Badania interdyscyplinarne i stosowane

Po fizykę, także fizykę jądrową, sięgają dziś chemicy, biolodzy, medycy, geolodzy, inżynierowie a nawet ekonomiści. W takich interdyscyplinarnych obszarach nauki prowadzone są badania, zarówno podstawowe jak i stosowane.


I. Interdyscyplinarne aspekty fizyki układów złożonych

  1. Identyfikacja uniwersalnych charakterystyk złożoności:
    • krzyżowe korelacje multifraktalne w procesach stochastycznych,
    • struktura i dynamika sieci społecznych w relacji do teorii sieci złożonych,
    • korelacje wieloskalowe w dynamice zmienności liczby plam na Słońcu,
    • struktury geologiczne w formalizmie sieci złożonych,
    • zjawiska krytyczne i efekty synchronizacji w dynamice finansów,
    • modele oddziałujących agentów,
    • zagadnienia lingwistyki ilościowej,
    • wieloskalowa organizacja utworów muzycznych,
    • modelowanie synchronizacji neuronów przez układy elektroniczne.
  2. Dynamika nieliniowa i chaos klasyczny.

Zakład Teorii Systemów Złożonych (NZ44)


II. Badania oddziaływania promieniowania jądrowego z różnymi ośrodkami

  1. Koncepcja budowy akceleratorowego źródła neutronowego IFMIF/DONES (Demo Oriented Neutron Source) (współpraca: EUROfusion).
  2. Badanie aktywacji rzeczywistych materiałów tokamaka ITER (współpraca: EUROfusion; NCBJ Świerk).
  3. Modelowanie pól promieniowania generowanych przez aparaturowe źródła neutronowe oraz odpowiedzi detektorów neutronowych z uwzględnieniem wpływu otoczenia i innych zaburzających źródeł promieniowania (współpraca: F4E – Fusion for Energy).

Zakład Fizyki Transportu Promieniowania (NZ61)


III. Diagnostyka plazmy wysokotemperaturowej

  1. Wykorzystanie detektorów diamentowych do pomiaru neutronów i prędkich jonów z emisji w plazmie termojądrowej (współpraca: EUROfusion; F4E – Fusion for Energy).
  2. Badanie zjawisk towarzyszących szybkim impulsom plazmowym generowanym w układzie Plasma-Focus PF-24 IFJ.
  3. Opracowanie nowych metod obrazowania rentgenowskiego plazmy w urządzeniach fuzyjnych (współpraca: CEA – IRFM Cadarache)
  4. Opracowanie metodyki pomiarów SXR i HXR do badania plazmy w urządzeniach fuzyjnych (WEST) (współpraca: CEA Cadarache, Francja).
  5. Spektrometria neutronowa o wysokiej rozdzielczości energetycznej dla określania parametrów plazmy termojądrowej pod kątem programu ITER (współpraca: ITER Organisation).

Zakład Fizyki Transportu Promieniowania (NZ61)


IV. Obrazowanie i zlokalizowana spektroskopia magnetycznego rezonansu w badaniach biomedycznych i materiałowych

Rozwój oraz zastosowanie metod obrazowania i spektroskopii zlokalizowanej magnetycznego rezonansu (MRI/MRS) do badań biomedycznych in vivo i ex vivo z wykorzystaniem modeli zwierzęcych chorób, badań roślinnych obiektów biologicznych oraz do badań materiałowych.

  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 University of Calgary, Kanada, University of British Columbia, Vancouver, Kanada, Katedrą Farmakologii CMUJ, Instytutem Zoologii UJ, Instytutem Farmakologii PAN, Akademią Górniczo-Hutniczą w Krakowie, Uniwersytetem Medycznym w Lublinie).
  2. Zastosowanie obrazowania MR do badań własności nośników leków, nowoczesnych środków kontrastowych i materiałów porowatych (współpraca: Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie, Katedra Farmacji CMUJ w Krakowie, Instytut Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Uniwersytetem Rolniczym w Krakowie).
  3. Rozwój metod i oprzyrządowania do obrazowania i spektroskopii zlokalizowanej MR (współpraca: University of Toronto, Toronto, Kanada, University of British Columbia, Vancouver, Kanada, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Uniwersytet Warszawski, Uniwersytetem Medycznym w Lublinie).

Zakład Tomografii Magnetyczno-Rezonansowej (NZ56)


