MFJ 1263

Accelerators and particle
detectors around us
Akceleratory i detektory cząstek
wokół nas
Sławomir Wronka, 27.11.2009r
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/ATLAS-en.html
Wczoraj
http://www.gridpp.ac.uk/pics/stand2004/cern.html
http://livefromcern.web.cern.ch/livefromcern/antimatter/history/historypictures/bub-event-half.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bubble-chamber.svg
Detektory
Dziś
Akceleratory
Dziś
Wczoraj
http://macao.communications.museum/eng/exhibition/secondf
loor/MoreInfo/2_3_7_VanGraafGenerator.html
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Gdzie znajdziemy akceleratory
i detektory ?
Badania naukowe
Medycyna
Przemysł
Ochrona granic
Archeologia
Ochrona zabytków
Ochrona środowiska
…
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Andrew M. Sessler
Lawrence Berkeley National
Laboratory
Witold Skrzyński
Obrazowanie w
radioterapii
Medycyna – oddzielny wykład
Diagnostyka
Sterylizacja sprzętu
Terapia
Radioterapia „standardowa”
Radioterapia hadronowa
Wykorzystanie neutronów
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Sterylizacja
http://www.ichtj.waw.pl
Sterylizacja radiacyjna sprzętu i materiałów
medycznych jest prowadzona w celu zabicia
drobnoustrojów i ich form przetrwalnikowych.
Proces wykorzystuje silne właściwości
bakteriobójcze promieniowania jonizującego.
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
http://www.ichtj.waw.pl
Sterylizacja
Sterylizacja radiacyjna nie
wywołuje radioaktywności w
napromieniowanym
produkcie, jest wiec pod tym
względem całkowicie
bezpieczna.
Czynnikiem sterylizującym
mogą być przyspieszone
elektrony lub promieniowanie
gamma.
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Napromienianie żywności
Radiacyjna metoda konserwacji żywności
Wiązka e- max. 10MeV, fotony max. 5MeV.
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Napromienianie żywności
Zapobieganie psuciu się żywności poprzez eliminacje
bakterii, pleśni, grzybów i pasożytów powodujących jej
rozkład
Eliminacja drobnoustrojów chorobotwórczych do
poziomu zapewniającego bezpieczeństwo konsumpcji
Przedłużenie okresu składowania świeżych owoców
i warzyw poprzez hamowanie naturalnych procesów
biologicznych - dojrzewania, kiełkowania itp.
Niezastąpione w przypadku np. przypraw, suszonych
warzyw - eliminowanie konieczności stosowania
chemicznych środków konserwujących.
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Przykład - cebulka
http://www.baec.org.bd/Home_Service_Charter.html
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Napromienianie żywności
Prowadzone od wielu lat badania naukowe udowodniły, że
poddana obróbce radiacyjnej żywność zachowuje wartość
odżywczą oraz jest bezpieczna pod względem
toksykologicznym i bakteriobójczym.
W wyniku promieniowania jonizującego powstają między
innymi wolne rodniki oraz w zależności od wielkości dawki
promieniowania zostaje obniżona o 20 - 60% zawartość
witamin: A, B1, C oraz E. Nie można jednak zapominać, że
podobne straty zachodzą w czasie gotowania lub
zamrażania produktów, jak również długotrwałego
przechowywania żywności.
http://www.if.pw.edu.pl/~pluta/pl/dyd/mfj/zal03/rusiniak/wartosci%20_odzywcze_%20zdrowie_be
zpieczenstwo.htm
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Wady:
Poddawanie napromieniowaniu żywności
zanieczyszczonej mikrobiologicznie i wprowadzanie jej do
obrotu jako czystej i świeżej. Promieniowanie jonizujące,
podobnie jak inne metody, zabija drobnoustroje, ale
pozostawia ich toksyczne produkty przemiany materii.
Poddawanie działaniu promieniowania jonizującego
świeżych owoców i warzyw może być mylące dla
konsumenta przy ocenianiu ich świeżości i stopnia
dojrzałości.
