Repository of the Institute of Nuclear Physics PAN
Not a member yet
364 research outputs found
Sort by
Rozwój dwuwymiarowego, termoluminescencyjnego systemu dozymetrycznego dla zapewnienia jakości w jonoterapii nowotworów
No full textWśród współcześnie stosowanych metod leczenia nowotworów dynamicznie rozwijaną techniką radioterapii jest napromienianie ołówkowymi wiązkami skanującymi jonów wodoru (protonów) bądź jonów węgla. Dzięki technice tej uzyskać można duże gradienty dawek, nie zawsze możliwe do osią- gnięcia technikami klasycznymi, minimalizując jednocześnie dawkę dostarczoną do zdrowych tkanek, w szczególności do obszarów krytycznych. Wadą jest brak wiarygodnej metody weryfikacji podanej dawki w obszarze leczonym w trakcie procesu napromieniania. Stąd, w radioterapii protonami i jonami węgla pierwszoplanową rolę odgrywa rozbudowana kontrola jakości, a w szczególności kontrola pozycji i kształtu pojedynczej wiązki ołówkowej.
W ramach niniejszej pracy zmodernizowano dwuwymiarowy system dozymetrii termoluminescen- cyjnej (2D TLD) i użyto go do kontroli jakości wiązek protonów i jonów węgla. Opracowano ponadto dedykowane oprogramowanie FlatView v.2.42 do automatycznego odczytu folii TL, oraz korek- cji i analizy obrazów. Zbadano własności dozymetryczne folii TL z wysokoczułym fluorkiem litu, LiF:Mg,Cu,P, wyznaczając zależności dawkowe dla zakresu energii wiązek protonowych do 123 MeV i wiązek węglowych do 237MeV/u. Uzyskane dawki charakterystyczne, tzn. takie, przy których sy- gnał osiąga 63% wartości nasycenia, zmieniały się w granicach 288 − 464 Gy dla wiązki protonów i 570 − 989 Gy dla wiązki jonów węgla. W zakresie dawek stosowanych w radioterapii protonowej, tzn. od 1 do 15 Gy liniowość odpowiedzi systemu zmienia się od 2,5% dla energii 123 M eV do 1,5% dla energii 15,2 M eV . Dla wiązek węglowych liniowość w tym zakresie dawek wynosi 1,2% dla energii 237 MeV/u i poprawia się do 0,7% dla energii 40 MeV/u. Wyznaczono ponadto współczynniki względnej wydajności energetycznej systemu, które wyniosły od η(Ep=9,3 MeV ) = 0,33 do η(Ep=220 MeV ) = 0,96 dla wiązek protonowych i od η(EC=26,4 MeV/u) = 0,05 do η(EC=428 MeV/u) = 0,48 dla wiązek węglowych.
System 2D TLD wykorzystany został do kontroli jakości ołówkowych wiązek protonowych i węglo- wych pod kątem własności geometrycznych przekrojów poprzecznych wiązki (plamki). W pracy wyka- zano, że stosowane obecnie metody wyznaczania parametrów plamki protonowej przy pomocy analizy jednowymiarowej, oraz zastosowanie kryterium 10% symetrii plamki nie gwarantują prawidłowego podania dawki do obszaru tarczowego i jednorodności jej przestrzennego rozkładu. W szczególności widoczne jest to dla plamek nachylonych pod kątami bliskimi 45°, gdzie niejednorodność dawki w obję- tości tarczowej (płaskość charakterystyki dawkowej) pogarsza się wykraczając poza zakres kryterium akceptowalności. W pracy zaproponowano nową metodę analizy plamki jonów z wykorzystaniem do- pasowania asymetrycznego dwuwymiarowego rozkładu Gaussa z rotacją osi układu współrzędnych. Na tej podstawie przygotowano dedykowane oprogramowanie AnalyseSpot do szybkiej oceny pa- rametrów geometrycznych plamek jonów mierzonych systemem 2DTLD, folią typu Gafchromic® lub scyntylacyjnym systemem obrazowania Lynx 2D. Oprogramowanie to zostało wprowadzone do rutynowej kontroli jakości systemu radioterapii protonowej w Centrum Cyklotronowym Bronowice.Among contemporary techniques of cancer radiotherapy, irradiation by scanned carbon or proton pencil beams is currently under intense development. Using this technique, dose distributions with dose gradients much higher than those obtained using photon beams may be achieved, minimising at the same time the dose delivered to healthy tissues, in particular to critical organs. However, reliable methods of verifying the distribution of dose delivered to the treated volume are in this case lacking. Therefore, in proton or carbon ion beam radiotherapy of prime importance is to apply a well-developed quality assurance system, in particular reliable verification of the position and shape of the individual pencil ion beam.
