docAkceleratory i detektory cząstek wokół nas
download 
Reklamacja Transkrypt
Akceleratory i detektory cząstek wokół nas
Accelerators and particle detectors around us Akceleratory i detektory cząstek wokół kół nas Sławomir Wronka, 03/04/2009r Detektory Dziś W Wczoraj j 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Akceleratory Dziś W Wczoraj j 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Gdzie znajdziemy akceleratory i detektory d t kt ? Badania naukowe Medycyna P Przemysł ł Ochrona granic Archeologia Ochrona zabytków Ochrona środowiska … 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Medycyna – oddzielny wykład Diagnostyka g y Sterylizacja y j sprzętu p ę Terapia p 2009-04-06 Radioterapia „standardowa” Radioterapia hadronowa Wykorzystanie neutronów dr Sławomir Wronka, IPJ Sterylizacja Sterylizacja radiacyjna sprzętu i materiałów medycznych jest prowadzona w celu zabicia drobnoustrojów i ich form przetrwalnikowych. P Proces wykorzystuje k t j silne il właściwości ł ś i ś i bakteriobójcze promieniowania jonizującego. 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Sterylizacja Sterylizacja radiacyjna nie wywołuje radioaktywności y w napromieniowanym p y produkcie, jest wiec pod tym względem całkowicie bezpieczna. Czynnikiem sterylizującym mogą być przyspieszone elektrony lub promieniowanie gamma. 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Napromienianie żywności Radiacyjna yj metoda konserwacji j żywności y Wiązka e- max. 10MeV, fotony max. 5MeV. 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Napromienianie żywności Zapobieganie psuciu się żywności poprzez eliminacje bakterii pleśni bakterii, pleśni, grzybów i pasożytów powodujących jej rozkład Eliminacja drobnoustrojów chorobotwórczych do poziomu zapewniającego bezpieczeństwo konsumpcji Przedłużenie P dł ż i okresu k składowania kł d i świeżych ś i ż h owoców ó i warzyw poprzez hamowanie naturalnych procesów biologicznych - dojrzewania, kiełkowania itp. Niezastąpione w przypadku np. przypraw, suszonych warzyw - eliminowanie konieczności stosowania chemicznych środków konserwujących. konserwujących 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Przykład - truskawki Nienaświetlane po 7 dniach 2009-04-06 Napromienione wiązką elektronów po 17 dniach dr Sławomir Wronka, IPJ Przykład - cebulka 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Napromienianie żywności Prowadzone od wielu lat badania naukowe udowodniły, y, ze p poddana obróbce radiacyjnej yj j żywność zachowuje wartość odżywcza oraz jest bezpieczna pod względem toksykologicznym i bakteriobójczym. Co z wolnymi rodnikami ? 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Wady: Poddawanie napromieniowaniu p żywności y zanieczyszczonej mikrobiologicznie i wprowadzanie jej do obrotu jako czystej i świeżej. Promieniowanie jonizujące, podobnie jak inne metody metody, zabija drobnoustroje, 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. dojrzałości Wydłużanie trwałości i czasu przechowywania leży wyłącznie w interesie przedsiębiorcy, a nie konsumenta. 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ „Obróbki Obróbki” radiacyjne Sieciowanie polimerów, głównie polietylenu w postaci rur i taśm termokurczliwych 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Nano-Membrany Kolorowanie K l i k kamieni i i szlachetnych 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Accelerator Mass Spectroscopy Radiowęgiel jest popularną nazwą 14C jedynego radioaktywnego izotopu węgla. Najważniejsze j j cechy y różniące ą atomy y 14C od zwykłych atomów węgla to: masa i radioaktywność. Choć w śladowych ilościach, radiowęgiel występuje powszechnie na Ziemi, dzięki produkcji d k ji przez promieniowanie i i i k kosmiczne. i Okres połowicznego rozpadu 14C wynosi 5730 l t lat. www.radiocarbon.pl 2009-04-06 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. 2009-04-06 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: 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Znane „poprawki „poprawki” Przemysłowa Na wybuchy termojądrowe Na leżenie w wodzie … Krzywa kalibracyjna uzyskiwana z drzew 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ http://www.bio.ntu.no/ 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Względne naturalne zmiany koncentracji izotopu 14C w atmosferze 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Jak mierzymy ? Źródło /próbka/ Magnes analizujący 2009-04-06 Akcelerator Poznańskie Laboratorium Radiowęglowe dr Sławomir Wronka, IPJ Najsłynniejsze zastosowania: 9 Datowanie okresu działalności Człowieka z Alp Tyrolskich y o s c na a3 3120 0 –3350 3350 B.C. C 9 Datowanie płótna Całunu Turyńskiego 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Pobór próbek 21.IV.1988, 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 p p muzealnych