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.

Badania związane z nowymi materiałami prowadzone są przez Krakowskie Centrum Badawcze Inżynierii Jonowej.


I. Interdyscyplinarne aspekty fizyki układów złożonych

  1. 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. 2. Dynamika nieliniowa i chaos klasyczny.

Zakład Teorii Systemów Złożonych (NZ44)



II. Badania oddziaływania promieniowania jądrowego z różnymi ośrodkami

  1. 1. Koncepcja budowy akceleratorowego źródła neutronowego IFMIF/DONES (Demo Oriented Neutron Source) (współpraca: EUROfusion).
  2. 2. Badanie aktywacji rzeczywistych materiałów tokamaka ITER (współpraca: EUROfusion; NCBJ Świerk).
  3. 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).
  4. 4. Rozwój metod numerycznych i interpretacyjnych dla jądrowej geofizyki otworowej w oparciu o modelowania złożonych pól promieniowania jądrowego metodą Monte Carlo (współpraca: WGGOŚ AGH, Kraków).

Zakład Fizyki Transportu Promieniowania (NZ61)



III. Diagnostyka plazmy wysokotemperaturowej

3A. Diagnostyka plazmy wysokotemperaturowej D-D i D-T metodami fizyki jądrowej pod kątem badań dla programu ITER

  1. 1. Wykorzystanie detektorów diamentowych do pomiaru neutronów i prędkich jonów z emisji w plazmie termojądrowej (współpraca: EUROfusion; F4E – Fusion for Energy).
  2. 2. Badanie zjawisk towarzyszących szybkim impulsom plazmowym generowanym w układzie Plasma-Focus PF-24 IFJ.
  3. 3. Opracowanie nowych metod obrazowania rentgenowskiego plazmy w urządzeniach fuzyjnych (współpraca: CEA – IRFM Cadarache)

3B. Diagnostyka plazmy wysokotemperaturowej w zamkniętych pułapkach magnetycznych

  1. 1. Studium na temat obecności elektronów nadtermicznych w zamkniętych pułapkach magnetycznych.
  2. 2. Opracowanie metodyki pomiarów SXR i HXR do badania plazmy w urządzeniach fuzyjnych (WEST) (współpraca: CEA Cadarache, Francja).

Zakład Fizyki Transportu Promieniowania (NZ61)



IV. Biologia radiacyjna; retrospektywna dozymetria biologiczna - badanie wrażliwości osobniczej i wydajności naprawy DNA z wykorzystaniem metod cytogenetycznych i molekularnych.

  1. 1. Ocena skuteczności biologicznej i zależności dawka-skutek dla wiązek promieniowania jonizującego. Wpływ genotypu na odpowiedź komórkową po zastosowaniu różnych typów i dawek promieniowania jonizującego.
  2. 2. Badania cytotoksyczności i gentoksyczności w funkcji ekspozycji diagnostycznej, terapeutycznej lub wypadkowej.

Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych (NZ52)



V. Obrazowanie i zlokalizowana spektroskopia magnetycznego rezonansu w badaniach biomedycznych

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. 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).
  2. 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).
  3. 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).

Zakład Tomografii Magnetyczno-Rezonansowej (NZ56)



VI. Badanie zmienności układów biologicznych, środowiskowych i innych układów złożonych oraz obiektów dziedzictwa kulturowego

  1. 1. Badanie zmian chemicznych zachodzących w układach biologicznych na poziomie komórkowym i molekularnym z wykorzystaniem technik synchrotronowych oraz klasycznych źródeł promieniowania rentgenowskiego.
  2. 2. Obrazowanie mikrostruktur w układach złożonych spektroskopowymi metodami komplementarnymi i mikrotomografią komputerową oraz określenie składu pierwiastkowego metodami spektroskopowymi wykorzystującymi promieniowanie rentgenowskie, synchrotronowe oraz wiązki jonów z akceleratora typu Van de Graaffa.
  3. 3. Badanie składu chemicznego, fazowego i strukturalnego obiektów zabytkowych.

Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych (NZ52)



VII. Obrazowanie spektroskopowe dla potrzeb radiobiologii, terapii i badań układów złożonych

  1. 1. Badanie zmienności układów biologicznych na poziomie komórkowym i molekularnym z wykorzystaniem spektroskopii oscylacyjnej i mikroskopii sił atomowych.
  2. 2. Badania wpływu promieniowania jonizującego na organizmy żywe.

Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych (NZ52)



VIII. Rozwój i zastosowanie chromatograficznych metod pomiaru substancji śladowych dla zagadnień fizyki środowiska, hydrogeologii i medycyny

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, że chromatografia gazowa ma zastosowanie w wielu obszarach badań, w tym w ochronie atmosfery i klimatu Ziemi, w badaniach hydrogeologicznych do oceny wieku wód podziemnych czy w medycynie do zagadnień diagnostyki medycznej.

Rodzaje zadań:

  1. 1. Pomiary stężeń związków chlorowcowych CFCs i SF6 w powietrzu Krakowa na tle pomiarów prowadzonych w ramach globalnego programu AGAGE.
  2. 2. Pomiary stężenia gazów szlachetnych He, Ar i Ne oraz freonów (F-11, F-12) i SF6 w wodach podziemnych w wybranych rejonach Polski dla potrzeb hydrogeologii.
  3. 3. Kontynuacja badań nad jednoznacznym wytypowaniem potencjalnych markerów schorzeń nerek i ich powikłań. Jakościowa i ilościowa analiza związków emitowanych ze skóry z zastosowaniem chromatografii gazowej.

Zakład Fizykochemii Ekosystemów (NZ59)



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

  1. 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. 2. Badania nad obecnością śladowych pierwiastków w organizmie człowieka w tym prowadzenie pomiarów zawartości substancji gamma-promieniotwórczych licznikiem całego ciała.
  3. 3. Opracowanie metod wydzielania radionuklidów z aktywowanych tarcz.
  4. 4. Prace rozwojowe nad cyfrowym, koincydencyjnym spektrometrem promieniowania gamma.

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



X. Izotopy promieniotwórcze w fizyce środowiska i ochronie radiologicznej

  1. 1. Badanie stężeń radonu w różnych komponentach środowiska, doskonalenie technik pomiarowych (współpraca z National Radiation Protection Institute, Chiba, Japan; Ojcowski Park Narodowy, Wydział Geografii UJ).
  2. 2. Badanie stężeń radonu, toronu i ich pochodnych we frakcjach wolnej i związanej.
  3. 3. Pomiary stężeń izotopów promieniotwórczych w próbkach środowiskowych (współpraca m.in. z Politechniką Wrocławską, AGH, CLOR i GIG).

Laboratorium Ekspertyz Radiometrycznych (NLR)



XI. Dozymetria luminescencyjna w pomiarach promieniowania jonizującego

  1. 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. 2. Rozwój metod pomiarowych w termoluminescencyjnej dozymetrii indywidualnej, środowiskowej oraz ochronie radiologicznej pacjenta.
    1. a. 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.
    2. b. 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)



XII. 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. 1. Badanie materiałów luminescencyjnych z wykorzystaniem wiązki protonowej dla dozymetrii promieniowania kosmicznego i radioterapii protonowej.
  2. 2. Opracowanie metod otrzymywania i wydzielania radionuklidów z wykorzystaniem cyklotronu AIC-144.
  3. 3. Opracowanie metod napromieniania materiałów biologicznych, systemów elektronicznych i próbek materiałowych na wiązce protonowej.
  4. 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).
  5. 5. Badanie własności dozymetrycznych wiązki protonowej na potrzeby przestrzeni frakcjonowanej radioterapii protonowej.

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



XIII. 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)