Repository of the Institute of Nuclear Physics PAN
Not a member yet
364 research outputs found
Sort by
Porous ceramics as a carrier of biocidal functional groups
No full textNowy materiał, który może być zastosowany jako filtr wody czy powietrza, eliminujący szkodliwe drobnoustroje jest przedmiotem poszukiwań naukowców. Dlatego też przeprowadzono syntezę i analizę porowatej ceramiki zawierającej aktywne grupy fosforanu miedzi oraz octanu srebra. W Zakładzie Inżynierii Molekularnej i Nanoelektroniki IFJ PAN opracowano procedury precyzyjnej aktywacji ceramik biobójczymi grupami funkcjonalnymi zawierającymi związane jony metali. Metoda polega na szczepieniu porowatego materiału grupami kotwiczącymi: propylowo-fosforanowymi (dla jonów miedzi) oraz propylowo-węglanowymi (dla jonów srebra), a następnie funkcjonalizacji solami odpowiednich metali. Zastosowanie fosforanu miedzi i/lub octanu srebra do funkcjonalizacji ceramik pozwala na uzyskanie materiału eliminującego szkodliwe mikroorganizmy. Badania wykonano w ramach projektu 2020/04/X/ST5/01324 finansowanego z Narodowego Centrum Nauki.Scientists are looking for a new material that can be used as a water or air filter to eliminate harmful microorganisms. Therefore, the synthesis and analysis of porous ceramics containing active groups of copper phosphate and silver acetate were carried out. The Department of Molecular Engineering and Nanoelectronics, IFJ PAN, developed procedures for the precise activation of ceramics with biocidal functional groups containing metal ions. The method consists in grafting the porous material with anchor groups: propyl-phosphate (for copper ions) and propyl-carbonate (for silver ions), and then functionalisation with salts of appropriate metals. The use of copper phosphate and / or silver acetate for the functionalisation of ceramics allows obtaining a material that eliminates harmful microorganisms. The research was carried out under the project 2020/04 /X/ST5/ 01324 financed by the National Science Center.Narodowe Centrum Nauki2020/04/X/ST5/0132
Dynamika i struktura korelacji na rynkach finansowych i fonograficznych
No full textWspółczynnik korelacji między akcjami definiuje podobieństwo między badanymi walorami i ma znaczenie w konstrukcji optymalnego portfela akcji – czyli takiego, który osiąga maksymalny zysk przy jak najmniejszym ryzyku. Dlatego pierwszą część mojej pracy poświęcam korelacjom na rynkach finansowych i oprócz porównania rynków wschodzących (WIG 20) i dojrzałych (DJIA, DAX, FTSE 100) przy użyciu metod fizyki (wykorzystywane wcześniej w badaniach szkieł spinowych przestrzenie ultrametryczne i drzewa minimalnej rozpiętości) wprowadzam nowe pojęcie – czas życia korelacji. Jest on pomocny w określeniu optymalnego okna czasowego historii cen, potrzebnego do obliczenia współczynników korelacji. Bowiem zbyt krótkie okna czasowe sprawiają, że współczynniki korelacji między walorami pod wpływem fluktuacji cen stają się losowe, z kolei zbyt duże okna czasowe nie odzwierciedlają aktualnych trendów gospodarki, która podlega przecież zmianom. Moje wyniki porównuję z już znanymi rezultatami. Zwłaszcza, że na wszystkich badanych rynkach drzewa minimalnej rozpiętości na ogół odzwierciedlają sektory gospodarcze stworzone przez badane spółki. W dalszej części badam rynki walutowe, które opierają wartość pieniądza w zależności od waluty bazowej, co oczywiście wpływa na strukturę i rozkład korelacji między walutami. Porównuję też trwałość drzew minimalnej rozpiętości w oparciu o różne waluty bazowe.
Drugą część pracy poświęcam rynkom fonograficznym, które są szczególnym przypadkiem rynków towarowych, a wybrałem je do analizy głównie z powodu dostępności dokładnych danych o sprzedaży płyt. Przeprowadzam analizę analogiczną jak na rynkach finansowych definiując notowania artysty na listach sprzedaży podobnie jak notowania spółek na giełdzie. W efekcie otrzymuję interesujące korelacje między artystami, które na drzewie minimalnej rozpiętości MST odzwierciedlają tradycyjne podobieństwo stylistyczne dla wszystkich gatunków, z wyjątkiem muzyki pop. Bowiem o ile pozostali artyści podobnie jak akcje
na giełdzie zachowują się kolektywnie tworząc sektory gatunkowe, to zamiast sektora artystów w estetyce pop otrzymuję sektor złożony z najbardziej znanych gwiazd, ale różnych gatunków. Oprócz omówienia danych doświadczalnych (sezonowość, etc.) przedstawiam dość bogatą analizę sieciową i statystyczną (gęstości prawdopodobieństwa, wykładnik Hursta, etc.)
