Výroční zpráva Ústavu jaderné fyziky AV ČR za rok 2003
  1. Vědecká činnost a uplatnění jejích výsledků
  1. Stručná charakteristika vědecké činnosti ústavu

  2. Posláním ústavu je výzkum v jaderné fyzice a souvisejících oborech včetně interdisciplinárního výzkumu a uplatnění poznatků jaderné fyziky v jiných oborech. Základní výzkum se soustřeďuje zejména na studium extrémních stavů hmoty ve srážkách těžkých jader, vlastnosti jader s velkým počtem neutronů nebo protonů vzdálených od linie stability, jadernou astrofyziku – tj. studium jaderných reakcí významných pro astrofyziku, rozpad beta a určování hmotnosti neutrin ze spekter beta, teoretický výzkum především hadronových systémů, matematickou fyziku orientovanou hlavně na řešitelné kvantově mechanické modely. Interdisciplinární a orientovaný výzkum je zaměřen zejména na jaderné analytické metody a jejich široké použití, neutronovou difrakci na kondenzovaných látkách a materiálový výzkum, urychlovačem řízené technologie a fúzní systémy pro perspektivní jadernou energetiku, dozimetrii ionizujícího záření včetně biofyzikálních aspektů, výzkum a vývoj radiofarmak, cyklotronovou techniku.

