-based catalysts for ethanol oxidation are proposed. The main aim of the study was to determine the physical processes leading to the formation of PtNi and PtRhNi hollow nanoframes-based catalysts. First, growth thermodynamics and growth kinetics of the solid PtNi and PtRhNi nanoparticle templates, precursors for the nanoframes, were studied. It was found that during the nanoparticles growth, diffusion of platinum and rhodium occurs from the nanoparticles core to their edges, resulting in the formation of phase-segregated PtNi3 or PtRhNi nanoparticles. To understand the process of Pt and Rh surface segregation phenomena occurring during the growth of PtRhNi nanopolyhedra, DFT calculations were performed. This confirmed that the system with Pt and Rh atoms on the surface is more energetically favorable than the system with these atoms in the core. Next, two approaches to obtain hollow nanoframes-based catalysts were applied. In the first approach, hollow Pt3Ni and PtRhNi nanoframes were obtained by acidic etching of the Ni from the solid templates. The etching process was described thermodynamically by calculation of the cohesive energy for Ni system and PtRhNi alloy. According to the calculations, lower energy is needed to remove nickel from the Ni-core of the PtRhNi nanoparticles than from the PtRhNi-edges, which is consistent with the microscopic observations. Subsequently, based on opposite zeta potential values and electrostatic interactions, it was possible to successfully assembly the Pt3Ni and PtRhNi nanoframes with SnO2 NPs to obtain SnO2@nanoframes catalysts. In the second approach, the nanoframes-based catalysts were obtained by galvanic replacement reaction (GRR). During this process the Ni atoms from the solid PtNi3 and PtRhNi nanoparticles were removed, and simultaneously the tin originating from SnCl4 was deposited on the resulting nanoframes. It was experimentally proven that the GRR takes place by two mechanisms. Inthe first one, the exchange of nickel and tin happens simultaneously, while in the second mechanism, initially oxidation and dissolution of nickel occurs and is then followed by tin deposition. Finally, all the obtained nanoframes-based catalysts were electrochemically tested towards ethanol oxidation reaction. Based on the obtained results, it can be seen that all of them have several times better catalytic performance in EOR, compared to commercially used Pt nanoparticles.12
At the intersection of two infinities
No full textA musical spectacle "At the intersection of two infinities" with music by Józef Skrzek and film narration by Jerzy Grębosz.
Concept and direction: Adam Ma
Rozwój i zastosowanie metod pomiarowych i obliczeniowych na potrzeby ochrony radiologicznej personelu w medycynie
No full textKoniec XIX i początek XX wieku to okres przełomowych odkryć w dziedzinie promieniowania jonizującego i promieniotwórczości. W listopadzie 1895 roku niemiecki uczony Wilhelm Rentgen dokonał odkrycia przenikliwego promieniowania X [Röntgen, 1895], nazywanego również na jego cześć rentgenowskim. Po raz pierwszy promieniowanie rentgenowskie zostało wykorzystane w celach medycznych już w styczniu 1896 roku. Rentgenodiagnostyka do dziś stanowi główną i najpowszechniej stosowaną dziedzinę wykorzystania promieniowania jonizującego w medycynie. W oparciu o wykorzystanie promieniowania rentgenowskiego działają lampy rentgenowskie, które znalazły zastosowanie w radiografii ogólnej (konwencjonalnej), radiologii interwencyjnej i tomografii komputerowej. Jednocześnie wciąż rozwija się nowe techniki obrazowania.
Konsekwencją odkrycia promieniowania X było rozpoczęcie przez Henri Bequerela prac nad promieniotwórczością. W końcu 1897 roku do systematycznych badań nad promieniowaniem uranu dołączyła w ramach swojej rozprawy doktorskiej Maria Skłodowska-Curie [Skłodowska-Curie, 1904]. To właśnie przez nią został zaproponowany powszechnie dziś stosowany termin „promieniotwórczość”. W wyniku swoich prac wysunęła śmiałą tezę, iż istnieje więcej pierwiastków promieniotwórczych. Do jej prac dołączył Piotr Curie i w 1898 roku małżonkowie Curie ogłosili odkrycie nowych pierwiastków promieniotwórczych najpierw polonu, następnie radu. Wagę nowego odkrycia doceniono przyznając Wilhelmowi Rentgenowi w 1901 roku pierwszą nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Natomiast za odkrycia w dziedzinie promieniotwórczości w roku 1905 przyznano nagrodę Nobla – Henri Bequerelowi oraz małżonkom Curie.
