Metody i Techniki Jądrowe w Środowisku Przemyśle i Medycynie Zajęcia specjalistyczne dla studentów starszych lat na Wydziale Fizyki PW Prowadzący:  prof. dr hab. Jan Pluta, pluta@if.pw.edu.pl , tel: 022-234-7375

Cel i struktura zajęć

Zajęcia te przeznaczone są dla osób, które dokonały już wyboru specjalności i tematów prac dyplomowych. Ich wybór przedmiotu specjalistycznego, jakim są „Metody i techniki jądrowe...” oznacza, że z tematyką metod jądrowych zamierzają zapoznać się bliżej, co w wielu przypadkach wiąże się z zamiarami wyboru przyszłej profesji. Potrzebują więc praktycznej wiedzy dotyczącej aplikacji metod jądrowych w konkretnych zastosowaniach. Zajęcia te mają za cel wyjść naprzeciw ich potrzebom i oczekiwaniom.

Struktura zajęć odbiega od przyjętych na uczelni standardów. Pierwsza część ma wprawdzie zewnętrzną formę klasycznego wykładu, ale wzbogaconego referatami zapraszanych specjalistów lub/i udziałem w konferencjach i wydarzeniach specjalistycznych. Na drugą część składają się wizyty w ośrodkach badawczych fizyki jądrowej oraz instytucjach zajmujących się aplikacjami metod i technologii jądrowych w różnych dziedzinach nauki i szeroko rozumianej techniki: przemyśle, medycynie, energetyce, ochronie środowiska, rolnictwie itp.

Do wygłoszenia referatów zapraszane są osoby będące wybitnymi specjalistami w danej gałęzi fizyki i techniki jądrowej. Są to specjaliści zarówno z kraju jak i z zagranicy. Po referacie organizowana jest nieformalna dyskusja, w której studenci mogą zadać więcej pytań. Często rezultatem takiej dyskusji jest nawiązanie współpracy studenta z daną instytucją, co może prowadzić do dalszego rozwoju jego działalności profesjonalnej. Udział w konferencji lub innym wydarzeniu specjalistycznym pozwala na zapoznanie się z aktualnym stanem wiedzy i także daje możliwość bezpośredniego kontaktu ze specjalistami.

Kolejnym niestandardowym elementem jest umożliwienie studentom zaliczenia zajęć poprzez wykonanie opracowania wybranego zagadnienia tematycznego. Spis propozycji zagadnień przygotowuje osoba prowadząca, ale student ma również prawo sam zgłosić interesujący go temat. W tym przypadku temat musi zostać zatwierdzony przez prowadzącego. Taki sposób zaliczanie jest dla studenta bardziej czasochłonny (dla prowadzącego też), ale i bardziej interesujący i inspirujący - pozwalający rozwinąć własną inicjatywę w zdobywaniu informacji, kontaktach ze specjalistami itp. W pracy tej prowadzący współdziała ze studentem, udzielając mu dodatkowych informacji, pomagając nawiązać kontakty itp. W rezultacie powstaje "baza opracowań" stanowiąca materiał pomocniczy dla wszystkich zainteresowanych, w szczególności - młodszych studentów. Baza ta powiększa i aktualizuje się na bieżąco.

Udział w konferencji, szkole lub innym wydarzeniu naukowym, też może być podstawą do sformułowania tematu opracowania zaliczeniowego. Szczegóły należy indywidualnie doprecyzować z prowadzącym zajęcia.

