T5. Prace aparaturowe i metodyczne

Temat 5. PRACE APARATUROWE I METODYCZNE
Główne prace w tej dziedzinie prowadzone były w DAI, DC, w zakładach: NZ21, NZ22, NZ57, oraz w pracowni
POW w Zakładzie 52.
BUDOWA INFRASTRUKTURY BADAWCZEJ
zadanie 1. Budowa detektorów i infrastruktury badawczej dla eksperymentów fizyki
i nauk pokrewnych
DAI
1. Udział w pracach inżynieryjno-technicznych przy montażu stellaratora W-7X
w Greifswald, Niemcy (kontynuacja)
Kilkunastoosobowy zespół inżynieryjno-techniczny z IFJ PAN kierowany przez
inżynierów z DAI kontynuował prototypowe zadanie jakim było przygotowanie
elementów
i zainstalowanie systemu zasilania nadprzewodzących cewek na ostatnim module
stellaratora. W 2011 r. rozpoczęto wykonywanie połączeń nadprzewodzących przewodów
pomiędzy modułami. Udział IFJ PAN w tych pracach skończy się w 2013 r.
2. Wykonanie elementów oprzyrządowania do diagnozowania stanu plazmy w stellaratorze
W7-X w Greifswald (kontynuacja)
 Ukończono produkcję serii elementów mechanicznych do 30 polichromatorów.
3. Budowa i funkcjonowanie Europejskiego Ośrodka Badań Laserem Rentgenowskim na
Swobodnych Elektronach (XFEL) (kontynuacja)
Udział w pracach inżynieryjno-technicznych:
 Kontynuowano przygotowania do testów nadprzewodzących komponentów akceleratora:
wnęk rezonansowych, magnesów i krio-modułów. Przeprowadzono szkolenie kolejnych
grup pracowników.
 W ramach wspomagania grup DESY stworzono aplikację sieciową umożliwiającą zdalny
dostęp do danych pomiarowych znajdujących się w maszynie do strojenia wnęk
rezonansowych.
Kierownictwo XFEL GmbH zaliczyło prace wykonane przez zespół IFJ PAN w 2010
i 2011 r. jako część planowego wkładu rzeczowego Polski w budowę lasera XFEL.
4. Udział w pracach inżynieryjno-technicznych dla teleskopów Czerenkova w ramach
Polskiego Konsorcjum Projektu „Cherenkov Teleskope Array” CTA (kontynuacja)
 Kontynuowano prace nad projektem struktury małego teleskopu. W wyniku zmiany
specyfikacji technicznej przez Europejskie Konsorcjum CTA zaprojektowano nową
strukturę o średnicy czaszy 7.5 m. W 2011 r. zapadła decyzja konsorcjum, że prototypowa
struktura o średnicy czaszy 7.5 m zostanie wykonana w Polsce i uruchomiona w IFJ PAN.
 Przeprowadzono intensywne prace badawczo-rozwojowe dla opracowania technologii
zwierciadeł o otwartej strukturze sandwiczowej dedykowanych do struktury małego
teleskopu. Do połowy 2012 r. wykonane zostaną pierwsze prototypy, które będą testowane
w ośrodkach należących do Europejskiego Konsorcjum CTA.
5. Udział w pracach inżynieryjno-technicznych w trakcie eksploatacji eksperymentu ATLAS
oraz w jego przyszłych modyfikacjach, CERN, Szwajcaria (kontynuacja)
 Kontynuowano prace badawczo-rozwojowe nad systemem chłodzenia z użyciem innych
czynników chłodniczych, w tym nad stanowiskiem do chłodzenia dwutlenkiem węgla.
60
6. Udział w pracach inspekcyjnych i elektrycznych w trakcie modyfikacji akceleratora LHC,
CERN, Szwajcaria (kontynuacja)
 Rozpoczęto modernizację sprzętu pomiarowego i jego oprogramowania w ramach
przygotowania do udziału zespołów inżynieryjno – technicznych IFJ PAN w pracach
grupy elektrycznej (ELQA) i inspekcyjnej (QAS) w trakcie wyłączenia LHC w latach
2013–2014. (nowe zadanie)
7. Udział w pracach projektowych i inżynieryjno-technicznych dla detektora LumiCal
w ramach kolaboracji FCAL (kontynuacja)
 Kontynuowano prace koncepcyjne i warsztatowe nad prototypem detektora LumiCal.
