Výroční zpráva Ústavu jaderné fyziky AV ČR za rok 2004

 

 

1._Vědecká činnost_a_uplatnění_jejích_výsledků

 

a)                  Stručná charakteristika vědecké činnosti ÚJF AV ČR

ÚJF AV ČR se zabývá  badatelským  výzkumem v oblasti  jaderné  fyziky a dalších  souvisejících oborech a dále aplikacemi jaderné fyziky a jejích metod v interdisciplinárním a cíleném výzkumu.

Hlavní tématické okruhy badatelského výzkumu jsou zaměřeny na studium silně interagující hmoty ve srážkách těžkých iontů, jader vzdálených od linie stability a jaderných reakcí důležitých pro astrofyziku, na určení hmotnosti neutrina metodami elektronové spektroskopie a na vybrané problémy teoretické a matematické fyziky.

V interdisciplinárních a cílených aktivitách jsou hlavními tématickými okruhy využití jaderných analytických metod a neutronové difrakce např. v  materiálovém výzkumu, ekologii, biologii, chemii, archeologii, studium fyzikálních procesů důležitých pro  nové perspektivní energetické technologie, rozvoj dozimetrie a mikrodozimetrie ionizujícího záření a studium jeho biologických účinků, výzkum a vývoj radiofarmak včetně jejich produkce v rámci jiné činnosti ústavu a rozvoj urychlovací techniky.

b) Nejdůležitější výsledky vědecké činnosti a jejich aplikace

Vybrané výsledky navržené na anotace

1.       Detailní analýzou dvoukrokových spekter z reakce 162Dy(n,g)163Dy byla získána experimentální evidence pro existenci M1 nůžkové rezonance nad excitovanými stavy jádra 163Dy. Výsledek, který vznikl ve  spolupráci s MFF UK Praha a Forschungszentrum Karlsruhe, je prvním svého druhu a představuje významný přínos ve studiu fotonových silových funkcí. (B) - anotace

2.       Na radioaktivních  svazcích komplexu  GANIL (Francie) byla studována neutrono-bohatá jádra ležící na hranici stability. Byla získána nová spektroskopická data v oblasti uzavírání neutronových slupek N = 16, 20 a 28. Výsledky potvrzují existenci nové neutronové slupky N=16. (B) - anotace

3.       Byly vyšetřovány symetrie a supersymetrie modelů s pseudo-hermitovskými hamiltoniány, včetně modelů vycházejících z Klein-Gordonovy rovnice. Pro některé modely byla ukázána nestabilita reálného spektra a nalezena fyzikálně podstatná kritéria reálnosti spektra. (B) - anotace

Další  výsledky seřazené podle závažnosti v jednotlivých okruzích

Studium silně interagující hmoty ve srážkách těžkých iontů

4.       Na dileptonovém spektrometru HADES (GSI Darmstadt) byla změřena produkce vektorových mezonů v relativistických jadro-jaderných srážkách a studovány změny vlastností hadronů v jaderné hmotě v závislosti na její hustotě a teplotě. Mimo jiné byl zjištěn vliv jaderného prostředí na hmotnost mezonů r. (B)

5.       Korelace dvou neidentických částic, mezonu p a baryonu X(1315), s poměrem hmotností 1:10 přináší zásadně novou informaci o dynamice expandující partonové hmoty po ultrarelativistické srážce dvou jader (BNL – experiment STAR). Díky silné vzájemné interakci mezi oběma částicemi byla poprvé v jaderných srážkách pozorována produkce baryonu X*(1530) → p + X(1315). (B)

6.       Poprvé ve srážkách relativistických těžkých iontů (CERN – experiment WA98) byly změřeny dvoučásticové korelace přímých fotonů. Provedená analýza umožnila extrahovat výtěžky přímých fotonů a jejich srovnání s teoretickými modely. (B)

Jádra vzdálená od linie stability

7.       Změření jaderného magnetického momentu 59Cu na zařízení ISOLDE (CERN)  ukázalo na narušení představy uzavřených slupek v 56Ni. (B)

