Repository of the Institute of Nuclear Physics PAN
Not a member yet
364 research outputs found
Sort by
Images of particle track candidates from the CREDO Detector application
No full textInformacja jak pozyskać dostęp do danych: https://api.credo.science/web/faq/Dane badawcze pochodzą z projektu naukowego zainicjowanego w 2016 r. w IFJ PAN „Cosmic-Ray Extremely Distributed Observatory” - CREDO, który dotyczy globalnej detekcji cząstek promieniowania kosmicznego wykorzystując metodę „citizen science”, która była warunkiem koniecznym do realizacji celów naukowych projektu CREDO. Projekt CREDO zaproponował globalne rejestrowanie cząstek kosmicznych za pomocą powszechnie dostępnych smartfonów i w tym celu opracował nowatorską i bezpłatną aplikację dla zainteresowanych. Aplikacja „CREDO Detector” została stworzona we współpracy z Politechniką Krakowską i ACK-Cyfronet AGH.
Pojedyncze dane wysyłane przez aplikacje CREDO Detector dotyczą głównie wycinka zdjęcia wykrytej cząstki (kod obrazka w base 64, X i Y najjaśniejszego piksela, rozmiary matrycy), czasu wykrycia (w postaci timestamp 13 znaków), lokalizacji GPS (szerokość, długość i wysokość geograficzna), informacje o koncie (id użytkownika, id zespołu, id urządzenia), dodatkowo wysyłane są też pingi (informacja, że urządzenie pracuje cały czas, wysyłane co 10 min) zawierają one: czas wysłania (timestamp - 13 znaków) czas otrzymania pingu przez bazę, oraz informacje o urządzeniu (device_id i user_id)The research data comes from the scientific project initiated in 2016 at the IFJ PAN "Cosmic-Ray Extremely Distributed Observatory" - CREDO, which deals with the global detection of cosmic ray particles using the "citizen science" method, which was a prerequisite for achieving the scientific goals of the CREDO project. The CREDO project proposed to globally record cosmic particles using widely available smartphones, and for this purpose developed a novel and free application for interested parties. The "CREDO Detector" application was developed in cooperation with the Cracow University of Technology and ACK-Cyfronet AGH.
The individual data sent by CREDO Detector applications are mainly about the slice of the image of the detected particle (image code in base 64, X and Y of the brightest pixel, matrix size), time of detection (in the form of timestamp 13 characters), GPS location (latitude, longitude and altitude), account information (user id, team id, device id), in addition, pings are also sent (information that the device is working all the time, sent every 10 minutes) they include: time of sending (timestamp - 13 characters) time of receiving the ping by the base, and information about the device (device_id and user_id
Study of three-body Bose-Einstein correlations in LHCb and development of the reconstruction algorithms based on machine learning
No full textNiniejsza rozprawa opisuje przeprowadzone badania korelacji Bosego-Einsteina dla trójek jednoimiennie naładowanych pionów. Wykorzystane przypadki zostały zarejestrowane przez eksperyment LHCb ze zderzeń proton-proton przy energii w układzie środka masy √s = 7 TeV. Jest to pierwsza analiza dotycząca trzyciałowych korelacji Bosego-Einsteina w obszarze dużych pseudopośpieszności, charakterystycznego dla detektora LHCb oraz jest to pierwsze zastosowanie modelu core-halo do interpretacji wyników w zderzeniach proton-proton. Parametry modelu core-halo są wyznaczone dla różnych zakresów krotności cząstek naładowanych. Wraz ze wzrostem krotności cząstek naładowanych, obserwowana zależność może wskazywać na częściowo koherentną emisję pionów. Otrzymane wyniki są zaprezentowane w kontekście innych badań dotyczących tego zjawiska.
Druga część rozprawy porusza temat rosnących wymagań na szybką i wydajną rekonstrukcję śladów w eksperymentach fizyki wysokiej energii oraz możliwości zastosowania technik uczenia maszynowego. Zaproponowane oryginalne rozwiązanie wykorzystuje głęboką sieć neuronową do rekonstrukcji śladów w eksperymencie MUonE dedykowanemu poszukiwaniom śladów Nowej Fizyki w sektorze anomalnego momentu magnetycznego muonu. Przedstawiona implementacja spełnia uwarunkowania jakościowe klasycznego algorytmu w zakresie rekonstrukcji, jednocześnie stanowiąc dogodną podstawę do dalszych badań.This thesis describes studies on the Bose-Einstein correlations for the triplets of same-sign pions. The events used in the analysis were recorded by the LHCb experiment in proton-proton collisions at centre-of-mass energy of √s = 7 TeV. This is the first study of three-body Bose-Einstein correlations in forward region of pseudorapidity of the LHCb detector and the results are interpreted in the core-halo model for the first time in proton-proton collisions. The parameters of the core-halo model are determined in bins of charged particle multiplicity. A tendency is observed that with growing charged particle multiplicity the signs of coherent particle emission can be observed. The results are presented in the context of other analyses in this field.
