Publikacje (Publications)

Permanent URI for this community

https://rifj.ifj.edu.pl/handle/item/1

Browse

Now showing 1 - 20 of 337

A Comprehensive Study of Double Pion Photoproduction and Meson Spectroscopy
(The Henryk Niewodniczański Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2023) Hammoud, Nadine; Kamiński, Robert; Bibrzycki, Łukasz; Altinoluk, Tolga; Giacosa, Francesco; Moskal, Paweł
W zawiłej dziedzinie spektroskopii hadronów niniejsza rozprawa rozpoczyna się od wnikliwej intelektualnej podróży misternie powiązanej z badaniem rezonansów mezonowych. Serce tej pracy polega na skrupulatnych analizach procesów fotoprodukcji i zjawisk nieelastyczności rzucając światło na zagadkowe zawiłości nieodłącznie związane z tymi niezwykłymi zjawiskami. Całość pracy składa się z dwóch części, część pierwsza zagłębia się w dziedzinę dwupionowej fotoprodukcji, oferując głęboki wgląd w zrozumienie widma mezonów w kanale ππ. Kierując się formalizmem Regge i podejściem Drell-Söding-Deck przedstawiony model płynnie integruje ustalone tło „mechanizmu Decka” ze szczególnym uwzględnieniem rezonansu wektorowego ρ(770). Ten rezonans obejmuje wkład fali P, napędzany wzajemnym oddziaływaniem wymiany pomeronu i f2 a przedłużenie zakres modelu o mezony skalarne σ i f0(980) wpływa na zachowanie fali S. Dodatkowo, wprowadzono nierezonansowe składowe w falach P i S. W konsekwencji dopasowanie modelu do podzbioru momentów wyprzedza porównanie przewidywań z danymi eksperymentalnymi z CLAS. Druga część pracy koncentruje się wokół identyfikacji wzbudzonych rezonansów ρ dla J P C = 1−−, zagłębiając się w toczący się dyskurs wokół ρ(1250) kontra ρ(1450). Dodatkowo rozważana jest perspektywa przyszłościowa poprzez prognozowanie wyników w obszarze kanału πω. Analiza rozpoczyna podróż przez przesunięcia fazowe i nieelastyczności dla kanału ππ w fali P, sięgające aż do 2 GeV. W badaniu tym zastosowano wyrafinowane podejście oparte na unitarnej i analitycznej trójkanałowej macierzy S, umiejętnie dopasowanej do pozycji biegunów o złożonej energii. Warto zauważyć, że egzekwowanie maksymalnej symetrii skrzyżowania jest ułatwione dzięki relacjom dyspersyjnym z jednym odjęciem znanym jako równania GKPY. Kanały uwzględnione w tych analizach obejmują ππ, ρ2π i ρρ. Praca kończy się odniesieniem do przewidywań w obrębie kanału ωπ. Teoretyczne amplitudy prognozuje się na podstawie analizy ich rozkładów mas. Prognozy te obejmują obszary oddziaływań ππ, ρρ i ωπ. Zaprezentowana strategia analityczna korzysta z metody rozdzielonego potencjału dla trzech sprzężonych kanałów, precyzyjnie dostosowanej poprzez dynamiczną współpracę zarówno propagatorów nierelatywistycznych, jak i relatywistycznych. Badanie to przeprowadzono poprzez rozważenie różnych pozycji mezonu ρ(1450) w oddziaływaniach ωπ, co poszerzyło wiedzę na temat szerszej dynamiki cząstek. In the intricate realm of hadron spectroscopy, this thesis embarks on an insightful intellectual journey intricately connected to the exploration of meson resonances. The heart of this work lies in meticulous analyses of photoproduction processes and inelasticity phenomena, aimed at shedding light on the enigmatic complexities inherent in these remarkable occurrences. The whole thesis consists of two parts, the first segment delves deeply into the domain of two-pion photoproduction, offering profound insights into comprehending meson reso-nances within the ππ system. Guided by the Regge formalism and the Drell-Söding-Deck approach, the model seamlessly integrates the established “Deck Mechanism” background, with a particular emphasis on the pivotal ρ(770) resonance. This resonance encapsulates the P -wave contribution, driven by the interplay of pomeron and f 2 exchanges. Extending the model’s scope, scalar mesons σ and f0(980) impact the S-wave behavior. Additionally, non-resonant P and S components are introduced. Consequently, model fitting against a subset of moments precedes the comparison of predictions with experimental data from CLAS. Moreover, the second part of the thesis focuses around identifying J P C = 1 −− excited ρ resonances, delving into the ongoing discourse surrounding ρ(1250) versus ρ(1450). Additionally, a forward-looking perspective is taken by forecasting insights within the πω channel. The analysis embarks on a journey through elastic P -wave ππ phase shifts and inelasticities, reaching up to 2 GeV. This study utilizes a sophisticated approach based on a unitary and analytic three-channel S matrix, skillfully aligned with complex-energy pole positions. No-tably, the enforcement of maximum crossing symmetry is facilitated through once-subtracted dispersion relations known as GKPY equations. The channels considered for these analyses encompass ππ, ρ2π, and ρρ. The thesis concludes by addressing predictions within the ωπ channel. Theoretical amplitudes are forecasted while analyzing their mass distributions. These forecasts span the domains of ππ, ρρ, and ωπ interactions. The analytical strategy presented draws strength from a flexible separable potential method for three coupled channels, finely adjusted through the dynamic interplay of both non-relativistic and relativistic propagators. This study is undertaken by considering varying positions of the ρ(1450) meson within the ωπ interactions, extending insights into the broader particle dynamics.
A proposal for the mechanical design of the LumiCal detector
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2006) Błocki, Jacek; Daniluk, Witold; Gil, M.; Moszczyński, Arkadiusz; Oliwa, Krzysztof; Pawlik, Bogdan; Suszycki, Leszek; Wierba, Wojciech; Zawiejski, Leszek
The LumiCal calorimeter [1] will be located in very forward region of the future detector at the International Linear Collider (ILC) [2] . It is compose of tungsten plates and thirty silicon detector planes. It will be used for precisely luminosity measurement. The requirement for the position stability of the silicon detectors is very high. The actual position of each silicon detector plane relative to each other and of the calorimeter relative to the beam line and the interaction point should be known with accuracy of a few micrometers. To achieve this goal the structure of the calorimeter has to be very stiff. Moreover, the support and the temperature of the calorimeter have to be stable. The aim of this paper is to describe the mechanical structure of the detector which can fulfill the requirement of the structure stiffness. For the proposed structure appropriate calculations of deformations under the dead load have been carried out. From presented here results of calculations it is concluded that the proposed structure can be accepted from the stiffness point of view.