y zestawy po cztery kontenery przekazano do laboratoriów, które nie znały y numeru p pojemnika j z próbką Całunu wszystkie operacje przygotowywania prób dokumentowano na video i fotografowano 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Wyniki Wynik datowania płótna Całunu turyńskiego metodą AMS: 1260 - 1390 AD Próby y kontrolne: 2009-04-06 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 dr Sławomir Wronka, IPJ A więc… falsyfikat ? Próbki kontrolne dość "sterylnych" sterylnych warunkach nie narażone na zanieczyszczenia Najbardziej j j narażone na zanieczyszczenia y sąą tkaniny zbudowane z włókien o średnicy mikronów - ich powierzchnia wystawiona nadziałanie zanieczyszczeń jest olbrzymia Materiały lniane poddane wysokim temperaturom w obecności b ś i wody, d dwutlenku d l k i tlenku l k węgla l wchłaniają młodszy węgiel - praktycznie materiał jest "odmładzany" odmładzany 2009-04-06 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 : 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 k ślił zatem t prawdziwego d i wieku i k C Całunu ł Turyńskiego”. 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) Promieniowanie X Jedno z największych osiągnięć dla medycyny Bertha Röntgen 8 Nov, 1895 From D. Robin 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Zdjęcie współczesne Tomografia komputerowa - CT 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Radiografia /radioskopia/ 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Radiografia X – akceleratory e- do ~15 15 MeV www.bioscan.ch 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ X vs neutrony 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Radiografia neutronowa 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Przykład B. Schillinger obiekt promienie X - 150 keV promienie γ - 1.25 MeV neutrony termiczne 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ TUM Krok do przodu – tomografia przemysłowa ł 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Radiografia mionami i neutrinami 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ www.ipj.gov.pl Deszcz promieniowania kosmicznego Sea level muon intensity 10,000 m-2 min-1 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Cosmic Ray Muon Spectra 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Muon Range versus Energy Muon Range Range-Energy 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 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ 1000 Radiografia mionowa aktywnego wulkanu muons Mt. Asama Mt. Iwate – Japonia 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Mt. Asama Mt. Asama H.Tanaka Dlaczego miony ? 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Czy to bajka ? Lata ’60 60 – seria eksperymentów w poszukiwaniu „ukrytych komnat” w p piramidzie Chefrena (Giza, Egipt). 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Metoda Miony przechodząc prze „pustą „pustą” komorę tracą oczywiście mniej energii. Detektor „p „pod spodem” p powinien zaobserwować różnicę wskazań, jeżeli nad nim znajduje się ukryta komora. 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ The Alvarez Experiment: Final results off the h project j Alvarez wrote that “the results of all this is that we found the pyramid to be quite solid, with no chambers h b comparable in size to those found above the plateau level,, in the Great Pyramid.” 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Badania są kontynuowane Teotihuacan, T ih M k k Meksyk. Piramida Słońca. Mieszkańcy opuścili miasto z nieznanych powodów ~700r, odkryte dk t przez A Azteków t kó ~1300r. Detektory mionów p pozwoląą na wykonanie obrazów 3D wewnętrznej struktury piramidy piramidy. 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Tomografia neutrinowa ! http://aether.lbl.gov/www/projects/neutrino/tomo/KUOC-TOMOGRAPHY-m.JPG 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Tomografia neutrinowa Inner Core Core Mantle Neutrino oscillation tomography (NOT) Neutrino absorption p tomography g p y ((NAT)) 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Neutrino absorption tomography (NAT) Neutrino source Neutrino propagation Neutrino detection Scattered? Atmospheric - Cosmic - TeV neutrino beam? - Weak interactions damp initial flux by absorption/deflection/regeneration p / / g ¾Integrated effect leads to attenuation (different for muon and tau neutrinos) Depends on nucleon density y Deep- sea neutrino detectors - Moving detectors? - Walter Winter 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Neutrino oscillation tomography (NOT) Źródło: Akcelerator ? νβ? να Detektor daleki Detektor bliski Oscylacje neutrin zależą od oddziaływań z materią. Usiłujemy znaleźć właściwości materii… 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Bezpieczeństwo Ochrona granic Wykrywanie przemytu materiałów