The second part of this dissertation is devoted to growing needs for fast and efficient track reconstruction in high energy physics experiments that are addressed with the help of machine learning techniques. A proof-of-concept solution based on the deep neural network is proposed for the MUonE experiment and is promising in the search for New Physics in the sector of anomalous magnetic moment of a muon. The presented implementation meets the conditions of classical reconstruction and at the same time it constitutes a convenient basis for further research.12
Fontanna czasu
No full textCzy zastanawialiście się kiedyś czy podróże w czasie są możliwe? Według teorii względności Einsteina teoretycznie są możliwe.
Komiks pt. „Fontanna czasu” w zabawny sposób pokazuje nam właśnie taką historię podróży w czasie, która ma miejsce w Instytucie Fizyki Jądrowej PAN.
Co się wydarzy, jak do tego dojdzie i jak zakończy się spotkanie założyciela IFJ (red. Profesor Henryk Niewodniczański) z Profesorem T (red. Profesor Tadeusz Lesiak – obecny Dyrektor IFJ PAN)?
Komiks powstał, aby przybliżyć historię i działalność Instytutu
Elastic and rheological properties of human bladder cancer cells: from single cells to spheroids
No full textWiadomo, że mechaniczne i mikroreologiczne właściwości komórek, wraz z rearanżacjami w ich cytoszkielecie aktynowym, są związane z progresją nowotworu przez przejęcie ważnej roli w badaniach nad diagnostyką nowotworów. Hodowle komórek 3D mogą naśladować naturalne środowisko komórek i niektóre cechy guzów litych, będąc szeroko stosowanymi jako potencjalne modele in vitro do odkrywania nowych cech biologicznych komórek rakowych i odkrywania leków przeciwnowotworowych. W tym badaniu do utworzenia wielokomórkowych sferoidów wykorzystano trzy linie komórkowe z różnych stadiów raka pęcherza moczowego: HCV29 (rak niezłośliwy), HT1376 (rak III stopnia) i T24 (rak przejściowokomórkowy IV stopnia). Komórki te również charakteryzują się innym cytoszkieletem aktynowym. Ich właściwości mechaniczne i mikroreologiczne są badane za pomocą mikroskopii sił atomowych (AFM) w nanoskali oraz spektroskopii sił hydraulicznych (HFS), innowacyjnej techniki aspiracji mikropipetowej, w skali makro. Prace te skupiały się głównie na zrozumieniu, w jaki sposób zmieniają się właściwości lepkosprężyste komórek w hodowlach 2D, tj. pojedynczych komórkach, monowarstwach i sferoidach 3D. Nasze wyniki z AFM pokazują, że zarówno pod wpływem ściskania, jak i naprężenia ścinającego, komórki HCV29 są sztywniejsze niż komórki HT1376 i T24, co potwierdza, że komórki rakowe są bardziej odkształcalne niż komórki niezłośliwe, niezależnie od warunków hodowli. Następnie oceniono związane z wiekiem zmiany właściwości mechanicznych sferoidów, a wyniki porównano z analizą histologiczną przekrojów sferoid. Wyniki AFM wykazały, że wszystkie komórki stają się sztywniejsze z powodu efektu starzenia i reorganizacji ich cytoszkieletu. Zaobserwowano również, że sferoidy utworzone przez komórki HCV29 były jedynymi, które wytwarzały macierz zewnątrzkomórkową (ECM), co może wyjaśniać zmiękczenie tych sferoidów po wykryciu przez HFS. Dlatego zmiany w interakcjach komórka-komórka i komórka-ECM podczas starzenia mogą mieć duży wpływ na mechaniczne zachowanie komórek. Na koniec sprawdzono, czy właściwości mechaniczne uzyskane dzięki HFS można wykorzystać do badania wpływu docetakselu (DTX), leku przeciwnowotworowego, na trzy rodzaje sferoidów raka pęcherza moczowego. Wyniki pokazały, że trzy linie komórkowe zachowują się inaczej i że HFS może wykrywać zmiany mechaniczne wywołane przez lek, nawet w bardzo niskich stężeniach, przed pojawieniem się jakiegokolwiek markera biologicznego, co czyni HFS korzystną metodą oceny aktywności związków przeciwnowotworowych. Biorąc pod uwagę wszystkie wyniki tej pracy, dochodzimy do wniosku, że właściwości mechaniczne i reologiczne sferoidów raka pęcherza, określane za pomocą AFM i HFS, mogą służyć jako markery biofizyczne nie tylko w diagnostyce, ale także w leczeniu tego typu nowotworu.Mechanical and microrheological properties of cells, along with the rearrangements in their actin cytoskeleton, are known to be associated with cancer progression by acquiring an important role in cancer diagnostic research. 