PROGRAM ZAJĘĆ

1. Źródła i wiązki promieniowania jonizującego: prawo rozpadu promieniotwórczego, rozpady sukcesywne, promieniotwórczość naturalna i sztuczna, zasada działania i konstrukcja akceleratorów liniowych i kołowych, typy i własności źródeł i wiązek promieniowania z punktu widzenia ich zastosowań w badaniach naukowych, technice i medycynie.
2. Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią: podstawowe zjawiska i charakterystyki oddziaływania z materią: fotonów, elektronów, ciężkich  cząstek naładowanych, neutronów, zależność oddziaływania od energii cząstki i rodzaju materiału; wielkości stosowane w opisie procesu oddziaływania z materią różnych typów promieniowania.
3. Detekcja promieniowania jonizującego: typy detektorów i ich powiązanie z rodzajami promieniowania i mierzonymi wielkościami; konstrukcja i podstawowe parametry detektorów; typowe układy elektroniczne współpracujące z detektorami promieniowania; statystyczne aspekty emisji i rejestracji promieniowania.
4. Bezpieczeństwo jądrowe: dawki pochłaniane - ich jednostki, pomiary i normy; obliczanie mocy dawki, biologiczne skutki napromienienia, zasady pracy ze źródłami i wiązkami promieniowania, urządzenia dozymetryczne; (dozymetria).
5. Promieniowanie naturalne: skorupy ziemskiej, kosmiczne, odpadów kopalnianych, materiałów budowlanych itd, zawartość radonu w powietrzu, jego pomiar i obniżanie stężenia, stosowanie pomiarów natężenia promieniowania w geologii i archeologii.
6. Pomiarowe metody izotopowe: ciągłe i bezdotykowe (nieniszczące) pomiary grubości, składu, gęstości, stężenia, zanieczyszczeń materiałów, metody radioznacznikowe, izotopowa aparatura diagnostyczna, defektoskopia.
7. Technologie radiacyjne w ochronie środowiska i inżynierii materiałów: usuwanie zanieczyszczeń gazów, utwardzanie radiacyjne, sterylizacja materiałów medycznych, dekontaminacja środków spożywczych, membrany trekowe.
8. Metody radiacyjne w medycynie: radiodiagnostyka: RTG, CT, CPECT, PET, MRI, tele-radioterapia z użyciem promieniowania gamma, elektronów i ciężkich jonów, brachyterapia, radioizotopy dla celów radiodiagnostyki i radioterapii, przygotowanie pacjenta do zabiegu radioterapii.
9. Energetyka jądrowa: energia wiązania i reakcje rozszczepienia, zjawiska fizyczne w reaktorach jądrowych, cykl paliwowy, podstawowe typy reaktorów; bezpieczeństwo reaktora i skażenia promieniotwórcze, odpady jądrowe - ich transport i przechowywanie, procesy transmutacji, nowe rozwiązania w energetyce jądrowej, reaktory sterowane akceleratorami, reaktory powielające, reaktory wysokotemperaturowe synergia weglowo-jądrowa, energetyk termojądrowa.

Wykład realizowany jest w połączeniu z zajęciami praktycznymi. Część zajęć prowadzona jest przez wykładowców z zakładów badawczych i przemysłowych oraz z zagranicy; niektóre zajęcia odbywają się w placówkach naukowych lub przemysłowych, gdzie stosowane są metody i techniki jądrowe.

Materiały pomocnicze do zajęć z Metod i Technik Jądrowych

  Nasi Partnerzy - instytucje, które odwiedzamy w ramach zajęć:

Konferencje, szkoły, warsztaty itp. w 2018 r.:

Zaliczenia

Warunkiem uzyskania zaliczenia jest:

1. Udział we wszystkich wizytach w ośrodkach fizyki i techniki jądrowej (Dopuszczalna jest jedna usprawiedliwiona nieobecność.)
2. Pozytywna ocena z kolokwium zaliczeniowego lub opracowania wybranego zagadnienia tematycznego (temat i szczególny opracowania muszą być uzgodnione z prowadzącym zajęcia.)

Przykładowe tematy na kolokwium zaliczeniowe:

1. Prawo rozpadu promieniotwórczego (elementy wyprowadzenia, stała rozpadu, średni czas życia, okres połowicznego zaniku, rozpady sukcesywne (schemat wyprowadzenia), zależność aktywności od czasu dla różnych stosunków stałych rozpadu, naturalna i sztuczna promieniotwórczość)
2. Wiązki cząstek naładowanych (ruch cząstki w polach: elektrycznym i magnetycznym, zasada działania spektrometrów magnetycznych i akceleratorów, budowa i działanie cyklotronu, zasada ogniskowania wiązki, synchrotrony)
3. Oddziaływanie z materią fotonów (prawo osłabienia wiązki, podstawowe procesy oddziaływania fotonów z materią i ich zależność od energii i materiału absorbenta) 
4. Oddziaływanie z materią ciężkich cząstek naładowanych ( straty energii na jonizacje (formuła Bethe-Blocha) i ich zależność od typu cząstki i energii (pędu), krzywa intensywności wiązki w funkcji zasięgu, krzywa Bragga i jej konsekwencje w radioterapii), terapia antyczastkami
5. Oddziaływania z materią elektronów (podstawowe procesy oddziaływania elektronów z materią, jonizacja i promieniowanie hamowania, energia krytyczna, długość radiacyjna, zmiana intensywnosci wiązki z zasięgiem dla elektronów monoenergetycznych i elektronów o widmie ciągłym (Kiedy mamy do czynienia z widmem ciągłym elektronów?) , procesy rozproszeń wielokrotnych)
6. Promieniowanie rentgenowskie (schemat układu do emisji promieniowania rentgenowskiego, mechanizm powstawania widmach ciągłego i charakterystycznego, kształt sumarycznego widma w funkcji długości fali, zmiany widma dla różnych wartości napięcia na lampie i różnych materiałów anody)
7. Neutrony w ośrodku materialnym ( wytwarzanie strumieni neutronów, zjawiska wywoływane przez neutrony, klasyfikacja energii neutronów, reakcje umożliwiające detekcję neutronów, spowalnianie neutronów, metody aktywacyjne)
8. Podstawowe pojęcia  jednostki i normy ochrony radiologicznej (aktywność, dawka pochłonięta, moc dawki, dawka ekspozycyjna, kerma, wyznaczanie mocy dawki, dawka efektywna, czynnik wagowy (przykładowe wartości), typy skutków biologicznych, hormeza radiacyjna)
9. Detektory promieniowania jądrowego (zasada działania i schemat komory jonizacyjnej, obszary pracy detektora jonizacyjnego, detektory półprzewodnikowe, detektory scyntylacyjne, detekcja neutronów)
10. Działalność jednego z odwiedzanych w ramach zajęć Instytutów (nazwa Instytutu będzie podana przez wykładowcę): struktura placówki, tematyka prac, stosowane metody i urządzenia, opis szczegółowy wybranej (przez studenta) metody.

Uwagi: 

Tematy opracowań zaliczeniowych ( opcjonalna forma zaliczenia - po uzgodnieniu z prowadzącym)

Poniżej podane są propozycje tematów. Każda osoba bierze inny temat. Wybrany przez studenta temat jest zatwierdzany do realizacji przez prowadzącego zajęcia.  Dla opracowania podanych tematów niezbędne jest sięgnięcie do literatury w bibliotece, Internecie itd. Opracowania mają postać prezentacji internetowej (HTML, PHP itp.) i przekazać je można  w formie plików na dyskietce lub dysku CD.

 Proszę wybierać zagadnienia, które nie były jeszcze opracowywane w poprzednich latach. (patrz: opracowania zaliczeniowe studentów). Jeśli wybrane będzie zagadnienie już opracowane (co musi być uzgodnione z prowadzącym), należy unikać powtarzania wiadomości podanych we wcześniejszym opracowaniu. Wiadomości te będą bowiem nisko oceniane. Wysoko cenione będą wiadomości nowe stanowiące rozwinięcie i uzupełnienie tych,  podanych we wcześniejszych opracowaniach. Oczywiście, dla kompletności i spójności prezentacji mogą pojawiać się też wiadomości wcześniej podawane, ale wartość stanowią wiadomości nowe. 

Kryteria oceny opracowań

1. zawartość merytoryczna i kompletność informacji w temacie,
2. wykorzystanie adekwatnych danych ilościowych (tabele)
   i elementów graficznych (wykresy, rysunki, zdjęcia),
3. różnorodność źródeł informacji: podręczniki, czasopisma, strony WWW,
   materiały konferencyjne, rezultaty wizyt, kontakty osobiste itp.
4. kompletność podanych referencji, które powinny umożliwiać: sprawdzenie poprawności przekazu informacji oraz dotarcie do podanych źródeł w celu uzyskania dodatkowych danych: adresy internetowe URL, adresy bibliotek gdzie znaleziono dane dzieło, szczegółowe odnośniki do pozycji literaturowych (nazwa pisma, numer, strona), autor, tytuł, numery stron podręczników itp. UWAGA! Przy prezentowanych  danych zaczerpniętych z różnych źródeł należy zawsze podać referencje skąd dana informacja (np. rysunek, tabela, wartość liczbowa itp.) pochodzi. 
5. strona edytorska prezentacji: wykorzystanie możliwości multimedialnych prezentacji internetowych, animacji itp. na poziomie specjalności "fizyka komputerowa".