Dynamiczny rozwój badań nad promieniowaniem jonizującym sprawił, iż już w pierwszym roku po odkryciu promieniowania rentgenowskiego zaobserwowano pierwsze negatywne skutki jego oddziaływania z materią żywą [Wojcik & Harms-Ringdahl, 2019]. Początkowe obserwacje dotyczyły odczynów skórnych, zapaleń, martwic oraz efektów na soczewkach oczu. To właśnie obserwacje negatywnych skutków odziaływania promieniowania jonizującego na organizm dały początek ochronie radiologicznej, działowi nauki zajmującemu się ochroną przed promieniowaniem jonizującym. Ochrona radiologiczna, mająca na celu minimalizację skutków promieniowania na organizm ludzki, początkowo dotyczyła jedynie osób pracujących w narażeniu na promieniowanie jonizujące. Pod koniec XX wieku obszar zainteresowania ochroną radiologiczną objął wszystkie osoby eksponowane na promieniowanie jonizujące i obecnie jest definiowane jako całościowy zespół działań mających na celu ochronę pracowników, pacjentów i ogółu ludności przed promieniowaniem. Ponieważ, choć nie sposób wyobrazić sobie współczesnej nauki, techniki i medycyny bez promieniowania jonizującego, jego stosowanie bywa kontrowersyjne w odbiorze. Niechlubną kartą w historii zapisały się wybuchy bomb jądrowych w Hiroszimie i Nagasaki. Z pewnością nie bez znaczenia pozostają również wypadki radiologiczne, w szczególności szerokim echem odbijają się do dnia dzisiejszego skutki awarii jądrowych w Czarnobylu (1986) i Fukuszimie (2011). W tym kontekście szczególnie istotne jest znaczenie edukacji i zrozumienie zasad ochrony radiologicznej. Współcześnie kluczowymi kwestiami w odniesieniu do zastosowania promieniowania jonizującego jest zapewnienie bezpieczeństwa pracownikom, natomiast pacjentom odpowiedniej tj. optymalnej ochrony radiologicznej [ICRP 105, 2007]. Z tego względu ochrona radiologiczna wchodzi w obszar zainteresowania fizyki medycznej i dotyka szerokiego zakresu specjalności medycznych, w których wykorzystywane jest promieniowanie jonizujące, w szczególności radiologii, radioterapii oraz medycyny nuklearnej.
Podstawą ochrony zdrowia osób pracujących w narażeniu na promieniowanie jonizujące jest kontrola dawek indywidualnych realizowana poprzez dozymetrię indywidualną. Pomiarów dawek indywidualnych dokonują serwisy dozymetryczne [Lopez & in., 2004; Olko & in., 2006; Alves, Kopec & in., 2014; Gilvin & in, 2015], które muszą spełnić szereg wymagań i norm. Idealną sytuacją byłoby, aby dawkomierze charakteryzowały się płaską charakterystyką energetyczną lub ich kalibracja była przeprowadzana w warunkach narażenia. Ponieważ zazwyczaj nie są dokładnie znane skład i rozkład energii promieniowania, szacowanie dawek wykonuje się w odniesieniu do promieniowania referencyjnego. W dozymetrii indywidualnej wymagania dotyczące niepewności nie są tak restrykcyjne, jak chociażby w radioterapii, gdzie wymagane jest szacowanie dawek z dokładnością rzędu 2-3%. Wynika to z poziomów dawek granicznych (~mSv), które są na tyle małe, że zapewniają personelowi w sposób konserwatywny ochronę przed promieniowaniem. W praktyce stosowane detektory i dawkomierze indywidualne w większości charakteryzują się zmienną charakterystyką energetyczną [Olko, 2002; Obryk & in., 2008; Nunn & in., 2008]. Należy przy tym zauważyć, iż również w ciele ludzkim odpowiedź na dawkę nie jest jednakowa i może się różnić w zależności od typu tkanki [Chow & Grigorov, 2012; Desrosiers & in., 2013]. Taka ocena dawki pochłoniętej w organizmie w stosunku do dawki zmierzonej przez dawkomierz indywidualny jest obarczona szeregiem niepewności, z których największa związana jest z odpowiedzią energetyczną stosowanego typu dawkomierza. Autorka proponuje poprawę metody szacowania dawek w polach promieniowania X, tak aby lepiej uwzględniały charakterystyki stosowanych dawkomierzy. Oprócz promieniowania jonizującego, odpowiednich procedur kalibracyjnych na poprawny odczyt detektora termoluminescencyjnego (TL) mogą wpłynąć czynniki fizyczne i chemiczne. W medycynie może zaistnieć równocześnie konieczność przeprowadzenia zabiegów terapeutycznych, w których następuje przerwanie ciągłości tkanek miękkich i użycia promieniowania jonizującego. Wówczas na finalny odczyt dawki mogą wpłynąć niezbędne procedury dezynfekcji lub sterylizacji, gdyż dawkomierze mogą znaleźć się w pobliżu ciała pacjenta podczas zabiegu. W takim wypadku należy rozważyć odpowiednie metody, tak aby nie miała miejsca utrata sygnału. Wytyczne takie powinny być przedstawione pracownikom służby zdrowia korzystającym z tego typu metod w swojej codziennej pracy.