3D cell cultures can mimic the natural environment of cells and some features of solid tumors, being widely used as potential in vitro models for finding novel biological features of cancer cells and anticancer drug discovery. In this study, three cell lines from different stages of bladder cancer were used to form the multicellular spheroids: HCV29 (non-malignant cancer), HT1376 (grade III carcinoma), and T24 (grade IV transitional cell carcinoma) cells. These cells are characterized by a different actin cytoskeleton, too. Their mechanical and microrheological properties are investigated using atomic force microscopy (AFM) at the nanoscale and hydraulic force spectroscopy (HFS), an innovative micropipette aspiration technique, at the macroscale. This work was mainly focused on understanding how the viscoelastic properties of cells change in 2D cultures, i.e., single cells, monolayers, and 3D spheroids. Our results from AFM show that under both compression and shear stress, HCV29 cells are stiffer than HT1376 and T24 cells, confirming that cancer cells are more deformable than non-malignant cells, regardless of the culture conditions. Then, the age-related changes in the mechanical properties of spheroids were evaluated, and the results were compared to the histological analysis of spheroid cross-sections. AFM results showed that all cells become stiffer due to the aging effect and the reorganization of their cytoskeleton. It was also observed that spheroids formed by HCV29 cells were the only ones to produce extracellular matrix (ECM), which could explain the softening of these spheroids when detected by HFS. Therefore, changes in cell-cell and cell-ECM interactions during aging may greatly impact the mechanical behavior of the cells. Finally, it was checked whether the mechanical properties obtained by HFS could be used to study the effects of docetaxel (DTX), an anticancer drug, on the three types of bladder cancer spheroids. The results showed that the three cell lines behave differently and that HFS could detect the mechanical changes induced by the drug, even at very low concentrations, before the appearance of any biological marker, making HFS an advantageous method to assess the activities of anticancer compounds. Considering all the results from this work, we conclude that the mechanical and rheological properties of bladder cancer spheroids, determined by AFM and HFS, may serve as biophysical markers, not only in diagnosis but also in the treatment of this type of cancer.17
Wybrane zagadnienia z fizyki magnetyków molekularnych o różnej wymiarowości opartych na metalach d-elektronowych
No full textMultifunkcjonalne magnetyki molekularne to klasa materiałów metalo-organicznych o unikalnych właściwościach fizycznych, które mogą potencjalnie przyczynić się do rozwoju nowoczesnej technologii. W szczególności prowadzone są badania w kierunku spintroniki, chłodzenia magnetycznego albo bistabilnych przełączników magnetycznych reagujących na zewnętrzne bodźce takie jak światło, ciśnienie albo wilgoć. Aktualne prace skupiają się na aspekcie eksperymentalnym, umożliwiającym wyznaczenie istotnych parametrów związków molekularnych, oraz teoretycznym, pozwalającym zrozumieć korelacje magneto-strukturalne i zastosować je podczas projektowania kolejnych związków, które mają charakteryzować się pożądanymi właściwościami.
Głównym celem niniejszej rozprawy doktorskiej jest przedstawienie wybranych teoretycznych metod badań właściwości magnetycznych magnetyków molekularnych bazujących na metalach d-elektronowych oraz ich praktyczne zastosowanie do opisu trzech niskowymiarowych typów związków molekularnych. Pierwsze dwa wybrane modele, metoda ścisłych obliczeń kwantowych oraz przybliżenie pola molekularnego (MFA), opisane są w sposób ogólny umożliwiający wykorzystanie ich dla dowolnego innego układu magnetycznego. W szczegółowy sposób uwzględniono również przykłady wykorzystania tych metod dla konkretnych układów. Dwa kolejne modele to wariacyjna metoda klastrów w przybliżeniu par (CVMPA) oraz klasyczno-kwantowy model jednowymiarowego łańcucha, które w niniejszej pracy rozpatrywano, odpowiednio, dla dwuwymiarowego układu spinów
S = 1/2 z anizotropią typu XY oraz jednowymiarowego łańcucha, w którym jony o wysokim spinie ułożone są naprzemiennie z układem dwóch jonów o spinie S = 1/2.