Wydłużanie trwałości i czasu przechowywania leży
wyłącznie w interesie przedsiębiorcy, a nie konsumenta.
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
„Obróbki” radiacyjne
http://www.ichtj.waw.pl
Sieciowanie
polimerów, głównie
polietylenu w postaci
rur i taśm
termokurczliwych
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
• Polietylen napromieniowany wysokoenergetycznymi
elektronami ulega sieciowaniu.
• Usieciowany materiał po podgrzaniu do temperatury powyżej
punktu topnienia fazy krystalicznej wykazuje dużą
elastyczność, umożliwiającą jego rozciągnięcie.
• Ochłodzenie materiału w stanie rozciągniętym pozwala na
"zamrożenie" go w aktualnym kształcie.
• Powtórne podgrzanie powoduje zaś skurcz do pierwotnych
wymiarów. Własność to nosi nazwę "pamięci kształtu".
http://www.ichtj.waw.pl
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Ochrona środowiska
Usuwanie SO2 i NOx z gazów odlotowych przy
użyciu wiązki elektronów
Technologia opiera się na wzbudzeniu cząsteczek
gazu za pomocą wiązki elektronów. SO2 i NOx
są utleniane i reagują z para wodna tworząc
kwasy, które neutralizuje się amoniakiem.
Otrzymany stały produkt jest handlowym
nawozem sztucznym stosowanym w
ogromnych ilościach.
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Ochrona środowiska
W ciepłowni Kawęczyn zbudowana została
duża stacja pilotowa.
Wydajność usuwania zanieczyszczeń wynosi
98% dla SO2 i 70-90% dla NOx, w zależności od
warunków procesu.
Następny krok – elektrociepłownia Pomorzany
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Transmutacja odpadów nuklearnych
ojs.ujf.cas.cz/~wagner/prednasky/subatom/powerpoint/aplication.ppt
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Accelerator Mass Spectroscopy
Radiowęgiel jest popularną nazwą 14C jedynego radioaktywnego izotopu węgla.
Najważniejsze cechy różniące atomy 14C od
zwykłych atomów węgla to:
masa i radioaktywność.
Choć w śladowych ilościach, radiowęgiel
występuje powszechnie na Ziemi, dzięki
produkcji przez promieniowanie kosmiczne.
Okres połowicznego rozpadu 14C wynosi 5730
lat.
www.radiocarbon.pl
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Dzięki asymilacji z atmosfery, koncentracja 14C w żyjących
organizmach lądowych jest stała (Ro).
Po obumarciu organizmu, ubytek 14C spowodowany
rozpadem promieniotwórczym nie jest dłużej równoważony
i ilość 14C zaczyna maleć.
www.radiocarbon.pl
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Porównanie stosunków 14C/12C w próbce
obumarłej materii organicznej (Rm) i w atmosferze
pozwala na określenie wieku radiowęglowego.
Ma on sens czasu, jaki upłynął od momentu
obumarcia organizmu do chwili pomiaru.
Z uwagi na fluktuacje
„naturalnej” zawartości
14C w ciągu wieków
stosuje się krzywą
kalibracyjną:
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Znane „poprawki”
Przemysłowa
Na wybuchy termojądrowe
Na leżenie w wodzie
…
Krzywa kalibracyjna
uzyskiwana z drzew
www.carbon14.pl
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
http://www.bio.ntu.no/
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
http://www.carbon14.pl/education/download/malgorzata_bernes
Względne naturalne
zmiany koncentracji
izotopu 14C w atmosferze
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Jak mierzymy ?
Źródło /próbka/
Magnes analizujący
2009-11-27
Akcelerator
Poznańskie Laboratorium Radiowęglowe
dr Sławomir Wronka, IPJ
Najsłynniejsze zastosowania:
ü Datowanie okresu działalności Człowieka z Alp
Tyrolskich na 3120 –3350 B.C.
