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.


I. Interdyscyplinarne aspekty fizyki układów złożonych

  1. Identyfikacja uniwersalnych charakterystyk złożoności:
    • krzyżowe korelacje multifraktalne w procesach stochastycznych,
    • 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,
    • analiza statystyczna i multifraktalna kodu DNA.
  2. Dynamika nieliniowa i chaos klasyczny:
    • nieliniowe deformacje niejednorodnych strun i sieci Tody.

Zakład Teorii Systemów Złożonych (NZ44)


II. Badania oddziaływania promieniowania jądrowego z różnymi ośrodkami

  1. Opracowanie projektu akceleratorowego źródła neutronowego IFMIF/DONES (Demo Oriented Neutron Source) (współpraca: EUROfusion).
  2. Badanie aktywacji rzeczywistych materiałów tokamaka ITER (współpraca: EUROfusion; NCBJ Świerk).
  3. Modelowanie pól promieniowania generowanych przez aparaturowe źródła neutronowe oraz odowiedzi detektorów neutronowych z uwzględnieniem wpływu otoczenia i innych zaburzających źródeł promieniowania (współpraca: EUROfusion, ITER Organisation).

Zakład Fizyki Transportu Promieniowania (NZ61)


III. Diagnostyka plazmy wysokotemperaturowej

  1. Wykorzystanie detektorów diamentowych do pomiaru neutronów i prędkich jonów z emisji w plazmie termojądrowej (współpraca: ITER Organisation).
  2. Badanie zjawisk towarzyszących szybkim impulsom plazmowym generowanym w układzie Plasma-Focus PF-24 IFJ.
  3. Opracowanie metod obrazowania rentgenowskiego plazmy w urządzeniach fuzyjnych w celu badania transportu zanieczyszczeń w rdzeniu plazmy (współpraca: CEA – IRFM Cadarache)
  4. Opracowanie metodyki pomiarów SXR i HXR do badania plazmy w urządzeniach fuzyjnych (WEST) (współpraca: CEA Cadarache).
  5. Spektrometria neutronowa o wysokiej rozdzielczości energetycznej dla określania parametrów plamy termojądrowej pod kątem programu ITER (współpraca: ITER Organisation).

Zakład Fizyki Transportu Promieniowania (NZ61)


IV. Obrazowanie i zlokalizowana spektroskopia magnetycznego rezonansu w badaniach biomedycznych i materiałowych

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. 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, Kanada, Katedrą Farmakologii CMUJ, Instytutem Zoologii UJ, Instytutem Farmakologii PAN, Akademią Górniczo-Hutniczą, Uniwersytetem Medycznym w Lublinie).
  2. Zastosowanie obrazowania i spektroskopii MR do badań własności nośników leków, nowoczesnych środków kontrastowych i materiałów porowatych (współpraca z Uniwersytetem Pedagogicznym w Krakowie, Katedrą Farmacji CMUJ, IKiFP PAN, Akademią Górniczo-Hutniczą, Uniwersytetem Rolniczym w Krakowie).
  3. Rozwój metod i oprzyrządowania do obrazowania i spektroskopii zlokalizowanej MR (współpraca z University of Toronto, Toronto, Kanada, University of British Columbia, Kanada, Akademią Górniczo-Hutniczą, Uniwersytetem Medycznym w Lublinie).

Zakład Tomografii Magnetyczno-Rezonansowej (NZ56)


V. Badanie struktury elektronowej materii metodami spektroskopii oraz mikroskopii rentgenowskiej

  1. Badanie zmian zachodzących w układach biologicznych na poziomie komórkowym i molekularnym z wykorzystaniem technik synchrotronowych, laserów na swobodnych elektronach oraz klasycznych źródeł promieniowania rentgenowskiego. Rozwój laboratoryjnych układów spektroskopii emisyjnej i absorpcyjnej (współpraca: Wigner Research Institute, Budapest, Hungary; Paul Scherrer Institute, Villigen, Switzerland; Uppsala University, Sweden; PTB Berlin, Germany; University of Vienna, Austria; Instytut Chiemii Fizycznej PAN).
  2. Badanie zmian struktury elektronowej atomów w przemianach chemicznych molekuł oraz układów nieporządkowanych z wykorzystaniem metod spektroskopii laboratoryjnej. Zastosowanie metod spktroskopii rentgenowskiej do badania procesów chemicznych w czasie rzeczywistym (współpraca: Extreme Light Infrastructure, Prague, Czech Republic; Paul Scherrer Institute, Villigen, Switzerland; SACLA Facility, Japan; European XFEL, Hamburg, Germany; Linac Coherent Light Source, USA; Newcastle University, UK).
  3. Badanie nieliniowych oddziaływań promieniowania rentgenowskiego z materią oraz procesów wieokrotnej jonizacji atomów z wykorzystaniem impulsów lasera rentgenowskiego. Rozwój metod oraz układów pomiarowych do diagnostyki femtosekundowych impulsów rentgenowskich (współpraca: SwissFEL, Villigen, Switzerland; SACLA Facility, Japan; European XFEL, Hamburg, Germany; Linac Coherent Light Source, USA; Newcastle University, UK).
  4. Obrazowanie mikrotomografią komputerową oraz badanie mikrostruktur w układach złożonych spetroskopowymi metodami komplementarnymi oraz metodami wykorzystującymi wiązki jonów z akeleratora typu Van de Graaffa (współpraca: Collegium Medicum UJ; Instytut Nauk Geologicznych UJ; Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH; WIMiC AGH; Muzeum Narodowe w Krakowie; Wydział Matematyczno-Przyrodniczy Uniwersytetu Rzeszowskiego).