W części pracy dotyczącej badań rzeczywistych magnetyków molekularnych opisano zależność podatności magnetycznej łańcucha molekularnego składającego się z jonów Fe(III) oraz Cu(II) za pomocą trzech różnych modeli. Następnie zasymulowano efekt fotomagnetycznych trzech związków molekularnych pochodzących z jednej rodziny, w tym dwóch enancjomerów, bazujących na jonach Mo(IV) oraz Cu(II). Wykorzystano w tym celu dwa modele zakładające niską i wysoką efektywność naświetlania próbek światłem. W części ostatniej, porównując wyniki z modeli MFA oraz CVMPA, wytłumaczono źródło pochodzenia odwrotnego efektu magnetokalorycznego w monokrysztale, w strukturze którego obserwuje się quasi-dwuwymiarowe warstwy spinów S = 1/2 pochodzące od jonów W(V) oraz Cu(II).Multifunctional molecular magnets form a class of metal-organic materials with unique physical properties that can potentially contribute to the development of modern technology. In particular, recent studies focus on progress in spintronics, magnetic cooling, or bistable magnetic switches that respond to external stimuli such as light, pressure, or humidity. Current research efforts involve both experimental and theoretical aspects of molecular magnetism with the aim of determining crucial parameters of molecular compounds and understanding magneto-structural correlations to be used in designing new systems with desired specific properties.
The main objective of this dissertation is to present the selected theoretical methods of study of the magnetic properties of d-electron molecular magnets and show their practical applications in characterisation of three low-dimensional types of molecular compounds.
The first two selected models, exact diagonalization of Hamiltonian and the molecular field approximation (MFA), are generally described allowing their use in other magnetic systems. Detailed examples of using these methods for specific cases are also included. Two further models are the variational cluster method in pair approximation (CVMPA) and the classical-quantum one-dimensional chain model, which in this work are considered, respectively,
for a two-dimensional system of S = 1/2 spins with XY-type anisotropy and a one-dimensional chain in which high spin ions are arranged alternately with a system of two S = 1/2 spin ions.
In the part of the dissertation dedicated to studying actual molecular magnets, the dependence of the magnetic susceptibility of a molecular chain consisting of Fe(III) and Cu(II) ions was described using three different approaches. Then, the photomagnetic effect was simulated for three molecular compounds from the same family, including two enantiomers, based on Mo(IV) and Cu(II) ions. Two models were considered: assuming low and high light irradiation efficiency. Finally, the origin of the inverse magnetocaloric effect in a single-crystal, whose structure consists of quasi-two-dimensional layers of S = 1/2 spins from W(V) and Cu(II) ions, is explained by comparing the results from the MFA and CVMPA models.18
The analysis of morphology of G2 ceramic funnels with the use of computer tomography
No full textTwo types of funnels were purchased and analysed: G2 funnels with the diameter of 30 and 65 mm denoted as F3 and F6, respectively. The symbol describes their theoretical average size of pores. For G2, the pore size should be in the range of 0.04 - 0.1 mm. The chemical analysis of Energy Dispersive X-ray spectroscopy (not shown here) revealed that the funnels are made of zirconium(IV) oxide.
Figures 1 and 2 show the computer tomography analysis of the F3 and F6 funnels, respectively. A tomograph scans the material at different angles and measures the thickness of each phase; here solid and air gaps - voids.
The results are compiled in the graph presented in Figure 3. The measured average size of the pores are 0.07 ± 0.03 mm and 0.09 ± 0.04 mm for the F3 and F6 samples, respectively. The detected pore size differs between the two types of funnels but they are still within the G2 range.Prezentowane dane badawcze są rezultatem badań morfologii ceramicznych lejków. Owe lejki były jednym z rodzajów substratów wybranych jako podłoże, które następnie było chemicznie funkcjonalizowane, aby pozyskały właściwości antybakteryjne.
Celem projektu NCN (2020/04/X/ST5/00127), w ramach którego wykonano pokazane tu prace, było otrzymanie materiałów antybakteryjnych. Ceramiczne lejki są produktami komercyjnymi i zostały nabyte w sklepie Chemland (Polska).
Funkcjonalizacja chemiczna pozwala na przyłączanie antybakteryjnych jonów (w tym przypadku miedzi) do ich powierzchni przy użyciu chemicznych cząsteczek - łańcuchów. Ten rodzaj przyłączania charakteryzuje się trwałym wychwytywaniem jonów, co zapobiega uwalnianiu ich do otoczenia próbki.
Przed funkcjonalizacją, próbki zostały zbadane pod względem morfologii z naciskiem na ich porowatość. Aby zaobserwować zarówno ziarna jak i pustki w materiale użyto tomografii komputerowej. Warto zauważyć, że po funkcjonalizacji materiał nie zmienia swojej morfologii.