w porównaniu do rynków finansowych i innych rynków towarowych np. energii, a także trzęsień ziemi. Ponadto aby wyjaśnić dynamikę i trajektorie sprzedaży wprowadzam opracowany wspólnie z Andrzejem Jarynowskim stochastyczny model sprzedaży płyt, który
w konfrontacji z rzeczywistością i drzewami minimalnej rozpiętości odzwierciedlającymi kolektywność oddziaływań konsumenckich prowadzi do bardzo ciekawych wniosków. Bowiem okazuje się, że główną przyczyną sezonowego wzrostu sprzedaży płyt pod koniec każdego roku wcale nie jest zagęszczenie premier płytowych, ale zwiększająca rozmiar rynku dodatkowa grupa konsumentów, którzy kupują płyty przed świętami Bożego Narodzenia,
co przekłada się na strukturę rynku. Pozostałe cechy dynamiki sprzedaży model stochastyczny odzwierciedla i przewiduje już całkiem skutecznie.
W trzeciej części pracy omówione zostało oddziaływanie wielu rynków na siebie w postaci najbardziej prawdopodobnych ścieżek infekcji rozumianej jako rozprzestrzenianie się popularności pojedynczych utworów (singli) w 12 krajach Europy. Na podstawie danych
od końca lat 60. XX wieku dla ponad 1700 singli udało się wyodrębnić strukturę rynków
w Europie i ich klastrów, które pokrywają się z bliskością kulturową bądź językową krajów
i zależą od nośnika - ery analogowej, cyfrowej i Internetu. Analiza przepływu popularności singli w skali jednego kraju podzielonego na regiony – Wielkiej Brytanii (dla danych z roku 1978) także została przeprowadzona.
Proces ten został wyjaśniony także w ostatnim rozdziale z punktu widzenia modelu agentowego dla globalnego rynku singli, złożonego z rynków krajowych, stanowiących podsieci typu Barabasiego-Albert o bezskalowej strukturze. Dynamika popularności utworu o zadanej atrakcyjności analizowana jest na zasadach znanych z epidemiologii (agresywność wirusa) i rozprzestrzeniania się innowacji. Założenia modelu zostały przetestowane zarówno w sytuacji, kiedy lokalne rynki mogą stanowić klastry jak również kiedy globalny rynek składa się z podsieci bez klastrów. Odpowiada to różnym wariantom struktury rynku w jego historii, a także bogactwu możliwej dynamiki rozprzestrzeniania się popularności w wielu wariantach – w zależności od atrakcyjności utworu, wyboru początkowego węzła sieci od którego zacznie zdobywać popularność, a także innych parametrów sieci.The correlation coefficient between stocks defines similarity between ivestigated assets.
It is useful in creating the optimal portfolio of stocks that achieves the maximum profit with the least possible risk. Therefore the first part of my work is devoted to correlations in financial markets, and apart from comparing the (WIG 20) and established markets (DJIA, DAX, FTSE 100) using the methods of physics (previously used in the investigation of Spin Glass ultrametric spaces and minimum spanning trees). I introduce a new tool - lifetime of correlations. It is useful in detecting the optimal time window width in price history, neccessary for computing correlation coefficients. When window width is too small, the correlation coefficients between assets are under the influence of random price fluctuations. On the other hand, too large window width does not reflect the current trends in the markets, which economy is subject to changes. I compare my results with contemporary research.
In particular, in all the investigated markets, the minimum spanning trees generally reflect
the economic sectors represented by stocks. In the following section I study the Foreign Exchange markets where the value of currencies depend on the basic currency, which obviously affects the structure and distribution of correlations between currencies. I also compare the persistence of Minimum Spanning Trees based on various basic currencies.