Cechą charakterystyczną w medycynie nuklearnej są stosunkowo wysokie dawki promieniowania, na jakie narażeni są zarówno pacjenci, jak i personel medyczny. Pacjent po przyjęciu radionuklidu promieniotwórczego sam staje się źródłem promieniowania. Personel medyczny powinien ograniczyć do możliwego minimum nie tylko czas przygotowania radiofarmaceutyku, ale również przestrzegać zasad ochrony radiologicznej przy postępowaniu z pacjentem. Obniżenie limitu dawki na soczewki oczu ustanowiono w oparciu o doniesienia o występowaniu katarakty u radiologów pracujących w narażeniu na promieniowanie [Vano & in., 2008, 2010]. Jednak statystyki poziomów dawek dla personelu medycznego, uzyskane w oparciu o bazę danych stworzoną przez Autorkę do obsługi serwisu dozymetrycznego [Budzanowski, Kopec & in., 2011; Kopec & in., 2011], wyraźnie wskazują, iż statystycznie to w medycynie nuklearnej najczęściej występują przekroczenia dawek granicznych. Natomiast poziomy dawek na jakie są narażeni pracownicy w medycynie nuklearnej, szczególnie wobec rosnącego zainteresowania badaniami PET, wymagają stworzenia wytycznych w zakresie monitoringu dawek na soczewki oczu w zakładach medycyny nuklearnej [Dabin, Kopec & in., 2014; Wrzesien & in., 2018].
Narażenie na promieniowanie w radiologii interwencyjnej jest szerokim zagadnieniem [Kim & in., 2008; Kopec & in, 2014; Szumska, 2015; Owsiak, Kopec & in., 2017; Staniszewska, Kopec & in., 2017]. Przy procedurach medycznych nie znajdują zastosowania limity dawek a tylko tzw. wartości referencyjne. Zabieg, któremu jest poddawany pacjent musi być w pełni zakończony, nie ma więc możliwości zaplanowania dokładnego czasu trwania danej procedury. W radiologii zabiegowej ważnym czynnikiem redukcji dawek dla personelu są osłony. Innymi aspektami mogą być rodzaje wykonywanych projekcji, stosowana energia i filtracja promieniowania X, rodzaj stosowanych środków ochronnych i dodatkowych zabezpieczeń. Modele matematyczne oparte o metody Monte Carlo umożliwiają obliczenie i oszacowanie ilości pochłoniętej energii w interesującym punkcie ciała lub organie (np. soczewkach oczu). W oparciu o wyniki istnieje możliwość wyznaczenia optymalnych wartości projekcji, wskazania konieczności stosowania dodatkowych osłon oraz określenie poziomu narażenia w zależności od zastosowanej procedury [Koukorava & in., 2011, Santos & in., 2015; 2018]. Tego typu zależności mogą zostać zastosowane do stworzenie wytycznych celem optymalizacji podczas pracy z promieniowaniem. Zaproponowany w pracy model matematyczny oparty o metody Monte Carlo może służyć jako narzędzie obliczeniowe dla osób narażonych pracujących w pracowniach radiologii zabiegowej, pokazujące jak stosowane podczas pracy z pacjentem projekcje i środki ochrony wpływają na narażenie na promieniowanie jonizujące.
Centrum Cyklotronowe Bronowice w IFJ PAN jest pierwszym w Polsce ośrodkiem, w którym odbywa się radioterapia protonowa. Jest to obecnie najnowocześniejsza forma radioterapii dostępna na świecie. Wykorzystanie jonów do leczenia zmian nowotworowych, ze względu na charakter oddziaływania pozwala na maksymalne oszczędzenie zdrowych tkanek. Nowa technologia jest wyzwaniem nie tylko w obszarze leczenia zmian, lecz również w aspektach związanych z ochroną radiologiczną.