  3. Výběr nejvýznamnějších výsledků a jejich aplikací
  1. Kombinací metod instrumentální neutronové a gama aktivační analýzy (INAA, IGAA) a neutronové aktivační analýzy s radiochemickou separací (RNAA) bylo stanoveno 38 prvků v několika částech nedávno dopadlého meteoritu ”Morávka”. Je to jeden z mála metoritů, jehož heliocentrický orbit, průchod a rozpad v zemské atmosféře byly stanoveny s velkou přesností. Výsledky přispěly k charakterizaci meteoritu jako běžného H5-6 chondritu. (B)
  2. Analyzovali jsme všechna možná schemata spontánního narušení globální SU(3)xU(1) symetrie relativistického barevného supravodiče s kondenzátem v barevném sextetu ve fenomenologické Higgs-Ginzburg-Landauově teorii. Ukázali jsme, že standardní fermionová mikroskopická teorie popis všech fází neumožňuje. Připsali jsme toto selhání použití aproximace středního pole, a navrhli možná řešení. (B)
  3. Graf závislosti chování separační energie dvou neutronů S2n v oblasti C-Cl na počtu N a Z nám umožnil nejen pozorovat vymizení slupky N=20 pro Z 14, ale též získat konečný důkaz o novém neutronovém magickém čísle N=16 pro jádra v blízkosti limity stability. Tato slupka se objevuje mezi orbitami 1s1/2 a 0d3/2 v dobrém souhlasu s teoretickými výpočty. Nová slupka N=6 je rovněž zřetelně pozorovatelná ze separačních energií dvou neutronů. (B)
  4. Účinné průřezy reakcí patří mezi základní veličiny jaderné fyziky. Jejich přesná znalost je velmi důležitá nejenom pro vyhodnocování některých experimentů ale i pro různé aplikace. Systematickým studiem byly získány nové hodnoty účinných přůřezů pro termální záchyt neutronů na telurových izotopech 122,124,125,126,128,130Te. Tyto nové hodnoty významně upřesnily doposud udávané a používané hodnoty těchto průřezů. Pro izotop 126Te jsme obdrželi velmi rozdílnou hodnotu od doposud udávané a používané hodnoty v BNL kompilaci. Vedle těchto hodnot účinných průřezů byly nově také stanoveny poměry pro napájení izomerních h11/2h11/2 stavů při termálním záchytu neutronů. (B)
  5. Byl zvládnut vývoj syntézy radiofarmaceutického přípravku [18F]NaF s následnou úspěšnou inspekcí Státního ústavu pro kontrolu léčiv. Tento přípravek umožní rozšířit PET diagnostiku o stanovení krevního kostního průtoku a následně vizualizaci především kostních metastáz. (C)
  6. S využitím stochastického modelu RADACK byla studována radiolýza komplexů DNA s proteiny, které se uplatňují v procesech reparace poškození DNA (Fpg, HOGG1). Byla potvrzena hypotéza, že většina reakcí OH radikálů probíhá ve studovaných komplexech s proteiny. Experimentální měření ve spolupráci s CBM CNRS Orléans France prokazují, že klíčovým poškozením proteinů je zřejmě oxidace vedlejších řetězců. (B)
  7. Odvodili jsme třínukleonové potenciály způsobené výměnou pionu a jednoho těžkého mezonu (ρ, σ, ω) pomocν zobecnμné S-maticové metody. Ukázali jsme, že jejich příspěvky do vazbové energie tritonu jsou individiálně poměrně výrazné (0.5-1.0 MeV). Stejně jako v nukleon-nukleonových potenciálech dochází k výrazné destruktivní interferenci mezi výměnou σ a ω. Porovnαnν s chirální poruchovou teorii naznačuje, že uvažované příspěvky nesaturují nízkoenergetické efektivní vazbové konstanty. (B)
  8. Byly zkonstruovány axiální výměnné proudy s výměnou těžkých mesonů  ,  a a1. Tyto proudy vyhovují jaderné podmínce částečného zachování axiálního proudu a jsou vhodné ve výpočtech pozorovatelných s použitím jaderných vlnových funkcí, získaných řešením Schrödingerovy rovnice s potenciálem jednobozonové výměny. Proudy byly použity ve výpočtu efektivního průřezu pro reakci štěpení deuteronů nízkoenergetickými neutriny a antineutriny. (B)
  9. Na svazku cyklotronu ÚJF byl pomocí reakce přenosu protonu 20Ne(3He,d)21Na určen S-faktor radiačního záchytu protonů. Byl získán na základě asymptotických normalizačních koeficientů extrahovaných z úhlových rozložení reakce. Určený S-faktor má hodnotu S(0) = 4500  800 keVb. (B)
  10. Pro analýzu experimentálních výsledků při měření orientovaných jader (speciálně při online-experimentech na hmotových separátorech) je zapotřebí brát v úvahu proces spin-mřížkové relaxace, kdy při měření isotopů s krátkými dobami života dochází pouze k částečné orientaci popisované tzv. ”zeslabovacími koeficienty parametrů jaderné orientace”. Byly provedeny rozsáhlé výpočty těchto koeficientů pro měření záření  ,  a  z orientovaných jader a tabulky byly publikovány. (B)
  11. Pro projekt IFMIF (International Fusion Material Irradiation Facility) byl proveden integrální test transportu neutronů v železe (hlavní komponentě terčového modulu IFMIF). K simulaci neutronového spektra IFMIF byla užita poprvé zkoumaná reakce D2O(3He,xn). Vyšší shodu s experimentem prokázal MCNP(X) výpočet pro neutronovou databázi FZK/INPE (ve srovnání s databází LANL). Rozbor predikce modelu ISABEL se spektrem primární reakce vedla autorský tým LANL k revizi kódu MCNP(X). (C)
  12. Byly získány další nové údaje o dozimetrických charakteristikách polí záření na palubě Mezinárodní kosmické stanice (International Space Station – ISS). Ve spolupráci s dalšími partnery (Rusko, Belgie, Irsko) byly dlouhodobě i krátkodobě exponovány různé detektory. Srovnání výsledků ukázalo na dobrý souhlas hodnot příspěvků různých druhů záření stanovených jednotlivými účastníky společných měření. (B)
  13. V průběhu roku 2003 pokračovalo sledování 14C v životním prostředí v okolí jaderných elektráren Dukovany a Temelín. Byly rovněž zpracovány údaje o ovlivnění úrovně aktivity 14C spalováním fosilních paliv včetně analýz vzorků v aglomeraci města Prahy a v okolí elektrárny Mělník. První výsledky v okolí jaderných elektráren ukazují, že navýšení aktivit uhlíku 14 není ani ve vzdálenosti do 2 km příliš výrazné. (C)
  14. Byly získány první poznatky o chelatačních vlastnostech perspektivního ligandu pro vazbu radionuklidů yttria při vývoji přípravku pro léčbu onkologických onemocnění krvetvorných orgánů. Byl učiněn pokrok v syntéze fluorovaného thymidinu a dosaženy maximální výtěžky při syntéze FDG ( až 88 %). (C)
  15. V rámci systematické analýzy fenomenologických kvantově-mechanických modelů generovaných polynomiálními interakcemi byla odhalena existence nové, velmi široké třídy zcela exaktních vázaných stavů. Přes náročnost jejich nalezení (zavedením pojmu vektorové vlastní hodnoty a řešením velkých soustav nelineárních algebraických rovnic) mají tato řešení elementární formu, extrémně vhodnou k poruchovým výpočtům. (B)
  1. Nejvýznamnější popularizační aktivity