8. Centrum Cyklotronowe Bronowice
Udział w pracach inżynieryjno-technicznych dla terapii hadronowej (kontynuacja)
 Kontynuowano prace modyfikacyjne elementów stanowiska do terapii hadronowej.
Wykonano fantomy gałek ocznych, a także indywidualne kolimatory i modulatory piku
Bragga dla pacjentów.
9. Udział w pracach inżynieryjno-technicznych przy modyfikacji krzemowego detektora
wierzchołka w eksperymencie Belle II (nowe zadanie)
 Zbudowano wstępny model 3-D makiety krzemowego detektora wierzchołka, który ma
być uzgodniony ze współpracą.
10. Zaprojektowanie detektora paluszkowego dla GSI, Darmstadt oraz wykonanie
elementów mechanicznych detektora (nowe zadanie)
 Wykonano projekt detektora, który w wyniku zmian wprowadzonych przez GSI będzie
zmodyfikowany.
Wyniki prac dały przyczynki do opublikowanych w 2011 r. z udziałem pracowników DAI 59
publikacji w czasopismach wyróżnionych w JCR.
zadanie 2. Modernizacja i eksploatacja cyklotronu AIC-144 dla potrzeb terapii
hadronowej
DC
1. Poprawa struktury pola magnetycznego i systemu wysokiej częstotliwości dla utrzymania
wartości maksymalnej energii oraz natężenia i stabilności (współpraca z ZIBJ, Dubna).
2. Rozwój systemu diagnostyki i monitoringu wiązki terapeutycznej (współpraca z ZIBJ,
Dubna).
3. Optymalizacja transportu i stabilności wiązek na stanowisku terapeutycznym.
4. Wymiana zasilaczy cewek koncentrycznych w systemie magnetycznym cyklotronu
AIC-144.
5. Modernizacja systemu chłodzenia cyklotronu (obieg pierwotny).
6. Przygotowanie i zapewnienie sprawnej pracy cyklotronu podczas przeprowadzonych
w 2011 r. czterech serii radioterapii protonowej pacjentów chorych na nowotwór gałki
ocznej. W sumie naświetlono 11 osób.
zadanie 3. Badania i rozwój akceleratorów i technik towarzyszących – (7. PR UE TIARA)
NZ14, NZ21, NZ22
1. Organizacja i zarządzanie wielkimi instalacjami akceleratorowymi oraz rozproszoną
europejską infrastrukturą dla testów nowych technik akceleratorowych.
61
 Przygotowanie procedur i prawnych reguł korzystania z przyszłej rozproszonej
europejskiej infrastruktury badawczej jest zadaniem pakietu WP2 projektu TIARA.
Przyszła infrastruktura może składać się z instalacji należących do instytucji o bardzo
różnych uwarunkowaniach statutowych. Wymaga to skrupulatnego ustalenia reguł,
akceptowalnych przez wszystkich użytkowników, a równocześnie zapewniających
sprawność organizacji. Obecnie przeprowadza się ewaluację dwóch potencjalnych form
organizacyjnych przyszłej TIARA. Ostateczny wybór planowany jest w trzecim kwartale
2012.
2. Dokumentacja istniejących instalacji dla badań i rozwoju technik akceleratorowych dla
włączenia ich we wspólną europejską infrastrukturę badawczą oraz projektowanie
rozwoju takiej infrastruktury.
 Zanim opracuje się plany rozwoju wspólnej, europejskiej, rozproszonej infrastruktury dla
badań i rozwoju fizyki i technik akceleracji należy zinwentaryzować istniejące zasoby,
które mogłyby stanowić zalążek przyszłej bazy. Pakiet WP3 projektu TIARA zebrał i
opracował bazę danych na podstawie ankiet rozprowadzonych w szeregu krajów
europejskich. Obecnie prowadzi się szczegółową weryfikację danych i opracowuje raport,
który stanowi jeden z planowanych rezultatów tej fazy przygotowawczej programu
TIARA.