Prezentowana praca porusza opisane powyżej zagadnienia, ma na celu przedstawienie oraz omówienie dotychczasowych doświadczeń zebranych przez Autorkę w dziedzinie ochrony radiologicznej pracowników sektora medycznego. Jest połączeniem wiedzy i osiągnięć Autorki w tym zakresie. Omówienie praw i podstaw fizycznych związanych z oddziaływaniem promieniowania jonizującego z materią wychodzi poza zakres niniejszej rozprawy. Niemiej taka wiedza jest niezbędna do prawidłowego rozumienia zasad i praw związanych z ochroną radiologiczną oraz pozwala zrozumieć na czym opiera się stosowanie różnych technik i pojęć w poszczególnych obszarach zainteresowania. Niezbędne i stosowane w rozprawie pojęcia Autorka starała się przybliżyć w możliwie zwięzły i zrozumiały sposób. Szerszych, niż przedstawione w niniejszej rozprawie, zagadnień z zakresu podstaw fizyki jądrowej, oddziaływania promieniowania z materią i organizmem żywym, detekcji promieniowania, jak również sposobów wykorzystania promieniowania jonizującego w medycynie należy szukać w podręcznikach z zakresu fizyki medycznej
Spektrometria jądrowa i spektrometria mas w badaniach skażeń promieniotwórczych próbek biologicznych wybranych rejonów Arktyki Zachodniej
No full textDysertacja dotyczy oceny stanu radioaktywnej kontaminacji w tundrze strefy przybrzeżnej południowo-zachodniej Grenlandii, Arktyki Kanadyjskiej i Alaski. Materiał badawczy stanowiło 109 próbek różnych gatunków porostów i mchów pobranych z 14 stanowisk w trakcie dwóch ekspedycji naukowych w 2012 i 2013 r. Zastosowanie radiochemicznych procedur wraz z metodami spektrometrii jądrowej pozwoliło na obliczenie stężenia aktywności następujących sztucznych i naturalnych radionuklidów: 90Sr, 134, 137Cs, 230, 232Th, 234, 238U, 238, 239+240Pu i 241Am. Niemniej ważnym etapem było ustalenie typowych stosunków izotopowych, takich jak: 134Cs/137Cs, 137Cs/90Sr, 238Pu/239+240Pu, 241Am/239+240Pu, 239+240Pu/137Cs, 239+240Pu/90Sr, 230Th/232Th, 234U/238U oraz 232Th/238U. Dodatkowo dla 60 próbek wykonano pomiary za pomocą spektrometru mas, ICP MS, w celu wyznaczenia stosunku mas 240Pu/239Pu. Uzyskane szerokie spektrum danych umożliwiło zrealizowanie celów rozprawy doktorskiej.
Stwierdzono, że zanieczyszczenie materiału badawczego spowodowane przez radionuklidy antropogeniczne było stosunkowo niskie, przy czym maksymalne wartości stężenia aktywności były następujące: 78,7 ± 4,0 Bq/kg dla 90Sr, 25,3 ± 5,4 Bq/kg dla 134Cs, 293 ± 27 Bq/kg w przypadku 137Cs, 7,46 ± 0,33 Bq /kg dla 239+240Pu, 0,268 ± 0,019 Bq/kg dla 238Pu i 2,95 ± 0,19 Bq/kg 241Am. Zaobserwowano także występowanie naturalnych izotopów toru i uranu w całym badanym obszarze, a najwyższe wartości stężenia aktywności wyniosły: 15,33 ± 0,53 Bq/kg dla 230Th, 25,1 ± 1,2 Bq/kg dla 232Th, 22,5 ± 3,3 Bq/kg dla 234U i 21,5 ± 2,1 Bq/kg dla 238U.
Analiza stosunków izotopowych wykazała dominujący wpływ globalnego opadu promieniotwórczego (traktowanego łącznie z tzw. katastrofą SNAP 9A) na obecność izotopów plutonu i 241Am w tundrze zachodniej Arktyki. Ponieważ w materiale badawczym z Alaski zaobserwowano ślady 134Cs i jednocześnie otrzymano sygnaturę izotopową typową dla opadu z Fukushimy, stwierdzono, że kontaminacja radiocezem na Alasce jest przede wszystkim efektem awarii tej elektrowni jądrowej. Wyniki analiz uzyskanych w kanadyjskiej części Arktyki pokazały, że testy broni jądrowej były głównymi źródłami 137Cs i 90Sr w północno-zachodniej części regionu, lecz w części północno-wschodniej najprawdopodobniej zamanifestował się wpływ skażeń uwolnionych w wyniku spłonięcia satelity Kosmos-954. Na Grenlandii pochodzenie 137Cs było ewidentnie związane z koegzystencją opadu globalnego i czarnobylskiego, podczas gdy występowanie 90Sr związane było tylko z tym pierwszym. Ponadto zaobserwowano kilka przypadków świadczących o wymywaniu strontu i cezu z porostów i mchów. Analiza radioaktywności naturalnej pozwoliła stwierdzić wyższą zawartość uranu względem toru w Arktyce Kanadyjskiej niż na Grenlandii. Co więcej, sucha depozycja zdaje się być dominującym źródłem uranu w kanadyjskiej Arktyce, podczas gdy w tundrze grenlandzkiej uchwycono marygeniczną sygnaturę tych izotopów. Generalnie nie wykryto TENORMu w materiale badawczym.