The second part of the study is devoted to phonographic markets which are chosen as a special case of commodity markets because of high data quality on record sales. I continue using the Minimal Spanning Tree and the correlations between assets, but now beyond the stock markets. There is analogy between phonographic and financial markets when the value of an artist is defined by record sales. The graph is obtained starting from the matrix of correlation coefficients computed between the world’s most popular 30 artists by considering the synchronous time evolution of the difference of the logarithm of weekly record sales. This method provides the hierarchical structure of the phonographic market and information on which music genre is meaningful according to customers. As a result, I get interesting correlations between artists because the Minimum Spanning Tree reflects traditional sectors and subsectors for music genres, determined by collective record sales. However, the expected sector for pop music does not exist and there is additional sector that contains the best selling stars of different genres. Statistical properties (including seasonality, the Hurst exponent, etc.) of weekly record sales in the global phonographic market are also discussed in comparison to other commodity markets (energy, etc.) and earthquakes. Moreover, in search for the proper dynamics and sales trajectories, I introduce stochastic record sales models (created together with Andrzej Jarynowski) to explain collectivity of customers' interactions. These models in confrontation with reality and Minimum Spanning Trees lead to very interesting conclusions. It turns out that the main reason for the seasonal increase in record sales towards the end of each year is not a number of record releases at all, but a seasonal increase in size of the market (additional group of consumers who buy records before Christmas Eve extending the structure of the market). Other properties of the market are predicted quite successfully.
The next chapters focus on interactions between national markets based on the most likely paths of infection understood as the spread of the popularity of songs (singles) in 12 European countries. According to real data (since the late 1960's for more than 1700 singles), it was possible to isolate the structure of national markets in Europe and their clusters, which coincide with cultural orlinguistic proximity of the countries and depend on the medium - the analog, digital and Internet eras. This research has been also applied on the scale of a single country divided into regions - the United Kingdom (data from 1978). This process has been also explained in the last chapter from the Agent-Based Modelling point of view, where the global phonographic market consists of the national markets of various size and mutual interconnections. In the model, the local markets are represented by subnetworks that have a scale-free structure achieved by the preferential attachment construction with a node hierarchy and binary edges. The global market is considered as a complete, directed, weighted network of these subnetworks treated as nodes with the edges representing the cultural and geographical proximity of the local markets. The dynamics of popularity spread is described by “Viruses” (songs with a defined aggressiveness) that occur independently at one of the nodes in a chosen subnetwork somewhere in the world. The virus dynamics set by varying parameter values
is associated with a variety of phenomena including local and global pandemics and
the existence of an epidemic threshold in the subnetworks. The assumptions of the model have been tested when the global phonographic market consists of subnetworks with or without clusters. This corresponds to different historical market structures, as well as the richness of the possible dynamics of the innovation spread in many variants - depending on the attractiveness, the initial node and other network parameters.17
Studies of the opto-electronic chain for the LHCb RICH upgrade
No full textNiniejsza praca opisuje szczegółowo testy jakości fotodetektorów i związanej z nimi elektroniki (tzw. komórek podstawowych) dla modernizacji detektorów promieniowania Czerenkowa RICH (ang. Ring-Imaging Cherenkov), wchodzącego w skład spektrometru LHCb, dokonanych w Uniwersytecie w Ferrarze. Celem pracy jest szczegółowe omówienie kompletnego procesu kontroli jakości, od rozwoju zestawu pomiarowego przeznaczonego do testów wraz z jego oprogramowaniem służącym do akwizycji i analizy danych pomiarowych, aż do opisu samych pomiarów dokonanych na komórkach elementarnych i ich rezultatówThe present thesis describes in detail the quality assurance of the photodetectors and related electronics (the so-called Elementary Cells) for the RICH (Ring-Imaging Cherenkov) detectors upgrade of the LHCb experiment, performed on-site at the University of Ferrara. The objective of this thesis is the detailed discussion of the complete quality assurance process, from the development of the experimental test setup together with its software used for acquisition and analysis of measurement data, to the description of actual tests performed on the Elementary Cells and their results.15