3. Prace nad spójnym, obszernym programem badań i rozwoju technik akceleratorowych
w Europie
 Przegląd programów dotyczących badań i rozwoju fizyki i technik akceleracji
prowadzonych obecnie jest przedmiotem analizowanym w ramach pakietu WP4 w
projekcie TIARA. Przegląd ten został dokonany, obecnie trwa opracowywanie
odpowiedniej bazy danych. Jest to wstęp, dla opracowania wspólnego programu badań w
ramach przyszłej europejskiej rozproszonej infrastruktury badawczej dla rozwoju
akceleratorów. Poza samym programem opracowuje się również procedury kreowania
programów badawczych oraz zasad uczestnictwa.
4. Opracowanie zasad organizacji i rozwoju edukacji i popularyzacji w zakresie fizyki i
techniki akceleracji.
 Te zagadnienia stanowią przedmiot prac wchodzących do zadań pakietu WP5 w projekcie
TIARA. Opracowano ankietę, którą następnie rozesłano do uniwersytetów i instytutów
naukowych w kilkunastu krajach członkowskich CERN zbierającą dane o kształceniu w
ramach fizyki i technik akceleracji cząstek. Następnie dane te zostały opracowane
statystycznie i zaprezentowane w formie raportu, a także w formie bazy danych wraz z
interfejsem graficznym ułatwiającym jej wykorzystanie. Raport jest obecnie przedmiotem
zatwierdzenia przez Radę Zarządzającą projektu TIARA i będzie stanowił jeden z
zapowiadanych wyników projektu.
zadanie 4. Kontynuacja prac nad zastosowaniem metody magnetohydrodynamicznego
uzdatniania wody oraz metody filtracji w polu magnetycznym
Zakład NZ52 – Pracownia POW
1. Badania nad wykorzystaniem pola magnetycznego do wspomagania procesów
odżelaziania wody. Badania porównawcze szybkości korozji stali w instalacji
laboratoryjnej w wodzie uzdatnionej i nieuzdatnionej polem magnetycznym.
Wykonano model (w ramach programu patent plus) a następnie w pełni funkcjonalny
prototyp filtra – aktywatora magnetycznego wg patentu IFJ p.n. „Urządzenie do usuwania
z wody związków żelaza poprzez oddziaływanie na wodę polem magnetycznym”
62
nr P-393467 z dnia 29 grudnia 2010. Prototyp urządzenia przebadano w warunkach
laboratoryjnych. Testy przemysłowe prototypu i wdrożenie w „Siarkopolu” - Kopalni
Siarki „Osiek”, przewidywane są w 2012 roku.
zadanie 5. Rozwój metod izotopowych dla celów medycyny nuklearnej i analityki
chemicznej z wykorzystaniem cyklotronu AIC-144 (zadanie nowe)
Zakład NZ57
1. Opracowanie metod otrzymywania i wydzielania radionuklidow dla tomografii PET
i SPECT
 Prace nad otrzymywaniem 66Ga
Zmontowano nowe stanowisko do preparatyki tarcz cynkowych metodą galwaniczną.
Wykonano serię tarcz o różnej grubości warstwy Zn i oceniono ich jakość.
Wielowarstwową tarczę (Zn/Cu) aktywowano protonami 60MeV w cyklotronie AIC-144,
po czym wydzielono gal metodą ekstrakcyjną. Produkty aktywacji zmierzono metodą
spektrometrii gamma.
Prace są prowadzone we współpracy z Ośrodkiem PET-TK-MR Medycznego Centrum
Diagnostycznego Voxel, w Krakowie.
 Otrzymywanie i nowe zastosowania 211At
W przeszłości w IFJ PAN opracowano metodykę otrzymywania 211At w reakcji 209Bi(alfa,
2n) oraz termicznego wydzielania 211At z tarczy. W roku 2011 wzięto udział
w eksperymentach mających na celu wykorzystanie 211At do terapii nowotworów. Tarcze
Bi były aktywowane w cyklotronie U-200. Wydzielanie 211At prowadzono w aparaturze
zbudowanej Zakładzie NZ57. Otrzymany 211At był natychmiast wykorzystywany do
syntezy nowych związków astato-organicznych.
Prace są prowadzone we współpracy ze Środowiskowym Laboratorium Ciężkich Jonów
(HIL) Uniwersytetu Warszawskiego, Instytutem Chemii i Techniki Jądrowej (ICHTJ) oraz
Warszawskim Uniwersytetem Medycznym (WUM).