Na podstawie analizy właściwościami radiokumulacyjnych zaobserowano wyższą zawartość każdego badanego typu nuklidu w mchach niż w porostach. Możliwym było uszeregowanie uzyskanych dysproporcji zawartości izotopów między porostami i mchami w następującej kolejności: 90Sr << 137Cs, 230, 232Th, 241Am < 234, 238U, 239+240Pu, przy czym różnice te okazały się być istotne i silnie istotne statystycznie.The disertation concerned state of radioactive characteristics of lichens and mosses coming from coastal zones of Southwestern Greenland, Canadian Arctic and Alaska. Over 100 samples were collected from 14 positions during two scientific expedition in 2012 and 2013. There were examined 13 species of lichens and 8 species of mosses. Application of radiochemical procedures as well as nuclear spectrometry methods allowed to calculate activity concentration of following artificial and natural radionuclides: 90Sr, 134, 137Cs, 230, 232Th, 234, 238U, 238, 239+240Pu and 241Am. However, important step was also to establish typical isotopic ratios such as: 134Cs/137Cs, 137Cs/90Sr, 238Pu/239+240Pu, 241Am/239+240Pu, 239+240Pu/137Cs, 239+240Pu/90Sr, 230Th/232Th, 234U/238U and 232Th/238U. Additionally, for 60 samples there were made measurements on mass spectrometer, ICP MS, in order to determine of 240Pu/239Pu atomic ratios. Therefore, a relatively large data set was obtained, which was then used to make a radiological assessment of the studied area.
Firstly, it was stated the contamination of research material caused by anthropogenic radionuclides was relatively low, reaching the maximum values at: 78.7 ± 4.0 Bq/kg for 90Sr, 25.3 ± 5.4 Bq/kg for 134Cs, 293 ± 27 Bq/kg in case of 137Cs, 7.46 ± 0.33 Bq/kg for 239+240Pu, 0.268 ± 0.019 Bq/kg for 238Pu and 2.95 ± 0.19 Bq/kg of 241Am. The natural radioisotopes of thorium and uranium were found in whole examined region and the highest values of activity concentration were as follows: 15.33 ± 0.53 Bq/kg for 230Th, 25.1 ± 1.2 Bq/kg in case of 232Th, 22.5 ± 3.3 Bq/kg for 234U and 21.5 ± 2.1 Bq/kg for 238U.
The analysis of isotopic ratios revealed dominant contribution of global fallout (including SNAP 9A satellite re-entry fallout) on the presence of plutonium isotopes and 241Am in Western Arctic tundra. Because the traces of 134Cs were observed and the Fukushima fallout signature was found in research material from Alaska, this releases of radioactivity seemed to be the major sources of radiocesium there. Results obtained from Canadian Arctic showed the nuclear weapon tests was the main sources of 137Cs and 90Sr in northwestern part of the region, but additional source was manifested in northeastern part (the most likely is the Kosmos-954 re-entry fallout). In Greenland, the origin of 137Cs was evidently related to the coexistence of global and Chernobyl fallout, while the occurrence of 90Sr was caused only by the first one. Besides, there were noticed several cases of leaching of strontium and cesium. The natural radioactivity results analysis allowed to observe the uranium/thorium content was higher in Canadian Arctic than in Greenland. Moreover, dry deposition seemed to be the dominant sources of uranium in Canadian Arctic, whereas it was appeared marigenous origin of these isotopes in Greenland. Generally, the TENORM existence was not detected in research material.