Jaderná astrofyzika

8.       Prostřednictvím měření reakce 14N(13N,14O)13C na urychlovači A&M University Texas byl určen vklad přímého záchytu do reakce 13N(p,g)14O. Byly tak stanoveny nové podmínky přechodu od „chladného“ k „horkému“ CNO cyklu ve vývoji stelárního prostředí v supernovách vedoucí k jejich případné explozi. (B)

Určení hmotnosti neutrina elektronovou spektroskopií

9.       Důslednou analýzou všech údajů rentgenové, fotoelektronové a optické spektroskopie se podařilo dvacetinásobně zpřesnit vazbovou energii elektronů atomové slupky K v plynném kryptonu na  14 327.26 (4) eV. Tato hodnota se uplatní při absolutní kalibraci energetické stupnice neutrinového experimentu KATRIN (Karlsruhe). (B)

Teorie

10.   Teoretické odvození relativistického popisu interakce tříčásticových systémů s vnějším polem v rámci kvazipotenciálního popisu poskytuje formalismus pro výpočet elektromagnetických vlastností  jader s A=3. Spolupráce s Jefferson Laboratory, USA. (B)

11.   Byl navržen model dynamického narušení elektroslabé symetrie: Yukawova chirálně invariantní interakce hmotného skalárního pole s nehmotným fermionovým polem selfkonsistentně generuje hmotu fermionu a rozštěpení hmot skalárních částic. Podélné spinové polarizační stavy bosonů W a Z dynamicky vzniknou absorbováním tří Nambu-Goldstoneových kolektivních excitací. (B)

Matematická fyzika

12.   Vliv často opakovaných měření na rozpad (Zenonův jev) je znám dlouho, nyní se však stává experimentálně dostupným. Odvozená součinová formule ukazuje, jak vypadá dynamika uvnitř podprostoru vymezeného opakovaným měřením. Spolupráce s Universitou v Kanazawě. (B)

Jaderné analytické metody

13.   Metodou RBS-kanálování byly studovány monokrystalické materiály LiNbO3 a LiTaO3, které jsou velmi perspektivní pro použití v optice a optoelektronice. Byly  měřeny přesné polohy laserově aktivních trivalentních iontů Er3+ , Yb3+ v těchto materiálech a zjištěna modifikace krystalu vlivem přípravy planární vlnovodné struktury. Spolupráce s Forschungzentrum Rossendorf. (C)

14.   V součinnosti s Národním muzeem v Praze bylo jadernými metodami analyzováno cca 500 kovových předmětů z počátku letopočtu. Práce přinesla zcela nové rozsáhlé poznatky o vývoji metalurgie na našem území, zejména o používání nově se objevivší měděné slitiny - mosazi, o vysoké specializaci využití měděných slitin na různé typy výrobků a o bohatých obchodních a kulturních stycích v rámci tehdejší Střední Evropy. (B,C)

Neutronová difrakce

1.       Metodou maloúhlového rozptylu neutronů byl proveden výzkum plazmově nanášené keramiky YSZ, využívané jako ochranná vrstva ve vysokoteplotních aplikacích. Hlavní charakteristikou určující její tepelné a mechanické vlastnosti je porozita. Při temperování na 800°C vzniká nová populace pórů, což až doposud nebylo pozorováno. (C)

2.       Rozsáhlý soubor neutronových difrakčních experimentů určil charakteristiky FGM keramiky (Functionally Graded Material) navržené pro použití v medicíně jako důležité komponenty kloubních implantátů. (C)  

Jaderná fyzika pro budoucí energetické technologie

3.       Na neutronovém generátoru NG2 cyklotronu ÚJF byly poprvé experimentálně zkoumány aktivační vlastnosti oceli Eurofer-97, perspektivního materiálu budoucích termojaderných reaktorů. Výsledky dokazují nutnost nového vyhodnocení aktivačních účinných průřezů knihovny IEAF-2001 v oboru energií nad 15 MeV (C)