2. Pilotażowe prace metodyczne dla protonowej analizy aktywacyjnej próbek biologicznych
i środowiskowych
 Wykonano serię analiz za pomocą protonowej aktywacji, wyniki opublikowano.
UTRZYMANIE INFRASTRUKTURY BADAWCZEJ
Utrzymanie specjalnych urządzeń badawczych
1. Cyklotron izochroniczny AIC-144
 Jest to jedyny akcelerator w Polsce i w Europie Środkowo-Wschodniej, umożliwiający
przyspieszanie protonów do energii ok. 60 MeV, umożliwiającej prowadzenie radioterapii
protonowej nowotworów oka, prowadzenie prac naukowo badawczych w tym zakresie
oraz prac z zakresu radiochemii (produkcja izotopów, analiza aktywacyjna). Na bazie tego
urządzenia, we współpracy z ośrodkami medycznymi, w 2010 r. została ukończona
budowa stanowiska radioterapii protonowej nowotworów oka. Obecnie cyklotron AIC-144
jest eksploatowany w cyklu dwuzmianowym (średnio po około 14 godzin dziennie), przez
5 dni w tygodniu.
2. Stanowisko do radioterapii protonowej nowotworów oka i badań, przy cyklotronie
izochronicznym AIC-144
63
 Jest to jedyne w Polsce stanowisko, na którym będzie można prowadzić radioterapię
protonową nowotworów oka oraz prowadzić badania, które wymagają wiązki protonowej
o energii do 60 MeV. Z początkiem 2011 r. planowane są pierwsze serie naświetlań
pacjentów. W Europie działa jedynie sześć stanowisk radioterapii protonowej oka, pięć
z nich funkcjonuje przy dużych instytutach naukowych, które udostępniają czas cyklotronu
dla potrzeb prowadzenia radioterapii protonowej nowotworów oka. Stanowisko jest
jedynym w Polsce urządzeniem pozwalającym prowadzić również prace badawcze
dotyczące radioterapii protonowej, a w szczególności prace nad efektami
radiobiologicznymi wiązek protonowych oraz dozymetrii protonów dla potrzeb
radioterapii. Umożliwia też badania nad nowymi detektorami, które mogą mieć
zastosowanie do dozymetrii wiązek protonowych wykorzystywanych w radioterapii.
3. Akcelerator typu Van de Graaffa z układem mikrowiązki jonowej oraz z komorą do
naświetlania pojedynczymi jonami.
 Akcelerator dostarcza napięcie o wartości do 2.5 MV przy prądzie wiązki (na końcowych
stanowiskach pomiarowych) w zakresie od ok. 1000 jonów/sek. do kilku nA. Ze swoimi
systemami badawczymi jest to jedyny układ tego typu w Polsce i jeden z niewielu
w Europie środkowo-wschodniej. Urządzenie znajduje zastosowanie w badaniach składu
pierwiastkowego (szczególnie pierwiastków śladowych) próbek biomedycznych,
geologicznych, środowiskowych i innych (np. obiektów sztuki). Stanowisko do
naświetlania pojedynczymi jonami wykorzystywane jest w badaniach odpowiedzi
komórkowej na promieniowanie jonizujące.
4. Tomograf magnetycznego rezonansu 4.7 T z wyposażeniem
 Tomograf doświadczalny magnetycznego rezonansu 4.7T stanowi główne urządzenie
Pracowni Tomografii MR, stanowiącej Środowiskowe Laboratorium Badań
Biomedycznych. Urządzenie służy do różnego typu eksperymentów MRI/MRS in vivo.
5. Mikrowiązka rentgenowska
 Jest to urządzenie wytwarzające wielozadaniową mikrowiązkę rentgenowską o średnicy
ogniska ok. 2 µm (FWHM). Stanowisko (trakt) do pomiarów metodą mikrotomografii
komputerowej umożliwia nieniszczące obrazowanie struktury wewnętrznej obiektów
o rozmiarach od setnych części milimetra do kilku centymetrów, ze zdolnością rozdzielczą
ok. 2 µm, przy powiększeniu w zakresie 1 – 1500 razy. Jest jednym z dwóch stanowisk
badawczych w Polsce o tak wysokiej zdolności rozdzielczej.