Ab initio studies of structural, electronic, and dynamical properties of transition metal pyrophosphates
(The Henryk Niewodniczański Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2023) Pastukh, Svitlana; Piekarz, Przemysław; Laskowska, Magdalena; Scharoch, Paweł; Wiendlocha, Bartłomiej; Wróbel, Jan
Niniejsza praca doktorska przedstawia wszechstronne badania właściwości fizycznych pirofosforanów metali przejściowych. W tym celu zastosowano obliczenia ab initio, które umożliwiły analizę złożonych zależności między strukturą krystaliczną, własnościami elektronowymi i dynamiką sieci w tych materiałach. Główny nacisk badań skupił się na pirofosforanie miedzi (Cu2P2O7) w fazach α i β oraz na pirofosforanie żelaza [Fe4(P2O7)3]. Dla fazy α pirofosforanu miedzi wykorzystano teorię funkcjonału gęstości do dokładnej analizy własności materiału. W trakcie badań osiągnięto dobrą zgodność między obliczonymi parametrami sieci i pozycjami atomów, a danymi eksperymentalnymi, które obejmują pomiary dla nanokryształów pirofosforanu miedzi otrzymane w mezoporach krzemionki. Wykazano, że w takich obliczeniach istotną rolę odgrywa uwzględnienie lokalnych oddziaływań kulombowskich i poprawek van der Waalsa. Uporządkowanie antyferromagnetyczne atomów miedzi odpowiada konﬁguracji o najniższej energii, co bardzo dobrze odzwierciedla wyniki eksperymentalne. Analiza krzywych dyspersji fononów i gęstości stanów fononowych potwierdziła dynamiczną stabilność α- Cu2P2O7. Zbadanie właściwości termodynamicznych wykazało silną anizotropię przemieszczeń termicznych atomów tlenu i dostarczyło teoretycznej interpretacji silnej ujemnej rozszerzalności termicznej występującej w tym związku. Zjawisko ujemnej rozszerzalności termicznej zbadano w ramach przybliżenia quasiharmonicznego, jak również uwzględniając poprawki anharmoniczne, a wyniki teoretyczne porównano z wartościami eksperymentalnymi. Właściwości elektronowe i sieciowe fazy β pirofosforanu miedzi również zostały przeanalizowane w ramach obliczeńab initio, wykazując dobrą zgodność parametrów strukturalnych z danymi eksperymentalnymi przy uwzględnieniu oddziaływań kulombowskich i poprawek van der Waalsa. Szczegółowe zbadanie właściwości dynamicznych kryształu β- Cu2P2O7 ujawniło występowanie miękkiego modu w punkcie A strefy Brillouina oraz jego kluczową rolę dla strukturalnego przejścia fazowego. Przeprowadzone obliczenia samouzgodnionych fononów w oparciu o zależny od temperatury potencjał efektywny pokazały kluczową rolę efektów anharmonicznych w takim procesie i ich związek z ujemną rozszerzalnością termiczną. Dla pirofosforanu żelaza przeprowadzono wszechstronną analizę właściwości elektronowych, strukturalnych i dynamicznych uwzględniając trzy różne konﬁguracje oddziaływań antyferromagnetycznych. Obliczenia gęstości stanów elektronowych wykazały znaczące rozszczepienie wymienne w stanach Fe(3d), co pozwoliło na wyjaśnienie zachowania magnetycznego. Wyliczone momenty magnetyczne i uzyskany porządek antyferromagnetyczny zgadzają się z wynikami eksperymentalnymi, potwierdzając przeprowadzone obliczenia. Badanie relacji dyspersji fononów ujawniło obecność miękkich modów, co sugeruje możliwość strukturalnego przejścia fazowego w niższych temperaturach. Niestety, przewidywanie to pozostaje niepotwierdzone ze względu na brak szczegółowej analizy eksperymentalnej symetrii kryształu w niskich temperaturach. Przeprowadzone badania teoretyczne oparte na metodach obliczeniowych z pierwszych zasad dostarczyły głębokiego zrozumienia właściwości ﬁzycznych pirofosforanów na bazie metali przejściowych, rzucając światło na ich unikalne cechy. Uzyskane wyniki podkreślają złożoną zależność między ich własnościami strukturalnymi, elektronowymi i fononowymi, otwierając drzwi do potencjalnych zastosowań materiałów i torując drogę dla przyszłych badań. This doctoral thesis represents a thorough investigation into the physical properties of transition metal pyrophosphates. For such a purpose, the ab initio calculations were applied, which gave the possibility to analyze the intricate interplay of crystal structure, electronic properties, and lattice dynamics in these materials. The main focus of the study was on copper pyrophosphate (Cu2P2O7) in its α and β phases and iron pyrophosphate [Fe4(P2O7)3]. For the α phase of copper pyrophosphate, the density functional theory was used for the analysis of the material. A good agreement between calculated lattice parameters and atomic positions with experimental data, which include measurements for copper pyrophosphate nanocrystals synthesized in silica mesopores, was achieved during the study. It was shown that incorporating local Coulomb interactions and van der Waals corrections plays a significant role in such calculations. The antiferromagnetic order of magnetic moments on copper atoms emerged as the lowest energy configuration, mirroring experimental findings. The analysis of phonon dispersion curves and density of states confirmed the dynamical stability of α - Cu2P2O7. The investigation of the thermodynamic properties has elucidated pronounced anisotropy in oxygen thermal displacements, providing a theoretical framework for understanding the negative thermal expansion (NTE) observed in the compound. The NTE phenomenon was examined by considering both the quasiharmonic approximation and anharmonic correction, and the theoretical results were compared with experimental values. The electronic and lattice properties of the β phase of copper pyrophosphate were also analyzed within the ab initio calculations, showing good agreement of structural parameters with the experimental data accounting for Coulomb interactions and van der Waals corrections. The detailed study of dynamical properties of the β - Cu2P2O7 crystal revealed the existence of the soft mode at the A point of the Brillouin zone and its key role in the structural phase transition. Performed self-consistent phonon calculations based on the temperature-dependent effective potential show the crucial role of anharmonic effects in such a process and their connection to negative thermal expansion. For iron pyrophosphate, a comprehensive analysis of electronic, structural, and dynamical properties were carried out taking into account three distinct antiferromagnetic configurations. Electronic density of state calculations discerned a significant exchange splitting within the Fe(3d) states, elucidating magnetic properties. The calculated magnetic moments and the obtained antiferromagnetic order correspond remarkably well with the experimental observations, validating the performed calculations. The examination of phonon dispersion relations revealed the presence of the soft modes, suggesting the possibility of a structural phase transition at lower temperatures. Unfortunately, this prediction remains unconfirmed due to the absence of detailed experimental analysis of the crystal symmetry at low temperatures. The performed theoretical studies based on the first-principles methods gave a deep understanding of the physical properties of metal ion pyrophosphates, shedding light on their unique characteristics. Obtained results highlight the complex interplay between their structural, electronic, and phonon properties, opening up the materials' potential applications and paving the way for future investigations.