Dozimetrie ionizujícího záření

4.       Byly dokončeny analýzy měření úrovně ozáření na palubách letadel v průběhu výrazných perturbací sluneční činnosti. Zvláště významná se ukázala být měření provedená na podzim 2003, kdy proběhly tři erupce s významným vlivem na úroveň a spektrum galaktického kosmického záření doprovázené snížením úrovně ozáření na palubách po dobu několika dnů. (B)

5.       Vytvořený program pro testování reaktivity jednotlivých atomů v nukleotidech byl aplikován na analýzu experimentálních výtěžků poškozování bází DNA v samostatných nukleotidech a celé DNA. (B)

Radiofarmaka

6.       Byly stanoveny parametry stability, reaktivita, citlivost a imunospecifita radioaktivně označeného scFv fragmentu monoklonální protilátky TU-20 (proti neurotubulinu). (B)

7.       Byly zkoumány podmínky komplexace nových bifunkčních ligandů s trojmocným indiem a yttriem pro použití v nukleární medicíně. Výsledky ukazují, že některé nové ligandy komplexují rychleji než v klinické praxi používaný ligand DOTA, a to zejména při nižších pH. (B)

8.       Bylo získáno povolení k zahájení klinických zkoušek dvou radiofarmaceutických přípravků a to [18F]fluorid sodný, injekce a (166Ho) holmiumboromakroagregáty. Dokončen byl výzkum a vývoj přípravy 3´-deoxy-3´-[18F]fluorothymidinu, injekce pro diagnostiku rychle rostoucích nádorů. Pracoviště získalo povolení k výrobě pro 3 radiofarmaka na bázi 123I  (NAI, OIH, MIBG) a certifikát ISO 9001 pro přípravu aktivních implantátů – iridiových uzavřených zářičů pro brachyterapii. (C)

Technika urychlovačů

9.       Byla dokončena kompletní výměna povodněmi zasažených napájecích zdrojů jednotlivých podsystémů cyklotronu. Bylo dosaženo podstatně vyšší stability urychleného a vyvedeného svazku jak pro fyzikální experimenty, tak pro vývoj a výrobu radionuklidů. Zvýšila se spolehlivost provozu cyklotronu se zápornými ionty. (C)

c) Nejvýznamnější popularizační aktivity Rukopis knihy Č. Šimáně: Život mezi atomy aneb jak to u nás, ale i jinde začínalo (vydá ÚJV Řež a.s., 2005). Překlad knihy S. Weinberg: Tváří v tvář (Aurora, Praha, 2004) pracovníky ÚJF J. Adamem, D. Adamovou a J. Hoškem. Řada populárních přednášek a několik populárních článků včetně příspěvku v popularizační brožuře „Analytical Applications of Nuclear Techniques“ (IAEA, Vienna, 2004). Exkurse studentů a dalších zájemců v ÚJF (např. u cyklotronu 296 návštěvníků, toho 188 českých a 27 zahraničních studentů).

 
d) Domácí a zahraniční ocenění zaměstnanců pracoviště

Č. Šimáně - Medaile Jana Marka Marci udělená Českou spektroskopickou společností. K. Němcová – Cena Václava Votruby za nejlepší disertaci v teoretické fyzice udělená FJFI ČVUT. M. Běgusová – 1. cena a V. Štísová – 3. cena Společnosti pro ochranu před zářením za nejlepší práci publikovanou mladými vědeckými pracovníky. R. Mach - Ocenění předsedy Úradu pre normalizáciu, metrológiu a skušebníctvo Slovenskej Republiky za to, že se „významne zaslúžil o budovanie Cyklotrónového centra Slovenskej republiky“.

e) Další specifické informace o pracovišti

Byla zahájena výstavba haly pro nový tandemový urychlovač, který nahradí dosavadní Van de Graaffův urychlovač pro potřeby jaderných analytických metod. Uvedení nového urychlovače do úplného provozu je předpokládáno v r. 2006.

 
2._Vědecká a pedagogická spolupráce pracoviště s vysokými školami
 
a) Nejvýznamnější vědecké výsledky ve spolupráci s vysokými školami
Měření reakce 162Dy(n,g)163Dy u reaktoru v Řeži s MFF UK (bod 1b.1).

