Metody neutronowe

obowiązkowe

Zrozumienie roli metod neutronowych w badaniach zarówno fazy skondensowanej, tu jako wołanych dalej metod fizycznych i chemicznych jak i terapii medycznych w oparciu o wybrane własności neutronów. Znajomość ograniczeń stosowalności wybranych metod oraz korzyści płynących z technik neutronowych modyfikowanych.

w sali

Charakterystyka sił jądrowych, trwałości jąder, izotopów, metod wytwarzania sztucznych źródeł, analiza rozpadów promieniotwórczych; Własności neutronów, klasyfikacja neutronów ze względu na ich energię, mechanizmy oddziaływania neutronów z materią pochłaniającą, rozpraszającą i rozszczepialną, przekrój czynny na daną reakcję; Źródła neutronów, absorbenty neutronowe, spowalnianie neutronów; Detektory neutronów, charakterystyki neutronów ze źródeł impulsowych; Radionuklidy, Neutronowa analiza aktywacyjna; Aparatura i metodologia stosowana w terapii neutronowej, stanowisko do terapii borowo-neutronowej (BNCT); Sposoby polaryzacji neutronów, metody z odwracaniem spinu; Reakcje jądrowe wykorzystywane w radioterapii, przykłady zastosowania niektórych izotopów promieniotwórczych; Rozkłady izodoz neutronów o energii 50 MeV, neutronowe czynniki kerma, zasady dozymetrii wiązek neutronowo-fotonowych, stosunek czynników kerma; Dozymetria neutronowa, Terapia protonowo-neutronowa;

Profil studiów: Ogólnoakademicki

Forma studiów: Stacjonarne

Rodzaj przedmiotu: Do wyboru

Moduł: Wybrane Problemy Fizyki

Dziedzina i dyscyplina naukowa: Nauki fizyczne; Fizyka medyczna

Rok studiów/semestr: 2 rok/ 3 semestr/studia drugiego stopnia

Wymagania wstępne: Student uczestniczący w wykładzie i ćwiczeniach rachunkowych powinien posiadać ugruntowaną wiedzę w zakresie fizyki i metod obliczeniowych nabytą we wcześniejszym cyklu kształcenia.

Liczba godzin zajęć dydaktycznych: wykład - 15 godz. konwersatorium - 15 godz.

Metody dydaktyczne: wykład, rozwiązywanie problemów i zadań, dyskusja, konsultacje, praca własna studenta w domu, itp.

Punkty ECTS: 2

Bilans nakładu pracy studenta: udział w wykładach (15 godz), udział w konwersatorium (15 godz), udział w konsultacjach (3 godz), łączny nakład pracy studenta na osiągnięcie wyników kształcenia (49 godz);

Wskaźniki ilościowe: nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela - 33 godz.

Tematy podejmowane na wykładach:

1. Definicje podstawowych pojęć: promieniotwórczość naturalna i sztuczna, promieniowanie jonizujące i niejonizujące, przenikliwość promieniowania, przemiana jądrowa, bilans energetyczny reakcji jądrowych, defekt masy, energia wiązania;

2. Siły jądrowe, trwałość jąder, izotopy naturalne i sztuczne, metody wytwarzania sztucznych źródeł, rozpad promieniotwórczy, kinetyka, schematy rozpadów, energie, czasy połowicznego zaniku, zastosowanie wybranych izotopów promieniotwórczych;

3. Własności neutronów, klasyfikacja neutronów ze względu na ich energię, mechanizmy oddziaływania neutronów z materią pochłaniającą, rozpraszającą i rozszczepialną, przekrój czynny na daną reakcję;

4. Źródła neutronów, absorbenty neutronowe, spowalnianie neutronów, moderatory typu grafit i woda, scenariusze termalizacji;

5. Detektory neutronów, komory jonizacyjne TE, charakterystyki strumienia neutronów reaktorowych, charakterystyki neutronów ze źródeł impulsowych;

6. Radionuklidy, Neutronowa analiza aktywacyjna: radiochemiczna NAA i instrumentalna NAA;

7. Aparatura i metodologia stosowana w terapii neutronowej, stanowisko do terapii borowo-neutronowej (BNCT) przy reaktorze Maria (etap konstrukcyjny);

8. Czynniki geometryczne napromienianego środowiska: wielkość pola wlotowego, odległość powierzchni napromienianej od źródła, układy kolimacyjne wiązek neutronowych;

9. Sposoby polaryzacji neutronów, metody transmisyjne z polaryzującymi filtrami, polaryzatory lustrzane, polaryzacja poprzez odbicie braggowskie od ferromagnetycznego monokryształu, metody z odwracaniem spinu;