Ablacja laserowa tarczy grafitowej z uzyciem lasera Nd:YAG o długosci fali 1064 nm
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2008) Suchanek, Katarzyna; Jaworski, Jacek; Rajchel, Bogusław
Diamentopodobne powłoki weglowe sa obecnie intensywnie badane jako materiały o wielorakich potencjalnych zastosowaniach w elektronice, optyce i trybologii. W raporcie przedstawiamy pierwsze warstwy amorficznego wegla uformowane metoda PLD w IFJ PAN. Powłoki deponowane były na podłozach krzemowych w komorze prózniowej pod cisnieniem 5x10¡5 mbar przez ablacje laserowa tarczy grafitowej. W eksperymencie uzyto lasera Nd:YAG o długosci fali 1064 nm i gestosci energii w zakresie 10-50 J/cm2. Mikrostruktura uzyskanych powłok została przebadana przy uzyciu spektroskopii Ramana.
Alternative Local Melting-Solidification of Suspended Nanoparticles for Heterostructure Formation Enabled by Pulsed Laser Irradiation
(Advanced Functional Materials, 2023-10-31) Shakeri, Mohammad Sadegh; Zaneta Swiatkowska-Warkocka; Polit, Oliwia; Tatiana Itina; Maximenko, Alexey; Joanna Depciuch; Jacek Gurgul; Marzena Mitura-Nowak; Marcin Perzanowski; Andrzej Dziedzic; Jarosław Nęcki
Phase formation by pulsed laser irradiation of suspended nanoparticles has recently been introduced as a promising synthesis technique for heterostructures. The main challenge still lingers regarding the exact mechanism of particle formation due to the non-equilibrium kinetic by-products resulting from the localized alternative, fast, high-temperature nature of the process. Here, the authors analyze the bond breaking/formation of copper or copper (II) interfaces with ethanol during the absorption of pulses for Cu-CuO-Cu2O formation applicable as an electrocatalyst in ethanol oxidation fuel cells. This study includes but is not limited to, a comprehensive discussion of the interaction between nano-laser pulses and suspension for practical control of the synthesis process. The observed exponential and logarithmic changes in the content of heterostructures for the CuO-ethanol and Cu-ethanol samples irradiated with different fluences are interpreted as the dominant role of physical and chemical reactions, respectively, during the pulsed laser irradiation of suspensions synthesis. It is also shown that the local interface between dissociated ethanol and the molten sphere is responsible for the oxidative/reductive interactions resulting in the formation of catalytic-augmented Cu3+ by-product, thanks to the reactive bond force field molecular dynamics studies confirmed by ab-initio calculations and experimental observations.
Analiza deformacji 6 metrowego teleskopu CTA przy uzyciu MES
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2009) Sienkiewicz, Michał
Obecnie trwają prace nad projektem nowego obserwatorium promieniowania gamma - Cherenkov Telescope Array (CTA). W raporcie przedstawiono część prac zrealizowanych w IFJ PAN dla CTA. Polegały one na przeprowadzeniu przy użyciu MES (Ansys) analizy wytrzymałościowo-odkształceniowej jednego z projektowanych teleskopów - teleskop o „średnicy” czaszy 6 m zaproponowany przez MPI-K Heiedelberg. Obliczenia objęły analizę deformacji czaszy pod wpływem obciążenia własnego, wiatrowego i temperaturowego.
Analiza lotnych związków organicznych z powierzchni ludzkiej skóry
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2014) Skowron, Monika; Grabowska-Polanowska, Beata; Faber, Jacek; Śliwka, Ireneusz
Zapach ludzkiego ciała jest najbardziej znanym i rozpoznawanym sygnałem świadczącym o ogólnym stanie higieny, jak również o prawidłowości procesów metabolicznych zachodzących w organizmie. Za charakterystyczny i specyficzny dla każdego człowieka zapach, odpowiedzialne są lotne związki organiczne. Źródłem pochodzenia lotnych związków organicznych, jest wydzielina gruczołów ekrynowych, apokrynowych i łojowych. Metabolizm związków wydzielanych przez w/w gruczoły, poprzez florę bakteryjną obecną na skórze oraz zachodzące reakcje utleniania, skutkują powstawaniem charakterystycznego dla każdego człowieka zapachu. Gruczoły potowe i łojowe są rozmieszczone nierównomiernie na powierzchni skóry, dlatego różne obszary ludzkiego ciała, wykazują odmienny „profil zapachowy”. Badania chromatograficzne wykazały, że na zapach człowieka składają się głównie niskocząsteczkowe kwasy tłuszczowe, aldehydy, ketony oraz związki zawierające azot i siarkę. Szczególną uwagę naukowców zwraca 2-nonenal, aldehyd, identyfikowany u osób powyżej 40 roku życia i uważany za potencjalny biomarker związany z wiekiem. Doniesienia literaturowe potwierdzają, że chromatografia gazowa wraz z nowoczesnymi technikami zatężania, może posłużyć do opracowania profilu zapachowego człowieka.
Analiza materiałów biomedycznych wybranymi metodami spektroskopowymi
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2003) Kwiatek, Wojciech M.
Rozwój analitycznych metod fizycznych wykorzystujących cząstki naładowane oraz promieniowanie synchrotronowe pozwolił na zastosowanie ich w wielu dziedzinach nauki, a w szczególności w biologii i medycynie. Zastosowanie tych metod umożliwia prowadzenie badań w mikro obszarach tkanek, a nawet w pojedynczych komórkach. Z końcem dwudziestego wieku nastąpił znaczny rozwój metod, dzięki którym można prowadzić jednoczesną analizę składu pierwiastkowego oraz stopnia utlenienia metali występujących w materiałach biologicznych na poziomie śladowym. Ciągła potrzeba prowadzenia prac badawczych z zakresu diagnostyki medycznej staje się inspiracją do rozwoju metod, za pomocą których będzie można odpowiedzieć na nurtujące środowisko medyczne pytania dotyczące: etiologii powstawania chorób, możliwości ich wczesnego diagnozowania, zapobiegania i leczenia. Aby móc udzielić odpowiedzi na wiele pytań z tego zakresu wciąż jeszcze muszą być prowadzone prace badawcze przez wiele środowisk naukowych współpracujących ze sobą. W pracach tych szczególne znaczenia przypada właśnie fizyce, która dysponuje specyficznymi metodami pozwalającymi na prowadzenie badań w mikro a nawet nano obszarach. Pierwiastki śladowe odgrywające ważną rolę w organizmie człowieka są częstym obiektem badań. Istotnym jest poznanie składu chemicznego oraz stężeń pierwiastków śladowych występujących w poszczególnych narządach, tkankach, i komórkach. Przedstawiona rozprawa habilitacyjna dotyczy badań materiałów biomedycznych pobranych od pacjentów ze schorzeniami układu moczowego. Badany materiał to: kamienie nerkowe, tkanki nerek i prostaty. Zaprezentowane wyniki pomiarowe dotyczą stosowania różnorodnych fizycznych metod analitycznych, do których można zaliczyć: PIXE (Proton Induced X-ray Emission), AAS (Atomic Absorptopn Spectroscopy), R(E)BS (Rutherford (Elastic) BackScattering), XRF (X-Ray Fluorescence), TRXRF (Total Reflection X-Ray Fluorescence), SRIXE (Synchrotron Radiation Induced X-ray Emission), FTIR (Fourier Transform InfraRed), oraz XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure). Niektóre metody fizyczne stały się konkurencyjnymi do metod chemicznych z uwagi na możliwość prowadzenia badań i analiz materiałów biologicznych nie powodując ich destrukcji. Możliwość jednoczesnego pomiaru badanych związków i zachowania struktury tkanek stanowi główną zaletę wielu metod fizycznych i daje szereg możliwości przeprowadzania różnorodnych analiz na tym samym materiale badawczym. Ważnym aspektem tych możliwości jest wzajemne wspieranie rozwijających się metod diagnostycznych wynikami badań podstawowych jakie oferują te metody.