Selected production mechanism of quarkonia with even charge parity
No full textCelem niniejszej rozprawy jest analiza wybranych mechanizmów produkcji kwarkonii o dodatniej parzystości ładunkowej. W szczególności rozważaniom zostały poddane bezspinowe stany związane kwarku powabnego i antykwarku antypowabnego takie jak ηc(1S), ηc(2S) χc0(1P), a także bezspinowy stan związany kwarku dolnego i antykwarku antydolnego χb0. Amplituda procesów została sformułowana w podejściu k⊥-faktoryzacji z wykorzystaniem nowo opracowanego modelu za pomocą funkcji falowych stanów związanych na stożku świetlnym. Mianowicie, funkcje falowe na stożku świetlnym posłużyły do skonstruowania odpowiednich form faktorowi przejścia γ∗γ∗ → ηc, γ∗γ∗ → χQ, a następnie zaadoptowane do procesów z udziałem protonów. Ponadto dyskusji został poddany proces produkcji pary kwarkonii powabnych χc0χc0, χc1χc1, χc2χc2 z dodatkowa¸ emisja¸ gluonu w trzech różnych konfiguracjach. Jednym z rozważanych aspektów jest również proces ekskluzywnej produkcji ηc(1S) oraz χc0(1P) w zderzeniach proton-proton przy pomocy modelu zaproponowanego przez grupę z Durham z zastosowaniem nowo opracowanej amplitudy przejścia.The purpose of this dissertation is to analyze selected production mechanisms of quarkonia with positive charge parity. In particular, the quark- antiquark bound states such as ηc(1S), ηc(2S), χc0(1P) as well as a spin- less bound state of the bottom quark and anti-bottom quark χb0(1P) were considered. The amplitude of the processes was formulated in the k⊥-factorization approach using a newly developed model by means of the light cone wave functions of bound states. Namely, the wave functions on the light cone were used to construct the appropriate transition form factors γ∗γ∗ → ηc and γ∗γ∗ → χQ and then adapted to the processes involving protons. In addition, the processes of producing a charmonium pairs χc0χc0, χc1χc1, χc2χc2 with additional gluon emission in three diferent confgurations were discussed. Another mechanism taken under investigation in the thesis is the exclusive production of ηc(1S) and χc0(1P) in proton-proton collisions using the model proposed by the Durham group with applied newly developed reaction vertex.17
Using ALFA detectors for studies of the beam-related background at the LHC
No full textRozprawa porusza problem indukowanego tła wiązki protonowej akceleratora LHC. Indukowane tło wiązki powstaje głównie w wyniku oddziaływania wiązki z infrastrukturą akceleratora oraz w wyniku rozpraszania wewnątrz pakietu protonów.
Pomiary indukowanego tła wiązki protonowej wykonuje się przy pomocy dedykowanych detektorów. Detektor taki musi być umieszczony możliwie blisko wiązki oraz powinien umożliwiać pomiary dla poszczególnych pakietów cząstek (ang. bunches). W praktyce detektory są umieszczane w odległościach nie mniejszych niż 50 mm od wiązki LHC, co wynika wprost z budowy akceleratora.
Detektor ALFA powstał w celu pomiaru elastycznie rozproszonych protonów w punkcie oddziaływania eksperymentu ATLAS. Elementy detektora są rozmieszczone po obu stronach punktu oddziaływania w odległości około 240~m. Dodatkowo elementy detektora zostały zainstalowane w tzw. Garnkach Rzymskich (ang. Roman Pots) umożliwiających wsunięcie detektorów do rury akceleratora LHC na odległość kilku mm od wiązki. Przedstawione wyżej właściwości detektora pozwoliły autorowi rozprawy postawić tezę że detektor ALFA umożliwia również pomiar indukowanego tła wiązki protonowej.
Pomiary rozpraszania elastycznego przy energii wstrzykiwania wiązki LHC, tj. 900 GeV w układzie środka masy oraz przy specjalnej optyce β* = 100 m zostały wykonane w 2018 roku. Poprzedzone były testami przy różnych ustawieniach kolimacji wiązki. W celu przeprowadzenia pomiarów indukowanego tła wiązki protonowej wprowadzono do niej tzw. niezderzające się pakiety, czyli takie, które nie kolidują z pakietami pochodzącymi z drugiej wiązki w żadnym z punktów oddziaływania. Pomiary detektorem ALFA zostały dodatkowo wsparte przez specjalny moduł monitorujący częstotliwości wyzwalania niezależnie dla każdego z pakietów, za którego obsługę i konfigurację odpowiadał autor rozprawy.
Analiza została przeprowadzona dla dwóch tzw. runów. W jednym z nich zastosowano kolimatory amorficzne, które są stosowane podczas normalnej pracy akceleratora LHC. W drugim runie zastosowano dodatkowo kolimatory kryształowe. Było to ich pierwsze użycie podczas zbierania danych na akceleratorze LHC.