V. Badanie zmienności układów biologicznych, środowiskowych i materiałowych

  1. Badanie zmian zachodzących w układach złożonych na poziomie komórkowym, molekularnym i atomowym z wykorzystaniem technik synchrotronowych, laserów na swobodnych elektronach oraz klasycznych źródeł promieniowania rentgenowskiego (współpraca: Paul Scherrer Institute, Villigen, Switzerland; Uppsala University, Sweden; Brussels University, Belgium; PTB Berlin, Germany; University of Vienna, Austria; Instytut Chiemii Fizycznej PAN).
  2. Zastosowanie metod spektroskopii rentgenowskiej do badań aplikacyjnych i fundamentalnych z wykorzystaniem promieniowania synchrotronowego oraz laserów rentgenowskich. Rozwój laboratoryjnych układów spektroskopii emisyjnej i absorpcyjnej (współpraca: Wigner Research Institute, Budapest, Hungary; Extreme Light Infrastructure, Prague, Czech Republic; SwissFEL, Villigen, Switzerland; SACLA Facility, Japan; European XFEL, Hamburg, Germany; Linac Coherent Light Source, USA; Newcastle University, UK).
  3. Obrazowanie mikrotomografią komputerową oraz badanie mikrostruktur w układach złożonych spektroskopowymi metodami komplementarnymi oraz metodami wykorzystującymi wiązki jonów z akceleratora typu Van de Graaffa (współpraca: Collegium Medicum UJ; Instytut Nauk Geologicznych UJ; Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH; WIMiC AGH; Muzeum Narodowe w Krakowie; Wydział Matematyczno-Przyrodniczy Uniwersytetu Rzeszowskiego).
  4. Badania fizykochemiczne materiału środowiskowego z wykorzystaniem metody chromatografii gazowej sprzężonej z różnymi technikami detekcji (współpraca: IKiFP PAN, Miejskie Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji S.A. w Krakowie).

Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych (NZ52)


VI. Obrazowanie spektroskopowe dla potrzeb radiobiologii, terapii i badań układów złożonych oraz badania cytogenetyczne i molekularne układów biologicznych (Czesława Paluszkiewicz)

  1. Badanie zmienności układów biologicznych na poziomie komórkowym i molekularnym z wykorzystaniem spektroskopii oscylacyjnej i mikroskopii sił atomowych (współpraca z University of Pennsylvania USA, CIML Francja, University of Bordeaux Francja, Université Paris-Sud, Orsay, INFN Włochy, IKiFP PAN, Instytutem Farmakologii PAN, Wydziałem Chemii UJ, Katedrą i Kliniką Laryngologii Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Zabrzu, Uniwersytetem Medycznym w Białymstoku, Instytutem Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN).
  2. Badania wpływu promieniowania jonizującego na organizmy żywe (współpraca z Johns Hopkins University Baltimore USA).
  3. Badania składu chemicznego, fazowego i strukturalnego obiektów dziedzictwa kulturowego (współpraca z Singapore Synchrotron Light Source, National University of Singapore, Universidad De Málaga Hiszpania, Wydziałem Odlewnictwa AGH, Muzeum Narodowym w Krakowie, Wydziałem Konserwacji i Restauracji Dzieł Sztuki ASP w Krakowie, Wydziałem Sztuk Pięknych Uniwersytetu im. M. Kopernika w Toruniu).
  4. Badania skuteczności biologicznej, ekspozycji środowiskowych oraz zawodowych i zależności dawka-skutek dla wiązek promieniowania jonizującego oraz wpływu genotypu na odpowiedź komórkową po zastosowaniu różnych typów i dawek promieniowania jonizującego (współpraca z Kliniką Endokrynologii i Medycyny Nuklearnej, Świętokrzyskim Centrum Onkologii, National Cancer Institute, National Institutes of Health, Bethesda USA, Katedrą Epidemiologii i Medycyny Zapobiegawczej, Collegium Medicum UJ).
  5. Badania cytotoksyczności i gentoksyczności w funkcji ekspozycji diagnostycznej, terapeutycznej oraz w ocenie biokompatybilności biomateriałów (współpraca z WIMiC AGH, Wydziałem Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ).
  6. Badania poziomu ekspresji genów za pomocą metody RT-PCR (reakcji łańcuchowej polimerazy w czasie rzeczywistym). Współpraca: Katedra Patofizjologii Collegium Medicum UJ, Zakład Diagnostyki Patomorfologicznej Szpital Uniwersytecki w Krakowie, Katedra i Klinika Laryngologii Śląski Uniwersytet Medyczny w Zabrzu.
  7. Analiza danych spektroskopowych metodami chemometrycznymi wspomaganych modelowaniem molekularnym ab initio (współpraca z Beckman Institute for Advanced Science and Technology, University of Illinois at Urbana-Champaign USA, Katedrą Biochemii i Neurobiologii WIMiC AGH, Katedrą Chorób Wewnętrznych i Gerontologii Collgium Medicum UJ).

Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych (NZ52)


VII. Radiochemiczne i instrumentalne metody analizy i syntezy sztucznych pierwiastków promieniotwórczych w zastosowaniu do radioekologii i radiofarmaceutyków

  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,
    • wykorzystanie spektrometrii masowej w pomiarach radioaktywności środowiska (współpraca z ING PAN),
    • prace nad metodyką oznaczania trytu ze wzbogaceniem elektrochemicznym,
    • wykorzystanie pomiarów spektrometrycznych stężeń emiterów alfa, beta i gamma w badaniach środowiska i w badaniach czystości radiologicznej próbek materiałowych.
  2. Badania nad obecnością śladowych pierwiastków w organizmie człowieka w tym prowadzenie pomiarów zawartości substancji gamma-promieniotwórczych licznikiem całego ciała.
  3. Opracowanie metod wydzielania radionuklidów z aktywowanych tarcz.
  4. Prace rozwojowe nad cyfrowym, koincydencyjnym spektrometrem promieniowania gamma.