Analiza ograniczeń systemu Proteus 235 wynikających z zastosowanej technologii akceleracji oraz diagnostyki wiązki protonów, w zastosowaniach do eksperymentów fizyki jądrowej
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2017) Guguła, Konrad; Daniel, Krzysztof; Duszyc, Michał; Janik, Grzegorz; Koczot, Andrzej; Michalec, Barbara; Pasiecznik, Tomasz; Raczyński, Łukasz; Suder, Krzysztof; Winiarz, Mateusz; Kopeć, Renata
The purpose of the report is to introduce work necessary to determine impact of selected cyclotron Proteus C-230 parameters affecting workflow of Proteus 235 Proton Therapy System, which is located inside Institute of Nuclear Physics in Cracow. In particular, the properties of produced ion beam such as the stability and cross-section shape of the beam were analyzed. Gathered data from conducted research will be utilized primarily during beam optics re-work for nuclear physics experiments and also during daily operation of the cyclotron.
Analiza spolaryzowanego rozpraszania głębokonieelastycznego w obszarze małych wartości zmiennej x Bjorkena z uwzględnieniem resumacji poprawek logarytmicznych ln2(1/x)
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2003) Ziaja-Motyka, Beata
Analysis of Tests of the CASTOR Calorimeter Prototype
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2004) Gładysz-Dziaduś, Ewa
Angular-energy distributions of neutrons emitted from the Wendelstein stellarator – Monte Carlo simulations
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2009) Tracz, Grzegorz; Drozdowicz, Krzysztof
Angular-energy distributions of neutron currents expected from the Wendelstein 7-X stellarator have been calculated by means of Monte Carlo methods using a simplified model of the stellarator. The MCNP5 code has been employed. The obtained spectra are to be used to design five sets of neutron and gamma detectors placed above this D-D fusion reactor. The counters are to provide information concerning both thermonuclear plasma diagnostics and dosimetry.
Application of mono-, bi- and trimetallic gold (Au NPs), platinum (Pt NPs) and palladium-based (Pd NPs) nanoparticles to enhance the proton irradiation effect of cancer cells in vitro
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2022) Klębowski, Bartosz; Parlińska-Wojtan, Magdalena; Baran, Jarosław; Depciuch-Czarny, Joanna; Gagoś, Mariusz; Kossacki, Piotr; Pawlik, Piotr
Nowotwory należą do jednych z najczęstszych i najbardziej zagrażających życiu chorób cywilizacyjnych. Niestety, dostępne metody leczenia, takie jak chirurgia, chemioterapia, radioterapia, a nawet immunoterapia często nie dają satysfakcjonujących rezultatów. W związku z tym, niezmiernie ważne jest znalezienie nowych, bardziej efektywnych strategii zwalczania nowotworów. W niniejszej rozprawie doktorskiej zbadano wzmocniony, przeciwnowotworowy efekt napromieniania wiązką protonów (PIr) w obecności nanocząstek, będący rezultatem terapii wykorzystującej rozwój nanotechnologii i niepowodującej wyraźnych uszkodzeń prawidłowych komórek i tkanek, z jednoczesnym działaniem przeciw- nowotworowym. W tym celu zsyntezowano mono,- bi- oraz trimetaliczne nanocząstki (NPs) zbudowane z atomów o wysokiej liczbie atomowej Z (złota – Au NPs, platyny – Pt NPs, palladu – Pd NPs), które dodawano do rakowych oraz referencyjnych linii komórkowych, aby wykazać czy osiągnięty zostanie lepszy efekt PIr w porównaniu do PIr o takiej samej dawce promieniowania, ale bez dodatku NPs do komórek. Zatem, w niniejszej rozprawie wykorzystano interdyscyplinarne podejście, w którym wiedzę o chemicznej syntezie nanocząstek oraz mechanizmach ich wzrostu połączono z właściwościami fizycznymi otrzymanych nanostruktur mającymi bezpośredni efekt biologiczny na komórki. Badania te miały odpowiedzieć także na pytanie, jaki mechanizm: chemiczno-biologiczny czy fizyczny jest odpowiedzialny za zwiększenie śmiertelności komórek rakowych hodowanych z NPs i naświetlanych wiązką protonów. W rozprawie doktorskiej zastosowano wiele fizycznych, chemicznych i biologicznych metod w celu zweryfikowania zawartych w pracy hipotez: analizę aktywacyjną cząstkami (protonami) naładowanymi (ChPAA), transmisyjną mikroskopię elektronową (TEM), spektroskopię dyspersji energii promieniowania rentgenowskiego (EDS), dyfrakcję elektronową wybranego obszaru (SAED), dyfrakcję rentgenowską (XRD), spektroskopię w zakresie nadfioletu i światła widzialnego (UV-Vis), pomiar potencjału zeta, analizę śledzenia nanocząstek (NTA), mikroskopię holotomograficzną 3D, test MTS (sól 3-(4,5-dimetylotiazol-2-ylo)-5-(3-karboksymetoksyfenylo)-2-(4-sulfofenylo)-2H-tetrazolowa) oraz cytometrię