W rozprawie autor wprowadza podstawy dynamiki wiązki protonowej oraz najważniejsze aspekty jej kontrolowania, które są niezbędne do zrozumienia kształtowania się i ewolucji czasowej indukowanego tła wiązki protonowej podczas zbierania danych. Przedstawia również szczegółowy opis budowy detektora oraz przedstawia układy akwizycji danych. Następnie autor przedstawia w jaki sposób zostały zebrane dane wraz z komentarzem do poszczególnych testów kolimacji. W ostatnim rozdziale przedstawiona jest ewolucja czasowa częstotliwości wyzwalania zapisu w~detektorach dla wspomnianych wyżej runów. Pokazano również rozkład tła oraz jego ewolucję czasową. Wyniki przedstawione w niniejszej rozprawie zostały porównane z symulacjami co pozwoliło na dokładniejsze poznanie mechanizmów powstawania indukowanego tła wiązki. W rezultacie zostały opracowane nowe schematy ustawień kolimacji, które mają pozwolić na dalszą redukcję indukowanego tła wiązki protonowej.The thesis concerns the proton beam induced background at the LHC accelerator. The beam induced background originates mainly from the beam interaction with the LHC infrastructure and from scattering within particle bunch.
The measurements of the beam induced background are performed using a dedicated detectors. Such detectors need to be as close to the beam as possible and should allow measurements for each particle bunch separately. At the LHC beam background detectors are placed not closer than 50 mm to the beam core due to mechanical constraints.
The ALFA detector is devoted to elastic scattering measurements in the ATLAS interaction point. Detector elements are placed about 240 m from the interaction point on both sides of the ATLAS experiment. Moreover, they are installed in the so-called Roman Pots allowing insertion of the detectors into the LHC beam pipe, to a distance of a few millimetres from the beam core. These features of the detector allowed the author to formulate the thesis showing that it is possible to measure beam induced background using ALFA detector.
The elastic scattering measurements at the LHC injection energy, i. e. at 900 GeV in the centre-of-mass reference frame, and at special beam optics with β* = 100 m were performed in 2018. The special runs were preceded by a number of tests with different collimation settings. To perform the beam induced background measurement there were additional non-colliding bunches injected (not colliding with a bunch from the counter-rotating beam in none of the interaction points). To support the measurements with ALFA, a special module monitoring ALFA trigger signals per bunch was programmed and maintained by the author.
The data analysis was performed for two LHC runs. One with use of the amorphous collimators like during normal LHC operation. The other one was assisted with crystal collimators. It was the first use of the crystal collimators during physics data-taking at the LHC.
The thesis introduces the basics of the beam dynamics and beam control which are essential to understand sources of the beam induced background and its evolution during the run.Detailed description of the detector design including its hardware and data acquisition system are also given. After a detailed introduction, the author presents the process of collecting data and partial results. The last chapter of the thesis author shows the time evolution of the trigger signals during the data-taking. The spatial distribution of the background and its time evolution are also discussed. The results are then compared with the simulations of the particle track spatial distribution, which allowed obtaining more knowledge about the beam induced background mechanisms. As a result the new collimation schemes allowing higher beam induced background reduction were developed.15
Defects studies of nickel aluminum bronze subjected to cavitation
No full textA defects evolution below the surface in nickel aluminum bronze CuAl9Ni4Fe4 subjected
to cavitation under mild conditions with times up to 8h was studied using positron annihilation spectroscopy, mass loss measurements, and scanning electron and atomic force microscopies. The obtained results indicate two different stages of cavitation erosion. At the beginning of cavitation up to 6h in incubation period a removing of residual roughness and surface oxides was noted. Then, in the maximal erosion rate region, big vacancy clusters were recognized and its concentration drastically increase around 100 times in comparison with incubation period.Russian Foundation for Basic ResearchNo. 17-42-290138 "Dynamics of the development of defects in the structure of metals due to cavitation and corrosion effects in hydrodynamic media
Pomiary mieszanych pól promieniowania produkowanych przez ołówkową wiązkę protonową z wykorzystaniem detektora TimePix w modzie pracy ToT
