Szczegółowy plan zadaniowy Instytutu Fizyki Jądrowej

Szczegółowy plan zadaniowy Instytutu Fizyki Jądrowej PAN na 2014 r.
Temat 1. BADANIA EKSPERYMENTALNE I TEORETYCZNE W ZAKRESIE
FIZYKI I ASTROFIZYKI CZĄSTEK
BADANIA EKSPERYMENTALNE
zadanie 1. Eksperyment ZEUS na akceleratorze HERA w DESY (Jan Figiel)
cel realizacji zadania
Celem niniejszego zadania jest weryfikacja hadronowego sektora Modelu Standardowego
oddziaływań cząstek elementarnych, czyli chromodynamiki kwantowej, w wysoko
energetycznych oddziaływaniach e-p. Chromodynamika kwantowa jest daleka od
kompletności ale ma duży potencjał koncepcyjny i dlatego nowe wyniki doświadczalne są
niezbędnym warunkiem jej rozwoju, i w konsekwencji głębszego zrozumienia istoty
podstawowych sił przyrody. Wysoko energetyczne oddziaływania lepton - nukleon od dawna
są dogodnym polem weryfikacji i stymulacji QCD.
Badania zderzeń elektronów lub pozytonów z protonami przy energiach ok. 300 GeV
w układzie środka masy.
Kontynuacja analizy fizycznej danych uzyskanych w poprzednich latach w eksperymencie
ZEUS, a w szczególności analiza procesów produkcji hadronów w głęboko-nieelastycznych
oddziaływaniach ep.
planowane efekty naukowe i praktyczne
Efekty zadania to publikacje naukowe w renomowanych czasopismach i prezentacje na
prestiżowych konferencjach i warsztatach.
zadanie 2. Eksperyment H1 na akceleratorze HERA w DESY (Stanisław Mikocki)
cel realizacji zadania
Badania zderzeń elektronów lub pozytonów z protonami.
1. Obsługa eksperymentu: symulacje Monte Carlo na farmie PC w DESY (Anotni Cyz)
2. Kontynuacja analizy końcowych stanów hadronowych w głęboko-nieelastycznych
rozproszeniach elektron-proton przy dużych wartościach przekazu czteropędu Q2
(Stanisław Mikocki)
planowane efekty naukowe i praktyczne
Publikacja na temat produkcji instantonów w głęboko-nieelastycznych rozproszeniach
elektron-proton przy dużych wartościach przekazu czteropędu Q2 (górny limit na produkcję
instantonów) oraz prezentacje na międzynarodowych konferencjach i warsztatach
naukowych.
zadanie 3. Eksperyment Belle na akceleratorze KEKB i eksperyment Belle II na
SuperKEKB (Japonia) (Maria Różańska)
cel realizacji zadania
Badanie rzadkich rozpadów mezonów B.
1. Udział w fazie intensywnej analizy danych Belle (Maria Różańska)
2. Udział w przygotowaniu do Belle II na SuperKEKB (Andrzej Bożek)
1
3. Projektowanie i prototypowanie układów ASIC i detektorów mozaikowych w
technologiach SOI, DEPFET oraz budowa systemów detektora wierzchołka (Piotr
Kapusta)
planowane efekty naukowe i praktyczne
Precyzyjne pomiary obserwabli czułych na efekty spoza Modelu Standardowego w rozpadach
mezonów B, Bs, D, Ds. i leptonów  w oparciu o największą obecnie dostępną próbkę danych,
zebraną w warunkach fabryki B oraz publikacje otrzymanych wyników w czasopismach z listy
filadelfijskiej.
Monolityczne detektory mozaikowe, rozwijane dla eksperymentów fizyki wysokich energii, mogą
w przyszłości znaleźć zastosowanie w obrazowaniu medycznym i w radiobiologii.
zadanie 4. Eksperyment promieniowania kosmicznego AUGER (Henryk Wilczyński)
cel realizacji zadania
Analiza procesu detekcji wielkich pęków atmosferycznych w Obserwatorium Pierre Auger
oraz akwizycja i analiza danych.
Celem eksperymentu Pierre Auger jest badanie promieni kosmicznych o skrajnie wysokich
energiach, powyżej 1018 eV. Są to cząstki o najwyższych energiach, jakie znamy w
przyrodzie. Pochodzenie tych cząstek nie jest znane – jego wyjaśnienie jest jednym z
najważniejszych problemów współczesnej astrofizyki. Zadaniem Obserwatorium Pierre
Auger jest zgromadzenie danych eksperymentalnych potrzebnych dla wyjaśnienia
pochodzenia tych cząstek. Detekcja promieni kosmicznych o najwyższych energiach jest
możliwa tylko poprzez rejestrację wywoływanych przez nie tzw. wielkich pęków
atmosferycznych. Obserwatorium Pierre Auger jest wyposażone w tzw. hybrydowy układ
detekcji wielkich pęków, który umożliwia pomiary wielkich pęków z bezprecedensową
dokładnością. Aby wykorzystać te możliwości, potrzebna jest szczegółowa analiza procesów
rozwoju wielkiego pęku i jego rejestracji w detektorach, a także uściślenie wielu stosowanych
do tej pory przybliżeń. Prace prowadzone w IFJ PAN koncentrują się na tych właśnie
zagadnieniach. Poza tym prowadzone są dyżury w Obserwatorium w celu akwizycji danych
eksperymentalnych oraz analiza fizyczna tych danych. Prowadzone są też prace zmierzające
do rozwinięcia nowej metody detekcji wielkich pęków przy użyciu techniki mikrofalowej.
planowane efekty naukowe i praktyczne
Efektem prowadzonych prac będzie przede wszystkim wyznaczenie widma energii promieni
kosmicznych skrajnie wysokich energii oraz ich składu masowego, a także rozkładu kierunków
ich przylotu do Ziemi. Wyniki te umożliwią testowanie modeli pochodzenia promieni
kosmicznych i – prawdopodobnie – wyjaśnienie pochodzenia cząstek o skrajnie wysokich
energiach.
zadanie 5. Eksperymenty neutrinowe i poszukiwanie cząstek Ciemnej Materii
(Agnieszka Zalewska)
cel realizacji zadania
Badanie oddziaływań neutrin akceleratorowych, atmosferycznych, słonecznych i z wybuchu
Supernowej, poszukiwanie rozpadu protonu oraz poszukiwanie cząstek Ciemnej Materii.
1. Udział w analizie danych z eksperymentu neutrinowego ICARUS T600. (Agnieszka
Zalewska)
2. Udział w akceleratorowym eksperymencie neutrinowym T2K w Japonii. (Anna
Dąbrowska)
3. Udział w europejskim projekcie LAGUNA-LBNO (7. PR UE). (Agnieszka Zalewska)
2
4. Prace dla projektu polskiego, podziemnego laboratorium SUNLAB1. (Agnieszka
Zalewska)
planowane efekty naukowe i praktyczne
Efektem prac prowadzonych w eksperymentach T2K i ICARUS będzie lepsze poznanie
oscylacji i oddziaływań neutrin. T2K służy dokładniejszemu wyznaczeniu dwu z sześciu
parametrów oscylacji neutrin i dostarczy wstępnej informacji na temat parametru CP
związanego z symetrią CP dla neutrin. W eksperymencie ICARUS technika detektorów
ciekło-argonowych pozwala na identyfikację topologii przypadków. Bliski detektor T2K i
detektor ICARUS poprawią pomiary przekrojów czynnych dla oddziaływań neutrin. W T2K
grupa krakowska zajmuje się pomiarem przekroju czynnego dla oddziaływań neutrin
mionowych z wymianą prądów naładowanych i produkcją neutralnych mezonów  oraz
badaniem tła od tej reakcji, a w eksperymencie ICARUS rekonstrukcją wierzchołków
oddziaływań neutrin z wiązki CNGS i selekcją oraz oddziaływaniami neutrin
atmosferycznych.
Projekt LAGUNA-LBNO dotyczy studium dla przyszłej wiązki neutrinowej w CERN i
detektorów umieszczonych poza CERN. Udział grupy krakowskiej polega na symulacjach
wiązki i oscylacji neutrin dla różnych odległości. Badania dla projektu LAGUNA wskazały
na bardzo dobrą lokalizację podziemnego laboratorium w Polsce, w ZG PolkowiceSieroszowice. Są one kontynuowane pod kątem małego laboratorium SUNLAB1 w pokładach
soli o wyjątkowo niskim poziomie naturalnej promieniotwórczości. Laboratorium powinno
łączyć funkcje czysto badawcze z zastosowaniami.
Wszystkie zakończone analizy zostaną opublikowane.
zadanie 6. Eksperyment ATLAS na akceleratorze LHC w CERN (Barbara Wosiek)
cel realizacji zadania
Badania oddziaływań proton-proton i ciężkich jonów przy energiach LHC.
1. Analiza danych doświadczalnych mająca na celu systematyczne zwiększanie zdolności
rozdzielczej detektora oraz rozwój i testowanie pakietów oprogramowania eksperymentu
(Paweł Brückman de Renstrom)
2. Udział w analizie danych proton-proton (Anna Kaczmarska)
3. Udział w analizie danych ołów-ołów (Adam Trzupek)
4. Udział w pracach nad detektorami dla fizyki do przodu (Janusz Chwastowski)
5. Obsługa spektrometru ATLAS w trakcie naświetlań na akceleratorze LHC (Krzysztof
Woźniak)
6. Prace inżynieryjne przy modyfikacji, wymianie lub naprawie elementów aparatury (Ewa
Stanecka)
7. Zarządzanie systemem kontroli detektora TRT, w tym rozwój oprogramowania (Jolanta
Olszowska)
8. Udział w pracach badawczo-rozwojowych (R&D) dla eksperymentów przy akceleratorze
Super-LHC (Krzysztof Korcyl)
9. Rozwój infrastruktury komputerowej typu Grid dla eksperymentów na akceleratorze LHC
w CERN w tym udział w zarządzaniu i rozbudowie gridowego klastra komputerowego
poziomu Tier-3 w IFJ PAN (Andrzej Olszewski)
planowane efekty naukowe i praktyczne
Prowadzone prace kontynuują badania szeregu szczegółowych przewidywań Modelu
Standardowego oraz pozwolą wykryć lub wykluczyć istnienie bozonów pola Higgs’a oraz
ewentualnie badać ich własności korzystając z licznych możliwych kanałów rozpadu. Wśród
szerokiego programu naukowego eksperymentu, w którym bierzemy czynny udział, należy
3
wyróżnić analizy prowadzące do potwierdzenia przewidywań modeli supersymetrycznych,
manifestujących się między innymi istnieniem nowych, nieznanych cząstek. Prowadzone
przez nas analizy przyczynią się do wykrycia lub istotnego przesunięcia granic
obserwowalności efektów tzw. Nowej Fizyki – fizyki spoza opisów Modelu Standardowego –
takich jak na przykład przejawów istnienia dodatkowych wymiarów przestrzeni.
Istotnymi efektami naukowymi będą wyniki badań oddziaływań ciężkich jonów, które
prowadzimy intensywnie, a które pozwolą na dalsze poznanie własności nowego stanu
materii – plazmy kwarkowo-gluonowej.
Do efektów praktycznych tych badań sensu stricte podstawowych będą należeć nasze
liczne publikacje w renomowanych czasopismach naukowych oraz wystąpienia na ważnych
międzynarodowych konferencjach. Należy tu także wyliczyć kilka planowanych doktoratów i
habilitacji. Prowadzone przez nas prace dyplomowe na współpracujących z nami uczelniach
(UJ, PK, AGH), praktyki i staże studenckie przyczyniają się do istotnego podniesienia
poziomu wiedzy i kwalifikacji studentów fizyki, informatyki i elektroniki.
zadanie 7. Eksperyment LHC-b na akceleratorze LHC w CERN (Mariusz Witek)
cel realizacji zadania
Badania nad niezachowaniem parzystości kombinowanej CP w rozpadach mezonów B,
badanie rzadkich rozpadów mezonów B oraz poszukiwanie efektów spoza Modelu
Standardowego.