przepływową. W warunkach laboratoryjnych otrzymano metodą mokrej syntezy monometaliczne Au NPs, Pt NPs, Pd NPs oraz bi- i trójskładnikowe kombinacje tych NPs. Wyżej wymienione rodzaje NPs zostały wybrane ze względu na ich właściwości, takie jak wysoka liczba atomowa Z, rozmiar poniżej 50 nm, krystaliczna struktura oraz odpowiednio dobrane stabilizatory. Otrzymane NPs były dodawane do hodowli trzech linii komórkowych raka jelita grubego, cechujących się różną agresywnością i potencjałem przerzutowania, aby określić, który rodzaj NPs powoduje największą cytotoksyczność po PIr. Następnie przeprowadzono długoterminowe obserwacje komórek w czasie rzeczywistym, stosując nieinwazyjną technikę mikroskopii holotomograficznej 3D (Nanolive), uzyskując informacje na temat miejsc akumulacji NPs oraz spowodowanych akumulacją zmian gęstości NPs we wnętrzu komórek. Do wykazania kumulatywnego efektu NPs oraz PIr względem komórek, w pierwszym etapie za pomocą testu MTS wyznaczono nietoksyczne stężenia poszczególnych rodzajów NPs oraz dawki promieniowania protonowego dla wszystkich linii komórkowych. W obu przypadkach dopuszczalnym progiem było stężenie/dawka, które powodowało śmiertelność nie wyższą niż 20 % komórek. Następnie, NPs w takim wyznaczonym stężeniu dodawano do hodowli do odpowiednich linii komórkowych, które następnie naświetlono, po czym w różnych odstępach czasu oceniono ich żywotność za pomocą testu MTS oraz cytometrii przepływowej. Wyniki badań pokazały, że PIr komórek hodowanych z NPs daje większy efekt cytotoksyczny, w porównaniu do PIr bez wykorzystania NPs. Potwierdza to celowość i skuteczność stosowania nanoradiouczulaczy w terapiach antynowotworowych. Jednakże, końcowy efekt PIr zależy nie tyle od rodzaju metalu wchodzącego w skład NPs, ale bardziej od rozmiaru oraz nanostruktury (porowatości) NPs. Wykazano, że ultra małe Pt NPs oraz Pd NPs mają lepsze właściwości radiouczulające w porównaniu do pozostałych NPs. Niewielki rozmiar NPs zapewnia silnie rozwiniętą powierzchnię, a co za tym idzie – warunkuje lepsze właściwości radiouczulające. Najbardziej obiecujące wydają się tu ultra małe Pd NPs, gdyż maksymalne nie-toksyczne stężenie tych NPs było mniejsze niż ultra małych Pt NPs, a końcowy efekt działania Pt NPs i Pd NPs był zbliżony. Porównano także efekt porowatości dwóch struktur AuPd typu rdzeń-otoczka: AuPd CSs z ciągłą palladową otoczką oraz nanomalin (AuPd NRs) z porowatą palladową otoczką. Istotne jest, że oba typy NPs mają zbliżoną zewnętrzną średnicę, składają się z tych samych metali oraz to, że zostały otrzymane za pomocą takich samych reagentów w analogicznej metodzie syntezy. Wyraźnie lepsze właściwości radiouczulające wykazano dla porowatych AuPd NRs, co jest spowodowane przez silniej rozwiniętą powierzchnię tych NPs, co zapewnia lepszy kontakt z komórkami. Zdjęcia z mikroskopii holotomgraficznej 3D pokazały, że Pd NPs akumulują się w jądrach komórkowych. Dla wszystkich badanych linii komórkowych objętość zajmowana przez NPs w komórkach wzrastała liniowo wraz z czasem hodowli i zależała od linii komórkowej – najbardziej widoczne zmiany zaobserwowano dla linii SW620. Oznacza to, że dynamika wnikania Pd NPs była różna dla poszczególnych linii komórkowych. Ważnym dla zastosowań medycznych jest fakt, że komórki wszystkich linii nowotworowych były bardziej wrażliwe na PIr, NPs oraz łączoen działanie PIr z NPs, w porównaniu z komórkami prawidłowymi. Zbadano także mechanizmy interakcji komórek z wiązką protonów i NPs, które prowadzą do śmierci komórek. Wyniki ChPAA wykazały, brak występowania promieniowania gamma charakterystycznego dla nuklidów/izotopów, które mogłyby powstać w wyniku reakcji jądrowej na złocie, platynie lub palladzie, co sugeruje, że fizyczny efekt radiouczulania pełni znikomą rolę w śmierci komórek. W tym kontekście należy oczekiwać, że w radiouczulanie zaangażowany jest głównie efekt biologiczno-chemiczny opierający się na generowaniu m.in. reaktywnych form tlenu (ROS) i/lub hamowaniu podziałów komórki w fazie G2/M, w której komórki cechują się najwyższą wrażliwością na promieniowania. Podsumowując, w niniejszej rozprawie sprawdzono wpływ rozmiaru, struktury, składu chemicznego oraz wartości potencjału zeta NPs na wzmacnianie efektu napromieniowania komórek rakowych oraz prawidłowych. Wykazano, który mechanizm radiouczulania pełni kluczową role w indukcji śmierci komórek nowotworowych, poddanych działaniu NPs oraz PIr. Uzyskane wyniki pokazały, że dodatek zsyntezowanych NPs w nietoksycznym stężeniu do komórek nowotworowych, znacząca zwiększa ich śmiertelność na skutek oddziaływania NPs z wiązką protonów.