No full textKażdy folder zawiera dwa pliki. Plik tot.clog zawiera zapis zmierznego sygnału ToT w pojedynczych pikselach po dokonaniu klasteryzacji sygnału od pojedynczych cząstek. Kada linia rozpoczynająca się od "Frame" oznacza kolejną ramkę. Każda linia pomiędzy liniami oznaczającymi nową ramkę odpowiada jednemu klastrowi pikseli i składa się z nawiasów kwadratowych, z których każdy odpowiada pojedynczemu pikselowi, w którym zarejestrowano sygnał. Każdy nawias kwadratowy zawiera trzy wartości dla danego piksela: pozycję x piksela w matrycy, pozycję y piksela w matrycy oraz wartość ToT. Plik tot.clog.idx zawiera dodatkowe informacje o pomiarze i nie jest on niezbędny do dalszej analizy.Each folder contains two files. The tot.clog file contains a record of the measured ToT signal in individual pixels after clustering the signal from individual particles. Each line starting with "Frame" stands for another frame. Each line between the new frame lines corresponds to one cluster of pixels and consists of square brackets, each of which corresponds to a single pixel where the signal was recorded. Each square bracket contains three values for a given pixel: the x position of the pixel in the matrix, the y position of the pixel in the matrix, and the ToT value. The tot.clog.idx file contains additional information about the measurement and is not necessary for further analysis.Zbiór danych zawiera wyniki pomiarów pikeslowym półprzewodnikowym detektorem Timepix w mieszanym polu promieniowania wyprodukowanym przez terapeutyczną wiązkę protonową w wodzie. Składa się z 16 plików, z których każdy odpowiada jednemu pomiarowi. Pomiary zostały wykonane z wiązką protonową o energii 150 MeV lub 171.66 MeV w fantomie wodnym na różnych głębokościach i w rożnych odległościach od osi wiązki. Informacja o LET pojedynczych protonów może zostać odtworzona na podstawie pliku tot.clog zawierającego sygnał ToT zarejestrowany w indywidualnych pikselach.The data set contains the results of measurements performed with a pixel semiconductor Timepix detector in the mixed radiation field produced by a therapeutic proton beam in water. It consists of 16 files, each of which corresponds to a single measurement. Measurements were performed with 150 MeV or 171.66 MeV pencil proton beam in a water phantom at various depths and at various distances from the beam axis. Single proton LET information can be retrieved from the tot.clog file that contains the ToT signal recorded in individual pixels.National Center for Research and Development (NCBiR)
European Space Agency
EU Innovative Economy Programme
EMPIR programmeLIDER/43/0222/L-12/20/NCBR/202
PARIS White Book
No full textPARIS is a collaborative international project (http://paris.ifj.edu.pl) to construct and operate a novel gamma-ray calorimeter, which profits wholly or in part from employment of novel, advanced scintillator materials, such as Lanthanum Bromide, and which should have performances superior to any other existing scintillator calorimeter. In fact, PARIS is eminently portable and could be used at different international facilities using both stable or radioactive beams.
The present report, the PARIS White Book, is intended to provide a general description of the performances of the PARIS array, of the different laboratories which could, in the next years, host it and of the physics cases that can be addressed by the PARIS array. The presented physics cases are obviously not exhaustive. They simply give some examples where the physical information, provided by the PARIS array, is understood to be the key point for the success of the measurement. As the physics cases will also depend on the detector arrays which will be coupled to PARIS in the future years, and on the beams (stable or radioactive) provided by the hosting laboratory, this list of possible experiments is expected to increase with the years.
It is the intention of this White Book to support the collaboration and help to decide on the future PARIS campaigns, as well as on its promising enhancement to 4π
Badanie fizycznej stabilności krystalicznej i amorficznej formy karbamazepiny
No full textJednym ze znaczących wyzwań z jakimi w dzisiejszych czasach boryka się przemysł farmaceutyczny jest poprawa rozpuszczalności substancji leczniczych podawanych doustnie pacjentom. Ograniczona rozpuszczalność w wodzie może mieć bowiem negatywny wpływ na ich biodostępność. Poza przekształceniem substancji leczniczej do lepiej rozpuszczalnej w wodzie formy przy zastosowaniu metod fizycznych, kluczowe jest również zagwarantowanie jej stabilności. Celem niniejszej rozprawy była amorfizacja karbamazepiny (CBZ) metodą stapiania i chłodzenia oraz charakterystyka jej fizycznej stabilności podczas tego procesu. CBZ to substancja czynna wykorzystywana m.in. w leczeniu epilepsji, czy różnego rodzaju neuralgii. W pierwszej fazie badań wykazano, że CBZ może ulegać degradacji poniżej temperatury topnienia, co uczyniło jej zeszklenie metodą szybkiego chłodzenia nietrywialnym. Na podstawie szczegółowych badań DSC, TGA-IR, XRD, FTIR i HPLC: (i) wykazano, że produktami degradacji CBZ są iminostylben (IMB) i kwas izocyjanowy, (ii) ustalono sekwencję fazową obserwowaną podczas ponownego ogrzewania zanieczyszczonej w różnym stopniu próbki, (iii) zidentyfikowano „markery” świadczące o obecności ww. zanieczyszczeń w próbce, (iv) ustalono, że nawet niewielka ilość IMB prowadzi do znacznego zwiększenia zdolności szkłotwórczych CBZ. W kolejnym kroku