The main conclusion of the radioaccumulation properties studies was the mosses have comprised larger reservoir (compared to lichens) of each examined type of nuclide. It was possible to classification obtained isotope content disproportions beetwen lichens and mosses in following order: 90Sr << 137Cs, 230, 232Th, 241Am < 234, 238U, 239+240Pu. The differences were found to be statistically significant and extremely significant.Badania opisane w niniejszej rozprawie otrzymały finansowanie Narodowego Centrum Nauki w ramach grantu PRELUDIUM 9, na lata 2016 – 2019, nr projektu badawczego: 2015/17/N/ST10/03121.18
Photoproduction cross section measurements in ultra-peripheral Pb-Pb and p-Pb collisions at the LHC with ALICE
No full textUltra-peripheral collisions of ultra-relativistic lead ions are a tool for studying g-nucleus or gg interactions at the LHC. Beams of lead ions at the LHC are a source of intense photon fluxes with very high energies, due to the effect of Lorentz contraction and the fact that the equivalent flux of almost real photons around lead ions is proportional to the square of their charge. Since in ultra-peripheral collisions the impact parameter is greater than the sum of the nuclear radii, hadronic interactions are suppressed and electromagnetic interactions dominate. Experimentally, ultra-peripheral collision events are characterized by very low multiplicities in the central rapidity region and rapidity gaps outside central rapidity. In this thesis, photoproduction cross section measurements performed by ALICE (A Large Ion Collider Experiment) in ultra-peripheral collisions are summarized. After a review of ultraperipheral physics in this section, the sub-detectors of ALICE used in ultra-peripheral analyses are described in section 2. Section 3 contains a review of ALICE measurements of r0 photoproduction in Pb-Pb collisions at psNN = 2:76 and 5:02 TeV, and section 4 summarizes ALICE measurements of continuum γγ → e+e- photoproduction in Pb-Pb collisions at psNN = 2:76 TeV. ALICE measurements of J/y photoproduction in Pb-Pb collisions at psNN = 2:76 TeV and in p-Pb collisions at psNN = 5:02 TeV are discussed in section 5. In section 6 detector upgrades for LHC run 3 and 4, and prospects for ultra-peripheral measurements in run 3 and 4 are described. The last section contains a summary and conclusions
Globalna rejestracja cząstek z kosmosu, projekt CREDO (cz. II)
No full textW artykule przedstawiony jest opracowany w Instytucie Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie projekt CREDO. Omówiona jest metoda oraz znaczenie rejestracji i analizy promieniowania kosmicznego i radioaktywnego za pomocą małych detektorów znajdujących się np. w popularnych smartfonach. Rejestracja ta ma służyć wielkoskalowemu badaniu, między innymi różnorodnego promieniowania dochodzącego nieprzerwanie z kosmosu do Ziemi, które ma ogromne znaczenie naukowe i wywiera wpływ np. na życie biologiczne na Ziemi i na funkcjonowanie nowoczesnego sprzętu elektronicznego. Dla astrofizyków rejestracja ta może być nieocenionym źródłem informacji o mało znanym wysokoenergetycznym widmie promieniowania kosmicznego i przez to dostarczyć niezbędnych informacji do rozwiązania największych zagadek współczesnej kosmologii jak np. ciemnej materii i energii. Zaproponowana metoda, ze względu na jej formę tzw. nauki obywatelskiej (popularne citizen science) ma także duże znaczenie socjologiczne i może obejmować wszystkich mieszkańców Ziemi
Zastosowanie wiązek z cyklotronów AIC-144 i Proteus C-235 do radioterapii protonowej nowotworów oka w IFJ PAN
No full textRadioterapia protonowa nowotworów oka jest wysoce wyspecjalizowaną formą radioterapii onkologicznej – metodą inaktywacji komórek nowotworowych guza wewnątrzgałkowego przez ściśle określoną dawkę promieniowania jonizującego pochodzącą od precyzyjnie uformowanej wiązki protonów. Ze względu na niewielkie rozmiary gałki ocznej i znajdujących się w niej struktur, konieczne jest zachowanie sub-milimetrowej precyzji napromieniania oraz pozycjonowania pacjenta. W procedurze radioterapii protonowej nowotworów oka uczestniczy zespół lekarzy, fizyków i inżynierów. Aby prawidłowo przeprowadzić zabieg napromieniania gałki ocznej należy spełnić szereg warunków dotyczących zarówno przygotowania wiązki protonowej jak i przygotowania pacjenta do radioterapii. Pacjent musi być dostatecznie precyzyjnie i powtarzalnie spozycjonowany na stanowisku radioterapii, zaś gałka oczna pacjenta musi być tak ukierunkowana (przy współpracy pacjenta), aby w sposób zgodny
z przygotowanym i zatwierdzonym planem napromieniania precyzyjnie dostarczyć dawkę w obszar guza. Konieczne jest przy tym systematyczne zrealizowanie i udokumentowanie wszystkich elementów procedury napromieniania, poprzedzonych procedurami kontroli jakości ich przygotowania i realizacji. W IFJ PAN zostały zaprojektowane, zbudowane i obecnie pracują dwa stanowiska radioterapii