Application of Monte Carlo methods in transport modelling of the therapeutic proton beam
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Science, 2018) Kłodowska, Magdalena; Olko, Paweł; Grzanka, Leszek; Braziewicz, Janusz; Bulski, Wojciech
Korzystny rozkład dawki cechujący terapię jonową spowodował wzrost liczby centrów terapii hadronowej, głównie protonowych. Techniki z użyciem wiązek protonowych wymagają bardziej zaawansowanych procedur zapewnienia jakości w zakresie dozymetrii i planowania leczenia. Dlatego zastosowanie metod Monte Carlo (MC) stało się nieodłącznym standardem stosowanym w ośrodkach terapii protonowej jako równoległe narzędzie, cechujące się wysoką precyzją i szerokim wachlarzem zastosowań. W Centrum Cyklotronowym Bronowice (CCB), wyposażonym w nowy cyklotron Proteus C- 235, oddano do użytku stanowisko z wiązka poziomą dedykowane do radioterapii protonowej czerniaka gałki ocznej (ang. ELTR) i dwa pomieszczenia z obracanym ramieniem tzw. stanowiska gantry (ang. GTR) do napromieniania guzów o innej lokalizacji. Celem pracy było zbudowanie komputerowych modeli wiązki stanowisk ELTR i GTR, przydatnych we wdrażaniu stanowisk w procesie leczenia. Zadaniem modelu wiązki ELTR była optymalizacja układu pasywnego rozpraszania wiązki spełniającego kliniczne wymogi napromienia« pacjentów z nowotworami gałki ocznej. Celem skonstruowania modelu wiązki GTR było uzyskanie poprawek do mierzonych rozkładów dawki, potrzebnych do właściwego skonfigurowania i weryfikacji systemu planowania leczenia ( ang. TPS commissioning). Modele wiązki ELTR i GTR zostały przygotowane w kodzie MC FLUKA służącym do oblicze« transportu cząstek. Symulacje były uruchamiane na klastrach obliczeniowych dostępnych w Infrastrukturze PL-Grid. Weryfikacja charakterystycznych parametrów wiązki: zasięgu wiązki, szerokości dystalnego spadku dawki, szerokości połówkowej piku Bragga, stosunku dawki maksymalnej do wlotowej czy poprzecznych rozmiarów wiązki ołówkowej (śladu wiązki ang. spot) prowadzona była w oparciu o zmierzone rozkłady dawki głębokiej i poprzeczne profile wiązki protonowej. Wykorzystując model ELTR, analizie poddano układy formowania wiązki złożone z folii tantalowych jako rozpraszaczy o zmiennej grubości i promieniu. Z 87 przeanalizowanych układów, wybrano optymalne trzy spełniające kliniczne wymogi wiązki rozproszonej dotyczące szerokości półcieni, płaskości poprzecznej pola i szerokości poprzecznej pola. Układy te to: układ z pojedynczą folią 60 _m Ta, układ z dwiema foliami 25 _m i 60 _m Ta oraz układ podwójnego pierścienia (ang. dual ring) zawierający wewnętrzny dysk Ta o promieniu r = 6 mm i grubości 80 _m wraz z pierścieniem PMMA o grubości 1 mm. Układ podwójnego rozpraszania cechowała dawka do 28% wyższa w porównaniu do pozostałych dwóch układów pojedynczego rozpraszania, i o 33% wyższa od obecnego systemu pojedynczego rozpraszania w ELTR. By uwzględnić wkład do rozkładu dawki wynikający z dalekozasięgowych reakcji jądrowych wiązki protonowej w ośrodku na stanowisku gantry, zasymulowany został detektor o promieniu r = 20 cm, umożliwiający obliczenie scałkowanego rozkładu dawki głębokiej (ang. Integral Depth- Dose distribution, IDD) z wykorzystaniem skonstruowanego modelu wiązki GTR. Obliczone krzywe IDD pozwoliły na korekcją danych pomiarowych zmierzonych komorą Bragga (ang. Bragg Peak Chamber), sięgające 8:8% dla najwyższej energii wiązki 226:08 MeV . Wyliczone krzywe IDD zostały wzięte jako dane wsadowe wymagane do skonfigurowania systemu planowania leczenia Eclipse ver. 13.6. Od 2016, model wiązki w systemie planowania leczenia Eclipse, uzyskany w oparciu o skorygowane rozkłady dawki jest wykorzystywany do przygotowania planów pacjentów w CCB. Kod MC FLUKA okazał się przydatnym narzędziem do modelowania transportu terapeutycznych wiązek protonowych w CCB. Analiza poprzecznych i głębokościowych rozkładów dawki pozwoliła na wyselekcjonowanie kluczowych parametrów wiązki, koniecznych do weryfikacji obu komputerowych modeli wiązek. W przypadku ELTR, zastosowanie metod MC przy optymalizacji układu rozpraszania pozwoliło na ograniczenie prac ekperymentalnych. W przypadku uzyskanego modelu wiązki GTR, użycie metod MC umożliwiło pokonanie ograniczeń związanych z rozmiarem detektora, w efekcie owocując poprawkami rozkładów dawki o wysokiej precyzji, umożliwiającymi dokładniejsze planowanie terapii. Załączone przykładowe pliki kodu FLUKA z uproszczonymi modelami wiązek dla ELTR i GTR, wraz z podanymi parametrami modelu wizki GTR3 pozwalaj¡ na podjęcie symulacji wykorzystujących wiązki protonowe CCB np. przy planowaniu eksperymentów z dziedziny fizyki medycznej czy radiobiologii.
Application of the 9.4T MRI system with a cryo-coil to study demyelination in the animal model of multiple sclerosis
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2023) Piędzia, Weronika; Węglarz, Władysław; Burda, Květoslava; Figiel, Henryk
Praca doktorska opisuje zastosowanie różnorodnych technik badawczych na systemie do obrazowania magnetyczno-rezonansowego (MR) w polu 9,4T w celu badań procesów demielinizacji w modelu mysim stwardnienia rozsianego (łac. sclerosis multiplex, SM). Wiele istniejących chorób neurologicznych jest obecnie diagnozowanych w późnych stadiach rozwoju. Spowodowane jest to brakiem metod umożliwiających diagnozę na wczesnym, pre-symptomatycznym etapie co pozwoliłoby na efektywne leczenie. Obrazowanie magnetyczno-rezonansowe (ang. MRI) dostarcza wysokiej jakości obrazów z bardzo dobrym kontrastem tkanek miękkich dzięki różnicy w czasach relaksacji pomiędzy tkankami co związane jest z ich różnym składem chemicznym. Ponieważ SM powoduje zmiany w ilości i strukturze mieliny (główny składnik istoty białej), obrazowanie magnetyczno-rezonansowe potencjalnie mogłoby wykryć te zmiany bazując na pomiarach zmian czasów relaksacji a w konsekwencji umożliwić wczesną diagnozę tej groźnej i do tej pory nieuleczalnej choroby. Do skutecznego obrazowania mieliny, a stąd diagnozy SM, potrzebny jest jednak odpowiedni kontrast pomiędzy białą a szarą istotą. Niestety czasy relaksacji istoty białej i szarej, w szczególności czas T2, są bardzo krótkie i porównywalne ze sobą co powoduje trudności natury technicznej w ich obrazowaniu i zróżnicowaniu na uzyskanych obrazach MR. Dlatego, aby otrzymać najwyższy możliwy kontrast, wymagany jest bardzo dobry stosunek sygnału do szumu (ang. SNR) oraz właściwa i zoptymalizowana sekwencja impulsowa. W pracy zastosowany został system do obrazowania oparty o magnes nadprzewodzący o natężeniu pola magnetycznego 9,4T wyposażony w cewkę kriogeniczną. Tak wysokie pole oraz chłodzona cewka pozwoliły na otrzymanie maksymalnego sygnału i stąd maksymalnej rozdzielczości