Badania wykonano na Uniwersytecie w Miszkolcu (Węgry) w laboratorium 3DLab - Infrastructure for Fine Structure Analysis przy użyciu tomografu YXLON FF35 Computer Tomograph obsługiwanego przez jednego z super-użytkowników, Pana Ádáma Filepa.Presented data is the result of the analysis of morphology of sintered ceramic funnels. The funnels were one of the selected substrates for chemical functionalisation in order the enhance them with antibacterial properties.
The goal of the NCN project (2020/04/X/ST5/00127) described here was to obtain rigid antibacterial materials. The ceramic funnels are commercial products and were obtained from ChemLand company (Poland).
The chemical functionalisation attaches antibacterial ions, copper ions in this case, to their surface with the use of chemical chains. This type of attaching ensures the ions will not be easily released to the environment.
Prior to functionalisation, however, the substrates were analysed in terms of porosity. In order to observe the size of the pores and grains in the structure of the funnels, computer tomography was used. It is worth pointing out that the morphology does not change after the functionalisation when observing with the used technique. The analyses were performed at the University of Miskolc in 3DLab - Infrastructure for Fine Structure Analysis (Miskolc, Hungary). The used apparatus, YXLON FF35 Computer Tomograph, was controlled by one of the super-users, Mr. Ádám Filep.National Science Centre2020/04/X/ST5/0012
Ciekłe kryształy jako powierzchniowy wskaźnik temperatury. Charakterystyka mezofaz wybranych alkanianów (E)-4-((4-alkiloksyfenylo)diazenylo)fenylu i ich mieszanin
No full textPrzeprowadzono analizę sytuacji fazowej metodami wzajemnie uzupełniającymi się związków z grupy alkanianów (E) 4 ((4 alkiloksyfenylo)diazenylo)fenylu (nOABOOCm), między innymi: metodami mikroskopii polaryzacyjnej (POM), analizy termo-optycznej (TOA) oraz skaningowej kalorymetrii różnicowej (DSC). Badane związki nOABOOCm można podzielić na pięć szeregów homologicznych (dla n = 3, 5, 7, 8 lub 10) składających się z przynajmniej 18 homologów (dla m = 1 – 19). Łącznie uzyskano 94 związki, w tym 74 wcześniej nie opisane w literaturze. Obserwowano występowanie fazy N, faz smektycznych (SmC, SmI, SmF, SmG oraz SmH), a także polimorfizmu fazy krystalicznej.
Dla wybranych przedstawicieli związków z rodziny nOABOOCm wykonano dodatkowe pomiary parametrów fizykochemicznych z wykorzystaniem metod: dyfrakcji promieni rentgenowskich (XRD), Fourierowskiej spektroskopii w podczerwieni (FTIR), szerokopasmowej spektroskopii dielektrycznej (BDS) oraz spektroskopii w zakresie światła widzialnego oraz nadfioletu (UV–Vis).
Celem głównym niniejszej pracy doktorskiej było przygotowanie i analiza diagramów fazowych dwuskładnikowych mieszanin związków ciekłokrystalicznych, w których jeden ze składników posiada centrum chiralne. Układy tego typu potencjalnie mogą znaleźć zastosowanie w termografii kontaktowej. Do przygotowania mieszanin ciekłokrystalicznych zawierających związki nOABOOCm z chiralnymi mezogenami wyselekcjonowano dwa homologi: 7OABOOC5 oraz 7OABOOC8. Materiałami zawierającymi grupę chiralną były: pochodna cholesterolu (nonanan cholesterylu) oraz związek zawierający ugrupowanie diazenylowe (2 chloropropionian (E) 4 ((4 undecylofenylo)diazenylo)fenylu). Sytuację fazową przeanalizowano metodami POM i DSC. Wykazano występowanie zjawiska indukowania fazy N*, a także zwiększenie temperaturowego zakresu występowania fazy N* względem czystych związków.An analysis of the phase situation of compounds from the group of (E) 4 ((4 alkoxyphenyl)diazenyl)phenyl alkanoates was carried out with the use of complementary methods, including polarization optical microscopy (POM), thermo optical analysis (TOA) and differential scanning calorimetry (DSC). The investigated nOABOOCm compounds can be divided into five homologous series (for n = 3, 5, 7, 8, or 10) consisting of at least 18 homologues (for m = 1 – 19). A total of 94 compounds were obtained, including 74 never reported in the literature. The occurrence of the N phase, smectic phases (SmC, SmI, SmF, SmG, and SmH), as well as the polymorphism of the crystalline phases were observed.
For selected nOABOOCm compounds additional measurements of physicochemical parameters were performed, using the following methods: X–ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), broadband dielectric spectroscopy (BDS), and visible light and ultraviolet spectroscopy (UV Vis).