  2. Pracovníci ÚJF D. Adamová a J. Adam přeložili populárně vědeckou knihu R. Mackintosh, J. Al-Khalili, B. Jonson, T. Peña: Jádro, cesta do srdce hmoty (Akademia, Praha, 2003). Pracovníci ÚJF napsali řadu populárně vědeckých článků a proslovili řadu populárně vědeckých přednášek. F. Janouch měl přibližně 20 komentářů a interview v českém vysílání BBC. Během dnů otevřených dveří 7.-8.11.2003 navštívilo ústav přibližně 85 osob. Během roku proběhla řada exkursí studentů středních a vysokých škol.

  3. Domácí a zahraniční ocenění pracovníků ÚJF
F. Janouch: Profesor Honoris Causa, Dniepropetrovsk State Chemical University; Profesor Honoris Causa, Kiev State University of Technology and Design.

A.Macková: Cena Nadání J. Hlávky pro vynikající studenty a mladé vědecké pracovníky.

J. Šaroun: Medal of Director General PINSTECH (Pakistan).

e) Další specifické informace o pracovišti

Do ÚJF AV ČR přešla z FJFI ČVUT laboratoř mikrotronu se dvěma pracovníky. Umístění zůstává v tunelu pod Vítkovem, perspektivně se předpokládá přestěhování do Řeže. Výroba radiofarmak probíhá v ÚJF od r. 2003 v rámci jiné činnosti. Počátkem r. 2003 proběhly atestace všech vysokoškolsky vzdělaných pracovníku výzkumu a vývoje v ústavu v souvislosti se zavedením kvalifikačních stupňů a přípravou nové platové soustavy. Kvalifikační stupeň vedoucí vědecký pracovník byl přiznán 15 pracovníkům z celkového počtu 92 atestovaných.

  1. Vědecká a pedagogická spolupráce s vysokými školami

  2. a) Nejvýznamnější vědecké výsledky spolupráce s vysokými školami

    Ve spolupráci s vysokými školami byl prováděn výzkum perspektivních materiálů zejména pro opto-elektronické prvky. Ve spolupráci se Západočeskou universitou byly jadernými analytickými metodami sledovány korelace mezi parametry přípravy, prvkovým složením a výslednými vlastnostmi materiálů na bázi Si-C-B-N, ve spolupráci s Univerzitou Pardubice byly studovány tenké vrstvy chalkogenidových skel s obsahem stříbra (systémy Ag-As-S a Ag-Sb-S) mající potenciální využití při přípravě mikrooptických prvků (mřížky, čočky) a jako materiály pro optické paměti (DVD disky). V spolupráci s VŠCHT byl studován lithium niobát LiNbO3 dopovaný Er a poprvé určena poloha laserově aktivního iontu Er v neporušeném a nízkoteplotní protonovou výměnnou modifikovaném LiNbO3.

    b) Spolupráce na uskutečňování doktorských studijních programů a magisterského studia

    ÚJF úspěšně spolupracuje na doktorských studijních programech MFF UK (společná akreditace programu Fyzika – obory Subjaderná fyzika, Jaderná fyzika, Fyzika kondenzovaných látek a materiálový výzkum, Teoretická fyzika, astronomie a astrofyzika), FJFI ČVUT (společná akreditace programu Aplikace přírodních věd – obory Fyzikální inženýrství, Matematické inženýrství, Jaderná chemie) a Přírodovědeckou fakultou UK (vzhledem k menšímu překrytí tématik bez potřeby akreditace). Na programech magisterského studia spolupracuje ÚJF přednáškami pracovníků ústavu a vedením studentů, zejména při diplomových pracích. Tato spolupráce probíhá v širokém rozsahu s MFF UK a FJFI ČVUT, v menším rozsahu s PF UK, UJEP Ústí n. L., VŠCHT, 3. lékařskou fakultou UK.
     