1. Udział w obsłudze eksperymentu LHCb i jego przygotowaniach do pracy przy
zwiększonej świetlności wiązki (Mariusz Witek)
2. Rozwój i obsługa oprogramowania centralnego eksperymentu LHCb (Mariusz Witek)
3. Analiza danych doświadczalnych eksperymentu LHCb (Mariusz Witek)
4. Rozbudowa lokalnej infrastruktury obliczeniowej i rozwój narzędzi do analizy danych
eksperymentalnych w systemach rozproszonych typu Grid i systemach typu „Cloud
Computing” (Mariusz Witek)
planowane efekty naukowe i praktyczne
Do roku 2014 eksperyment LHCb zebrał ogromną próbkę danych o bardzo dobrej jakości.
Grupa LHCb z IFJ PAN jest zaangażowana w kilka analiz fizycznych. Prowadzone dwie
analizy dla pomiaru kąta γ trójkąta unitarności pozwolą na zasadniczą poprawę precyzji tego
ważnego parametru opisującego łamanie symetrii CP oraz stanowią potencjalne pole do
odkrycia efektów spoza Modelu Standardowego (SM) poprzez poszukiwanie niezgodności z
innymi pomiarami tego kąta. Kolejna prowadzona analiza dotyczy kąta mieszania dla
mezonów Bs dla którego niektóre modele teoretyczne przewidują znaczne odchylenia od
wartości obliczonej w ramach SM. Poszukiwane są także procesy z łamaniem liczby
leptonowej lub liczby barionowej. Grupa z IFJ PAN uczestniczy także w badaniach dżetów
kwarkowych b oraz poszukiwania dżetów oddalonych od wierzchołka oddziaływania.
Planowane jest rozpoczęcie nowej analizy dotyczącej korelacji Bosego-Einsteina dla
produktów zderzeń proton-proton. Wyniki analiz będą sukcesywnie publikowane w
czasopismach z listy filadelfijskiej.
Drugą dziedziną działalności jest rozwój oprogramowania dla eksperymentu i rozwój
nowych technik obliczeniowych. Opracowano i oddano do użytku system wykorzystujący
technikę Cloud Computing, który będzie rozwijany w 2014 w mniejszej skali. Grupa
uczestniczy także w rozwoju narzędzi analizy w ramach techniki obliczeń Grid, w
szczególności zapewniających efektywne środowisko obliczeń dla końcowych faz analiz
fizycznych. W ramach tej działalności utrzymywany jest klaster poziomu Tier-3 zintegrowany
z ogólnoświatową siecią WLCG (Worldwide LHC Computing Grid).
4
zadanie 8. Projekt liniowego zderzacza elektron-pozyton oraz badanie jego potencjału
fizycznego. (Tadeusz Lesiak)
cel realizacji zadania
Udział w fazie projektowej liniowego zderzacza elektron-pozyton oraz przygotowanie badań
procesów zachodzących z łamaniem zapachu leptonu i/lub liczb leptonowej i barionowej.
1. Prace dotyczące optymalizacji wnęk rezonansowych oraz diagnostyki wiązki,
2. Symulacje fizyczne dotyczące rozpadów leptonu tau oraz hadronów powabnych i
pięknych, zachodzących z łamaniem zapachu leptonu i/lub liczb leptonowej i baronowej.
planowane efekty naukowe i praktyczne
Liniowy zderzacz (ang. International Linear Collider, ILC) wykorzystujący zderzenia elektronpozyton wielkiej energii rzędu 1 TeV w środku masy ma zostać uruchomiony do końca trzeciej
dekady naszego wieku. Istotnym etapem prac zmierzających do budowy tego zderzacza było
wydanie w czerwcu 2013 r. tzw. Technical Design Report (TDR). ILC jako nowe, wielkie
urządzenie badawcze oferować ma unikalny i bardzo bogaty program fizyczny, który może
jakościowo poprawić stan badań podstawowych składników materii oraz ich oddziaływań.
zadanie 9. Projekt i budowa detektora dla liniowego zderzacza elektronów (Leszek
Zawiejski)
cel realizacji zadania
Program fizyczny przygotowywany dla przyszłego liniowego akceleratora ILC lub CLIC
wymaga precyzyjnego pomiaru świetlności (z dokładnością 0.1 % (1% ) dla ILC (CLIC)).
Detektor LumiCal (zawierający dwa elektromagnetyczne kalorymetry) został tak
zaprojektowany aby spełnił to wymaganie. Mechaniczna konstrukcja detektora wraz z
odpowiednią strukturą wewnętrzną musi być zbudowana z kilku mikronową dokładnością.
Wymagana dokładność w pomiarze świetlności narzuca dodatkowo konieczność znajomości
chwilowego położenia obu kalorymetrów względem odpowiedniego układu odniesienia jak i
ich wzajemnej odległości z dokładnością na poziomie 100 mikrometrów. Jeszcze większa
dokładność (~ 4 mikrometry) jest wymagana dla wewnętrznego promienia kalorymetrów.
Trwają prace nad projektem i następnie budową laserowego systemu pomiaru położeń
detektora (alignment) w oparciu o metodę FSI i półprzepuszczalne krzemowe sensory.
Przeprowadzenie dedykowanych symulacji Monte Carlo z udziałem detektora LumiCal
pozwoli na opracowanie metody kalibracji detektora jak i pomoże w analizie fizycznych
procesów e+e-, dla których informacja pochodząca z detektora świetlności będzie istotna.
Prace wykonywane są w ramach międzynarodowej współpracy FCAL i projektu AIDA (7.PR
UE).
1. Prace nad przygotowaniem projektu detektora do pomiaru świetlności (LumiCal) dla
przyszłego liniowego akceleratora ILC lub CLIC (Leszek Zawiejski)
 Udział w technicznym projekcie dotyczącym włączenia się detektora LumiCal do
globalnego systemu akwizycji danych DAQ (Leszek Zawiejski)
 Prace nad projektem i budową laserowego prototypu systemu do pomiaru przemieszczeń
detektora Luminal (Wojciech Wierba)
 Udział w pomiarach prototypu detektora LumiCal zbudowanego w projekcie AIDA na
elektronowych wiązkach w ośrodkach DESY i CERN (Beata Krupa, Leszek Zawiejski,
Witold Daniluk)
 Przeprowadzenie symulacji detektora świetlności dla wypracowania metody: (Bogdan
Pawlik)
- kalibracji kalorymetru LumiCal
- efektywnej rekonstukcji tzw. przypadków Bhabha oddziaływań e+e- w detektorze
- oraz możliwości porównania z wynikami pomiarów prototypu AIDA detektora LumiCal
na testowych, elektronowych wiązkach akceleratorowych.
5
2. Przygotowanie badań nad fizyką oddziaływań e+e- z uwzględnieniem detektora świetlności
(Leszek Zawiejski)
planowane efekty naukowe i praktyczne
Wyniki prac będą zamieszczane w raportach związanych z liniowym akceleratorem,
prezentowane na konferencjach w ramach współpracy FCAL i będą stanowiły bazę dla
przygotowywanej publikacji współpracy.
zadanie 10. Badania w zakresie astronomii gamma (Jacek Niemiec)
cel realizacji zadania
1. Udział w eksperymencie H.E.S.S. (High-Energy Stereoscopic System)
 akwizycja i analiza danych obserwacyjnych
 przygotowywanie projektów obserwacyjnych
 udział w interpretacji wyników, w szczególności dotyczących pozostałości po
supernowych oraz aktywnych jąder galaktyk; przygotowywanie publikacji naukowych
współpracy H.E.S.S.
2. Udział w fazie projektowej obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array)
 przygotowywanie podstaw naukowych projektu
 koordynowanie prac dotyczących struktury mechanicznej teleskopu SST (Single-mirror
Small-Size Telescope) typu Daviesa-Cottona o 4-metrowej średnicy reflektora, w ramach
międzynarodowego podprojektu 1M-SST (single-mirror SST) współpracy CTA
 projektowanie oraz budowa prototypu struktury mechanicznej teleskopu Czerenkowa 1MSST – koordynowanie współpracy z działem DAI, opracowywanie parametrów
optycznych teleskopu, weryfikacja zgodności własności mechanicznych teleskopu ze
specyfikacjami, udział w testach prototypu teleskopu oraz opracowywaniu dokumentacji
technicznej (Krzysztof Suder)
 konstrukcja zwierciadeł kompozytowych dla teleskopów sieci CTA – koordynowanie
współpracy z DAI, udział w testach prototypów zwierciadeł oraz opracowywaniu
dokumentacji technicznej.
planowane efekty naukowe i praktyczne
 jesienią 2012 roku rozpoczęłą się druga faza projektu H.E.S.S., w której do istniejącej
sieci 4 teleskopów o 12-metrowej średnicy reflektora dodano centralny teleskop
Czerenkowa o największej w świecie powierzchni zwierciadlanej wynoszącej 600 m2
(średnicy 28 m). Poprawia to znacznie czułość obserwatorium w niskoenergetycznej
części widma oraz kątową i czasową zdolność rozdzielczą sieci, umożliwiając m.in.
badanie własności spektralnych obiektów przy niskich energiach, obserwacje słabych
źródeł (m. in. blazarów), poszukiwanie zmienności czasowych emitowanego sygnału w
skalach sekundowych (pulsary, sąsiedztwa czarnych dziur) oraz detekcję nowych źródeł.
Uzyskane wyniki będą ogłaszane w postaci publikacji naukowych oraz wystąpień
konferencyjnych.
 określenie celów naukowych przyszłego obserwatorium CTA
 zbudowanie w IFJ PAN oraz przeprowadzenie testów prototypu struktury mechanicznej
teleskopu 1M-SST
 zbudowanie oraz testy prototypów zwierciadeł kompozytowych dla średniego teleskopu
CTA.
zadanie 11. Eksperyment STAR na akceleratorze RHIC w Brookhaven National
Laboratory (Jacek Turnau)
6
cel realizacji zadania
Badanie zderzeń spolaryzowanych protonów przy energiach 200 i 500 GeV w układzie
środka masy.
1. Przygotowanie publikacji z analizy danych dyfrakcyjnych przy energii 200 GeV z 2009
roku (Jacek Turnau)
2. Przygotowanie naboru danych z trygerem dyfrakcyjnym przy energii 500 GeV w 2014
roku i analiza tych danych (Bogdan Pawlik)
3. Udział w obsłudze naboru danych dla eksperymentu STAR (Jacek Turnau, Bogdan
Pawlik)
4. Udział w przygotowaniu publikacji współpracy STAR (Jacek Turnau, Bogdan Pawlik)


planowane efekty naukowe i praktyczne
Pomiar elastycznego przekroju czynnego przy energii 500 GeV (z danych 2014,
publikacja 2015).
Poszerzenie wiedzy na temat nieperturbacyjnych aspektów produkcji mezonów poprzez
analizę centralnej produkcji mezonów w procesach podwójnej dyfrakcji (publikacja
2014/2015).