Zakład Fizykochemii Jądrowej (NZ64)
Laboratorium Analiz Promieniotwórczości (NLP)


VIII. Izotopy promieniotwórcze w fizyce środowiska i ochronie radiologicznej

  1. Badanie stężeń radonu w różnych komponentach środowiska, doskonalenie technik pomiarowych (współpraca z Ojcowskim Parkiem Narodowym, Wydziałem Geografii UJ, Wydziałem Inżynierii Środowiska PK).
  2. Badanie wpływu poziomów radonu w budynkach na zdrowie mieszkańców (współpraca z Uniwersytetem Medycznym w Lublinie).
  3. Pomiary radioaktywności w środowisku cyklotronów w IFJ PAN.
  4. Badanie zjawiska emanacji toronu z próbek stałych.
  5. Pomiary stężeń izotopów promieniotwórczych w próbkach środowiskowych (współpraca m.in. z Politechniką Wrocławską, AGH, CLOR i GIG w ramach działalności Centrum Radonowego).

Laboratorium Ekspertyz Radiometrycznych (NLR)


IX. Dozymetria luminescencyjna w pomiarach promieniowania jonizującego

  1. Opracowanie i rozwój metod dozymetrycznych w oparciu o detektory luminescencyjne do pomiaru dawek promieniowania jonizującego. Prowadzone są prace zmierzające do wytworzenia nowych materiałów luminescencyjnych, w tym w postaci kryształów otrzymywanych metodami Micro-Pulling Down (MPD) i Czochralskiego oraz badanie ich właściwości dozymetrycznych. Kontynuowane są prace nad rozwojem metod pomiaru ultra-wysokich dawek przy użyciu detektorów termoluminescencyjnych na bazie LiF, jak również nad wykorzystaniem fotoluminescencji kryształów LiF do mikro-obrazowania rozkładów dawki. Prowadzone są badania nad wykorzystaniem elementów elektronicznych i innych materiałów powszechnego użytku w awaryjnej dozymetrii retrospektywnej oraz pomiary dawek promieniowania kosmicznego.
  2. Rozwój metod pomiarowych w termoluminescencyjnej dozymetrii indywidualnej, środowiskowej oraz ochronie radiologicznej pacjenta.
    • Ocena narażenia osób pracujących w narażeniu na promieniowanie jonizujące w Polsce. W oparciu o prowadzone 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. Rozwój badań związanych z możliwością powtórnego odczytu dawki oraz dozymetrii soczewek oczu, oraz zakresu wykorzystania dawek w miejscu pracy do szacowania narażenia personelu.
    • Rozwój dozymetrycznych metod termoluminescencyjnych w medycynie. Rozwój metod dozymetrycznych związanych z dozymetrią pacjenta. Testowanie możliwości zastosowania dwuwymiarowych detektorów termoluminescencyjnych w pomiarach w radiologii interwencyjnej i radioterapii oraz możliwości zastosowania standardowych detektorów termoluminescencyjnych w pomiarach dawek w radiologii (cel wieloletni).

Zakład Fizyki Radiacyjnej i Dozymetrii (NZ63)
Laboratorium Dozymetrii Indywidualnej i Środowiskowej (NLD)


X. Wykorzystanie wiązek protonowych do badań w dziedzinie fizyki materiałowej, radiochemii, radiobiologii i fizyki medycznej

Celem zadania są badania poznawcze i aplikacyjne w obszarze fizyki, chemii i biologii i fizyki medycznej na unikatowych w Polsce wiązkach protonów.

  1. Badanie materiałów luminescencyjnych z wykorzystaniem wiązki protonowej dla dozymetrii promieniowania kosmicznego i radioterapii protonowej.
  2. Opracowanie metod otrzymywania i wydzielania radionuklidów z wykorzystaniem cyklotronu AIC-144.
  3. Opracowanie metod radioterapii protonowej oraz napromieniania materiałów biologicznych, systemów elektronicznych i próbek materiałowych na wiązce protonowej.
  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).

Samodzielna Pracownia Radioterapii Protonowej (NZ62)
Zakład Fizyki Radiacyjnej i Dozymetrii (NZ63)
Zakład Fizykochemii Jądrowej (NZ64)


XI. Badanie własności mikroukładów biofizycznych

Badanie własności mechanicznych (elastyczność, adhezja) tkanek oraz komórek z użyciem mikroskopu sił atomowych (AFM) pracującego w trybie spektroskopii siły.

Zakład Badań Mikroukładów Biofizycznych (NZ55)


Projekty w ramach programu UE HORYZONT 2020

Program: EURATOM Research and Training Programme Projekt: "Implementation of activities described in the Roadmap to Fusion during Horizon 2020 through a Joint programme of the members of the EUROfusion consortium"
(http://cordis.europa.eu/project/rcn/193159_en.html)
(https://www.euro-fusion.org/)
Kontrakt nr: EUROfusion_IFJ 633053 (2014-2018)

Program: EURATOM
Projekt: "European Joint Programme for the Integration of Radiation Protection Research" (CONCERT)
Kontrakt nr: 662287 (2015-2020)