The main aim of this dissertation was to prepare and analyse phase diagrams of two component mixtures of liquid crystal compounds, in which one of the components has a chiral center. Such systems can potentially find application in contact thermography. Two nOABOOCm homologues were selected for the preparation of liquid crystal mixtures: 7OABOOC5 and 7OABOOC8. The materials containing the chiral group were: a derivative of cholesterol (cholesteryl nonanoate) and a compound containing a diazenyl moiety ((E) 4 ((4 undecylphenyl)diazenyl)phenyl 2 chloropropionate). The phase situation was analysed by POM and DSC methods. The phenomenon of induction of the N* phase, as well as an increase in the temperature range of the N* phase occurrence in relation to pure compounds were demonstrated.22
Magnetotransportowe własności złączy metal/tlenek metalu/metal
No full textMagnetoopór jest jednym z najczęściej wykorzystywanych zjawisk magnetycznych w zastosowaniach komercyjnych takich jak magazynowanie danych na dyskach twardych wraz z ich odczytem za pomocą głowicy magnetooporowej, czy też czujnikach pola magnetycznego bądź w magnetycznych pamięciach operacyjnych. Obecnie bada się układy, w których łączy się właściwości półprzewodnikowe oraz magnetyczne, aby stworzyć urządzenia spintroniczne, charakteryzujące się niższym zużyciem energii i większą szybkością działania. W poniższej pracy przedstawiłem metody wytworzenia złączy metal/tlenek metalu/metal, w których środkowa warstwa jest półprzewodnikiem powstałym poprzez anodyzację tytanu albo żelaza. Anodyzacja jest elektrochemicznym procesem służącym do produkcji tlenków metali przejściowych, charakteryzujących się występowaniem jednorodnych i uporządkowanych nanostruktur, które mogą przyjmować formę nanoporów lub nanorurek. Występowanie przestrzennie uporządkowanych struktur o rozmiarach dziesiątek nanometrów wpływa na własności magnetyczne oraz elektryczne całego złącza. Dodatkowo, anodyzacja jest procesem, który umożliwia kontrolowanie rozmiarów oraz typu nanostruktur za pomocą przyłożonego napięcia, kompozycji elektrolitu, temperatury oraz czasu. Głównym celem niniejszej rozprawy było stworzenie nanostrukturyzowanego złącza Schottky'ego z dwiema barierami potencjału, które dodatkowo jest czułe na zewnętrzne pole magnetyczne. W trakcie badań wytworzyłem cztery kombinacje złączy metal/tlenek metalu/metal (użyte metale to Ti oraz Fe), a następnie wybrałem jedno z nich do dalszych badań dotyczących wpływu nanostrukturyzacji na jego własności fizyczne. Obrazowanie powierzchni tlenków pokazało ziarnistą morfologię w układach anodyzowanych przy niskim potencjale 5 V oraz nanoporowate struktury dla wyższych napięć 15 V oraz 60 V. Własności półprzewodnikowe potwierdziłem poprzez wyznaczenie wartości przerwy energetycznej równej 2,3 eV dla obu tlenków. Pomiary profili głębokościowych potwierdziły strukturę warstwową złączy, natomiast międzywierzchnia tlenek metalu/metal ujawniły występowanie dyfuzji tlenu do górnej warstwy metalu. Wyniki badań za pomocą magnetometru typu SQUID pozwoliły na określenie podstawowych wielkości magnetycznych. Ponadto, analiza pętli histerezy pokazała istnienie dwóch faz magnetycznych w badanych układach. Większość wytworzonych złączy charakteryzuje się przewodnictwem omowym, poza układem tytan/tlenek tytanu/żelazo o charakterystyce diody Schottky'ego posiadającym pojedynczą barierę potencjału w temperaturze pokojowej oraz dwie bariery energetyczne w temperaturze 50 K. Magnetoopór dla złączy o przewodnictwie omowym ma dodatnie wartości w temperaturze pokojowej oraz ujemne w temperaturze 5 K. Dla złącza Schottky'ego wartości magnetooporu są dodatnie w całym mierzonym zakresie temperatur, a także silnie zależą od polaryzacji prądu.Magnetoresistance is a phenomenon most often used in commercial applications such as data storage in hard drives, read-heads, magnetic field sensors, or in magnetic random access memories. At present, scientific interest focuses on systems which combine the semiconducting and magnetic properties for the creation of spintronic devices with low power consumption and high speed of work.
In this work, I present methods of the production of metal/metal oxide/metal junctions in which interlayer is a semiconductor made by anodization of titanium or iron. Anodization is an electrochemical process used for the fabrication of oxides with homogenous and well-ordered nanostructures in form of nanopores or nanotubes. The electrical and magnetic properties
of investigated junctions are strongly influenced by the presence of spatially ordered structures of the size of tens nanometers. Additionally, anodization is a process that allows easy tuning of the sizes and types of nanostructures by the applied voltage, electrolyte composition, temperature, and time.