BADANIA TEORETYCZNE
zadanie 12. Teoria i fenomenologia oddziaływań fundamentalnych z uwzględnieniem
eksperymentów fizyki cząstek elementarnych (Maciej Skrzypek)
cel realizacji zadania
Prowadzenie obliczeń teoretycznych, numerycznych i symulacji Monte Carlo dla potrzeb
eksperymentów prowadzonych przy działających i planowanych zderzaczach cząstek (LHC,
fabryki B, fabryki mezonów, ILC, CLIC i inne)
Obliczenia są niezbędne dla analizy danych eksperymentalnych uzyskanych z powyższych
urządzeń badawczych. Precyzja obliczeń teoretycznych jest istotnym parametrem i musi być
wyższa niż precyzja pomiarów aby nie pogarszać ostatecznej dokładności wyniku. Obliczenia
prowadzone są w oparciu o kwantową teorię pola i obejmują cztery fundamentalne
oddziaływania przyrody: elektromagnetyczne, słabe, silne oraz grawitacyjne.
planowane efekty naukowe i praktyczne
Planowane efekty naukowe:
1. Publikacje prac naukowych: w pierwszej fazie w formie artykułów wysłanych do archiwów
internetowych (www.arxiv.com) ogólnodostępnych dla wszystkich zainteresowanych;
następnie prace będą wysyłane do międzynarodowych czasopism recenzowanych (Physical
Review, Nuclear Physics, Physical Letters, European Physical Journal, Journal of High
Energy Physics, Computer Physics Communications, Acta Physica Polonica itd.).
2. Wystąpienia na konferencjach międzynarodowych i krajowych w postaci: referatów
proszonych, krótkich wystąpień oraz prezentacji posterów. Po konferencji powstaną materiały
pokonferencyjne.
3. Seminaria i wykłady, zarówno w macierzystej instytucji – IFJ PAN, jak i przede wszystkim
w wiodących zagranicznych i krajowych ośrodkach naukowych celem prezentacji
i weryfikacji otrzymanych wyników w bezpośrednich dyskusjach.
4. Prezentacje popularno-naukowe do szerokiego kręgu odbiorców, przede wszystkim
młodzieży.
7
5. Uzyskanie cytacji z prac eksperymentalnych posługujących się programami i obliczeniami
opracowanymi w ramach zadania.
Planowane efekty praktyczne:
1. Konstrukcję i rozwój oprogramowania dla potrzeb analizy danych w detektorach cząstek.
Oprogramowanie ma charakter symulacji stochastycznych opartych o metody Monte Carlo.
Jest to jedyna skuteczna forma użycia rachunków teoretycznych uwzględniająca
skomplikowaną geometrię, budowę i działanie detektorów.
2. Konstrukcja oprogramowania numerycznego ogólnego zastosowania. Oprogramowanie
to służy rozwiązaniu konkretnych problemów matematyczno-informatycznych i może być
użyte w wielu kontekstach, również poza fizyką.
zadanie 13. Astrofizyczne i kosmologiczne aspekty fizyki cząstek (Jacek Niemiec)
cel realizacji zadania
1. Badania nad znaczeniem ciemnej materii dla powstawania, budowy i obserwowalnych
własności galaktyk. Analiza konsekwencji tzw. modelu dyskowego dla wyjaśnienia
własności galaktyk spiralnych, porównanie przewidywań teoretycznych z danymi
obserwacyjnymi (Joanna Jałocha-Bratek, Łukasz Bratek)
2. Mikrofizyka procesów formowania się fal uderzeniowych w plazmie bezzderzeniowej,
procesów injekcji oraz przyśpieszania cząstek, generowania turbulencji magnetycznej w
sąsiedztwie fal uderzeniowych oraz emisji promieniowania elektromagnetycznego (Jacek
Niemiec)
planowane efekty naukowe i praktyczne
Ad1. Publikacja wyników w astrofizycznych i fizycznych czasopismach o zasięgu
międzynarodowym, uczestnictwo i prezentacja własnych dokonań na międzynarodowych
konferencjach naukowych.
Ad 2. Rozwój oprogramowania oraz metod symulacji numerycznych techniką „Particle-InCell”; implementacja kodu numerycznego na platformę GPU.
zadanie 14. Wybrane problemy fizyki matematycznej (Andrzej Horzela)
cel realizacji zadania
1. Opracowanie i zastosowanie metod algebraicznych oraz matematyki dyskretnej w
rozwiązywaniu zagadnień fizyki kwantowej. Budowa i analiza modeli układów
kwantowych bazujących na opisie kombinatorycznym (współpraca z Uniwersytetami
Paris VI, XIII, Francja) (Paweł Błasiak)
2. Konstrukcja uogólnionych stanów koherentnych w oparciu o własność reprodukowania.
Konstrukcja i analiza uogólnień schematu Bargmanna. Analiza własności metod
kwantowania bazujących na uogólnionych stanach koherentnych (współpraca z
Uniwersytetem Paris VI, Francja, Universytetem Concordia w Montrealu, Kanada oraz
Instytutem Matematyki UJ) (Andrzej Horzela)
3. Badanie klasycznych i kwantowych własności geometrycznych modeli cząstek (tzw.
układów fundamentalnych) i ich oddziaływania z polami (Łukasz Bratek)
4. Wykorzystanie jawnych postaci rozkładów Levy'ego oraz metod operacyjnych typu
'umbral calculus' dla rozwiązywania równań ewolucji z pochodnymi frakcyjnymi. Badanie
matematycznych własności operatorów ewolucji generujących te równania. Zastosowanie
modeli anomalnej dyfuzji do efektywnego opisu zjawisk turbulencji oraz procesów
relaksacyjnych w dielektrykach (współpraca z Uniwersytetem Paris VI, ośrodkiem ENEA
8
Frascati, Włochy oraz Uniwersytetem Case Western Reserve w Cleveland, Ohio, USA)
(Katarzyna Górska)
planowane efekty naukowe i praktyczne
Publikacja wyników czasopismach o zasięgu międzynarodowym dedykowanych fizyce
teoretycznej i matematycznej, a także matematyce. Uczestnictwo w międzynarodowych
konferencjach naukowych, prezentacja wyników.
Temat 2. BADANIA EKSPERYMENTALNE I TEORETYCZNE W ZAKRESIE
FIZYKI JĄDROWEJ I ODDZIAŁYWAŃ SILNYCH
BADANIA EKSPERYMENTALNE
Badanie oddziaływań jądrowych w obszarze niskich i pośrednich energii
zadanie 1. Mechanizm reakcji jądrowych i produkcja mezonów w zderzeniach
hadronów (Antoni Szczurek)
cel realizacji zadania
1. Badanie mechanizmu reakcji w zderzeniach ciężkich jonów:
2.
3.
4.
5.
1.1 analiza danych z eksperymentów ciężkojonowych (eksperymenty: INDRA w GSI,
ALADIN w GSI);
1.2 badanie procesu multifragmentacji jąder atomowych; FAZA w ZIBJ, Dubna,
1.3 badanie reakcji spalacji tarcz C, N, O, Fe, Au, Hg wywołanej protonami (analiza
danych z eksperymentu PISA w FZ Jülich);
1.4 badanie zależności energii symetrii od gęstości (współpraca ASY-EOS w GSI,
Darmstadt oraz współpraca z ośrodkami w RIKEN, Japonia i MSU w USA);
Badanie struktury jądra i mechanizmu reakcji w zderzeniach lekkich jąder z powłoki p:
2.1 procesy wielostopniowej wymiany klastrów w reakcjach na lekkich jądrach, badanie
zależności energetycznej oddziaływań jądrowych, badanie procesów wymiany
ładunkowej (eksperymenty na cyklotronie ŚLCJ w Warszawie);
2.2 astrofizyka jądrowa niskich energii (eksperymenty na cyklotronie ŚLCJ w Warszawie i
cyklotronie w Astanie, Kazachstan) (Stanisław Kliczewski)
2.3 badania mechanizmów reakcji jądrowych przy pośrednich energiach oraz struktur
egzotycznych jąder (eksperyment ACCULINA w ZIBJ);
2.4 eksperymentalne badanie widm egzotycznych lekkich jąder (wspólnie z ZIBJ- Dubna,
GANIL- Caen).
Produkcja mezonów w zderzeniach jądrowych; pomiary poświęcone strukturze
i oddziaływaniu mezonów (eksperymenty: GEM w FZ Jülich, ANKE na synchrotronie
COSY w FZ Jülich, eksperyment WASA na synchrotronie COSY w FZ Jülich, Niemcy,
współpraca z IF UJ).
Poszukiwanie efektów łamania symetrii odwrócenia czasu w rozpadzie swobodnych
neutronów (współpraca w Instytucie Paula Scherrera PSI).
Poszukiwanie efektów działania siły 3-ciałowej w reakcji breakupu d(p,pp)X.
(eksperyment w KVI, Groningen w Holandii)
6. Precyzyjny pomiar kształtu widma elektronów w dozwolonym rozpadzie jądrowym beta
(eksperyment Mini Beta w Katholieke Universiteit, Leuven w Belgii).
Prace aparaturowe
9
7. Rozwój metod identyfikacyjnych w oparciu o analizę cyfrowego kształtu impulsu,
opracowanie oprogramowania do akwizycji analizy danych (współprace: ASY-EOS w GSI
oraz R3B@FAIR).
8. Budowa i testy detektorów oraz rozwój systemów zbierania danych opartych o cyfrową
analizę sygnałów dla układu pomiarowego PANDA na akceleratorze FAIR.
 Budowa centralnego detektora śladów cząstek składającego się z detektorów
słomkowych (STT) oraz sytemu zbierania sygnałów.
planowane efekty naukowe i praktyczne
Publikacje naukowe, budowa aparatury do kilku eksperymentów.
zadanie 2. Ewolucja własności jąder w funkcji temperatury, spinu i izospinu (Piotr
Bednarczyk)
cel realizacji zadania
1. Identyfikacja stanów yrastowych w jądrach bogatych w neutrony z okolicy 48Ca, 64Ni,
70
Zn, 76Ge, produkowanych w reakcjach głęboko nieelastycznego rozpraszania na
tarczach 197Au, 208Pb i 238U (R. Broda)
2. Spektroskopowe badania stanów z liczbą seniority 4 i 5 w parzystych i nieparzystych
izotopach Sn o masach A=116-128, produkowanych w procesach rozszczepienia jądra
złożonego (R. Broda)
3. Badanie statystycznych własności w rozpadzie stanu izomerycznego 49/2+ w jądrze 147Gd
(R. Broda)
4. Pomiary rozpadu gamma stanów izomerycznych w jądrach neutrono-nadmiarowych
wzbudzanych w procesach głęboko nieelastycznych i w rozpadach beta wiązek
radioaktywnych (W. Królas)
5. Pomiary spektroskopowe struktury egzotycznych jąder atomowych na wiązkach
relatywistycznych fragmentów w GSI(Niemcy), GANIL(Francja) i RIKEN(Japonia), jak
i z wiązkami wtórnymi, typu ISOL w GANIL, IPN Orsay (Francja) oraz CERN-ISOLDE
(Szwajcaria) (P. Bednarczyk)
6. Badanie własności gorących jąder atomowych z różnych obszarów masowych metodami
dyskretnej spektroskopii gama oraz za poprzez rejestrację rozpadu gamma gigantycznych
rezonansów i emisji cząstek naładowanych (M. Kmiecik)
7. Spektroskopowe badania efektów kolektywnych przy wysokich spinach w jądrach z
różnych obszarów masowych przy użyciu krakowskiego detektora jąder odrzutu RFD (P.