TEMATY OPRACOWAŃ ZALICZENIOWYCH

Instrukcje do ćwiczeń z fizyki reaktorowej (do ściągnięcia na Twój komputer)
1.	Pr_rea_1.doc	Pomiary gęstości strumieni neutronów w reaktorze Maria (materiał wprowadzający do ćwiczeń: 1A i 1B)
2.	CW_1A.doc	Pomiar gęstości strumienia neutronów w termicznych i epitermicznych w reaktorze jądrowym
3.	CW_1B.doc	Pomiar gęstości strumienia neutronów w prędkich w reaktorze jądrowym
4.	Pr_rea_2.doc	Pomiary reaktywności w reaktorze Maria (materiał wprowadzający do ćwiczenia 2)
5.	CW_2.doc	Pomiary reaktywności w reaktorze jądrowym
6.	CW_3.doc	Pomiary uwolnień gazów promieniotwórczych z reaktora "Maria"

Materiały wykładu

1.  Metody i Techniki Jądrowe - spis treści wykładu
2.  Jądro atomowe
3.  Emisja promieniowania jonizującego - źródła promieniotwórcze
4.  Emisja promieniowania jonizującego - wiązki cząstek jonizujących
5.  Propagacja promieniowania jonizującego w ośrodku materialnym
6.  Statystyczne aspekty emisji, propagacji i detekcji promieniowania jonizującego
7.  Dozymetria i ochrona radiologiczna
8.  Bibliografia

Literatura pomocnicza:

1. R.D. Evans, The Atomic Nucleus, Mc Graw Hills (1955)
2. A. Strzałkowski, Wstęp do Fizyki Jądrowej, PWN, (1979)
3. Frank H. Attix, Introduction to radiological physics and radiation dosimetry, J.Willey&Sons, (1986)
4. Z.Celiński, Energetyka Jądrowa, PWN, Warszawa (1991),
       - " -       Energetyka Jądrowa a Społeczeństwo, PWN, Warszawa (1992)
5. W.R. Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, (1987)
6. C. Grupen, Particle Detectors, Cambridge Univ. Press, (1992)
7. Z. Drzazga (red), Materiały do ćwiczeń z fizyki medycznej i aparatury medycznej, Wyd.Uniw.Śląskiego (1998)
8. W. Łobodziec, Dozymetria promieniowania jonizującego w radioterapii, Wyd.Uniw.Śląskiego (1999)
9. A. Strupczewski, Analiza korzyści i zagrożen związanych z róznymi źrdłami energii elektrycznej, Rap.PTN-3/1999
10. B. Dziunikowski, O fizyce i energii jądrowej, AGH (2001)
11. P.Urbański (red), Promieniowanie jako źródło informacji o własnościach materii, Rep.PTN-5/2001
12. A. Hrynkiewicz (red), Człowiek i promieniowanie jonizujące,  PWN, Warszawa (2001)
13. James E. Turner, ATOMS, RADIATION, AND RADIATION PROTECTION, J.Willey&Sons, (1995)
14. J.E.Martin, Physics for Radiation Protection, Wiley-Vch (2006)
15. D.T. Graham, P. Cloke, M. Vosper Principles of Radiological Physics, Elsevier, (2007)
16. J. Kubowski, Broń jądrowa, WNT (2008)
17. W. Allison, Fundamental Physics for Probing and Imaging, Oxford Univ. Press (2008)
18. M.G. Stabin, Radiation Protection and Dosimetry, Springer (2008)
19. PTN, Energetyka Jadrowa - Perspektywy rozwoju w Polsce, Rap/PTN-7/2009
20. Postępy Techniki Jądrowej, (kwartalnik, PTN)
21. Bezpieczeństwo Jądrowe i Ochrona Radiologiczna, (dwumiesięcznik, CLOR)
22. Nuclear Instruments and Methods, in Physics Research, (3 times per months)
23. Materiały krajowego sympozjum "Technika jądrowa w przemyśle, medycynie, rolnictwie i ochronie środowiska", odbywającego sie periodycznie co kilka lat - oraz referencje tam zawarte.
24. Państwowa Agencja Atomistyki -
25. Instytut Chemii i Techniki Jądrowej
26. Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej
27. Instytut Energii Atomowej
28. Akademia Górniczo Hutnicza
29. Instytut Uranowy w Londynie
30. Home Page d-ra Andrzeja Pawuły - Wiele prac na temat promieniowania naturalnego oraz skażenia wody, gleby itp.

ZAWIADOMIENIA

1. Istnieją możliwości praktyk i staży oraz wykonywania prac dyplomowych w odwiedzanych przez nas instytutach badawczych: ICHTJ, IPJ, IEA, CLOR ŚLCJ, IFPiLM, Instytut Onkologii. W sprawie bardziej szczegółowych informacji proszę o kontakt ze mną i/lub wprost z wymienionymi instytutami.