               Studium profesionální exposice svářečským dýmům na zdraví pracovníků ve spolupráci s  1. LF UK v Praze a LF UK v Hradci Králové. Společný vývoj a používání linky pro elektrolytickou koncentraci vzorků tritia, studium sorpce Cs a dalších štěpných produktů na jílech,  studium obsahů prvků v houbách s PF UK v Praze. Studium kontaminace zemědělských produktů prvky vzácných zemin, U a Th  s Zemědělskou a farmaceutickou universitou v Brně

Na generátoru NG2 cyklotronu ÚJF byl proveden první experiment  v programu studia neutronové kinetiky modelu podkritické násobící soustavy řízené vnějším zdrojem ve spolupráci s FJFI ČVUT a neutronový test prvků detekční soustavy projektu ATLAS (CERN) ve spolupráci s ÚTEF ČVUT.

Studium polymerních materiálů ve spolupráci s  UJEP Ústí n. L., tvrdých teplotně odolných materiálů na bázi Si, B, C, N s ZČU Plzeň, fotoindukované difúze stříbra do chalkogenidů s Východočeskou Universitou Pardubice, kompositních materiálů vhodných mimo jiné k přípravě antibakteriálních vrstev s MFF UK.

            Spolupráce s 3. FVL UK při přípravě klinických zkoušek  (166Ho) HoBMA, spolupráce s  VŠCHT Praha a PřF UK Praha  na vývoji nových radiofarmak značených holmiem 166 a yttriem 90.

b) Ústav nemá společná pracoviště s vysokými školami.

c) Spolupráce s vysokými školami na uskutečňování doktorských studijních programů a magisterského studia.

Na ústav je rozšířena akreditace doktorských studijních programů „Fyzika“ Matematicko-fyzikální fakulty UK a „Aplikace přírodních věd“ Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT ve studijních oborech spadajících do činnosti ústavu. S těmito fakultami probíhá spolupráce i v magisterském studiu, předevšímdiplomovými pracemi vedenými pracovníky ústavu a přednáškami. Několik pracovníků ÚJF je členy Dopplerova ústavu pro matematickou fyziku FJFI ČVUT, probíhá společný seminář s účastí studentů. ÚJF je příjemcem doktorského grantu GAČR společně s ÚTEF ČVUT. Dále probíhá spolupráce zejména s Přírodovědeckou fakultou UK, VŠCHT, UJEP v Ústí nad Labem. A. Macková je autorkou dvou vysokoškolských skript.

3. Spolupráce s dalšími institucemi a s podnikatelskou sférou
 
a) Společné projekty výzkumu a vývoje podpořené z veřejných prostředků: 3.

MPO – projekt 1H-PK/07 Materiály a technologie pro komponenty fúzních reaktorů, etapa E03: Neutronika termojaderných materiálů, spolupráce s Ústavem jaderného výzkumu Řež a.s. Pro generaci rychlých neutronů a simulaci spektrálního složení neutronového pole termojaderného reaktoru byly vyvinuty terčové stanice využívající vysoké proudové hodnoty protonů a deuteronů  urychlených na cyklotronu ÚJF.

MPO - projekt FD-K/048: Vývoj pro optimalizaci metody NZT na pracovišti LVR-15, etapa E05, spolupráce s Ústavem jaderného výzkumu Řež a.s. Ověření bezpečnosti neutronové záchytové terapie na reaktoru LVR-15 v rámci prvních klinických testů.

b) Výsledky výzkumu a vývoje pro ekonomickou sféru nebo ve spolupráci s ní dosažené na základě hospodářských smluv: 10  (z toho ve dvou případech ÚJF zadává testování vyvíjených radiofarmak)

SÚRO: sledování radionuklidů v plynných výpustích jaderných elektráren a v přízemní atmosférické vrstvě.

Canberra – Packard: zdokonalení metodiky měření zhášení vzorků 90S, 90Y a 89Sr kapalinovou scintilační spektrometrií.