Bednarczyk)
8. Badania eksperymentalne wysokospinowych stanów w jądrach z obszaru 208Pb,
dostępnych jedynie w procesach transferu wielu nukleonów. Rozwój opisu teoretycznego
tych wzbudzeń w oparciu o realistyczne oddziaływania nukleon-nukleon (B. Fornal)
9. Teoretyczne przewidywania tworzenia i rozpadu jąder o egzotycznych kształtach w
różnych obszarach masowych oraz ich eksperymentalna weryfikacja (K. Mazurek)
10. Badanie zdolności przewidywania modeli struktury jądra przy wykorzystaniu metod
regresji nieliniowej i wnioskowania Bayesowskiego (B. Szpak)
planowane efekty naukowe i praktyczne
1. Publikacje wyników w renomowanych czasopismach naukowych o międzynarodowym
zasięgu
2. Wystąpienia i prezentacje na konferencjach międzynarodowych w formie referatów na
zaproszenie, referatów zgłoszonych oraz posterów
3. Wykłady i seminaria w naukowych instytucjach zagranicznych i krajowych
10
Uzyskane wyniki będą stanowiły materiał do przygotowania jednej rozprawy habilitacyjnej,
czterech prac doktorskich i trzech prac magisterskich.
zadanie 3. Prace badawczo-rozwojowe nowych technik detekcji dla fizyki jądrowej
(Piotr Bednarczyk)
cel realizacji zadania
1. Projektowanie i budowa układu do detekcji wysokoenergetycznego promieniowania
gamma – PARIS, testy prototypowych detektorów scyntylacyjnych (A. Maj)
2. Symulacje optymalnej geometrii układów pomiarowych oraz instalacja detektora jąder
odrzutu (RFD) w połączeniu ze spektrometrami promieni gamma (EXOGAM2, AGATA,
PARIS, GALILEO, EAGLE) dla eksperymentów na wiązkach radioaktywnych
(SPIRAL2) i stabilnych (7. PR EU ENSAR; współpraca z GANIL Caen, IPN Orsay i LNL
Legnaro, ŚLCJ Warszawa) (P. Bednarczyk)
3. Prototypowanie elektroniki odczytu dla nowych detektorów scyntylacyjnych (LaBr3) oraz
detektorów diamentowych czułych na pozycje (współpraca z GSI, GANIL, Uniwersytetem
w Mediolanie, Uniwersytetem w Huelvie i Uniwersytetem w Valencii) (M. Jastrząb)
4. Rozwój zintegrowanych systemów detekcyjnych z wykorzystaniem dedykowanych
układów mikroelektronicznych typu ASIC oraz programowanych macierzy FPGA
(współpraca z GSI-FAIR, Darmstadt) (A. Czermak)
5. Projektowanie detektora promieniowania gamma do diagnostyki plazmy (współpraca z
JET, Culham) (zadanie nowe) (M. Kmiecik)
planowane efekty naukowe i praktyczne
1. Wykonanie pomiarów i analiza danych z testów detektorów LaBr3 na wiązce (IFJ PAN,
Kraków, TANDEM-ALTO, Orsay, RIBF-BIGRIPS, RIKEN, Japonia) pozwoli na
konfrontację wyników eksperymentalnych z symulacjami i opracowanie algorytmów do
rekonstrukcji pełnej energii rejestrowanego promieniowania
2. Modyfikacja detektora RFD pozwoli na użycie tego urządzenia w planowanych
eksperymentach spektroskopowych
3. Opracowane algorytmy analizy kształtu inmulsu pozwolą na rozwikłanie złożonych
sygnałów generowanych w układzie scyntylatorów typu phoswich: LaBr3-NaI. Zostanie
wykonany i przetestowany prototyp cyfryzatora do odczytu szybkich detektorów
scyntylacyjnych. Opracowane zostaną metody analizy czasowej szybkich sygnałów z
detektorów diamentowych
4. Prototyp programowalnego układu FPGA posłuży do integracji cyfrowych i analogowych
systemów akwizycji danych. Przewiduje się, że układ ten będzie współpracował z
systemami generacji znacznika czasu typu GTS i BUTIS, wykorzystywanych w
przyszłości laboratoriach GANIL i FAIR
5. Prototypowy detektor scyntylacyjny będzie wykorzystany w pracach nad europejskim
reaktorem termojądrowym
Zadanie 4. Badania z fizyki jądrowej na wiązce protonów cyklotronu Proteus 235
(zadanie nowe) (Adam Maj)
cel realizacji zadania
1. Poszukiwanie efektów działania siły 3-ciałowej w rozpraszaniu elastycznym p+d i w
reakcji „breakup’u” d(p,pp)X, z wykorzystaniem detektora BINA (A. Kozela)
2. Badanie kolektywnych wibracji jądra atomowego wzbudzanych w reakcjach z wiązką
protonów (M. Kmiecik)
3. Przeprowadzenie eksperymentów dyskretnej spektroskopii gamma (P. Bednarczyk)
11
4. Badanie głęboko położonych jądrowych stanów jednocząstkowych za pomocą reakcji
(p,2p) (B. Fornal)
5. Prowadzenie testów różnych układów detekcyjnych na wiązce (B. Szpak)
planowane efekty naukowe i praktyczne
1. Określony zostanie udział sił trójciałowych w układach złożonych z trzech nukleonów
w szerokim zakresie energii reakcji
2. Zmierzone zostaną charakterystyki gigantycznych rezonansów jądrowych przy niskim
kręcie w funkcji energii wzbudzenia jądra
3. Zbudowany będzie system detekcyjny do dyskretnej spektroskopii gamma;
opracowana zostanie metoda prowadzenia identyfikacji dyskretnych przejść w
produktach reakcji indukowanych protonami o wysokich energiach
4. Zidentyfikowane będą głęboko leżące stany jednocząstkowe w różnych jądrach –
stanowiły będą one nowe punkty kalibracyjne dla potencjału Woodsa-Saxona.
5. Zmierzone zostaną funkcje odpowiedzi różnych detektorów na protony w szerokim
zakresie energii oraz na wysokoenergetyczne kwanty gamma; wyniki będą stanowiły
podstawę planowania pomiarów na wiązce z użyciem testowanych detektorów
Badanie oddziaływań jądrowych w obszarze wysokich energii
zadanie 5. Oddziaływania relatywistycznych jonów przy energiach SPS i LHC eksperymenty NA49 i ALICE (Marek Kowalski)
cel realizacji zadania
Celem zadania jest badanie zderzeń relatywistycznych jader ołowiu i protonów przy
energiach SPS i LHC, prowadzące do uzyskania informacji o gęstej i gorącej materii
jądrowej.
1. Eksperyment NA49 na akceleratorze SPS w CERN:
a. badanie efektów elektromagnetycznych w zderzeniach jąder ołowiu przy energiach
SPS
b. Badanie efektów hamowania (stopping) w gęstej materii jądrowej
c. Poszukiwanie plazmy kwarkowo-gluonowej w zderzeniach relatywistycznych jąder w
zakresie energii od 20 do 158 GeV/nukleon i badanie zderzeń hadronów z protonami i
jądrami przy podobnych energiach. Kontynuacja analizy danych.
2. Eksperyment ALICE na akceleratorze LHC w CERN:
d. Zbieranie danych w eksperymencie ALICE
e. Badanie zderzeń ultraperyferycznych
f. Badania korelacji w zderzeniach Pb+Pb
g. Prace przy modernizacji (upgrade) eksperymentu.
planowane efekty naukowe i praktyczne
Efekty zadania to publikacje naukowe w renomowanych czasopismach i prezentacje na
prestiżowych konferencjach i warsztatach.
12
BADANIA TEORETYCZNE
zadanie 6. Badanie struktury i dynamiki układów wielu ciał (Antoni Szczurek)
cel realizacji zadania
1. Model powłokowy ze sprzężeniem do kontinuum: zastosowania do opisu struktury jądra
i reakcji jądrowych (we współpracy z GANIL).
2. Badanie mechanizmów produkcji cząstek w zderzeniach elementarnych hadronów
i w zderzeniach nukleon – jądro atomowe.
3. Badanie atomów i molekuł egzotycznych.
4. Ekskluzywna produkcja mezonów lub par mezonów w zderzeniach proton-proton.
5. Produkcja mezonów, cząstek elementarnych oraz par leptonów i mezonów w zderzeniach
ultrarelatywistycznych ciężkich jonów.
6. Procesy stochastyczne, dyfuzja i zjawiska nieliniowe.
7. Badania własności plazmy kwarkowo-gluonowej.
planowane efekty naukowe i praktyczne
Publikacje naukowe w renomowanych czasopismach.
zadanie 7. Badania teoretyczne struktury materii w powiązaniu z obecnymi i przyszłymi
eksperymentami (Robert Kamiński)
cel realizacji zadania
Badania teoretyczne w zakresie fizyki oddziaływań silnych i słabych, mają na celu poznanie
własności tych oddziaływań i cząstek elementarnych im podlegających. Najważniejszym
zadaniem jest interpretacja i wyjaśnienie obserwacji eksperymentalnych np. łamania symetrii
CP w oddziaływaniach słabych. W powiązaniu z wynikami eksperymentalnymi z Jefferson
Laboratory i KEK, przeprowadzone zostaną analizy efektów wielokanałowych oddziaływań
w stanach końcowych dla hadronów pochodzących z rozpadów D i z procesów fotoprodukcji.
Przewidywania chiralnych modeli kwarkowych zostaną porównane z wynikami
eksperymentalnymi i rachunkami QCD na sieciach. Produkcja ciężkich kwarków i bozonów
pośredniczących w zderzeniach proton-proton na LHC zostanie wykorzystana jako test
modeli produkcji dyfrakcyjnej. Planujemy zastosowanie modeli hydrodynamicznych do opisu
zderzeń jądrowych o najwyższych energiach na akceleratorach RHIC i LHC. Główne dwa
kierunki badań to opis fluktuacji w modelu hydrodynamiki relatywistycznej z lepkością i
analiza mechanizmu termalizacji na wczesnym etapie zderzenia. W powiązaniu z
planowanymi eksperymentami z użyciem lasera na swobodnych elektronach przebadane
zostaną procesy wielokrotnej jonizacji w silnych polach elektromagnetycznych.
Kontynuowana będzie analiza oddziaływań lekkich mezonów za pomocą relacji
dyspersyjnych z wbudowaną symetrią skrzyżowania (współpraca z ZIBJ Dubna,
Uniwersytetem w Hamburgu i DESY, z Uniwersytetem w Grenadzie, z Uniwersytetem w
Coimbrze, z Uniwersytetem w Bańskiej Bystrzycy, z LPNHE Uniwersytetu P. i M. Curie w
Paryżu, w ramach umowy z IN2P3) (Robert Kamiński)
planowane efekty naukowe i praktyczne
Wyniki prac zostaną opublikowane w wiodących czasopismach i przedstawione na
konferencjach międzynarodowych. W ramach badań będzie rozwijane specjalistyczne
oprogramowanie.
13
Temat 3. BADANIA FAZY SKONDENSOWANEJ MATERII
zadanie 1. Prace nad poznaniem struktury i dynamiki fazy skondensowanej materii
(kryształy molekularne, ciekłe kryształy, magnetyki, itp.) z wykorzystaniem metod
rozpraszania neutronów i metod komplementarnych (Piotr Zieliński)
cel realizacji zadania
1. Badanie polimorfizmu i dynamiki w substancjach organicznych o różnym stopniu
uporządkowania (Maria Massalska-Arodź)
.(we współpracy z Laboratorium Fizyki Neutronowej im. Franka w ZIBJ w Dubnej,
Rosja).
2. Modele struktury i dynamiki układów z powierzchniami i złączami oraz układów
niskowymiarowych (Piotr Zieliński)
3. Badanie własności magnetycznych i relaksacji spinowych materiałów objętościowych i
nanostrukturalnych (Maria Bałanda)
4. Funkcjonalność magnetycznych materiałów molekularnych (Maria Bałanda)
5. Kwantowo-mechaniczne obliczenia własności materiałów i nanomateriałów (Zbigniew
Łodziana)
6. Badanie dynamiki i zjawisk krytycznych w funkcjonalnych materiałach ferroicznych i
multiferroicznych (Piotr Zieliński)
7. Wpływ wodoru na własności fizyczne związków międzymetalicznych (Andrzej
Budziak)
planowane efekty naukowe i praktyczne
 Analiza wpływu budowy molekuł na polimorfizm fazowy oraz stopień nieporządku i
dynamikę w poszczególnych fazach, a także na współzawodnictwo procesu krystalizacji
i zeszklenia.