ü Datowanie płótna
Całunu Turyńskiego
www.ujk.edu.pl/ifiz/pl/files/lectures/Metody_fizyczne/Met_Fiz_AMS.pdf
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Pobór próbek 21.IV.1988, wycięto wycinek 10 mm *
70 mm daleko od łat i przepaleń
z wycinka otrzymano trzy oddzielne próbki
analogicznie przygotowano i zapakowano po trzy
próbki kontrolne z eksponatów muzealnych
zestawy po cztery kontenery przekazano do
laboratoriów, które nie znały numeru pojemnika z
próbką Całunu
wszystkie operacje przygotowywania prób
dokumentowano na video i fotografowano
www.ujk.edu.pl/ifiz/pl/files/lectures/Metody_fizyczne/Met_Fiz_AMS.pdf
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Wyniki
Wynik datowania płótna Całunu turyńskiego
metodą AMS: 1260 - 1390 AD
Próby kontrolne:
len z grobowca Qasr Ibrim w Nubii - (szacowany
na 11-12 wiek AD) datowany na 1026 - 1160 AD
len z mumii Kleopatry (110BC -75AD) datowany na
9BC - 78 AD
lniane nici z kapy biskupiej z Bazyliki Saint
Maximin z Vermont (1290 -1390 AD) datowane na
1263 - 1283 AD
www.ujk.edu.pl/ifiz/pl/files/lectures/Metody_fizyczne/Met_Fiz_AMS.pdf
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Raymond Rogers: „Badania próbek Całunu
Turyńskiego poddanych testowi na węgiel C14”,
„Thermochimica acta” (vol. 425 issues 1-2)
20.01.2005r. :
„Badania pyrolitycznym spektrometrem masowym
oraz obserwacja mikroskopowa i badania
mikrochemiczne wykazały, że próbka poddana
testowi węglowemu nie była częścią oryginalnego
płótna Całunu. Wynik próby węglowej nie
określił zatem prawdziwego wieku Całunu
Turyńskiego”.
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Wilhelm Conrad
Röntgen (1845-1923)
http://www.antonine-education.co.uk/Physics_A2/Options/Module_6/Topic_7/topic_7_x.htm
Promieniowanie X
Jedno z największych osiągnięć
dla medycyny
Bertha Röntgen
8 Nov, 1895
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Zdjęcie
współczesne
Tomografia komputerowa - CT
http://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:Head_CT_scan.jpg
http://www.philips.oprawy.pl/wydarzenia/2007/tomograf.asp
http://www.fizyka.net.pl/index.html?menu_file=aktualnosci%2Fm_aktualnosci.html&former_url=ht
tp%3A%2F%2Fwww.fizyka.net.pl%2Fciekawostki%2Fciekawostki_m1.html
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Radiografia /radioskopia/
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Radiografia X – akceleratory e- do ~15 MeV
www.bioscan.ch
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
J.Milczarek - IEA
X vs neutrony
Radiografia neutronowa
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Przykład
B. Schillinger
obiekt
promienie X - 150 keV
promienie γ - 1.25 MeV
neutrony termiczne
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
TUM
Krok do przodu – tomografia
przemysłowa
http://www.phoenixxray.com/viewDetails.php?bildnummer=4030
http://www.icpe.ro/lab/comp-ndt/tomo/
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Radiografia
mionami
i neutrinami
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
www.ipj.gov.pl
Deszcz promieniowania kosmicznego
Sea level muon intensity
10,000 m-2 min-1
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Cosmic Ray Muon Spectra
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Muon Range versus Energy
Muon Range-Energy relation in Rock
(Density 2.5 g/cm3)
Range (metres)
1000
100
10
1
1
10
100
Muon energy (GeV)
Walter Gilboy, Paul Jenneson, Stefaan Simons, Steven Stanley, Dominic Rhodes
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
1000
Radiografia mionowa aktywnego
wulkanu
muons
Mt. Asama
Mt. Iwate – Japonia
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Mt. Asama
Mt. Asama
H.Tanaka
Justen Cheers
Kathleen Hoover
Gustavo Rivera
Czy to bajka ?
Lata ’60 – seria eksperymentów
w poszukiwaniu „ukrytych
komnat” w piramidzie Chefrena
(Giza, Egipt).