obrazu. W celu pomiarów krótkich czasów relaksacji T2 mieliny badane były sekwencje obrazujące oparte o echo spinowe (SE) oraz dwu- i trójwymiarowe sekwencje tzw. ultra short echo time (UTE). W dalszej kolejności zastosowana została sekwencja inversion recovery ultra short echo time (IR-UTE), która dodatkowo wprowadziła ważenie czasem T1. Wyniki badań pokazały, że technika obrazowania IR-UTE pozwala na pomiary czasów relaksacji T1 i T2 mieliny w modelu zwierzęcym ale nie umożliwia obrazowania wielowarstwowego in vivo ze względu na długi czas pomiaru. Dlatego została także przetestowana sekwencja o nazwie “segmented magnetization prepared rapid gradient echo (MP-RAGE)”, która pozwoliła na otrzymanie wysokiej jakości obrazów 3D istoty szarej i białej w akceptowalnym dla badań czasie akwizycji. Co więcej, testowane były różnego typu impulsy selektywne radiowej częstości (rf), np. Version S, Mao oraz Levitt-Freeman, które pozwalają na odpowiednie ogniskowanie magnetyzacji w niejednorodnym polu B0 generowanym przez magnes i podatność magnetyczną próbki oraz w niejednorodnym polu B1 produkowanym przez cewkę powierzchniową użytą w badaniach. Impulsy te pozwalają na zmniejszenie artefaktów związanych z echami stymulowanymi. Badania in vivo poprzedzone były badaniami fantomów w celu znalezienia optymalnych parametrów sekwencji, kształtu impulsu rf oraz odpowiedniego ułożenia cewki powierzchniowej. Wyniki badań in vivo zostały potwierdzone badaniami ex vivo MRI o wysokiej zdolności rozdzielczej oraz badaniami histopatologicznymi. Do badań zmian zawartości mieliny zastosowany został kupryzonowy model MS, w którym zmiany w istocie białej odzwierciedlają zmiany występujące u człowieka. W wyniku prac otrzymane zostały trójwymiarowe obrazy mózgu przy użyciu zoptymalizowanych sekwencji IR-UTE oraz MP-RAGE, które umożliwiły detekcję mieliny i jej zaniku. Następnie zostały obliczone średnie wartości sygnału w wybranych obszarach mózgu reprezentujących szarą i białą materię oraz płyn mózgowo-rdzeniowy. W celu kwantyfikacji wyników wykonano histogramy różnych warstw mózgu u myszy zdrowych i poddanych diecie kupryzonowej. Histogramy pokazały, że zawartość mieliny w ciele modzelowatym i korze mózgowej jest statystycznie różna u zwierząt chorych w porównaniu z grupą kontrolną. Wyniki badań pokazały, że zastosowane metody obrazowania (IR-UTE oraz MP-RAGE) z użyciem krio-cewki w polu 9,4T uwidaczniają kontrast pomiędzy białą i szarą materią, przewyższając obecne metody oceny demielinizacji w mózgu mysim in vivo. Cele pracy były następujące: 1) ocena wartości badawczej obrazowania magnetyczno- rezonansowego w wysokim polu magnetycznym mikrostruktur mózgu zawierających rożne ilości mieliny w modelu mysim MS; 2) zbadanie czy obrazowanie rezonansowe w wysokim polu magnetycznym przy użyciu krio-cewki oraz odpowiednich sekwencji impulsowych może pokazać uszkodzenia mieliny występujące w kupryzonowym modelu zwierzęcym MS. Cele te zostały osiągnięte i wyniki pokazały, że zoptymalizowany system pracujący w polu 9.4T, może istotnie być użyty do oceny ubytków w zawartości mieliny w mózgu myszy w modelu zwierzęcym MS. Wyniki pokazują potencjał zastosowania zaproponowanych metod obrazowania MR w przyszłych badaniach klinicznych stwardnienia rozsianego. Wszystkie badania na zwierzętach zostały przeprowadzone za zgodą Komisji Etyki.
Assumptions for the design of a neutron pinhole camera dedicated to the PF-24 device
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2014) Scholz, Marek; Bielecki, Jakub; Wójcik-Gargula, Anna; Wiącek, Urszula; Drozdowicz, Krzysztof; Igielski, Andrzej; Kulińska, Agnieszka; Tracz, Grzegorz; Woźnicka, Urszula
The report presents main assumptions on the design of the neutron pinhole camera dedicated to the PF-24 (Plasma Focus) device. The pinhole camera will be used for the investigation of the spatial and temporal distributions of DD neutrons from the PF-24 source. It makes use of principles of the optical geometry adopted for neutron imaging. In the report the evaluation of pinhole geometrical layout has been made on the basis of principles of the geometrical optics. A further optimization of the pinhole geometry has been carried out by means of neutron transport calculations (the MCNP code). The main aim of this report is to provide information on technical solutions for the neutron pinhole.
Badania funkcji struktury fotonu w obszarze energii przyszłego liniowego zderzacza ILC/CLIC
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2018) Turbiarz, Beata; Zawiejski, Leszek; Ciborowski, Jacek; Przybycień, Mariusz; Muryn, Bogdan
W niniejszej rozprawie przedstawiono wyniki badań poświęconych możliwości pomiaru hadronowej funkcji struktury fotonu w nowym niezbadanym zakresie energii, jaki oferuje przyszły liniowy zderzacz ILC lub CLIC. Projekty obu zderzaczy są wciąż rozwijane i czekają na ostateczną decyzję odnośnie tego, który z nich zostanie skierowany do realizacji. Badania przeprowadzono w oparciu o przypadki DIS, rozproszeń głęboko nieelastycznych elektronów na prawie rzeczywistych fotonach, generowanych przy użyciu programów PYTHIA 6.4.28, HERWIG 6.5.21 i TWOGAM 2.04. W kolejnych krokach rozwoju analizy generowane przypadki poddane zostały symulacji odpowiedzi detektorów na przechodzące przez nie cząstki oraz rekonstrukcji. Dla tego celu wykorzystano pakiet globalnego oprogramowania ILCSoft napisany specjalnie dla zderzaczy liniowych. Badania hadronowej funkcji struktury F2γ prowadzono zarówno na poziomie generatora jak i dla wielkości zrekonstruowanych. Przeprowadzona analiza wymagała informacji o rozproszonych elektronach, którą dostarczyły zaprojektowane dla zderzacza ILC/CLIC detektory BeamCal i LumiCal, pracujące w obszarze małych kątów biegunowych w zakresie 5 – 110 mrad. Większe kąty rozproszonych elektronów mierzono w kalorymetrze ECAL Endcap. Wyznaczone wartości hadronowej funkcji struktury fotonu porównano z przewidywaniami bazującymi na teoretycznych parametryzacjach funkcji struktury. Zaobserwowano jakościowe podobieństwo z rozkładami teoretycznymi. W szeregu przypadków, w zależności od programu użytego do ich generacji, wyznaczone wartości funkcji F2γ wykazywały szybszy wzrost dla dużych wartości zmiennej x. Badania ewolucji funkcji struktury fotonu potwierdzają logarytmiczną zależność od wirtualności fotonu Q2, co jest zgodne z przewidywaniami QCD.
Badania osadów z wodomierzy Miejskiego Przedsiębiorstwa Wodociągów i Kanalizacji w Krakowie
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2014) Kopeć, Marek; Kąc, Małgorzata; Budziak, Andrzej; Paluszkiewicz, Czesława; Zarzycki, Arkadiusz; Kąc, Sławomir; Dutkiewicz, Erazm; Kwiatek, Wojciech M.; Cichoń, Tomasz; Bochnia, T.