 Podanie opisu wpływu powierzchni na rozchodzenie się fal dźwiękowych w materiale.
 Dostarczenie podstawowych informacji na temat własności magnetycznych nowych
materiałów oraz ich dyskusja.
 Analiza efektów magnetostrukturalnych oraz wpływu warunków zewnętrznych na
energię oddziaływania magnetycznego i typ uporządkowania momentów magnetycznych
i relaksację
 Zrozumienie czynników mających wpływ na stabilność borowodorków, w szczególności
w fazie nano-porowatej
 Poznanie wpływu zawartości wodoru na strukturalne i magnetyczne przemiany fazowe
w związkach międzymetalicznych typu faz Lavesa. W szczególności – wpływ struktury
krystalicznej na zdolność gromadzenia wodoru. Wyniki badań mogą ułatwić
poszukiwanie wydajnych materiałów do gromadzenia wodoru - potencjalnego paliwa
przyszłości.
Prezentowanie wyników na krajowych i międzynarodowych konferencjach
specjalistycznych oraz publikowanie ich w czasopismach o wysokim „impact factor”.
zadanie 2. Badania fazy skondensowanej metodami spektroskopii jądrowej; anihilacja
pozytonów (Jerzy Dryzek)
cel realizacji zadania
1. Pomiary objętości swobodnych w materiałach molekularnych i polimerach metodą
anihilacji pozytonów (Ewa Dryzek)
14
Celem tych prac jest uzyskanie informacji o lokalnych właściwościach mikroskopowych
ciekłych kryształów i kryształów molekularnych związanych z konfiguracją dipoli
molekularnych i jej zmianach podczas przejść fazowych oraz na temat mikrostruktury
polimerów i kompozytów polimerowych.
2. Badania defektów sieci krystalicznej w metalach i stopach (Jerzy Dryzek)
Zakres będzie obejmował: badania warstw wierzchnich, stali austenitycznej i
nanowydzieleń w osnowie aluminium.
Celem prac dotyczących warstwy wierzchniej jest określenie wpływu różnych czynników
na zasięg i rodzaje defektów powstałych podczas jej tworzenia w procesie tarcia
ślizgowego. Rozpoczęto także badania procesu rekrystalizacji w warstwie wierzchniej.
Badania tego procesu będą prowadzone na metalach takich jak Bi, Ti i Fe.
Prowadzone będą także badania stali austenitycznej w celu identyfikacji defektów, które
powstają w procesie zaniku martenzytu odkształceniowego. Wykorzystana będzie
spektroskopia poszerzenia Dopplerowskiego linii anihilacyjnej i czasów życia pozytonów.
Nanowydzielenia cząstek Au, In, Pb, Bi w czystym aluminium będą przedmiotem badań
metodami anihilacji pozytonów. Celem tych prac jest weryfikacja lokalizacji pozytonów
w takich nanowydzieleniach. Wykorzystane tu będą techniki pomiarów czasów życia
pozytonów,
poszerzenia
dopplerowskiego,
koincydencyjnego
poszerzenia
dopplerowskiego, a także wiązki powolnych pozytonów.
3. Pomiary i symulacje profili implantacji pozytonów (Jerzy Dryzek)
Celem tych prac jest opis zjawiska przejścia pozytonu przez granicę między ośrodkami
oraz weryfikacja wyników symulacji komputerowych poprzez pomiary profili implantacji
pozytonów w różnych materiałach. Wynikiem będzie także program komputerowy
pozwalający na obliczenie profilu implantacji pozytonów w układach warstwowych.
planowane efekty naukowe i praktyczne
Publikacja wyników badań w międzynarodowych czasopismach naukowych, prezentacja
wyników na międzynarodowych i krajowych konferencjach naukowych, zebranie materiału
badawczego do prac doktorskich wykonywanych w pracowni anihilacji pozytonów.
zadanie 3. Metody magnetycznego rezonansu jądrowego w badaniach struktury ciał
stałych i dynamiki molekularnej (Zdzisław Lalowicz)
cel realizacji zadania
Unikalna w skali światowej aparatura umożliwia pomiary widm i relaksacji dla deuteronów w
temperaturach 5 – 310K. Dodatkowe wyposażenie stanowią sondy z rotującą próbką (MAS)
umożliwiające pomiary widm na wielu jądrach, np. 29Si, 27Al, 31P, 11B, 51V. Metoda MAS
umożliwia badania struktury katalizatorów w celu optymalizacji ich ważnych technologicznie
właściwości. Z kolei dynamika cząsteczek, wprowadzonych do komór zeolitów,
odzwierciedla ich oddziaływania z centrami adsorpcji co pozwala na charakteryzację zjawisk
powierzchniowych.
1. Badanie dynamiki cząsteczek i ich oddziaływań metodami deuteronowej spektroskopii
rezonansu magnetycznego w ważnych technologicznie zeolitach,
2. Zastosowanie spektroskopii MAS-NMR o wysokiej zdolności rozdzielczej w ciele stałym
do badania struktury nowych katalizatorów syntetycznych.
15
planowane efekty naukowe i praktyczne
Ad 1. Zakończone już prace dotyczące dynamiki D2, NH3 i CD3OH w komorach faujazytów
pozwalają wskazać precyzyjne cele poznawcze do osiągnięcia metodami deuteronowego
rezonansu magnetycznego. Kontynuowane będą pomiary widm i relaksacji deuteronów dla
acetonu (CD3)2CO, amoniaku ND3 i wody D2O. Widma pozwalają na określenie symetrii
rotacji, relaksacja dostarcza danych o sile wiązań, co razem charakteryzuje lokalizację
cząsteczek. Dynamika wody w zeolitach wynika zarówno z wiązań wodorowych do struktury
zeolitu jak i z wiązań międzymolekularnych prowadzących do tworzenia złożonych struktur
przestrzennych.
Badania dynamiki powyższych cząsteczek w różnych zeolitach i w funkcji wypełnienia,
dostarczają istotnych informacji o oddziaływaniach, ważnych dla optymalizacji procesów
katalizy.
Ad 2. Planowanym efektem naukowym będzie optymalizacja parametrów nowych
katalizatorów, opartych na zeolitach, materiałach mezoporowatych i minerałach
warstwowych. Ze względu na swój lokalny charakter, spektroskopia MAS-NMR będzie
stanowić niezbędne uzupełnienie standardowych metod służących do strukturalnej
charakteryzacji materiałów heterogenicznych. Poprzez usprawnienie procesu syntezy
doprowadzi to do opracowania nowych, wydajniejszych katalizatorów, mających praktyczne
zastosowanie w ochronie środowiska i zielonej chemii.
zadanie 4. Badania komputerowe struktury i dynamiki materiałów krystalicznych
i nanomateriałów (Przemysław Piekarz)
cel realizacji zadania
1. Zbadanie własności strukturalnych i dynamicznych nanocząstek Fe-Pt i Fe metodami
obliczeniowymi z pierwszych zasad (współpraca COST Action MP0903 NANOALLOY)
(Jan Łażewski)
 Zbadanie struktury i wyliczenie fononowych krzywych dyspersji oraz fononowych
gęstości stanów w wybranych związkach ziem rzadkich (Przemysław Piekarz)
 Wyznaczenie struktury krystalicznej i dynamiki sieci w cienkich warstwach FeO na
powierzchni Pt(111) (Przemysław Piekarz)
planowane efekty naukowe i praktyczne
1. Głównym efektem naukowym przeprowadzonych badań będzie poszerzenie wiedzy na
temat własności strukturalnych i dynamicznych układów metalicznych i tlenków metali o
zredukowanej wymiarowości (nanocząstki, cienkie warstwy).
2. Dla nanocząstek wyznaczone zostaną podstawowe funkcje i wielkości termodynamiczne,
co pozwoli określić ich stabilność w funkcji rozmiaru, kształtu i temperatury.
3. Wyliczenie fononowych gęstości stanów dla tlenków ziem rzadkich umożliwi
zrozumienie dynamiki sieci w tych układach oraz interpretację wyników pomiarowych dla
cienkich warstw metodą nieeleastycznego rozpraszania jądrowego.
4. Wyliczenie widma drgań dla cienkiej warstwy FeO na powierzchni platyny dla różnych
symetrii i porównanie z wynikami pomiarów umożliwi wyjaśnienie własności dynamiki
sieci w układzie dwuwymiarowym.
5. Wyniki badań zostaną opublikowane w międzynarodowych czasopismach naukowych i
zaprezentowane na seminariach i konferencjach.
16
Temat 4. BADANIA INTRDYSCYPLINARNE I STOSOWANE.
zadanie 1. Interdyscyplinarne aspekty fizyki układów złożonych (Stanisław Drożdż)
cel realizacji zadania
1. Identyfikacja uniwersalnych charakterystyk złożoności:
- multifraktalne procesy stochastyczne,
- teoria sieci złożonych,
- specyfika rozkładów fluktuacji w systemach złożonych,
- zjawiska krytyczne i efekty synchronizacji w dynamice finansów,
- modele oddziałujących agentów,
- zagadnienia lingwistyki ilościowej,
- wieloskalowa organizacja utworów muzycznych
2. Dynamika nieliniowa i chaos klasyczny.
planowane efekty naukowe i praktyczne
 Rozwój modelu sieci złożonych opisującego empirycznie obserwowane własności sieci
lingwistycznych oraz internetowych, a w szczególności bezskalowość krotności połączeń
przy równoczesnej asymptotycznej redukcji średniej drogi swobodnej wraz ze wzrostem
liczby wierzchołków.
 Opracowanie przepisu na proces stochastyczny, który ma wbudowane długozasięgowe
korelacje czasowe typu potęgowego prowadzące do charakterystyk multifraktalnych.
 Zrozumienie dynamiki wymiany walut światowych w kontekście sprzężeń relacją ‘po
trójkącie’ oraz wskazanie ewentualnej korespondencji do zjawisk turbulentnych.
 Systematyczne zbadanie multifraktalnych charakterystyk różnego typu utworów
muzycznych oraz wskazanie tych ich cech ilościowych w formalizmie miar korelacji
nieliniowych, które optymalnie synchronizują z aktywnością ludzkiego mózgu.
 Ilościowe ujęcie efektów spontanicznego łamania symetrii w modelu oddziałujących
agentów.
 Dla różnego typu utworów muzycznych zbadanie istnienia przedziałów częstości, w
których korelacje mają charakter multifraktalny oraz określenie zakresu tego typu
korelacji.
 Zidentyfikowanie potencjalnej składowej typu chaos deterministyczny w szeregach
czasowych generowanych przez naturalne układy złożone.