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Metoda
Miony przechodząc prze „pustą” komorę tracą
oczywiście mniej energii.
Detektor „pod spodem”
powinien
zaobserwować
różnicę wskazań,
jeżeli nad nim
znajduje się ukryta
komora.
Justen Cheers
Kathleen Hoover
Gustavo Rivera
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
The Alvarez Experiment: Final
results of the project
Alvarez wrote that
“the results of all this
is that we found the
pyramid to be quite
solid, with no
chambers
comparable in size
to those found
above the plateau
level, in the Great
Pyramid.”
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Justen Cheers
Kathleen Hoover
Gustavo Rivera
Badania są kontynuowane
Teotihuacan, Meksyk.
Piramida Słońca.
Mieszkańcy opuścili
miasto z nieznanych
powodów ~700r,
odkryte przez Azteków
~1300r. Detektory
mionów pozwolą na
wykonanie obrazów 3D
wewnętrznej struktury
piramidy.
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Justen Cheers
Kathleen Hoover
Gustavo Rivera
Bezpieczeństwo
Ochrona granic
Wykrywanie przemytu materiałów radioaktywnych
Wykrywanie przemytu materiałów wybuchowych,
narkotyków, przemytu ludzi
Kontrola osób na lotniskach
Ochrona „antyterrorystyczna”
Wykrywanie min, materiałów wybuchowych
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Kontrola granic w Polsce
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Koncepcja wykrywania za pomocą
mionów
Los Alamos National Labolatory
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Technika radiografii X
http://www.dpl-surveillance-equipment.com/2500023125.html
Rapiscan
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Technika radiografii X
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Nuctech, Smiths-Heimann
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Nuctech
Przyszłość ?
BIR
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Wykrywanie materiałów niebezpiecznych
Advanced Technology for Marine Cargo Security
Douglas R. Brown
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Skład chemiczny typowy dla 3 grup materiałów:
1. Materiały wybuchowe => duża zawartość azotu
(normalizowana do O)
2. Narkotyki => duża zawartość węgla i N
(normalizowana do O)
3. Inne => mało C i mało N (normalizowana do O)
C/O
narkotyki
inne
materiały
wybuchowe
N/O
Prof.Szeptycka
55
Advanced Technology for Marine Cargo Security
Douglas R. Brown
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Advanced Technology for Marine Cargo Security
Douglas R. Brown
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Advanced Technology for Marine Cargo Security
Douglas R. Brown
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Advanced Technology for Marine Cargo Security
Douglas R. Brown
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Kontrola osób
http://www.cyberpunkreview.com/news-as-cyberpunk/welcome-to-the-future-xray-nudiepictures-from-phoenix/
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Kontrola osób
Nowe techniki – compton backscattering
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Jak to działa ?
AS&E
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Ochrona prywatności…
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
AS&E
Backscattering
AS&E
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Wykrywanie samobójczych ataków
bombowych
AS&E
Obraz z odległości 10m
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
LEXID, Physical Optics Corporation, USA
X-latarka
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Patrole antyterrorystyczne
AS&E
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
FORCE PROTECTION WORKING GROUP, http://www.siri-us.com/
IED
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
improvised explosive device detection
HAXIS, Physical Optics Corporation, USA
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Promieniowanie synchrotronowe
Medycyna, biologia, chemia,
Medycyna,
fizyka, ochrona środowiska…
Light Sources Brightness & ID
F. Sannibale
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Co oznacza „jasne” ?
Light Sources Brightness & ID
F. Sannibale
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Promieniowanie synchrotronowe
Light Sources Brightness & ID
F. Sannibale
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Współczesne synchrotronowe źródła światła –
akceleratory optymalizowane pod kątem produkcji
promieniowania synchrotronowego
ESRF-- France
ESRF
APS - USA
2009-11-27
Light Sources Brightness & ID
F. Sannibale
dr Sławomir Wronka, IPJ
Przykładowe zastosowania
before estrogen loss after estrogen loss
Badania nad osteoporozą
Angiografia
Light Sources Brightness & ID
F. Sannibale
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
„Jasność” rośnie szybciej niż prędkości
procesorów !