     

  3. Spolupráce s dalšími institucemi a podnikatelskou sférou
  1. Společné projekty výzkumu a vývoje podporované z veřejných prostředků: 4

  2. MPO: FB-C3/37 Centrum jaderných technologií - Experimentální ověření vybraných variant transmutační technologie a vydání podkladů pro projektování základních komponent demonstračního transmutoru LA-10. ÚJV Řež a.s. a další. Byly zkoumány toky neutronů emitovaných Pb terčem ozařovaným protony a transmutace dlouhodobě žijících izotopů jodu, tým ÚJF se dále podílel na experimentech s násobící soustavou Pb/U.

    MPO: FB-K/048 Vývoj přístrojů a technologických postupů pro průmyslové a lékařské aplikace ionizujícího záření, ÚJV Řež a.s. a další.

    Min. zdrav.: NC6473 Stanovení optimálních dávek pro neutronovou záchytovou terapii, Všeobecná fakultní nemocnice Praha 2.

    MŠMT – EUREKA: OE91 Diagnostické agents pro stanovování neurodegenerativních procesů v lidském mozku, Vidia s.r.o. (popis výsledků v následujícím odstavci).

  3. Výsledky výzkumu a vývoje pro ekonomickou sféru a ve spolupráci s ní dosažené: 10

  4. Byla vyvinuta metoda vhodná pro  radioaktivní značení vybraných monoklonálních protilátek. Prvním značeným substrátem byla nedávno připravená monoklonální protilátka TU-20 proti beta tubulinu třídy III, což je protein, specifický pro neuronální cytoskelet. K inkorporaci do sloučeniny jsme použili izotopy jodu 125I a 123I. Technikami značení in vitro na vzorcích mozkových tkání myší bylo potvrzeno, že vazebná specifičnost pro cílový molekulární typ zůstává zachována. Imunoreaktivita jodovaných biomolekul byla ověřována imunochemickou metodou metodou ELISA, která byla vyvinuta firmou VIDIA v rámci společného výzkumného programu (projekt OE91 podporovaný MŠMT).

    Fluoro-deoxy-glukóza pro diagnostiku nádorových onemocnění a generátory Rb/Kr pro diagnostiku plicních onemocnění byly pravidelně dodávány do řady českých a slovenských nemocnic.

    Pokračovalo monitorování 85Kr, 14C a tritia v životním prostředí. Na základě hospodářské smlouvy se SÚRO byl monitorován Rn v životním prostředí a budovách. Bylo sledována ozáření posádek letadel a expozice svářečů ocelí Cr a Mn.

  5. Odborné expertizy pro státní orgány a instituce: 6
”Metodika hodnocení odezev TLD používaných CRMS pro případ radiační havárie – úvodní analýza”, vypracoval F. Spurný pro SÚJB, duben 2003.

”Metodika hodnocení odezev TLD používaných CRMS pro případ radiační havárie – návrh opatření”, vypracoval F. Spurný pro SÚJB, červen 2003.

”Soupis postupů stanovení forem 14C v inspekčních vzorcích plynných výpustí JE zařízení”, vypracoval I. Světlík pro SÚRO, prosinec 2003.

Oponentský posudek na činnost Českého metrologického institutu v oblasti metrologie látkového množství, vypracoval J. Kučera pro ČMI.

  1. Mezinárodní vědecká spolupráce
  1. Přehled řešených mezinárodních projektů

  2. EU - 5. RP: 3, EUROATOM – 5. RP: 2, IAEA: 2.

  3. Nejvýznamnější výsledky dosažené v mezinárodní spolupráci
Většina výsledků ÚJF je dosahována v mezinárodní spolupráci. Jiným způsobem nedosažitelné jsou především výsledky experimentů na velkých mezinárodních zařízeních.