Efekty praktyczne to publikacja wyników w międzynarodowych periodykach naukowych,
prezentacja wyników na naukowych konferencjach międzynarodowych i krajowych oraz
zebranie materiałów do przewodów doktorskich i habilitacyjnych prowadzonych w
Zakładzie.
zadanie 2. Badania eksperymentalne, teoretyczne i numeryczne oddziaływania
promieniowania jądrowego z różnymi ośrodkami (Krzysztof Drozdowicz)
cel realizacji zadania
1. Modelowanie i pomiar neutronowych strumieni impulsowych w ośrodkach skończonych
(włączając niejednorodne) (współpraca: IFPiLM Warszawa, EFDA Garching, Niemcy)
(Urszula Wiącek)
2. Rozwój metod numerycznych i interpretacyjnych dla jądrowej geofizyki otworowej w
oparciu o modelowania złożonych pól neutronowych metodą Monte Carlo (współpraca:
WGGOŚ AGH, Kraków) (Urszula Woźnicka)
planowane efekty naukowe i praktyczne
17
ad1)
Rozpoznanie transportu neutronów prędkich w różnych ośrodkach, w szczególności
niejednorodnych, jest konieczne przy opracowywaniu dedykowanych metod pomiarowych,
m.in. spektrometrii metodą czasu przelotu (T-O-F). Realizowane modelowania Monte Carlo
pozwolą na określenie emisji neutronów prędkich z aparaturowych źródeł impulsowych,
takich jak plasma-focus (IFJ PAN, IFPiLM), generator IGN-14 (IFJ PAN), czy projektowany
europejski reaktor D-T DEMO, oraz uwzględnianie rozpraszania i spowalniania tych
neutronów w elementach otoczenia.
ad2)
Planowane badania są związane m.in. z zastosowaniem metod geofizyki jądrowej do
poszukiwań gazu łupkowego. Do podstawowych narzędzi jądrowych metod
poszukiwawczych należą otworowe sondy jądrowe – neutronowe i gamma-gamma. Łupki
gazonośne są ośrodkami niejednorodnymi. Planowane obliczenia i symulacje MC mają za
zadanie ocenę tych niejednorodności oraz oszacowanie ich wpływu na wyniki pomiarów, co
jest konieczne dla poprawnej interpretacji odczytów sond jądrowych.
zadanie 3. Metody detekcji neutronów i prędkich jonów oraz promieniowania X dla
diagnostyki plazmy D-D i D-T pod kątem badań dla programu ITER (realizacji zadań w
projekcie Asocjacja EURATOM) (Krzysztof Drozdowicz)
cel realizacji zadania
1. Detekcja neutronów opóźnionych z aktywacji materiałów rozszczepialnych w polu
neutronowym wytwarzanym przez duże układy termojądrowe (współpraca: Asocjacja
EURATOM-IFPiLM, Warszawa; Asocjacja EURATOM-IPP, Greifswald, Niemcy; EFDAJET, Culham, Anglia) (Grzegorz Tracz)
2. Pomiar detektorami diamentowymi neutronów i prędkich jonów z emisji w plazmie
termojądrowej (współpraca: Asocjacja EURATOM-IFPiLM, Warszawa; EFDA, Niemcy,
MAST-CLS, Culham, Anglia, COMPASS – Inst. Fizyki Plazmy, Praha, Czechy) (Jan
Dankowski)
3. Metodyka pomiarów HXR do badania plazmy w stellaratorze W7-X (współpraca:
EURATOM-IPP, Greifswald, Niemcy) – nowe zadanie (Marek Scholz)
4. Badanie efektów paramagnetycznych wzbudzanych dryfem elektrycznym w częściowo
zjonizowanej i namagnetyzowanej plazmie (współpraca: Asocjacja EURATOM-IFPiLM,
Warszawa) (Dariusz Twaróg)
planowane efekty naukowe i praktyczne
ad 1)
Aktywacja materiałów rozszczepialnych neutronami ze źródła neutronów prędkich stanowi
uzupełnienie klasycznej neutronowej metody aktywacyjnej. Analiza czasowego zaniku
strumienia neutronów opóźnionych powstałych w wyniku zaaktywowania próbek
rozszczepialnych służy do wyznaczania strumienia neutronów pierwotnych, co jest
przedmiotem opracowywanej metody pomiarowej. Praktycznym efektem zadania będzie
uruchomienie sytemu pomiarowego DET-12 do pomiarów strumieni neutronów pierwotnych
wytwarzanych w dużych urządzeniach termojądrowych (tokamak, stellarator).
ad2)
Zastosowanie detektorów diamentowych jako spektrometrycznych rejestratorów produktów
syntezy termojądrowej (D-D i D-T) w celu opracowania metody takiego pomiaru przy
urządzeniach typu tokamak. Ocena zachowania tych detektorów w polu promieniowania
mieszanego (jony wysokoenergetyczne, neutrony, prom. gamma), zbadanie odporności
temperaturowej.
18
ad 3)
Pomiary HRX, czyli twardego promieniowania X (E = 20÷200 keV), dostarczają informacji o
obecności nadtermicznych elektronów w układach z magnetycznym utrzymaniem plazmy,
pojawiających się w trakcie grzania plazmy metodą ECRH, NBI lub ICRH. W wyniku
przeprowadzonych studiów zostanie opracowana metodyka pomiarów twardego
promieniowania X dla stellaratora.
ad 4)
Oszacowanie intensywności pola paramagnetycznego indukowanego w częściowo
zjonizowanej i namagnetyzowanej plazmie przez dryf elektryczny. Wyznaczenie
intensywności radialnego pola elektrycznego wzbudzającego dryf elektryczny oraz
oszacowanie wpływu grzania omowego na temperaturę plazmy.
zadanie 4. Biologia radiacyjna i środowiskowa; retrospektywna dozymetria biologiczna
ekspozycji radiacyjnych i środowiskowych – badanie wrażliwości osobniczej i
wydajności naprawy DNA z wykorzystaniem metod cytogenetycznych i molekularnych
(Wojciech Kwiatek)
cel realizacji zadania
1. Badania uszkodzeń DNA i chromosomów w funkcji ekspozycji środowiskowej,
diagnostycznej, terapeutycznej, zawodowej lub wypadkowej (retrospektywna dozymetria
biologiczna) z analizą ryzyka utraty zdrowia w wyniku tej ekspozycji (Justyna Miszczyk)
2. Badania skuteczności biologicznej i zależności dawka-skutek dla wiązki protonów (70230 MeV) na stanowisku Cyklotronu Proteus-235 (Agnieszka Panek)
3. Analiza wpływu czynników endogennych i/lub egzogennych na wydajność procesów
naprawy radiacyjnych uszkodzeń DNA, zróżnicowanie radiowrażliwości i podatności
osobniczej (Justyna Miszczyk)
4. Badania uszkodzeń radiacyjnych komórki będących następstwem promieniowania
jonizującego oraz wpływu promieniowania jonizującego na fenotypowe zróżnicowanie
osobnicze w podatności na indukcję radiacyjnych uszkodzeń DNA oraz w wydajności
komórkowych procesów naprawy (Anna Wiecheć)
planowane efekty naukowe i praktyczne
Badania prowadzone w powyższym zadaniu powinny pozwolić na ocenę skutków
biologicznych działania różnych typów promieniowania (promieniowanie X, wiązka
protonowa) w zakresie zarówno niskich, jak i wysokich dawek oraz dokonanie
charakterystyki uszkodzeń radiacyjnych, ocenę procesów naprawy i dróg sygnalizacji
międzykomórkowej. Powinny również dostarczyć informacji o zróżnicowaniu w osobniczej
podatności i wydajności procesów naprawy uszkodzeń DNA na zastosowane
promieniowanie, co może mieć kluczowe znaczenie w przypadku optymalizacji procesów
terapeutycznych.
zadanie 5. Obrazowanie i zlokalizowana spektroskopia magnetycznego rezonansu w
badaniach biomedycznych (Władysław Węglarz)
cel realizacji zadania
Rozwój oraz zastosowanie metod obrazowania i spektroskopii zlokalizowanej magnetycznego
rezonansu (MRI/MRS) do badań biomedycznych z wykorzystaniem modeli zwierzęcych
chorób, badań fizjologii mięśni szkieletowych człowieka a także do badań biokompatybilnych
materiałów polimerowych i nanostruktur oraz materiałów farmaceutycznych. Planuje się:
1. Badanie struktury i procesów fizjologicznych tkanek i narządów w stanach normalnych
lub patologicznych w warunkach in vivo i ex vivo metodami MRI/MRS (Współpraca z
19
2.
3.
4.
5.
University of Calgary, Calgary, Kanada, University of British Columbia, Vancouver,
Kanada, Akademią Wychowania Fizycznego w Krakowie, Katedrą Farmakologii
Collegium Medicum UJ, Wydziałem Chemii UJ, Instytutem Biologii Doświadczalnej PAN
w Warszawie, Instytutem Zoologii UJ) (Władysław Węglarz, Tomasz Skórka, Bogusław
Tomanek, Barbara Błasiak)
Zastosowanie obrazowania MR do badania procesów uwalniania substancji czynnych
leków w układach modelowych (współpraca z Katedrą Farmacji Collegium Medicum UJ
w Krakowie, University of Toronto, Toronto, Kanada) (Piotr Kulinowski)
Zastosowanie obrazowania MR do badania własności nanokapsułek – nośników leków w
warunkach in vitro i in vivo (współpraca z Instytutem Katalizy i Ffizykochemii
Powierzchni PAN i Instytutem Farmakologii PAN) (Władysław Węglarz)
Zastosowanie obrazowania MR do badania biokompatybilności materiałów (współpraca z
Akademią Górniczo-Hutniczą w Krakowie, Uniwersytetem Warmińsko-Mazurskim w
Olsztynie) (Piotr Kulinowski, Grzegorz Stoch, Władysław Węglarz)
Rozwój metod i oprzyrządowania do obrazowania i spektroskopii zlokalizowanej MR
(współpraca z University of Toronto, Toronto, Kanada, University of British Columbia,
Vancouver, Kanada, Bruker Biospin, Ettlingen) (Piotr Kulinowski, Władysław
Węglarz)
planowane efekty naukowe i praktyczne
Opracowanie i wdrożenie nowych technik ilościowego obrazowania MR (elastografia,
„quantitative T2”, obrazowanie molekularne), wykorzystanie ich do scharakteryzowania
modeli zwierzęcych chorób układu naczyniowego oraz nerwowego oraz oceny efektów
terapii farmakologicznych i komórkowych. Planowane jest scharakteryzowanie procesów
zachodzących podczas uwadniania materiałów farmaceutycznych w zależności od
zastosowanej matrycy polimerowej. Kontynuowane będą badania biodegradowalności
polimerów. Planowane są badania własności nanokapsułek-nośników leków w warunkach
in vitro i in vivo pod kątem możliwości ich wizualizacji w organiźmie użyciu techniki MRI.
Przewiduje się, że w ramach zadania w roku 2014 uzyskane zostaną 2 doktoraty oraz
powstanie szereg artykułów w czasopismach z listy JCR.
zadanie 6. Badanie zmienności układów biologicznych i środowiskowych oraz innych
układów złożonych (Wojciech Kwiatek)
cel realizacji zadania
1. Pomiar
zawartości
pierwiastków
śladowych
metodami
spektroskopowymi
wykorzystującymi promieniowanie rentgenowskie, synchrotronowe oraz wiązki jonów z
akceleratora typu Van de Graaffa (Janusz Lekki)
2. Oznaczanie stopnia utlenienia fosforu, siarki i metali z III grupy w oparciu o metody
wykorzystujące promieniowanie synchrotronowe oraz techniki spektroskopii wibracyjnej
(współpraca z HASYLAB, Hamburg, KIT, LNF Frascati, Triest, SOLEI, PSI, NSLS)
(Joanna Czapla-Masztafiak)
3. Obrazowanie mikrostruktur w układach złożonych spektroskopowymi metodami
komplementarnymi i mikrotomografią komputerową (Janusz Lekki)
4. Badanie własności mechanicznych (elastyczność, adhezja) układów biologicznych z
użyciem mikroskopu sił atomowych (AFM) (współpraca z Politechniką w Lozannie,
Uniwersytetem w Linz) (Małgorzata Lekka)
planowane efekty naukowe i praktyczne
Ad 1. Określenie roli pierwiastków śladowych i ich wpływu na procesy zachodzące w
próbkach biologicznych, medycznych i środowiskowych oraz innych układach złożonych.
20
Ad. 2. Określenie lokalnej struktury wokół atomu centralnego (fosforu, siarki i metali z III
grupy) w materiałach biomedycznych i środowiskowych.
Ad 3. Rozbudowa traktu pomiarowego dla mikrotomografii o metodę kontrastu fazowego.
Opracowanie bazy danych zawierającej obrazy w skali molekularnej, komórkowej i
tkankowej.