The main goal of this thesis was to create a nanopatterned Schottky junction with two potential barriers which is additionally sensitive to an external magnetic field. To achieve this aim I fabricated four cobinations of metal/metal oxide/metal junctions (the metals used were Ti or Fe), and then selected one for further research on the effect of nanopatterning on its physical properties. Imaging of the oxide surfaces showed a granular morphology in anodized systems at a low potential of 5 V and nanoporous structures at higher voltages of 15 V and
60 V. I confirmed the semiconductor properties of oxides by determining the value of the energy gap equal to 2,3 eV for both oxides. Measurements of the depth profiles confirmed the layered structure of the junctions, while the oxide/metal interface revealed the presence of oxygen diffusion into the upper metal layer. The results of the research with the use of the SQUID magnetometer allowed to determine the basic magnetic quantities. Moreover, the analysis of the hysteresis loop showed the existence of two magnetic phases in the tested systems. Most of the fabricated junctions are characterized by ohmic conductivity, except for the titanium/titanium oxide/iron system with Schottky diode characteristics, having a single potential barrier at room temperature and two energy barriers at a temperature of 50 K. The magnetoresistance for junctions with ohmic conductivity is positive at room temperature and negative at 5 K. For the Schottky junction, the magnetoresistance values are positive in the entire measured temperature range, and also strongly depend on the current polarization.10
Zastosowanie druku 3D do modyfikacji wiązki w radioterapii protonowej
No full textW nowoczesnych ośrodkach radioterapii protonowej dysponujących najnowszą techniką formowania wiązki w ołówkową wiązkę skanującą PBS (ang. Pencil Beam Scanning) najniższa możliwa energia wiązki protonów wynosi zwykle od 60 do 100 MeV, co odpowiada zasięgowi około 3.1-7.5 cm w wodzie. Leczenie zmian powierzchniowych wymaga zastosowania dyskryminatora zasięgu RS (ang. Range Shifter) w celu zmniejszenia zasięgu protonów. RS zmniejsza zasięg wiązki, ale usytuowany w pewnej odległości od pacjenta, rozprasza również wiązkę, pogarszając jej parametry, a w konsekwencji pogarszając rozkład dawki w pacjencie. Jako alternatywne rozwiązanie w Instytucie Fizyki jądrowej w Krakowie zaproponowano zastosowanie kompensatora wiązki protonowej BC (ang. proton Beam Compensator) wykonanego w technologii druku 3D i spersonalizowanego dla pacjenta. Taki BC pozwala na całkowitą redukcję przerwy powietrznej pomiędzy dyskryminatorem, a pacjentem, ograniczając rozproszenie wiązki.
Celem niniejszej pracy było przygotowanie i wdrożenie do praktyki klinicznej indywidualizowanych kompensatorów wiązki protonowej BC, pomocnych w leczeniu zmian powierzchniowych u dzieci. Przygotowano i porównano plany leczenia radioterapią protonową o modulowanej intensywności IMPT (ang. Intensity Modulated Proton Therapy) dla sześciorga dzieci z płytko położonymi zmianami nowotworowymi z użyciem dyskryminatorów zasięgu – RS i BC. Porównano rozkłady dawek, w tym pokrycie struktur tarczowych, a także dawki dla organów krytycznych OAR (ang. Organs At Risks). Przy współpracy w grupą EURADOS WG9 przeprowadzono pomiary porównawcze generowanego w dyskryminatorach promieniowania w CCB IFJ PAN. Zastosowano dwa fantomy antropomorficzne wieku dziecięcego (5 i 10 lat). Do pomiarów użyto zarówno detektorów aktywnych umieszczonych wewnątrz pokoju terapeutycznego, jak i detektorów pasywnych umieszczonych wewnątrz fantomów. Pomiary uzupełniono symulacjami Monte Carlo transportu promieniowania.
Analiza porównawcza planów leczenia wykazała, że zastosowanie BC zredukowało obszary napromienione niskimi dawkami i poprawiło dopasowanie kształtu izodoz do leczonej struktury. Ponadto, we wszystkich przypadkach uzyskano zmniejszenie ekspozycji narządów krytycznych. Dawki promieniowania rozproszonego mierzone podczas eksperymentu wraz z grupą EURADOS WG9 zarówno od fotonów, jak i od neutronów wtórnych były niższe dla BC, niż dla RS. Najwyższy stosunek dawek RS/BC dla promieniowania rozproszonego fotonowego uzyskano dla piersi - 12.5 i 13.2 odpowiednio dla fantomu 5 i 10 lat. W przypadku narządów znajdujących się bliżej izocentrum, takich jak tarczyca, dawki neutronowe były niższe dla BC, ale dla narządów bardziej odległych, takich jak pęcherz – dla RS.