JETE: připravena nová zdokonalená verze výpočetního souboru a provedena kalibrace kapalinové scintilační spektrometrie Laboratoře radiační kontroly okolí; předány též metodiky měření a vyhodnocování spekter zhášených vzorků 14C a tritia.

ČSA, a.s.; Travel Service, s. r.o.; Fischer air, s.r.o.: provedena osobní dozimetrie posádek letadel, výsledky předány jednotlivým leteckým společnostem.

ÚNMZ udělil pracovišti k 18.5. autorizaci AMS k ověřování klinických a operativních dozimetrů, byly provedeny kalibrace a vystaveno 21 ověřovacích listů pro klinické a operativní dozimetry.

Dodávky radiofarmak FDG a Rb/Kr  pro nemocnice v ČR a na Slovensku. 

c) Na základě výsledků činnosti ústavu nevznikly nové firmy.

d) Odborné expertizy pro státní orgány a instituce: 3

Zpráva “Metody stanovení 14C ve vzorcích bodových odběrů plynných výpustí jaderných elektráren“ pro SÚRO.

 

4. Mezinárodní vědecká spolupráce

 

a) Přehled řešených mezinárodních projektů

ESF: 1 projekt; EU – INTAS: 1 projekt, COST: 3 projekty, FP5: 5 projektů, FP6: 7 projektů, JRC: 1 projekt; IAEA: 2 projekty.

b) Nejvýznamnější výsledky dosažené v mezinárodní spolupráci

Většina výsledků ÚJF je dosahována v mezinárodní spolupráci, např. body 1-2, 3-10, 12-13 odstavce 1b.  Podstatná je účast ve velkých mezinárodních experimentech (CERN, BNL USA, GSI Darmstadt, GANIL Francie). Dále uvádíme několik příkladů dalších výsledků.

Kombinací metod epithermální a radiochemické neutronové aktivační analýzy (ENAA  a RNAA) byl ve spolupráci s MAAE, Vídeň stanoven jod ve stravě několika asijských zemí. Bylo zjištěno, že v zemích bez významného podílu mořských produktů ve stravě lze jedině použitím jodované soli zabránit jodovému deficitu, který vede k závažnému poškození zdraví obyvatel

Stanovení dozimetrických a mikrodozimetrických charakteristik radioterapeutických svazků protonů a připravovaného svazku jader uhlíku; ověření etalonu 60Co (Rokus M) v klinicko-lékařském komplexu LJaP SÚJV. Měření na palubě Mezinárodní kosmické stanice s Ústavem lékařsko-biologických problémů RAV. Spolupráce s Ruskou akademií věd  na vývoji dvojstupňových odstředivkových extraktorů pro separaci yttria 90.

c) Akce s mezinárodní účastí organizované nebo spoluorganizované ÚJF

COST Meeting - Action P7 - X-ray and Neutron Optics, Řež 14.-15.5.2004, 26 účastníků (z toho 25 zahraničních).

Workshop on Activation Data EAF 2005, Praha 7.-9.6.2004, 18 účastníků (z toho 13 zahraničních).

2nd International WorkshopPseudo-Hermitian Hamiltonians in Quantum Physics II'',  Praha 14.-16.6.2004, 32 účastníků (z toho 22 zahraničních).

18th Nuclear Physics Division Conference of the European Physical SocietyPhase Transitions in Strongly Interacting Matter“, Praha 23.-29.8.2004, 98 účastníků (z toho 82 zahraničních).

XVIth Indian-Summer SchoolUnderstanding Neutrinos“, Praha 8.-13.9.2004, 38 účastníků (z toho 16 zahraničních).

Workshop analyzační skupiny spolupráce HADES, Řež 2.-5.12.2004, 17 účastníků (z toho 13 zahraničních).

d) Nejvýznamnější zahraniční návštěvníci ústavu

M. Berry, H. Geyer, E. Friedman, K. Balogh, S. Mathies, A. Morgenstern, Ch. Apostolidis.

e) Počet meziústavních dvoustranných dohod: 7