podjęto próby poprawy termicznej stabilności CBZ. Wykazano, że zarówno zwiększenie szybkości grzania i chłodzenia próbki, jak również jej hydratacja lub rekrystalizacja przy zastosowaniu rozpuszczalników organicznych umożliwia nawet ponad 40-krotne zmniejszenie ilości IMB w stopionej CBZ. W tym aspekcie hydratacja była metodą najbardziej efektywną, zaś rekrystalizacja najbardziej skomplikowaną i najmniej powtarzalną. Zbadano również wpływ rodzaju układu pomiarowego (otwarty lub zamknięty) oraz atmosfery (obojętna lub utleniająca) na degradację CBZ. Ustalono, że badana substancja czynna jest podatna na termiczną degradację poniżej temperatury topnienia jedynie w układach zamkniętych, niezależnie od rodzaju atmosfery. Było to związane z sublimacją CBZ, która wpływała zarówno na zmianę atmosfery pomiaru, jak i ciśnienia. Wreszcie zbadano fizyczną stabilność zeszklonej CBZ oraz opisano jej izo- i nieizotermiczną zimną krystalizację. Amorficzna CBZ ulegała nukleacji po ~8 h od zeszklenia, niezależnie od tego czy przechowywano ją w temperaturze pokojowej (RT), czy w lodówce. Z kolei wzrost krystalitów dla próbki przechowywanej w lodówce był znacząco spowolniony w porównaniu do tej przechowywanej w RT. Podczas wolnego ogrzewania próbki krystalizacja przebiegała głównie powierzchniowo, zaś podczas szybkiego ogrzewania – objętościowo.One of the biggest challenges that pharmaceutical industry is facing nowadays is an improvement of low drugs water solubility administered to patients in tablets. This further aims at enhancing their bioavailability. Apart from the conversion of a drug to desired – better water soluble – form, ensuring an adequate physical stability is also essential. This dissertation aims at presenting the way of amorphisation and characterisation of the physical stability of carbamazepine (CBZ) – an active pharmaceutical ingredient used in the treatment of epilepsy and different neuralgias. In the first phase of the studies, CBZ was shown to degrade below melting point. That fact made amorphisation of an examined drug using quench-cooling method a non-trivial task. Detailed DSC, TGA-IR, XRD, FTIR and HPLC studies have shown the following: (i) they have enabled confirmation that iminostilbene (IMB) and isocyanic acid are the main products of CBZ degradation, (ii) they allowed establishing the phase transition sequence during re-heating of the contaminated in different extent CBZ sample after fusion, (iii) they enabled identification of the markers reflecting the presence in the sample of the products of the degradation, (iv) they allowed to comprehend that even marginal presence of IMB in the sample leads to the significant increase of the glass forming ability of CBZ. In the next step, the attempts were made to enhance the thermal stability of the examined drug. The increase of the heating and cooling rate as well as hydration or solvation of CBZ were shown to effectively decrease (even more than 40 times) the amount of IMB in fused CBZ sample. The hydration was found to be the most effective method, whereas the solvation – the most demanding one. Additionally, the impact of the type of the measuring system (open or closed one) and the atmosphere (inert or oxidative one) on the thermal degradation of CBZ was studied. Examined substance was found to be prone to degrade below melting point only when heated in the closed systems, regardless of the atmosphere. The described tendency was linked to the strong sublimation of CBZ, which influenced both the atmosphere of the measurement as well as the pressure when changing the system from the open to the closed one. Finally, the physical stability of quench-cooled CBZ under isothermal and non-isothermal conditions was studied. Glassy CBZ started to nucleate after 8 h from quench-cooling both when it was stored at the room temperature (RT) and the refrigerator. On the other hand, the growth of the crystallites was remarkably slowed down for the sample stored in the refrigerator when compared to the sample stored at RT. The amorphous CBZ was found to follow surface crystallization when heated at slow heating rate. When heated at fast heating rate, the volume crystallization was observed.15
Search for ultra-high energy photons through preshower effect with gamma-ray telescopes
No full textPodczas propagacji fotonów ultra-wysokich energii (w zakresie EeV i wyższej), z ich źródeł do Ziemi, mogą zachodzić procesy prowadzące do osłabienia ich pierwotnego strumienia. W tym zakresie energii występuje bowiem zjawisko produkcji pary e+/e- jako rezultat oddziaływania fotonu z polem geomag-
netycznym, w rezultacie powstaje kaskada cząstek elektromagnetycznych tzw. kaskada wstępna (preshower). Taka kaskada wstępna może inicjować w atmosferze Ziemi tzw. wielki pęk atmosferyczny. Teleskopy promieniowania gamma, taki jak np. teleskop gamma nowej generacji tzw. Cherenkov Telescope Array (CTA), mogą wykryć te pęki dzięki rejestracji promieniowania cherenkowskiego, które pęki emitują. Korzystając z metod Monte-Carlo zbadano możliwość wykrycia tego typu zjawiska dla poziomych pęków rejestrowanych w przyszłej lokalizacji obserwatorium CTA (La Palma).