W toku przeprowadzonych badań stwierdzono, że zastosowanie drukowanych kompensatorów BC, umieszczonych jak najbliżej pacjenta w leczeniu powierzchniowych zmian nowotworowych z zastosowaniem skanującej wiązki protonowej prowadzi do uzyskania bardziej konformalnego rozkładu dawki i nie wzmaga dawek od promieniowania wtórnego w porównaniu do RS, umieszczonego na wylocie wiązki w pewnej odległości od pacjenta. Drukowane kompensatory wiązki protonowej BC mogą być bezpiecznie stosowane u pacjentów pediatrycznych, a wprowadzenie ich do praktyki klinicznej przynosi zyski terapeutyczne.In modern cyclotron based proton therapy facilities with Pencil Beam Scanning (PBS) technology the lowest energy of proton beam ranges typically between 60 and 100 MeV which corresponds to proton range in water of about 3.1-7.5 cm. The irradiation of superficial lesions usually requires application of a range shifter (RS) to further reduce range of protons. RS situated at a certain distance from the patient body increases the spot size causing wider lateral penumbra and lower plan conformity which may finally result in a decrease of the target coverage. As an alternative solution, a patient-specific 3D printed proton beam compensator (BC) can be applied. A BC enables further reduction of the air gap and consequently reduction of the beam scattering.
The aim of this study was to prepare and implement individualized BC proton beam compensators into clinical practice to improve dose distribution for shallowly located tumours. Intensity Modulated Proton Therapy (IMPT) treatment plans for six children with shallow tumours with the use of pre-absorbers RS and BC were compared. For all patients dose distribution, including target coverage and doses to critical organs, were compared for these plans. Measurements radiation doses due to scattered radiation generated in pre-absorbers were performed with EURADOS WG9 in CCB IFJ. Two anthropomorphic phantoms - 5 and 10 years old – for a superficial target in the brain were applied. Both active detectors located inside the therapy room, and passive detectors placed inside the phantoms were used. Measurements were supplemented by Monte Carlo simulation of the radiation transport.
The comparative analysis of treatment plans demonstrated that the application of BC reduced the areas irradiated with low doses and improved the isodose shape matching to the treated structure. Moreover, in all cases a reduction in exposure of critical organs was observed. Out-of-field doses measured during EURADOS WG9 experiment from both secondary photons and neutrons were lower for BC than for RS. Photon dose inside phantoms led to higher out-of-field doses for RS than BC to almost all organs with The highest RS/BC ratio of photon out-of-field doses was obtained for breasts - 12.5 and 13.2 for 5y and 10y old child phantoms, respectively. For organs closest to the isocentre such as the thyroid, neutron doses were lower for BC, but for more distant organs like bladder - for RS.
It was found that the application of 3D printed BC placed in the near vicinity of patient in the treatment of superficial tumours led to the more conformal dose distribution as compared to RS placed at the nozzle and did not result in the increase of secondary radiation compared to the treatment with RS, placed far from the patient. Printed BC can be safely used for paediatric patients and their use into clinical practice brings clear therapeutic benefits.14
Proceedings of the IFJ PAN Particle Physics Summer Student Alumni Conference 2022
No full textIFJ PAN PPSS Alumni Conference is organized by the Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences (IFJ PAN). It is addressed to: participants of previous editions of Particle Physics Summer Student Programme, attendees of current PPSS edition and students interested in cooperation with IFJ PAN. First IFJ PAN Particle Physics Summer Student Alumni Conference was held on 9-10 July 2022, with topic focused on, but not restricted to, high energy physics.IFJ PAN PPSS Alumni Conference 2022 was sponsored by Polish Academy of Sciences and IFJ PAN. Work of M. Barej was partially supported by the Ministry of Science and Higher Education and by the National Science Centre. Work of P. Erland has been partially supported Ministry of Education and Science. Work of I. Babiarz was partially supported by the Polish National Science Center. The research of G. Czelusta has been supported by the National Science Centre Poland and by the Priority Research Area Digiworld. Work of V. Mykhaylova was supported by the Polish National Science Center. Work of P. Potępa was partly supported by the program "Excellence initiative - research university", the National Science Centre and PL-Grid Infrastructure.018/30/Q/ST2/00101 (M. Barej), 0138/DIA/2017/46 (P. Erland), UMO-2018/31/B/ST2/03537 (I. Babiarz), DEC-2017/26/E/ST2/00763 (G. Czelusta), 2018/31/B/ST2/01663 and UMO-2021/41/N/ST2/02615 (V. Mykhaylova), 2020/37/B/ST2/01043 (P. Potępa