A million more
X-rays
One billion
1023
1022
1021
1020
1019
1018
1017
1016
1015
1014
1013
1012
1011
1010
109
108
107
X-ray Brightness
Computing speed
1960
1970
1980
1990
1015
1014
1013
1012
1011
1010
109
108
107
106
105
104
103
102
101
100
10-1
Computing speed
One million
2000
X-ray Brightness
Computing speed
Light Sources Brightness & ID
F. Sannibale
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Analiza fluorescencyjna
Czuła metoda analityczna do określania
koncentracji pierwiastków
Szeroko wykorzystywana w różnych
dziedzinach nauk podstawowych i w
badaniach interdyscyplinarnych
http://www.ujk.edu.pl/ifiz/pl/files/lectures/Metody_fizyczne/Met_Fiz_XRF.pdf
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Analiza fluorescencyjna
Rejestracja charakterystycznego promieniowania X
emitowanego z atomów na skutek jonizacji
wewnętrznych powłok atomowych promieniowaniem
wzbudzającym.
Otrzymujemy informację
o rodzaju pierwiastka oraz
koncentracji pierwiastka
zawartego w próbce.
http://users.abo.fi/jlill/principle.jpg
http://www.ujk.edu.pl/ifiz/pl/files/lectures/Metody_fizyczne/Met_Fiz_XRF.pdf
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Przykładowe widmo
Intensywności zarejestrowanych linii są
wprost proporcjonalne do stężenia badanego
pierwiastka w próbce.
http://www.ujk.edu.pl/ifiz/pl/files/lectures/Metody_fizyczne/Met_Fiz_XRF.pdf
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
•XRF–X-Ray Fluorescence–metoda wykorzystująca
wzbudzanie charakterystycznego promieniowania
rentgenowskiego atomów tarczy przez fotony z lampy
rentgenowskiej
•RXRF-Radioisotope X-Ray Fluorescence–wzbudzanie
promieniowaniem ze źródeł promieniotwórczych
•SRIXE(SR-XRF) –Synchrotron Radiation Induced XRay Emission–wzbudzanie silnym promieniowaniem
synchrotronowym
•PIXE–Particle Induced X-Ray Emission–wzbudzanie
cząstkami naładowanymi z akceleratora
http://www.ujk.edu.pl/ifiz/pl/files/lectures/Metody_fizyczne/Met_Fiz_XRF.pdf
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
L.V.Beethoven
Herman Winick
Seminar at the John Adams Institute
August 16, 2007
Intensity of Pb x-ray fluorescence from a standard
hair (SN-1) with 6 ppm of lead compared to that of a
hair from Beethoven (LVB) as determined at APS.
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
PIXE
Particle Induced X-ray Emission
Protony
Energia ≈ 1- 3 MeV
Charakterystyczne
promieniowanie X
Struktura Staroegipskich Malowideł Ściennych
1. Baza
Ściana (wapień, piaskowiec, cegła)
1
2a
2b 3
4
2. Grunt
a) Warstwa gruboziarnista
(Piasek, gips)
b) Warstwa drobnoziarnista
(Piasek, gips)
3. Tynk
(gips)
4. Farba
Przekrój malowidła ściennego
Mapy 7PIXE zielonego pigmentu
Grobowiec Totmesa III (N.34) 1504 BC
2000
0
2
4
6
8
10
Face (one grain)
Ca
1500
12
Zieleń egipska
Wolastonit CaCuSiO3
Ca
Yield
Cu
1000
Si
500
Cu
Fe
0
0
Sample LT5.s4
µ PIXE E=3.05 MeV protons
Dresden 03/4/2008
2
4
6
8
10
12
Energy (keV)
Korman, Turos
http://labec.fi.infn.it/Cultural.html
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ
Dziękuję za uwagę
http://sense4fun.com/uncategorized/x-ray.html
2009-11-27
dr Sławomir Wronka, IPJ