Within this work, an earlier developed two-dimensional thermoluminescence system (2D TLD) was upgraded and applied in the quality assurance procedures concerning scanning proton and carbon ion beams. A dedicated software system, FlatView v.2.42, was developed to automatically read out TL foils and to correct and analyse the obtained images. The dose response of TL foils with high-sensitive lithium fluoride phosphor, LiF:Mg,Cu,P, was measured after doses of proton beams of energies up to 123 MeV and for carbon beams of energies up to 237 MeV/u. The values of characteristic doses, i.e. such at which the TL signal reaches 63% of its saturation value, ranged between 288 Gy and 464 Gy for the proton beams and between 570 Gy and 989 Gy for the carbon beams. For doses applied in proton radiotherapy, i.e. between 1 Gy and 15 Gy the linearity of the response was found to range between 2.5% and 1.5% at proton beam energies of 123MeV and 15.2MeV, respectively. For carbon ion beams the linearity in this range was 1.2% for energy 237MeV/u and improved to 0.7% for energy 40MeV/u. The coefficients of relative energy efficiency, η(E), of the system were also measured. These ranged between η(Ep=9.3MeV) = 0.33 and η(Ep=220MeV) = 0.96 for proton beams, and between η(EC=26.4 MeV/u) = 0.05 and η(EC=428 MeV/u) = 0.48 for carbon beams.
The 2DTLD system was used for quality control of proton and carbon ion pencil beams with respect to the geometry of their transverse beam cross-sections (spots). It has been demonstrated that the currently used methods of determining proton beam spot parameters using one-dimensional ana- lysis and the 10% spot symmetry criterion do not assure that the dose to the target region is delivered correctly, nor that the spatial distribution of dose is sufficiently uniform. In particular, this is most evident when spots are rotated at angles close to 45°, where non-uniformity of the dose distribution over the target region (flatness of the dose characteristics) exceeds the acceptability criterion. In this work a novel method of beam spot analysis has been proposed, by fitting of asymmetric Gaussian distributions and rotation of the coordinate system axis. Dedicated software, AnalyseSpot, was de- veloped based on this method for rapid analysis of the geometry parameters of spots measured using the 2D TLD system, Gafchromic® foils or the Lynx 2D scintillation imaging system. This software has now been implemented as a part of the quality control system routinely applied at the Cyclotron Centre Bronowice.Projekt współfinansowany przez Fundację na Rzecz Nauki Polskiej, ze środków Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, w ramach działania 1.2 (Wzmocnienie potencjału kadrowego nauki), w ramach projektu „International PhD Studies in Applied Nuclear Physics and Innovative Technologies”.16
Multiscale characteristics of linear and nonlinear cross-correlations in financial markets
No full textWith his work "An Inquiry into the Nature and Causes of the Wealth of Nations" published in 1776 [1], the Scottish philosopher and thinker Adam Smith laid foundations for economics as a separate branch of science. In the above-mentioned work, he used the term "invisible hand" meaning a mechanism that directs individual consumers so that their actions are the most beneficial to the whole of society. Although being commonly known and widely covered in the literature, this problem has not been to date put into mathematical formulas in a manner that would enable the market as a whole to be described precisely. This effect is a classic example of an emergent phenomenon, i.e. such a characteristic or property of a system, which has occurred in the system under examination, and which was never previously observed at the level of the individual system components. Phenomena of this type are characteristic of complex systems, where, due to a large number of nonlinear interactions between the elements of the system, evolving structures appear, which cannot be derived from the components in a simple manner. Looking from this perspective on financial markets in a broad sense, one can notice that they perfectly fit into the concept of complex systems. Starting from individual investors in the financial markets or individuals in their households, whose behavior can be described at best in a collective manner, it cannot be determined exactly in which direction the share prices or the domestic economy will, respectively, evolve in the future
White Book on the Complementary Scientific Programme at IFMIF-DONES