10. Reakcje jądrowe wykorzystywane w radioterapii, przykłady zastosowania niektórych izotopów promieniotwórczych;

11. Rozkłady izodoz neutronów o energii 50 MeV, neutronowe czynniki kerma, zasady dozymetrii wiązek neutronowo-fotonowych, stosunek czynników kerma;

12. Dozymetria neutronowa, fizyczne parametry dla dozymetrii z użyciem komór jonizacyjnych TE, średnia dawka pochłonięta, dawka równoważna, dawka skuteczna, mierniki mocy, monitory skażeń radioaktywnych, dawkomierze-sygnalizatory;

13. Terapia protonowo-neutronowa, osiągnięcia i prognozy, zestawienie porównawcze z terapią fotonową;

14. Wzorcowy materiał fantomowy, wzorcowy materiał dozymetryczny;

Literatura obowiązkowa:

L. Dobrzyński, K. Blinowski, Handbook on Neutron and Solid State Physics, ed. M. Cooper, Ellis Horwood series in Physics and its applications 1994.

L. Dobrzyński, E. Droste, R. Wołkiewicz, Ł. Adamowski, W. Trojanowski, Spotkanie z promieniotwórczością ,IPJ 2010.

J. B. England, Metody doświadczalne fizyki jądrowej, PWN Warszawa 1980.

J. Janczyszyn, Wybrane zagadnienia fizyczne i metodyczne oraz przykłady zastosowań instrumentalnej neutronowej analizy aktywacyjnej, ZN AGH Kraków 1991.

A. Z. Hrynkiewicz red., praca zbiorowa, Człowiek i promieniowanie jonizujące, PWN, Warszawa 2001.

A. Oleś, Metody eksperymentalne fizyki ciała stałego, WNT Warszawa 1998.

Literatura uzupełniająca:

L. Sosnowski, Wstęp do fizyki ciała stałego, WUW Warszawa 1977.

B. Staliński red., praca zbiorowa, Fizyka i chemia ciała stałego, Zakład Narodowy im. Ossolińskich, Wrocław 1977.

Student:

- rozumie fundamentalne znaczenie fizyki dla rozwoju technologicznego, gospodarczego i cywilizacyjnego (K_W01);

- zna ograniczenia stosowalności wybranych teorii fizycznych, modeli obiektów fizycznych i opisu zjawisk fizycznych (K_W05);

-ma podstawową wiedzę w zakresie fizyki atomu, cząsteczki, fizyki ciała stałego, fizyki jądra atomowego, cząstek elementarnych i podstawowych oddziaływań w przyrodzie (K_W16);

-umie analizować problemy z zakresu optyki i fizyki zjawisk falowych, znajdować i przedstawiać ich rozwiązania w oparciu o zdobytą wiedzę oraz przy wykorzystaniu poznanych narzędzi matematyki wykonywać analizy ilościowe i wyciągać wnioski jakościowe (K_U12);

- umie ze zrozumieniem i krytycznie korzystać z literatury i zasobów Internetu w odniesieniu do problemów z podstaw fizyki (K_U17);

- zna ograniczenia swojej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia, podnoszenia kompetencji zawodowych, osobistych i społecznych (K_K01);

- potrafi samodzielnie wyszukiwać informacje w literaturze i zasobach Internetu, także w językach obcych (K_K05);

- potrafi formułować opinie na temat podstawowych zagadnień fizyki i jej zastosowań, rozumie społeczne aspekty zastosowań fizyki oraz związaną z tym odpowiedzialność (K_K06).

Wykłady

Studenci słuchają wykładu. Uczestniczą czynnie w dyskusji problemów i zagadnień, które pojawiają się w materiale wykładu oraz uczestniczą w rozwiązywaniu przykładów.

Metody neutronowe kończą się egzaminem pisemnym po uprzednim zaliczeniu konwersatorium.

Studenci otrzymują listy zadań do rozwiązania, których treść jest skorelowana z treścią wykładu. Podczas zajęć przedstawiają ich treść oraz dyskutują sposoby rozwiązania. Szczególna uwaga zwracana jest na rozumienie używanych pojęć i treści, klarowność prezentacji, stymuluje grupę do zadawania pytań i dyskusji. Studenci są zachęcani do pracy zespołowej.

Egzamin pisemny odbywa się na podstawie oceny, która uwzględnia:

• umiejętność rozwiązywania zadań rachunkowych,

• rozumienie postawionych problemów,

• umiejętność korzystania z tablic i literatury,

• aktywność na zajęciach.

Kryteria oceny:

% pkt. ocena

<0, 50%) 2 (ndst)

<50%, 60%) 3 (dst)

<60%, 70%) 3,5 (dst +)

<70%, 80%) 4 (db)

<80%, 90%) 4,5 (db +)

<90%, 100%) 5 (bdb)

Obowiązkowe są praktyki miesięczne realizowane w Białostockim Centrum Onkologii.