In the frame of cooperation with the Municipal Water Supply and Sewage in Krakow the preliminary studies of sediments from water meters of Krakow water supply system were performed. Sediments deposited on the measuring devices installed in the water supply system, are a major technological problem and the need to replace faulty water meters is a measurable economic problem for water utilities. Chemical and phase composition investigations were carried out using proton-induced X-ray emission, energy dispersive spectroscopy, X-ray diffraction and Fourier transform infrared spectroscopy. Additionally, basing on Mössbauer spectroscopy magnetic phases were analyzed. The morphology of the chosen samples was observed on scanning electron microscopy. Mentioned methods revealed presence of amorphous and finely crystalline phases with fractions several times larger than identified crystalline one. In the crystalline phase the most frequently appeared: goethite α-FeOOH, lepidocrocite ɤ-FeOOH, and in smaller amounts: maghemite ɤ-Fe2O3, calcium carbonate CaCO3 and quartz SiO2 as well non-stoichiometric iron sulfides. In many samples nanocrystalline phase was found which due to comparative analysis, was identified as an iron hydroxide ferrihydrite with formula similar to Fe5HO8 4H2O. Moreover, presence of hematite α-Fe2O3 and akaganeite β-FeOOH phases was revealed. In several samples appearance of organic compounds were proven.
Badania struktury jąder neutrono-nadmiarowych produkowanych w głęboko nieelastycznych reakcjach ciężkich jonów na wiązkach stabilnych i radioaktywnych
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2013) Królas, Wojciech
A novel experimental method exploiting the production of neutron-rich fragments in deepinelastic heavy ion collisions was used to extend the in-beam γ-ray spectroscopic studies towards previously inaccessible neutron-rich nuclei. The γ-γ coincidence analysis of reaction products was used to obtain new information on the mechanism of deep-inelastic collisions, in particular on the neutron-to-proton ratio equilibration process. These results were compared to theoretical predictions based on a liquid-drop energy minimization model and a heavy ion phase space exploration model. Neutron-rich potassium isotopes were studied in the bombardments of thick 238U and 208Pb targets with the 48Ca beam. Excited states in the 48K and 49K isotopes were identified for the first time in experiments with the PRISMA-CLARA spectrometer. Based on those identifications the level schemes of predominantly yrast excited states were established from the analysis of GAMMASPHERE γ coincidence data collected for the same reactions. A new 5+ isomer was identified in 48K, the analog of the 7/2– isomer in 47K. Important information on the coupling of the proton-hole and neutron-particle states in the neutron-rich 48K and 49K isotopes was obtained. Systematics of lowest 1/2+, 3/2+, and 7/2– states in odd-odd potassium isotopes were extended beyond the N = 28 line. These results confirm a reordering of the s1/2 and d3/2 proton-hole orbitals for neutronrich potassium isotopes which was interpreted in terms of the evolution of single-particle energies caused by the monopole effect of the tensor force. Experimental efforts aimed at the establishing of the yrast excitations in the series of even neutron-rich nickel isotopes reaching toward the double closed-shell 78Ni isotope are described including the search for the missing 8+ isomeric state in 72Ni. In the analysis of the GAMMASPHERE γ coincidence data from experiments with the 76Ge beam the ground-state band in 72Ni was extended to the 8+ state concluding that this level has a half-life not longer than 20 ns. Based on the established level scheme a large enhancement of the B(E2) transition probability for the 8+ → 6+ transition in 72Ni compared to 70Ni was calculated. This effect is compatible with the predictions of the van Isacker model suggesting a significant lowering of the 6+ seniority υ = 4 level which is calculated to be near the 6+ υ = 2 state. Recent spectroscopic results for less exotic even-even nickel isotopes 64, 66, 68Ni are presented including new spin and parity assignments based on the analysis of angular correlations of γ rays emitted from fragments produced in deep-inelastic collisions with the 64Ni beam. Prospects of new studies of neutron-rich nuclei produced in deep-inelastic collisions using radioactive ion beams of fission fragments are also discussed. Basic technical aspects of the production of such beams are described based on the Holifield Radioactive Ion Beam Facility RIB project. The design and construction details of the Isomer-scope detection setup for the identification and spectroscopy of the isomeric decays in fragments produced in deep-inelastic collisions are presented. Results of the test experiment with a stable 71Ga beam performed at HRIBF are shown. Plans for an upgrade of the Isomer-scope device and its future application for experiment at Oak Ridge and elsewhere are discussed.
Badania warstwy wierzchniej w aluminium i stopach aluminium za pomocą anihilacji pozytonów i metod komplementarnych
(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2008) Dryzek, Ewa
Praca prezentuje wyniki badań warstwy wierzchniej powstałej w aluminium i jego stopach wskutek tarcia ślizgowego, ale także innych procesów modyfikujących powierzchnię. Podjęto zupełnie nową tematykę stanowiącą udaną próbę zastosowania w tym celu technik anihilacji pozytonów, które ze względu na wyjątkową czułość, pozwalają wyznaczyć profil defektów w warstwie wierzchniej. Pomiary te skorelowano z badaniami przeprowadzonymi metodami komplementarnymi stosowanymi standardowo w badaniach tribologicznych tj. pomiarem profilu mikrotwardości, obserwacjami za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej lub dyfrakcją promieniowania X, także w szczególnym przypadku z rozkładem naprężeń obliczonym teoretycznie. Wykazano, że spektroskopia anihilacji pozytonów jest skutecznym narzędziem do profilowania warstwy wierzchniej powstałej w wyniku tarcia nawet w przypadku lekkich metali i ich stopów, a także kompozytów. Pozwoliła ona określić całkowity zasięg takiej warstwy, który kształtował się w zależności od badanego materiału i sposobu modyfikacji powierzchni w granicach od 50 μm do 450 μm. Informacja ta wzbogacona jest o wskazanie typu defektów, który dominuje w takiej warstwie. Zastosowanie wiązki powolnych pozytonów do badania próbek czystego aluminium poddanych tarciu ślizgowemu umożliwiło określenie koncentrację defektów typu wakancji na głębokości mniejszej niż 1 μm oraz skorelowanie jej z wielkością krystalitów, co pozwoliło wyciągnąć wnioski o procesie zdrowienia w tej warstwie. Podjęto także próby zastosowania koincydencyjnej spektroskopii poszerzenia dopplerowskiego do badań próbek stopu i kompozytu na osnowie stopu aluminium. Ze względu na interdyscyplinarny charakter praca zawiera również przegląd podstawowych zagadnieniach z dziedziny tribologii, metodach badania warstwy wierzchniej i technikach eksperymentalnych spektroskopii anihilacji pozytonów.

Browse

Browsing by Title

Results Per Page

Sort Options