Zakład Spektroskopii Stosowanej (NZ53)


VI. Obrazowanie spektroskopowe układów złożonych oraz badania cytogenetyczne i molekularne układów biologicznych

  1. Badanie zmienności układów biologicznych oraz układów oddziaływujących z nanocząsteczkami (CIML Francja, University of Bordeaux Francja, Université Paris-Sud, Orsay, INFN Włochy, IKiFP PAN, Instytutem Farmakologii PAN, Wydziałem Chemii UJ, Katedrą i Kliniką Laryngologii Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Zabrzu, Instytutem Nauk Fizycznych Uniwersytetu Rzeszowskiego).
  2. Badania wpływu promieniowania jonizującego na organizmy żywe (współpraca z Wydziałem Fizyki UJ, Collegium Medicum UJ, John’s Hopkins University Baltimore USA, FOCAS Research Institute, Technological University Dublin).
  3. Badania reologiczne i spektroskopowe materiałów biologicznych (współpraca z University of Pennsylvania USA, Syracuse University USA, Uniwersytetem Medycznym w Białymstoku, Collegium Medicum UJK w Kielcach).
  4. Badania cytotoksyczności i gentoksyczności oraz biokompatybilności biomateriałów (współpraca z WIMiC AGH, Wydziałem Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ).
  5. Badania składu chemicznego, fazowego i strukturalnego biomateriałów, materiałów środowiskowych i obiektów dziedzictwa kulturowego współpraca z Universidad De Málaga Hiszpania, University of Bordeaux Francja, Wydziałem Odlewnictwa AGH, Muzeum Narodowym w Krakowie, Wydziałem Konserwacji i Restauracji Dzieł Sztuki ASP w Krakowie, Wydziałem Sztuk Pięknych Uniwersytetu im. M. Kopernika w Toruniu.
  6. Badania skuteczności biologicznej oraz wpływu genotypu na odpowiedź komórkową po zastosowaniu różnych dawek promieniowania jonizującego (współpraca z National Cancer Institute - National Institutes of Health, Bethesda USA, Katedrą Epidemiologii i Medycyny Zapobiegawczej - Collegium Medicum UJ).

Zakład Fizyki Doświadczalnej Układów Złożonych (NZ52)


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

  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 w próbkach środowiskowych i materiałowych,
    • wykorzystanie pomiarów spektrometrycznych stężeń emiterów alfa, beta i gamma w badaniach środowiska i w badaniach czystości radiologicznej próbek materiałowych,
  2. Prowadzenie pomiarów zawartości substancji gamma-promieniotwórczych licznikiem całego ciała.
  3. Opracowanie metod wydzielania radionuklidów z aktywowanych tarcz.

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


VIII. Pierwiastki promieniotwórcze w środowisku oraz w organizmie człowieka

  1. Pomiary stężeń izotopów promieniotwórczych w próbkach środowiskowych - np. kriokonitach (lodowce wysokogórskie) w celu określenia wielkości oraz źródeł skażeń promieniotwórczych
    Powszechne występowanie w środowisku pierwiastków radioaktywnych związane jest zarówno z procesami naturalnymi, jak i z działalnością człowieka. Sztuczne radionuklidy powstają w procesach rozszczepienia ciężkich jąder lub aktywacji neutronowej. Większość uwolnień tych radionuklidów do środowiska wiązała się z próbnymi wybuchami jądrowymi, awariami reaktorów jądrowych lub rozpadem satelitów zawierających jądrowe źródła energii. Substancje pochodzenia antropogenicznego (m. in. radionuklidy) rozprzestrzeniane są poprzez atmosferę w skali globalnej oraz regionalnej. Zanieczyszczenia te mogą silnie koncentrować się w kriokonitach – nagromadzeniach pyłów i materii organicznej występujących na powierzchni lodowców – stwarzając potencjalne zagrożenie dla lokalnych ekosystemów.
    Głównymi celami proponowanych badań są: określenie stopnia zanieczyszczenia izotopami sztucznymi (137Cs, 238,239+240Pu, 241Am) i naturalnymi (210Pb) m.in. kriokonitów oraz wskazanie źródeł zanieczyszczenia radionuklidami pochodzenia sztucznego poprzez wyznaczenie wartości stosunków izotopowych 238Pu/239+240Pu, 241Am/239+240Pu, 239+240Pu/137Cs oraz 240Pu/239Pu.
  2. Badania nad obecnością śladowych pierwiastków w organizmie człowieka oraz ocena wewnętrznych skażeń izotopem 99mTc personelu medycznego
    99mTc znalazł szerokie zastosowanie w medycynie nuklearnej, zwłaszcza w obrazowaniu metodą SPECT (single-photon emission computed tomography). Szacuje się, że w nadchodzącej przyszłości ok. 80% badań diagnostycznych w medycynie nuklearnej będzie wykonywanych przy użyciu izotopu 99mTc. Istnieje ryzyko, że podczas inhalacji przez pacjenta preparatu znakowanego 99mTc część jego aktywności dostanie się do powietrza i będzie stanowiła zagrożenie dla personelu medycznego wykonującego zabieg. Głównym celem badań jest oszacowanie wewnętrznych skażeń izotopem 99mTc oraz ich skutków zdrowotnych dla personelu medycznego wykonującego zabiegi Ventilation – perfusion lung SPECT scan. Dzięki tej metodzie znane będą aktywności 99mTc w powietrzu na przestrzeni wielu miesięcy a nawet lat co przełoży się na dokładne zbadanie skażeń wewnętrznych wśród personelu medycznego.
  3. Rozwój nowych metod badań skażeń promieniotwórczych środowiska wykorzystując spektrometr masowy