Ad 4. Określenie wpływu własności podłoża (sztywności, adhezjii, składu chemicznego,
topografii) na własności elastyczne komórek.
zadanie 7. Rozwój i zastosowanie chromatograficznych metod pomiaru substancji
śladowych dla zagadnień fizyki środowiska, hydrogeologii i medycyny (Ireneusz Śliwka)
cel realizacji zadania
Chromatografię gazową charakteryzują: niska granica wykrywalności, wysoka rozdzielczość,
krótki czas analizy oraz mała ilość próbki niezbędnej do wykonania analizy. Niskie poziomy
wykrywalności substancji lotnych powodują, ze chromatografia gazowa ma zastosowanie w
wielu obszarach badań, w tym w ochronie środowiska i klimatu Ziemi, w badaniach
hydrogeologicznych do oceny wieku wód podziemnych oraz w medycynie do zagadnień
diagnostyki medycznej.
Rodzaje zadań:
1. Pomiary stężeń związków chlorowcowych CFCs i SF6 w powietrzu na obszarze
aglomeracji krakowskiej i analiza wpływu cyrkulacji meteorologicznych powietrza na
lokalne i globalne stężenie tych związków (Jarosław Bielewski, SD)
2. Opracowanie chromatograficznej metody jednoczesnego pomiaru stężenia gazów
szlachetnych He, Ar, Ne oraz freonów CFCs i SF6 w wodzie podziemnej, w zakresie
stężeń istotnych dla badań hydrogeologicznych (Joanna Najman)
3. Opracowanie metody pomiaru śladowych ilości lotnych substancji organicznych
w wydychanym powietrzu w oparciu o technikę GC/MS dla celów diagnostyki medycznej
(Beata Grabowska-Polanowska, Monika Skowron) oraz opracowanie metody analizy
płynu dializacyjnego po dializie otrzewnowej pacjentów z przewlekłą chorobą nerek z
zastosowaniem układu LC/MS/MS (Jacek Faber).
planowane efekty naukowe i praktyczne
Ad.1 Pomiary śladowych stężeń związków chlorowcowych, aktywnych w niszczeniu
ziemskiej warstwy ozonowej i w efekcie cieplarnianym: SF6, CHCl3, CH3CCl3, CCl4, F11(CFCl3), F-12(CF2Cl2), F-113(CCl2FCClF2) dla aglomeracji Krakowa pozwalają na ocenę
stopnia realizacji zaleceń w zakresie redukcji emisji gazów cieplarnianych oraz ustawy o
postępowaniu z substancjami zubożającymi warstwę ozonową.
Ad.2 Opracowanie i uruchomienie nowego chromatograficznego układu pomiarowego próbek
wód podziemnych pozwoli na jednoczesną analizę zawartości znacznika antropogenicznego
CFCs, SF6 oraz gazów szlachetnych He, Ar i Ne w celu oceny wieku tych wód.
Ad.3 Podwyższone stężenie związków siarkowych pojawia się w przypadku schorzeń
przyzębia, halitozy, niewydolności wątroby oraz przy odrzucaniu przeszczepów. Pomiar
stężenia amin w wydychanym powietrzu może znaleźć zastosowanie we wczesnej
diagnostyce niewydolności wątroby lub nerek, a także w monitoringu poprawności przebiegu
procesu dializy.
21
zadanie 8. Radiochemiczne i instrumentalne metody analizy i syntezy sztucznych
pierwiastków
promieniotwórczych
w
zastosowaniu
do
radioekologii
i
radiofarmaceutyków (Jerzy Mietelski)
cel realizacji zadania
1. Rozwój metodyki badań skażeń promieniotwórczych środowiska:
 doskonalenie metod wydzielania pierwiastków promieniotwórczych i preparatyki źródeł
dla potrzeb monitoringu emiterów alfa i beta w środowisku naturalnym. Prace nad
preparatyką Np-237 (Edyta Łokas)
 wykorzystanie spektrometrii masowej w pomiarach radioaktywności środowiska
(współpraca z ING PAN oraz z Wydziałem Chemii UJ).
 wykorzystanie pomiarów spektrometrycznych stężeń emiterów alfa, beta i gamma w
badaniach środowiska i w badaniach czystości radiologicznej próbek materiałowych.
2. Prowadzenie pomiarów zawartości substancji gamma-promieniotwórczych licznikiem
całego ciała (Renata Kierepko)
3. Przeprowadzenie pilotażowych badań na układach modelowych, związanych z
opracowaniem warunków sorpcji i desorpcji wybranych izotopów na sorbentach
zawierających naturalne minerały. Prace te będą prowadzone w aspekcie rozwoju
energetyki jądrowej w Polsce i gospodarki odpadami radioaktywnymi. W szczególności
prace dotyczące zagadnienia mobilności długożyciowych radionuklidów ewentualnie
wyciekających ze składowiska (doktorant Magdalena Miecznik)
4. Opracowanie metod otrzymywania i wydzielania radionuklidów dla tomografii PET i
SPECT z wykorzystaniem cyklotronu AIC-144 (Ryszard Misiak)
 Prace nad otrzymywaniem 66Ga i i 64Cu (współpraca z firmą Voxel)
planowane efekty naukowe i praktyczne
Wyniki prac stanowią przedmiot publikacji naukowych, będą także prezentowane na ważnych
krajowych i międzynarodowych konferencjach, są taż częściowo podstawą 6 prowadzonych
doktoratów.
Pomiary spektrometryczne stężeń emiterów alfa, beta i gamma w próbkach środowiskowych i
w badaniach czystości radiologicznej próbek materiałowych dla zleceniodawców
zewnętrznych w ramach działalności laboratorium z akredytacja PCA: Laboratorium Analiz
Promieniotwórczości.
zadanie 9. Izotopy promieniotwórcze w fizyce środowiska i ochronie radiologicznej
(Krzysztof Kozak)
cel realizacji zadania
1. Badanie stężeń radonu w różnych komponentach środowiska, doskonalenie technik
pomiarowych (współpraca z Jožef Stefan Institute, Ljubljana, Slovenia, National
Radiation Protection Institute, Chiba, Japan, Ojcowski Park Narodowy, Comenius
University, Bratislava, Slovak Republic University of Pannonia, Veszprém, Hungary).
2. Badanie dynamiki stężeń radonu i jego pochodnych w pomieszczeniach zamkniętych
(współpraca z Politechniką Lubelską).
3. Pomiary stężeń izotopów promieniotwórczych w próbkach środowiskowych (współpraca
m.in. z Politechniką Wrocławską, AGH, CLOR i GIG).
22
planowane efekty naukowe i praktyczne
Wyniki prac stanowią przedmiot publikacji naukowych, będą także prezentowane na ważnych
krajowych i międzynarodowych konferencjach, są taż częściowo podstawą prowadzonego
doktoratu.
Pomiary spektrometryczne stężeń emiterów alfa, beta i gamma w próbkach środowiskowych i
w badaniach czystości radiologicznej próbek materiałowych dla zleceniodawców
zewnętrznych w ramach działalności laboratorium z akredytacja PCA: Laboratorium
Ekspertyz Radiometrycznych.
zadanie 10. Dozymetria luminescencyjna w pomiarach promieniowania jonizującego
(Paweł Bilski)
cel realizacji zadania
1. Opracowanie i zastosowanie detektorów luminescencyjnych i metod dozymetrycznych do
pomiarów dawek promieniowania jonizującego.
Opracowanie i rozwój metod dozymetrycznych w oparciu o detektory luminescencyjne do
pomiaru dawek promieniowania jonizującego. Prowadzone będą prace zmierzające do
wytworzenia nowych materiałów luminescencyjnych w postaci kryształów otrzymywanych
metodą Micro-Pulling-Down (MPD) oraz badanie ich właściwości dozymetrycznych.
Kontynuowane będą prace nad rozwojem metod pomiaru ultra-wysokich dawek przy użyciu
detektorów termoluminescencyjnych LiF:Mg,Cu,P. Prowadzone będą badania nad
wykorzystaniem elementów elektronicznych w awaryjnej dozymetrii retrospektywnej.
2. Rozwój metod pomiarowych w termoluminescencyjnej dozymetrii indywidualnej,
środowiskowej oraz ochronie radiologicznej pacjenta.
a) Ocena narażenia osób pracujących w narażeniu na promieniowanie jonizujące w Polsce
W oparciu o prowadzane pomiary dawek indywidualnych i środowiskowych w ramach
działalności Laboratorium Dozymetrii Indywidualnej i Środowiskowej (LADIS)
powstaje szeroka baza do analizy narażenia osób pracujących w polu promieniowania
jonizującego, zarówno w medycynie, jak i przemyśle. Celem zadania jest m.in.
opracowanie i rozwój nowych technik i metod dozymetrycznych dostosowanych do
potrzeb indywidualnej dozymetrii termoluminescencyjnej.
b) Rozwój dozymetrycznych metod termoluminescencyjnych w radiologii
Rozwój metod dozymetrycznych związanych z dozymetrią pacjenta. Planuje się
testowanie
możliwości
zastosowania
dwuwymiarowych
detektorów
termoluminescencyjnych w pomiarach w radiologii interwencyjnej oraz możliwości
zastosowania standardowych detektorów termoluminescencyjnych w pomiarach dawek w
radiologii.
Planowane efekty
Ad 1. Publikacje naukowe oraz wystąpienia konferencyjne. Efektem praktycznym będą prace
studyjne nad nowymi luminoforami oraz metodami pomiaru dawek.
Ad2. Publikacje naukowe oraz wystąpienia konferencyjne. Planuje się realizację kilku
doktoratów. Praktycznymi efektami będą nowe techniki pomiarowe i możliwości oceny
dawek. Wynikiem będzie m.in. możliwość rozróżnienia ekspozycji statycznej i dynamicznej
oraz
możliwość rutynowego pomiaru dawek w zakresie tzw. „wysokich dawek”.
Dodatkowym efektem praktycznym z tym związanym będzie powstanie procedur
umożliwiających rozszerzenie akredytacji laboratorium LADIS o nowe techniki pomiarowe.
23
zadanie 11. Inżynieria cienkich warstw, powłok i nanomateriałów (Marta Marszałek)
cel realizacji zadania
Celem zadania są badania poznawcze i aplikacyjne struktury, magnetyzmu, zjawisk
magnetotransportowych, własności mechanicznych, optycznych i termoluminescencyjnych,
wytrzymałości mechanicznej i zgodności biologicznej z tkankami żywego organizmu
układów o obniżonej wymiarowości. Głównym zamierzeniem tych badań jest określenie
zależności pomiędzy wymienionymi własnościami a rozmiarem i nanostrukturą układów oraz
opracowanie materiałów o nowej funkcjonalności. W szczególności badania będą dotyczyć
następujących aspektów:
1. Modyfikacja struktury cienkowarstwowych stopów i nanomateriałów o prostopadłej
anizotropii magnetycznej poprzez domieszkowanie surfaktantami i obróbkę termiczną
(współpraca z Uniwersytetem w Chemnitz oraz z Uniwersytetem w Sumach, Ukraina).