No full textIFMIF-DONES - a powerful neutron irradiation facility for studies and qualification of materials is planned as part of the European roadmap to fusion-generated electricity. Its main goal will be to study properties of materials under severe irradiation in a neutron field similar to the one in a fusion reactor first wall. It is a key facility to prepare for the construction of the DEMO Power Plant envisaged to follow ITER. At present, as the construction of ITER is well under way, it has been considered to accelerate the design and construction of DEMO, which should start during the 2030 decade. Thus, the decision to start the building of IFMIF-DONES is imminent. IFMIF-DONES must start operation in mid 2020’s in order to provide results on material properties from the first batches of irradiated samples in time to be used for the design of DEMO. Assuming a minimum period of 5 years for the construction process the design and validation activities for IFMIF-DONES must be completed by 2020. Other preparatory activities such as site preparation and licensing must also start before 2020. As part of those activities EUROfusion, the European Consortium for the Development of Fusion Energy, which manages and funds European fusion research activities on behalf of EURATOM, has started the Early Neutron Source work package (WPENS) with the main goal to prepare by 2018 the Engineering Design of IFMIF-DONES. At the same time, Fusion for Energy, the European Union’s Joint Undertaking for the Development of Fusion Energy, which will be responsible for the construction of IFMIF-DONES, has asked member states to express interest in the siting of the facility. Poland is one of the countries, which have declared interest to host IFMIF-DONES. The ELAMAT (European Laboratory for Material Science) consortium was founded in 2014 by the Rzeszów University of Technology and the Institute of Nuclear Physics of the Polish Academy of Sciences (IFJ PAN) as a bottom-up initiative of the science community to prepare the proposal to site IFMIF in the Podkarpackie region of Poland [1]. Its members are the leading universities, research institutes, high technology companies and business environment institutions active in Poland. Consortium participants seek to combine economic and scientific potential of business and research and development institutions for building in Poland an international research infrastructure for advanced materials research. One of the decisions of the Consortium was to establish the ELAMAT Scientific Council with the aim to study possible extension of the objectives of the IFMIF-DONES facility beyond its standard programme of material studies for fusion reactors [2]. The Scientific Council whose members represent the fusion, nuclear physics, medical physics and technology research communities organised two open meetings to discuss the opportunities offered by the new facility. At the workshop “Town Meeting on IFMIF/ELAMAT Complementary Scientific Programme”, which took place in April 2016 [3], it was decided to prepare a collection of science cases for the future facility in the form of a White Book. At the same time, this activity was met with interest and received support from the Early Neutron Source work package (WPENS) of EUROfusion. The possible science cases, discussed in this White Book, require certain modifications of the IFMIF-DONES facility layout (see Fig.1). The considerations and conclusions presented in the White 6 Book are independent of the site of the future facility. The intention of the authors of this report was to demonstrate that many foremost topics and questions of todays science in several active fields of research could be addressed and investigated at the IFMIF-DONES without compromising its main role of a material irradiation facility for the fusion programme. It is hoped that such demonstration will raise interest and bring support for the construction of IFMIF-DONES and that elements of the complementary science programme will be incorporated into the original programme of the facility
High pressure influence on dynamics and polymorphism of 4 - cyano - 3 - fluorophenyl 4 - butylbenzoate
No full textZnane od ponad wieku substancje ciekłokrystaliczne są wciąż fascynującym materiałem dla badaczy. W ostatnich dekadach obserwowany jest nieustanny wzrost liczby publikacji traktujących o
związkach tej klasy. Ciekawe własności tych materiałów predestynują je do badań nad polimorfizmem
fazowym, a także złożoną dynamiką molekuł. Dostępne współcześnie metody eksperymentalne fizyki
fazy skondensowanej umożliwiają stworzenie różnorakich warunków ciśnieniowych pozwalających testować ich wpływ na przejścia fazowe, a także na ruchy cząsteczek substancji. Dodanie dodatkowej zmiennej termodynamicznej, jaką jest oprócz temperatury ciśnienie, pozwalają stworzyć pełniejszy obraz zarówno diagramu fazowego, jak i pokazać wpływ ciśnienia nie tylko na procesy związane z relaksacjami strukturalnymi, ale również relaksacjami drugorzędowymi, niezmiernie ważnymi z punktu
widzenia badań przejścia szklistego. Zmiany ciśnienia w materiale pozwalają często odpowiedzieć na pytanie o pochodzenie tego typu procesów.20
Badanie charakterystyk półtaonowych rozpadów B w eksperymencie Belle