IX. Izotopy promieniotwórcze w fizyce środowiska i ochronie radiologicznej

  1. Badanie stężeń radonu w różnych komponentach środowiska, doskonalenie technik pomiarowych (współpraca z Ojcowskim Parkiem Narodowym, Wydziałem Geografii UJ, Wydziałem Inżynierii Środowiska PK).
  2. Badanie wpływu poziomów radonu w budynkach na zdrowie mieszkańców (współpraca z Uniwersytetem Medycznym w Lublinie, Głównym Inspektoratem Sanitarnym).
  3. Pomiary radioaktywności w środowisku cyklotronów w IFJ PAN.
  4. Opracowanie metodyki pomiarów stężeń radonu w dużych obiektach użyteczności publicznej (żłobki, przedszkola, szkoły, zakłady pracy).
  5. Pomiary stężeń izotopów promieniotwórczych w próbkach środowiskowych (współpraca m.in. z Politechniką Wrocławską, AGH, CLOR i GIG w ramach działalności Centrum Radonowego).

Laboratorium Ekspertyz Radiometrycznych (NLR)


X. Dozymetria luminescencyjna w pomiarach promieniowania jonizującego

  1. Opracowanie i rozwój metod dozymetrycznych w oparciu o detektory luminescencyjne do pomiaru dawek promieniowania jonizującego. Prowadzone będą 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 będą pomiary dawek promieniowania w kosmosie oraz wokół urządzeń fuzji jądrowej. Prowadzone będą badania nad wykorzystaniem fotoluminescencji kryształów LiF do mikro-obrazowania rozkładu dawki, w tym detekcji śladów cząstek jądrowych.
  2. Rozwój metod pomiarowych w termoluminescencyjnej dozymetrii indywidualnej, środowiskowej oraz ochronie radiologicznej pacjenta.
    • 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.
    • Rozwój dozymetrycznych metod termoluminescencyjnych w medycynie.
      Rozwój metod dozymetrycznych związanych z dozymetrią pacjenta. Planuje się 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)


XI. 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, biologii i fizyki medycznej na unikatowych w Polsce wiązkach protonów.

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

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


XII. Badanie własności mikroukładów biofizycznych

  1. Badanie własności mechanicznych (elastyczność, adhezja) tkanek oraz komórek z użyciem mikroskopu sił atomowych (AFM) pracującego w trybie spektroskopii siły (współpraca: Katedra Biochemii Lekarskiej CMUJ, Instytut Fizyki UJ, Uniwersytet w Mediolanie, Uniwersytet w Grenoble).
  2. Badanie roli cytoszkieletu w regulacji ilości fenestracji i elastyczności komórek śródbłonka zatok wątroby.
  3. Mikroreologia metodą oceny zmian mechanicznych komórek i tkanek.
  4. Efektywności działania leków przeciwnowotworowych w oparciu o elastyczność żywych komórek.

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 (2014-2020)

Program: EURATOM
Projekt: "European Joint Programme for the Integration of Radiation Protection Research" (CONCERT)
Kontrakt nr: 662287 (2015-2020)

Program INFRAIA Integrating Activities for Starting Communities
Projekt: "INfraStructure in Proton International REsearch" (INSPIRE)
Kontrakt nr: 730983 (2018-2022)

Program MSCA-ITN-2018 Fostering new skills by means of excellent initial training of researchers
Projekt: "Biomechanics in health and disease: advanced physical tools for innovative early diagnosis" (Phys2BioMed)
Kontrakt nr: 812772 (2019-2022)

Program INFRAIA Integrating and opening existing national and regional research infrastructures of European interest
Projekt: "The strong interaction at the frontier of knowledge: fundamental research and applications" (STRONG 2020)
Kontrakt nr: 824093 (2019-2023)