6. Impulsowy generator neutronów 14 MeV
 Urządzenie jest obecnie jedynym w Polsce impulsowym generatorem neutronów prędkich
14 MeV (ponadto z możliwością pracy w reżimie ciągłym, a także impulsowym w zakresie
neutronów termicznych), co pozwala włączyć się polskim grupom badawczym,
zajmującym się rozwojem metod detekcji neutronów, do europejskiego projektu,
zakrojonego na najbliższe 30 lat, wykorzystania syntezy termojądrowej, jako
przyszłościowego źródła energii.
7. Dwuwiązkowy implantator jonów
 Implantator jonów, jest jednym z trzech tego rodzaju urządzeń w Polsce, natomiast jest
jedynym i unikalnym urządzeniem, które posiada możliwość stosowania dwóch wiązek,
a także pozwala zarówno implantować jony jak i pokrywać cienkimi powłokami
powierzchnię obiektów trójwymiarowych.
Rozwój sieci lokalnej LAN oraz współpraca z akademicką siecią MAN
64
1. Rozwój szybkiej transmisji danych oraz utrzymanie systemów operacyjnych w klastrach
komputerów i stacjach roboczych w IFJ PAN
 Kontynuowano przebudowę znacznej części światłowodowej lokalnej sieci LAN oraz
zewnętrznego połączenia do sieci MAN. Modernizacja tej części pozwala na transmisje
pomiędzy poszczególnymi klastrami obliczeniowymi wewnątrz IFJ na poziomie 20
Gbitów na sekundę, oraz wymianę danych pomiędzy klastrem GRID TIR 3 w Instytucie a
klastrem GRID TIR 2 w MAN na poziomie do 4 Gbitów na sekundę z zapewnieniem
dynamicznego wyboru drogi transmisji.
2. Zakupy oprogramowania, zapewnienie bezpieczeństwa i integralności sieci
komputerowej
 Zapewnienie bezpieczeństwa w sieci polegało na ciągłym monitorowaniu ruchu
sieciowego w lokalnej sieci LAN jak również połączeń z siecią WAN oraz na
konsultacjach z lokalnymi administratorami systemów Unix/Linux w zakresie
bezpieczeństwa, jak i na monitorowaniu w sieci alertów wirusowych. Zakupiono kilkuset
licencji oprogramowania antywirusowego zarządzanego centralnie wraz z subskrypcją na
używanie tego oprogramowania przez następne 3 lata. Dokonywano systematycznej
modernizacji sytemu operacyjnego oraz oprogramowania antywirusowego skanera poczty
elektronicznej. Poddano również ciągłej aktualizacji dodatkowe programy filtrujące dla
systemu poczty ograniczające do zadawalającego poziomu otrzymywanie wiadomości
niepożądanych typu SPAM. Systematycznemu monitorowaniu poddano poprawność
wykorzystywania serwisu DHCP wewnątrz Instytutu umożliwiającego obsługę prawie 800
klientów. Kontynuowano wdrażanie systemu monitorowania i zarządzania urządzeniami
sieciowymi i komputerowymi przy użyciu protokołu SNMP.
Klaster Cloud Computing
 Klaster obliczeniowy skonfigurowany został w formie tzw. prywatnej chmury
obliczeniowej z wykorzystaniem techniki wirtualizacji i techniki elastycznych obliczeń
(Cloud Computing). Składa się z jednostek obliczeniowych typu Blade o łącznej liczbie
1000 rdzeni (procesory Xeon L5640, 2.27 GHz, 2 GB RAM/rdzeń) oraz macierzy dysków
o pojemności 100 TB. Interfejs dostępowy WWW pozwala na rezerwację zasobów
obliczeniowych i ich wykorzystanie w sposób w pełni samoobsługowy. Wirtualizacja
zapewnia możliwość uruchomienia maszyn wirtualnych z różnorodnymi systemami
operacyjnymi na tym samym fizycznym sprzęcie. Użytkownik ma możliwość
samodzielnej instalacji swojej aplikacji, zapisania zmodyfikowanego obrazu maszyny
wirtualnej i jej ponownego uruchamiania. System posiada dodatkowe funkcje dedykowane
dla obliczeń naukowych takie jak możliwość automatycznego tworzenia wirtualnych
klastrów z przygotowanym systemem zadań wsadowych.
65