Jako příklad uveďme účast v experimentu STAR na urychlovači RHIC v BNL, USA. Studium srážek AuAu, dAu a pp při energiíchsNN = 200 GeV a 130 GeV tam ukázalo, že v počátečním stádiu centrální srážky těžkých jader dochází k produkci husté, disipativní, silně interagující hmoty, která vykazuje kolektivní chování doprovázené silnými tlakovými gradienty. Tyto závěry byly učiněny z naměřeného silného potlačení produkce částic s velkou příčnou hybností (AuAu vzhledem k dAu a pp), vysokého stupně azimutální anizotropie přetrvávající až do velkých pt, rychlé radiální expanze systému (<vr> = 0.55c) a velice krátké a pozdní doby emise hadronů.

V experimentu CERES/NA45 v CERN byla dokončena analýza e+e- párů s invariantní hmotností 0.2  m  1 Gev/c2 produkovaných při energii 40 A GeV. Proti výsledkům z rozpadu neutrálních mezonů je jejich pozorovaný počet zhruba 5 krát vyšší.

c) Organizované a spoluorganizované akce s mezinárodní účastí

Workshop projektu BIOGRAD, Praha, 3.-4.2.2003. Počet účastníků 15, z toho 11 zahraničních.

Czech-Taiwanese Workshop on the Intermediate- and High-Energy Physics, Praha,

3.-5.3.2003. Počet účastníků 32, z toho 11 zahraničních.

4th KATRIN Plenary Sesion, Řež, 2.-4.6.2003. Počet účastníků 51, z toho 42 zahraničních.

Workshop ”Pseudo-Hermitean Hamiltonians in Quantum Physics”, Praha, 16.6.-17.6.2003. Počet účastníků 29, z toho 21 zahraničních.

15th Indian–Summer School of Physics ”Understanding Dense Matter”, Praha, 27.8.-1.9.2003. Počet účastníků 27, z toho 12 zahraničních.

Workshop ”Problems with Moving Boundaries”, Praha, 15.10.-18.10.2003. Počet účastníků 16, z toho 7 zahraničních.

Doppler 200, Praha, 28.-29.11.2003. Počet účastníků 17, z toho 6 zahraničních.

  1. Nejvýznamnější návštěvy zahraničních vědců v ÚJF

  2. F. Azaiez (IPN Orsay), J. Blümer (Forschungszentrum Karlsruhe), R. Grötzschel (Forschungzentrum Rossendorf), T. Hallman (BNL), R. McGreevy (ISIS), L. McLerran (BNL), R. Scherm (PTB Braunschweig).

  3. Počet meziústavních dvoustranných dohod: 7
  1. Předpokládané hlavní okruhy vědecké činnosti v r. 2004
Studium silně interagující hmoty ve srážkách těžkých iontů – účast v projektech STAR v BNL, ALICE v CERN, HADES a CMB v GSI Darmstadt. Výzkum jader vzdálených od linie stability na urychlovači GANIL ve Francii a v SÚJV Dubna. Výzkum jaderných reakcí lehkých jader důležitých pro astrofyziku. Jaderná spektroskopie nízkoenergetických elektronů zaměřená na určování hmotnosti neutrin - účast v  projektu KATRIN v Karlsruhe.

Teoretické studium struktury jader a hyperjader, interakcí částic s jádry při nízkých i vysokých energiích, vlastností hadronů v jaderné hmotě. Kvantová chromodynamika. Rozvoj a aplikace matematických metod kvantové mechaniky. Teorie s nehermiteovskými hamiltoniány.

Rozvoj a implementace jaderných analytických metod využívajících jak svazky neutronů reaktoru tak svazky nabitých částic. Užití jaderných analytických metod pro potřeby různých oborů, např. materiálový výzkum, ekologii, biologii, chemii, archeologii. Rozptyl neutronů na kondenzovaných látkách a materiálový výzkum. Neutronová optika. Jaderná fyzika pro budoucí energetické technologie. Rozvoj dozimetrie a mikrodozimetrie ionizujícího záření. Experimentální a teoretické studium biologických účinků ionizujícího záření. Výzkum a vývoj radiofarmak na bázi isotopů fluoru, holmia, kryptonu, astatu.

Modernizace uzlů cyklotronu U-120M. Instalace nového tandemového elektrostatického urychlovače. Pokračování v rekonstrukci mikrotronu.