protonowej nowotworów oka. Pierwsze wykorzystuje cyklotron AIC-144, drugie – nowy cyklotron Proteus C-235. Należy podkreślić istotne różnice pomiędzy fizycznymi parametrami wiązek protonowych wytwarzanych przez oba cyklotrony. W przypadku AIC-144 w koncepcji i projekcie stanowiska konieczne było uwzględnienie ograniczeń wynikających z niskiej energii wiązki (ok. 60 MeV), zaś dla cyklotronu Proteus C-235 konieczność redukcji do 70 MeV wiązki o energii 230 MeV skutkowała znacznym ograniczeniem prądu wiązki do ok. 2,5 nA. Różnice te należało uwzględnić projektując stanowiska tak, aby zapewnić możliwie zbliżone warunki prowadzenia radioterapii
pacjentów. Oba stanowiska, szczególnie drugie, wykorzystywane są obecnie do rutynowego napromieniania pacjentów okulistycznych. Autor pracy kierował i uczestniczył we wszystkich działaniach i pracach związanych z koncepcją fizyczną, budową i wdrożeniem klinicznym obu stanowisk, w niniejszej pracy systematycznie analizując, opisując i dokumentując założenia i wyniki szeregu badań i pomiarów koniecznych do zapewnienia bezpiecznej, powtarzalnej, ściśle kontrolowanej
i udokumentowanej procedury radioterapii protonowej nowotworów gałki ocznej. W rozdziałach 1-4 pracy autor omawia podstawy fizyczne i medyczne radioterapii protonowej nowotworów gałki ocznej, zaś w rozdz. 5 dyskutuje koncepcje, wymagania i założenia projektowe dla obu stanowisk. W kolejnych rozdziałach następuje szczegółowy opis infrastruktury obu cyklotronów (szczególnie AIC-144),
elementów stanowiska i ich zadań, opis systemu sterowania i kontroli stanowiska, konfiguracji komputerowego systemu planowania leczenia, układów formowania wiązki oraz licznych metod kontroli jakości wiązki, dozymetrii względnej i referencyjnej. W końcowych rozdziałach autor szczegółowo omawia procedurę radioterapii podając zestaw danych medycznych koniecznych do prawidłowego zaplanowania napromieniania indywidualnego pacjenta. Podsumowanie i wnioski autora
zawarte są w ostatnim 14. rozdziale pracy. Wzory formularza danych medycznych, przykładowy wydruk planu leczenia oraz wzór karty napromieniania pacjenta podane są w osobnych załącznikach. Praca ma charakter interdyscyplinarny łącząc zagadnienia fizyki radiacyjnej, dozymetrii, techniki akceleratorowej oraz informatyki z elementami biomedycznymi - radioterapią, diagnostyką obrazową oraz ochroną radiologiczną pacjenta. Jest równocześnie monografią i materiałem referencyjnym dla czytelnika poszukującego ogólnych informacji dotyczących radioterapii protonowej nowotworów gałki ocznej, ale też dla fizyka medycznego lub lekarza bezpośrednio realizującego
procedurę tej formy radioterapii
Search for extended scenarios of electroweak symmetry breaking with the ATLAS experiment at LHC
No full textW ramach poszukiwań rozszerzonych scenariuszy łamania symetrii elektrosłabej, niniejsza praca doktorska przedstawia rozwój narzędzi fenomenologicznych oraz technik analizy danych doświadczalnych użytych w poszukiwaniu elektrycznie naładowanego bozonu Higgsa w eksperymencie ATLAS. Rozprawa podzielona jest na dwie części.
Część pierwsza skupia się˛ na rozwoju narzędzi programistycznych służących do generowania precyzyjnych przewidywań dla procesów zawierających leptony τ
w stanie końcowym, włączając sygnał, tło oraz ich interferencje˛ w Modelu Standar- dowym (MS) oraz modelach rozszerzających sektor łamania symetrii elektrosłabej. Przedstawione badania dotyczą˛ rozwoju programu TauSpinner. Jest to narzędzie pozwalające na modyfikowanie modelu fizycznego wygenerowanych próbek Monte Carlo w zakresie dynamiki procesu produkcji, bez konieczności ponownego ich generowania. Proces produkcji i rozpadu leptonu τ jest modyfikowany zgodnie ze zmienionym modelem fizycznym przy użyciu wag. W pracy przedstawiono nową wersję programu TauSpinner pozwalającą na wprowadzanie niestandardowych stanów i sprzężeń oraz badanie ich wpływu na procesy fuzji bozonów wektorowych. Badano również korelacje spinowe pary leptonów τ w procesach zawierających dodatkowo dwa twarde strumienie cząstek w stanie końcowym.
Druga część rozprawy opisuje poszukiwania elektrycznie naładowanego bozonu Higgsa rozpadającego się na lepton τ oraz jego neutrino w eksperymencie ATLAS na Wielkim Zderzaczu Hadronów (ang.: LHC). Obserwacja eksperymentalna naładowanych bozonów Higgsa, H+, przewidywanych w wielu modelach rozszerzających sektor Higgsa, byłaby jednoznacznym dowodem fizyki wykraczającej poza MS. Ta część rozprawy poświęcona jest poszukiwaniu H+ w sygnaturach τ+jets i τ+lepton przy użyciu danych eksperymentu ATLAS kolejno z lat 2015-2016 oraz pełnego Run-II (2015-2018). W tej części praca skupia się na technikach analizy wielu zmiennych używanych do finalnej identyfikacji sygnału oraz na opartej na danych metodzie oszacowania tła pochodzącego od strumieni cząstek błędnie identyfikowanych jako hadronowo rozpadające się˛ leptony τ.As part of the search for extended scenarios of electroweak symmetry breaking the thesis presents development of phenomenological tools and analysis techniques used in the search for charged Higgs bosons with the ATLAS experiment. This thesis is divided in two parts.