(Marta Marszałek)
2. Nanostrukturyzacja magnetycznych układów cienkowarstwowych wiązkami jonowymi,
wiązką lasera oraz metodami chemicznymi. Badanie wygrzewania cienkowarstwowych
stopów magnetycznych wiązką laserową. Opracowanie technologii otrzymywania
wielowarstwowych drutów magnetycznych metodami chemicznymi. (współpraca z
Instytutem Technologicznym w Karlsruhe oraz z Uniwersytetem w Mińsku) (Marta
Marszałek)
3. Synteza submikronowych sferycznych kompozytowych cząstek metodą ablacji laserowej
w cieczach. Badanie ich własności strukturalnych, optycznych i magnetycznych w
zależności od mocy wiązki, czasu trwania impulsu i rodzaju roztworu (Żaneta
Świątkowska-Warkocka)
4. Wytwarzanie bioceramicznych powłok na tytanie i jego stopach z wykorzystaniem
nowoczesnych technik inżynierii materiałowej (współpraca z Wydziałem Chemicznym
Politechniki Śląskiej) (Katarzyna Suchanek)
5. Synteza powłok diamentowych i badanie ich struktury i własności dozymetrycznych dla
zastosowań w detekcji promieniowania jonizującego. Badanie własności powłok
diamentowych domieszkowanych borem i ocena ich przydatności jako aktywnych
detektorów promieniowania. (współpraca z Uniwersytetem w Hasselt, Belgia)
(Marta Marszałek)
6. Otrzymywanie i badanie własności chemicznych, strukturalnych i mechanicznych
powłok, warstw gradientowych oraz cienkich warstw formowanych metodami jonowymi
i plazmowymi (Centrum Doskonałości IONMED) (Bogusław Rajchel)
planowane efekty naukowe i praktyczne
Wyniki badań będą prezentowane na krajowych i międzynarodowych konferencjach, a także
publikowane w czasopismach o zasięgu międzynarodowym. Efektem realizacji zadania będą
również opracowane procedury formowania powłok oraz patenty. Planowane jest wykonanie
jednej pracy habilitacyjnej, 2 prac doktorskich, 2 prac magisterskich oraz 1 pracy
inżynierskiej.
zadanie 12. Wykorzystanie wiązek protonowych cyklotronu Proteus C235 do badań w
dziedzinie fizyki radiacyjnej, radiobiologii oraz do radioterapii protonowej (Michał
Waligórski)
cel realizacji zadania
1. Dostarczanie wiązek protonowych o energiach 70-230 MeV z cyklotronu C-235 do
pomieszczeń: planowanego pokoju terapii i hali eksperymentów fizycznych i
radiobiologicznych (Konrad Guguła)
24
2. Pomiary mikrodozymetryczne dawek promieniowania jonizującego w pomieszczeniach
terapii, hali eksperymentalnej i sterowniach (cel wieloletni) (Liliana Stolarczyk)
3. Budowa stanowiska doświadczalnego do badań radiobiologicznych, umożliwiającego
naświetlanie komórek i ewentualnie małych zwierząt oraz eksperymentalne wyznaczanie
RBE w hodowlach komórkowych (cel wieloletni) (Tomasz Horwacik)
4. Opracowanie modeli radiobiologicznych RBE i modeli transportu wiązek protonowych i
węglowych mających zastosowanie w interpretacji eksperymentów radiobiologicznych
oraz dla rozwoju systemów planowania leczenia w radioterapii (cel wieloletni) (Leszek
Grzanka)
5. Opracowanie stanowiska do radioterapii nowotworów oka z wykorzystaniem cyklotronu
C-235 (cel wieloletni) (Janusz Swakoń)
 Prace nad nową koncepcją rozpraszania wiązki protonów.
 Badanie dawek od promieniowania rozproszonego na stanowisku terapii.
 Zbudowanie, uruchomienie i certyfikowanie kompletnego stanowiska do radioterapii
oka do końca 2014 roku.
6. Opracowanie nowych metod pomiaru dawki dla wiązek protonowych z zastosowaniem
detektorów luminescencyjnych, nowo opracowanych w IFJ PAN detektorów
scyntylacyjnych i detektorów wolnych rodników (alaninowych) (cel wieloletni) (Barbara
Michalec)
7. Przygotowanie stanowiska gantry z wiązką skanującą oraz aparatury towarzyszącej do
prac badawczych i terapeutycznych (cel wieloletni) (Konrad Guguła, Tomasz
Kajdrowicz)
planowane efekty naukowe i praktyczne
 Pełna funkcjonalność cyklotronu C-235 i optymalizacja czasu wykorzystania wiązki
 System dozymetrii alaninowej wiązek hadronowych dla celów klinicznych
 System scyntylacyjny do lokalizacji wiązki protonowej dla zastosowań klinicznych
 Układ formowania wiązki dla stanowiska radioterapii oka
 Model numeryczny stanowiska do naświetlań radiobiologicznych
 Wersja DAQ oparta na środowisku programowania Kmax-Sparrow, dedykowana dla
eksperymentów na wiązkach protonów w IFJ PAN.
 Opracowane i wykonane układy elektroniczne do diagnostyki wiązki protonowej.
zadanie 13. Rozwój metod związanych z radioterapią protonową oraz prowadzenie
radioterapii protonowej nowotworów oka z wykorzystaniem cyklotronu AIC-144 (Jan
Swakoń)
cel realizacji zadania
Celem zadania jest dalsze doskonalenie technik i rozwój metod pomiarowych bezpośrednio
związanych z radioterapią protonową. Obecnie w IFJ PAN przy cyklotronie AIC-144
funkcjonuje jedyne w Polsce stanowisko radioterapii protonowej nowotworów oka, na którym
przeprowadzone jest napromieniania guzów wewnątrzgałkowych, realizowane w ramach
umowy ze szpitalem Uniwersyteckim w Krakowie. Rozwijane i doskonalone w ramach
zadania metody i techniki pomiarowe będą mogły być sukcesywnie wdrażane i stosowane
zarówno w pomiarach na obecnym, jak i na nowo powstających stanowiskach do radioterapii
protonowej.
Celem zadania na rok 2014 jest doskonalenie technik pomiaru przestrzennych parametrów
wiązek protonowych na stanowiskach radioterapii przy użyciu układu z kamerą CCD.
25
Rozwój nowych metod kontroli dawki i poprawa precyzji pomiaru dawki na stanowisku
radioterapii.
1. Badanie dawek od promieniowania rozproszonego i generowanego na elementach
formowania i monitorowania wiązki.
2. Doskonalenie metod pomiaru parametrów wiązki protonowej w zastosowaniach
klinicznych.
3. Uczestnictwo zespołu IFJ PAN w wykonywaniu procedur radioterapii protonowej
nowotworów oka.
planowane efekty naukowe i praktyczne
Przewiduje się, że w efektem prowadzonych prac będzie opracowanie metody umożliwiającej
obrazowanie przestrzenne rozkładów wiązki z użyciem scyntylatorów na stanowiskach z
wiązką protonową. Udoskonalona zostanie metodyka pomiaru dawki od protonów na
stanowisku radioterapii protonowej nowotworów oka oraz opracowana zostanie metodyka
pomiarów parametrów wiązek protonowych o wyższych energiach (tj. do 230MeV).
Wykonane prace będą miały bezpośrednie zastosowania praktyczne, w postaci wdrożenia
uzyskanych wyników na stanowisku radioterapii protonowej nowotworów oka. Część
rozwiązań będzie wykorzystana przy budowie nowych stanowisk radioterapii protonowej,
które powstaną przy cyklotronie Proteus C-235. Prowadzone prace będą też miały znaczenie
dla opracowania metod pomiarowych wykorzystywanych dla protonowej wiązki skanującej,
która stosowana będzie w urządzeniu Gantry.
Temat 5. PRACE APARATUROWE I METODYCZNE
zadanie 1. Budowa detektorów i infrastruktury badawczej dla eksperymentów fizyki i
nauk pokrewnych (Marek Stodulski)
cel realizacji zadania
Udział w budowie infrastruktury i aparatury umożliwiającej prowadzenie naukowych badań
w zakresie fizyki i nauk pokrewnych. Część z zadań (XFEL, FAIR) jest wkładem rzeczowym
wynikającym z polskich zobowiązań międzynarodowych. Część zadań (CTA, ATLAS, LHC,
ITER, S3) jest realizacją naukowej współpracy IFJ PAN z zagranicznymi ośrodkami.
 Udział w pracach inżynieryjno-technicznych przy budowie lasera XFEL w Hamburgu
(kontynuacja – zakończenie 2015).
 Udział w pracach inżynieryjno – technicznych w trakcie przerwy LS1 w działaniu LHC
(kontynuacja – koniec grudzień 2014).
 Udział w pracach inżynieryjno-technicznych w trakcie modyfikacji eksperymentu
ATLAS, CERN, Szwajcaria (kontynuacja).
 Udział w pracach inżynieryjno-technicznych dla teleskopów Czerenkova w ramach
polskiego konsorcjum projektu „Cherenkov Teleskope Array” (kontynuacja –
zakończenie obecnej fazy wrzesień 2014) (Krzysztof Suder)
 Budowa stanowiska do badania magnesów i wnęk nadprzewodzących w ramach
rozwijanego w IFJ kierunku Fizyka i Techniki Akceleracji – nowe zadanie.
 Udział w pracach projektowych radialnego spektrometru neutronowego (RNC) dla ITER
(kontynuacja – koniec grudzień 2015)
 Udział w pracach inżynieryjno – technicznych dla eksperymentu NUSTAR HISPECDESPEC w ramach FAIR – kontynuacja
 Udział w pracach projektowych S3 (Super Separator Spectrometer) dla Spiral2 w GANIL
(kontynuacja).
 Udział w pracach inżynieryjno-technicznych dla eksperymentów planowanych na
cyklotronie Proteus C-235.
26
planowane efekty naukowe i praktyczne
Zbudowanie nowej infrastruktury (XFEL, FAIR) i aparatury (CTA, RNC, stanowisko do
badania magnesów i wnęk nadprzewodzących) naukowo - badawczej a także modernizacja
już istniejących (LHC, Spiral2, ATLAS). Wyszkolenie dużego zespołu naukowoinżynieryjno-technicznego dysponującego unikalną wiedzą i doświadczeniem w skali
światowej.
zadanie 2. Modernizacja i eksploatacja cyklotronu AIC-144 dla potrzeb terapii
hadronowej (Jacek Sulikowski)
cel realizacji zadania
Celem zadania jest utrzymanie i modernizacja cyklotronu AIC-144, generującego wiązkę
protonów o szczególnych wymaganiach (energia, emitancja, stabilność, wielkość prądu
wiązki) określonych dla radioterapii hadronowej.
Zadania:
1. Kontrola stabilności pola magnetycznego i systemu wysokiej częstotliwości dla
utrzymania wartości maksymalnej energii oraz natężenia i stabilności prądu wiązki
protonów.
2. Rozwój systemu diagnostyki i monitoringu wiązki terapeutycznej (Krzysztof Daniel,
Konrad Guguła, Grzegorz Janik, Łukasz Kamiński)
3. Optymalizacja transportu i stabilności wiązek na stanowisku terapeutycznym.
Prace 1 do 3 prowadzone są we współpracy z ZIBJ, Dubna.
4. Modernizacja rozdzielni energetycznej w budynku cyklotronu.
planowane efekty naukowe i praktyczne :
Postawione zadania mają na celu utrzymanie i ciągłą poprawę podstawowych parametrów
akcelerowanej wiązki protonów. W 2013 przeprowadzono napromieniania 20 chorych na
czerniaka złośliwego oka w ramach kontraktu z NFZ. W 2014 roku przeprowadzone zostanie
naświetlenie kolejnych kilkudziesięciu chorych. Zadanie realizowane będzie we współpracy z
Kliniką Okulistyki Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie.
zadanie 3. Metody uzdatniania i filtracji wody w polu magnetycznym dla poprawy
jakości wody pitnej i technologicznej (Marek Kopeć)
cel realizacji zadania
1. Badania nad wykorzystaniem pola magnetycznego do wspomagania procesów
odżelaziania wody.
2. Badania porównawcze szybkości korozji stali w instalacji laboratoryjnej w wodzie
uzdatnionej i nieuzdatnionej polem magnetycznym.
planowane efekty naukowe i praktyczne
Ad 1. Opracowanie projektów nowych konstrukcji urządzeń magnetycznych do odżelaziania i
filtracji wody.
Ad 2. Określenie składu pierwiastkowego i fazowego w osadach jak i instalacji
wodociągowej. Opracowanie profilu osadów ze szczególnym uwzględnieniem korozji
mikrobiologicznej.
27