No full textW pracy przedstawiono pomiary polaryzacji podłużnej mezonu D∗(FD∗/L) i leptonu τ (Pτ/L), w rozpadzie B0→D∗−τ+ντ. Wyniki uzyskano wykorzystując próbkę 772 milionów par B̄ B, zebraną w eksperymencie Belle, działającym w latach 1999-2010 przy fabryceB, KEKB w laboratorium KEK. Zmierzone wartości FD∗/L = 0,65±0,08 (stat)+0,038−0,043 (syst), oraz Pτ/L=−0,89+0,61−0,63 (stat)+0,35−0,36 (syst) są zgodne w granicach niepewności doświadczalnychz przewidywaniami modelu standardowego FD∗/L (MS) = 0,46−0,53 i Pτ/L (MS) =−0,5. Niepewności pomiaru związane z nieznaną dynamiką rozpadu sygnałowego wynoszą odpowiednio ±11% dla FD∗/L i ±12% dla Pτ/L. Są to pierwsze pomiary tych wielkości w półtaonowych rozpadach B. Opracowana metoda analizy znajdzie zastosowanie w przygotowywanym obecnie eksperymencie Belle II na fabryce B nowej generacji, zderzaczu SuperKEKB.NCN nr 804/N-JAPONIA/2010/
Stanowisko cyklotronu AIC-144 do naświetlań wiązką protonów
No full textW hali eksperymentalnej budynku cyklotronu AIC-144, na jednym z wyjść magnesu M2, ustawiono tymczasowe stanowisko do pomiarów parametrów wiązki protonowej. Kierunek prowadzenia wiązki ustawiono precyzyjnie wykorzystując niwelator oraz samopoziomujący się laser 3D. Wymieniono soczewki kwadrupolowe, a nowe ustawiono precyzyjnie względem osi wiązki. Wykonano szereg kolimatorów i uchwytów oraz podstawę do pozycjonowania kamery CCD na ławie optycznej. Stworzono procedurę wyprowadzania wiązki z wykorzystaniem tarcz pokrytych siarczkiem cynku ZnS(Ag) wraz z systemem kamer podglądu oraz zbudowanej w IFJ PAN kamery CCD. Wykorzystano kamerę CCD do obrazowania kształtu nierozproszonej oraz rozproszonej wiązki protonowej. Sprawdzono powtarzalność wyprowadzania wiązki oraz zoptymalizowano kształt wiązki. Za pomocą puszki Faraday’a zmierzono stosunek prądu rozproszonej i zogniskowanej wiązki na stanowisku pomiarowym do prądu ekstrakcji z cyklotronu. Wykonano po miary dozymetryczne (mocy dawki) promieniowania gamma oraz neutronowego wewnątrz i wokół hali eksperymentalnej dla prądów ekstrakcji cyklotronu do wartości 100 nA
Obrazowanie stanu czynnościowego układu sercowo-naczyniowego in vivo z wykorzystaniem metod obrazowania rezonansem magnetycznym
No full textCelem pracy było zaplanowanie i przeprowadzenie eksperymentu obrazowania magnetyczno-rezonansowego (MRI, ang. Magnetic Resonance Imaging) pozwalającego na scharakteryzowanie wpływu stanu zapalnego na pracę układu krążenia na przykładzie ostrego zapalenia wątroby (ALF, ang.Acute Liver Failure). Zakres pracy obejmuje implementację zwierzęcego modelu ostrego zapalenia wątroby, dobór metod pomiarowych obrazowania magnetyczno–rezonansowego (MR), optymalizację parametrów sekwencji obrazujących oraz dobór technik analizy obrazu. W badaniach użyto następujących technik obrazowania MR: magnetycznego znakowania spinów krwi tętniczej (ASL, ang. Arterial Spin Labeling), obrazowania dynamicznego z zastosowaniem kontrastu (DCE-MRI, ang. Dynamic Contrast-Enhanced MRI), obrazowanie metodą kontrastu fazy (PC-MRI, ang. Phase Contrast MRI) oraz obrazowania anatomicznego do zbadania zmian struktury tkanki.Praca przygotowana w ramach projektu „JCET2 -Śródbłonek naczyniowy w chorobach cywilizacyjnych: od badań poznawczych do oferty innowacyjnego leku o działaniu śródbłonkowym” współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego (Program Operacyjny -Innowacyjna Gospodarka, Działanie 1.1.2
Study of the Pygmy Dipole Resonances Using High - Resolution Gamma Spectrometers
No full textThe excitation spectrum of atomic nucleus is, at high energies, dominated by the Giant Dipole Resonance (GDR), which is a collective oscillation of almost all neutrons vs.protons. Around neutron separation energy, well below the GDR, the presence of low-lying dipole strength have been reported in many nuclei and associated to so called Pygmy Dipole Resonance (PDR). In most simple picture it is interpreted as an oscillation of the excess neutrons forming the neutron-skin versus isospin saturated core of the nucleus. Many microscopic calculations have shown the relationship between the PDR strength and the neutron-skin thickness, which is determined by the symmetry energy of the equation of state (EOS). Furthermore, it was found that the PDR contribution to the cross-section of radiative neutron capture process is significant. Therefore, studies on PDR nature are attracting a lot of attention in recent years. So far the experimental evidence of PDR was based on scattering of real photons (γ,γ’), inelastic scattering of electrons, protons and alpha particles, and on relativistic Coulomb excitations. In the present thesis, for the first time the inelastic scattering of heavy ions, combined with high-resolution gamma spectroscopy, was conducted.General aim of the study, which is a subject of this thesis, was to investigate the properties of the dipole states in 