radioaktywnych Wykrywanie y y p przemytu y materiałów wybuchowych, y y narkotyków, przemytu ludzi Kontrola osób na lotniskach Ochrona „antyterrorystyczna” Wykrywanie min, materiałów wybuchowych 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Kontrola granic w Polsce 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Koncepcja wykrywania za pomocą mionów i ó Los Alamos National Labolatory 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Technika radiografii X 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Technika radiografii X 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Przyszłość ? BIR 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Wykrywanie materiałów niebezpiecznych 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Skład chemicznyy typowy yp y dla 3 g grup p materiałów: 1. Materiały wybuchowe => duża zawartość azotu (normalizowana do O) 2 Narkotyki => 2. > 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 59 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Kontrola osób 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Kontrola osób Nowe techniki – compton backscattering 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Jak to działa ? 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Ochrona Oc o a prywatności… p y at ośc 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Backscattering AS&E 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Wykrywanie samobójczych ataków b bombowych b h AS&E Obraz z odległości 10m 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ LEXID, Ph hysical Optics Corporation, USA X-latarka 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Patrole antyterrorystyczne 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ FORCE PROTE ECTION WORKING G GROUP, http://www.s siri-us.com/ IED 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ improvised explosive device detection HAXIS, Physical Optics Corporation, USA 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Promieniowanie synchrotronowe Medycyna Med Medycyna, ycyna biologia, ycyna, biologia chemia chemia, fizyka, ochrona środowiska… 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Co oznacza „jasne” „jasne ? 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Promieniowanie synchrotronowe 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Współczesne synchrotronowe źródła światła – akceleratory optymalizowane pod kątem produkcji promieniowania synchrotronowego ESRF-- France ESRF APS - USA 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Przykładowe zastosowania before estrogen loss after estrogen loss Badania nad osteoporozą Angiografia 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ LIGA – X X-ray ray litography 2009-04-06 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 X-ray Brightness Computing speed 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ 1015 1014 1013 1012 1011 1010 109 108 107 106 105 104 103 102 101 100 10-1 2000 Computing speed One million Analiza fluorescencyjna Czuła metoda analityczna do określania koncentracji pierwiastków Szeroko wykorzystywana w różnych dziedzinach nauk p podstawowych y iw badaniach interdyscyplinarnych 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Analiza fluorescencyjna Rejestracja charakterystycznego promieniowania X emitowanego z atomów na skutek jonizacji wewnętrznych powłok atomowych promieniowaniem wzbudzającym. b d j Otrzymujemy Ot j iinformację f j o rodzaju pierwiastka oraz koncentracji pierwiastka zawartego w próbce. 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Przykładowe widmo Intensywności y zarejestrowanych j y linii są ą wprost proporcjonalne do stężenia badanego pierwiastka w próbce. 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ •XRF–X-Ray XRF X Ray Fluorescence Fluorescence–metoda 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) SRIXE(SR XRF) –Synchrotron Synchrotron Radiation Induced X XRay Emission–wzbudzanie silnym promieniowaniem synchrotronowym •PIXE–Particle Induced X-Ray Emission–wzbudzanie cząstkami naładowanymi z akceleratora 2009-04-06 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, p p piaskowiec, cegła) g ) 1 2a 2b 3 4 2. Grunt a) Warstwa gruboziarnista (Piasek, gips) b) Warstwa drobnoziarnista (Piasek, gips) 3. Tynk y (gips) 4. Farba Przekrój malowidła ściennego Mapy μPIXE zielonego pigmentu Grobowiec Totmesa III (N.34) 1504 BC 2000 0 2 4 6 8 10 Face (one grain) Ca 1500 12 Zieleń Zi l ń egipska i k Wolastonit CaCuSiO3 Ca Yield C 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 Paryż 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ Dziękuję za uwagę http://sense4fun.com/uncategorized/x-ray.html p g y Wykorzystano materiały m.in: W.Scharf, A.Sessler, L.Lamm, H.Tanaka 2009-04-06 dr Sławomir Wronka, IPJ
http://www.ichtj.waw.pl