Wykorzystując metody analizy wielowymiarowej (tzw. multivariate analysis) zbadano wydajność detekcji takich zdarzeń, dla kaskady wstępnej inicjowanej przez foton o energii 40 EeV, uwzględniając w obliczeniach dominujące tło promieni kosmicznych w zakresie energii od 10 TeV - 10 EeV. Wyznaczono, tzw. powierzchnię efektywną dla tego typu zdarzeń i wyliczono spodziewaną liczbą przypadków dla różnych modeli produkcji ultra-wysokich fotonów. Oczekiwana liczba przypadków kaskad wstępnych, dla modeli opisujących rozproszoną produkcje fotonów ultra-wysokich energii, oszacowano na około 3.310-5 zdarzeń, dla 30 godzin obserwacji i uwzględniając górne ograniczenie na strumień fotonów uzyskane przez Obserwatorium Pierre Auger, w przypadku modeli opisujących produkcję fotonów w źródłach oczekiwana liczba zdarzeń wynosi 2.710-4 (5.710-5) biorąc pod uwagę górne ograniczenia na liczbę fotonów uzyskane przez Obserwatorium Pierre Auger i Telescope Array. Jednakże, strumień fotonów ultra-wysokich energii może ulec "zwielokrotnieniu” w przypadku gwałtownych eksplozji promieniowania gamma w źródłach. W takim przypadku liczba spodziewanych zdarzeń ulega zwiększeniu do wartości 0.17, co odpowiada minimalnemu strumieniowy około 0.2 km-2yr-1 aby uzyskać jedno zdarzenie od kaskady wstępnej, wartość ta jest 10-nie krotnie wyższa niż górne ograniczenia uzyskane przez Obserwatorium Pierre Auger i Telescope Array, które odpowiednio wynoszą 0.034 i 0.019 km-2yr-1.As ultra-high energy photons (EeV and beyond) propagate from their sources of production to Earth, radiation-matter interactions can occur, leading to an effective screening of the incident flux. In this energy domain, photons can undergo e+/e- pair production when interacting with the surrounding geomagnetic field, which in turn can produce a cascade of electromagnetic particles called preshower. Such a cascade can initiate air showers in the Earth's atmosphere. Gamma-ray telescopes, such as the next-generation gamma-ray observatory Cherenkov Telescope Array, can detect these showers thanks to the Cherenkov radiation they emit. The feasibility of detecting such phenomena using Monte-Carlo simulations of nearly-horizontal air showers is studied, considering the example of the La Palma site of the Cherenkov Telescope Array. The efficiency of a multivariate analysis in correctly identifying preshower events initiated by 40 EeV photons and cosmic-ray dominated background simulated in the energy range 10 TeV - 10 EeV, is investigated. The effective areas for such events are also calculated and event rate predictions related to different ultra-high energy photons production models are presented. The expected number of preshowers from diffuse emission of ultra-high energy photon for 30 hours of observation is estimated around 3.310-5, based on the upper limits put by the Pierre Auger Observatory, and is at the level of 2.710-4 (5.710-5) when considering the upper limits of the Pierre Auger Observatory (Telescope Array) on ultra-high energy photon point sources. However, ultra-high energy photon emission may undergo possible "boosting" due to gamma-ray burst, increasing the expected number of preshower events up to 0.17, and yielding a minimum required flux of ~ 0.2 km-2yr-1 to obtain one preshower event, which is about a factor 10 higher than upper limits put by the Pierre Auger Observatory and Telescope Array (0.034 and 0.019 km-2yr-1, respectively).18