140Ce nucleus around particle threshold where the pygmy dipole states are expected to appear. Of particular interest was the possible isospin mixing observed in previous (γ,γ’) and (α,α’γ) experiments. The more specific goal was to confront the experimental data with theoretical calculations using Distorted Wave Born Approximation (DWBA) based on a form factor obtained by folding the microscopically calculated transition densities which was done for the first time in this type of experiments. The experiment using the inelastic scattering of 17O at 20 MeV/u was performed in LNL-Legnaro in Italy. The scattered ions were detected by the two ΔE-E silicon telescopes of TRACE array in coincidence with the γ-rays emitted by the target nucleus. The gamma detection was done with a high energy resolutionusing the state-of-art AGATA array which is based on high-purity germanium (HPGe) detectors. To increase the detection efficiency in high energy region, nine large volume LaBr3:Ce scintillator detectors of HECTOR+ array were additionally applied.The results of the study allowed to confirm predominantly isoscalar character of the low-energy PDR states. For the first time, the fraction of isoscalar energy-weighted sum rule exhausted by the PDR and its strength was extracted for the 140Ce. Comparison with the predictions of the theoretical models allowed shedding some new light into the structure of the pygmy dipole states. Furthermore, obtained results will enrich still very limited database of experimental results, whatis necessary to gain complete knowledge of the PDR properties
Multimodal approach for ionizing radiation damage investigation
No full textThe new, leading edge laboratory has been established and put into routine operation. The laboratory is focused on multimodal studies of the cellular response to ionizing radiation and provides support and research facilities for the Bronowice Cyclotron Centre. Spectroscopic imaging of cells and tissues (examining in particular the internal structure of cells, the cytoskeleton organization, cells’ mechanical and biochemical properties), as well as research at the molecular level, has been applied in research for the purpose of searching new strategies of prevention and therapies of cancer and other pathologies and in fundamental research in the field of structural and vibrational analysis of condensed matter. The multimodal approach, illustrating the full laboratory potential, has been applied to radiation effect studies of transitional cells – human bladder carcinoma cells (T24 cell line). Cells were irradiated with three X-ray radiation doses: 1 Gy, 3 Gy, and 10 Gy and subsequently studied using all instruments of the new laboratory. The presented results demonstrated that the AFM elasticity measurements can be applied to quantitatively estimate alterations induced upon Xray irradiation at the single cell level. A combination of AFM and InfraRed Spectroscopy (NanoIR2 setup) was successful in characterization molecular changes occurring in the nuclear environment following cellular irradiation. Particularly useful information acquired was the observation of changes in distribution of macromolecules with a spatial resolution at the level of the single organelle. The observed changes correlate with radiation dose and thus may become a tool for studying the biological effects of radiation exposure. The application of Raman microspectroscopy for radiation-induced damage investigations provided detection of such spectral changes as strand breaks, base unstacking, and DNA conformational transformations. These studies give crucial information about the damage associated with irradiation and cellular response for radiation dose at single cell level. Moreover, Raman spectroscopy provides possibility to investigate structural changes present within the same sample. Complementary UV–VIS technique, on the basis of γ-H2AX test, delivered quantitative data of radiation damage, manifesting in presence of double strand breaks in DNA in 1st and 2nd day of culture (1 hour and 24 hours after irradiation)
Ocena czystości radioizotopowej 226Th powstającego z rozpadu 230U dla celów terapii TAT
No full textGenerator izotopowy 230U/226Th jest nowym obiecującym systemem do zastosowania w celowanej wewnętrznej alfa terapii (TAT) nowotworów. 230U powstaje z rozpadu β-230Pa. 230Pa otrzymywano w cyklotronie AIC-144 poprzez aktywację protonami o energii 30 MeV tarczy 232Th o naturalnym składzie izotopowym według reakcji 232Th(p, 3n)230Pa. Przeprowadzono badania nad oceną czystości radioizotopowej 226Th,potencjalnego radioizotopu terapeutycznego, otrzymanego metodą chromatografii jonowymiennej z wykorzystaniem żywic Dowex 50X8 i Dowex 1X8.W widmach promieniowania α zmierzonych źródeł radioizotopu 226Th po jego całkowitym rozpadzie promieniotwórczym nie stwierdzono obecności długożyciowych radioizotopów 230Th i 232Th