The first part is devoted to development of tools used for high precision pre- dictions for processes containing τ leptons in the final state, including signal, back- ground and their interference in the Standard Model (SM) and Beyond the Standard Model (BSM) electroweak symmetry breaking scenarios. The studies concern de- velopment of the TauSpinner program. TauSpinner is a software for modifying the physics model of Monte Carlo generated samples in case of the changed assump- tions about the event production dynamics without needing to re-generating events. With the help of weights the τ lepton production or decay processes can be modi- fied according to a new physics model. A new version of TauSpinner is presented which includes a mechanism for introducing non-standard states and couplings and studying their effects in vector-boson-fusion processes. Spin correlations of τ lepton pair in processes where final states include also two hard jets were also investigated. The second part of the thesis presents a search for charged Higgs bosons decay-
ing to a τ lepton and its neutrino with the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider (LHC). The experimental observation of charged Higgs bosons, H+, which are predicted by several models with an extended Higgs sector, would indicate physics beyond the SM. This part of the thesis is dedicated to the search for H+ using τ+jets and τ+lepton topologies in 2015+2016 and full Run-II (2015-2018) AT- LAS data-sets. In this part, focus is on multivariate analysis techniques used for setting up the final signal discriminant and the data-driven technique to estimate
backgrounds arising from jets misidentified as hadronically decaying τ leptons.15
Na styku dwóch nieskończoności
No full textFilm dokumentalny z widowiska muzycznego „NA STYKU DWÓCH NIESKOŃCZONOŚCI”, zaprezentowanego podczas 45. Zjazdu Fizyków Polskich w Krakowie z muzyką Józefa Skrzeka oraz narracją filmową Jerzego Grębosza.
Koncepcja i reżyseria: Adam MajWyreżyserowane przez prof. Adama Maja z IFJ PAN widowisko z elementami edukacyjnymi jest połączeniem muzyki, skomponowanej i wykonanej na fortepianie oraz syntezatorach przez Józefa Skrzeka i innych artystów, z narracją obrazowaną filmami i animacjami w wykonaniu dr. hab. Jerzego Grębosza z IFJ PAN
Dwuwymiarowa dozymetria termoluminescencyjna
No full textDwuwymiarowa dozymetria termoluminescencyjna jest metodą szybkiego pomiaru rozkładu dawki w polu promieniowania jonizującego, przy pomocy tzw. powierzchniowych detektorów termoluminescencyjnych. Metodę pomiaru oraz komponenty wchodzące w kład dwuwymiarowego systemu dozymetrycznego systematycznie opracowywano i rozwijano w ostatnich kilkunastu latach w Instytucie Fizyki Jądrowej PAN. Opracowano dwa rodzaje powierzchniowych detektorów termoluminescencyjnych do różnych zakresów dawek oraz technologię ich produkcji. Zaprojektowano i skonstruowano trzy unikatowe czytniki do odczytu powierzchniowego detektorów. Czytniki zostały przystosowane do różnych funkcji i odczytu różnej wielkości detektorów powierzchniowych, od rozmiaru pastylki o średnicy 5 mm do dużych folii o rozmiarze 20cm x 20cm. Dwuwymiarowy system dozymetryczny sprawdził się w wielu aplikacjach dozymetrycznych, takich jak pomiary w polach fotonowych, jonowych, precyzyjnych pomiarach mikrowiązki, rozróżnianiu ekspozycji statycznej od dynamicznej w dozymetrii indywidualnej, a także w pomiarach w kosmosie i w badaniach materiałowych próbek kryształów. Monografia zawiera kompleksowe omówienie systemu termoluminescencyjnej dozymetrii dwuwymiarowej zaczynając od podstaw teoretycznych i podstawowych właściwości materiałów termoluminescencyjnych, omawia technologię produkcji detektorów powierzchniowych, czytniki do pomiarów dwuwymiarowych i właściwości termoluminescencyjne detektorów powierzchniowych. Końcowa część pracy to obszerny rozdział, przedstawiający zastosowania praktyczne systemu dozymetrycznego w różnych dziedzinach dozymetrii promieniowania jonizującego