Badania własności podstawowych składników materii: jąder atomowych i cząstek elementarnych stanowią wyzwanie nie tylko dla samej fizyki ale również dla technik eksperymentalnych stosowanych w badaniach fizycznych: elektroniki, mechaniki precyzyjnej, techniki próżniowej itp., a przede wszystkim dla informatyki i szeroko rozumianej techniki komputerowej. Rzeczywiście, niezbadanym  pozostaje obecnie tylko to, czego poznanie było niemożliwe dotychczas na poziomie dostępnych technik pomiarowych. Właśnie dlatego, każdy nowy eksperyment fizyczny sięga granic możliwości współczesnej techniki i technologii. Nie dziwi więc fakt,  że wykorzystywany dziś we wszystkich dziedzinach życia na całym świecie World Wide Web (WWW) " narodził się" w największym ośrodku fizyki jądrowej CERN jako narzędzie pracy fizyków. Ten spektakularny przykład, to tylko przysłowiowy "wierzchołek góry lodowej", bowiem metody i narzędzia fizyki jądrowej wykorzystywane są w wielu dziedzinach życia poczynając od energetyki, przemysłu i medycyny,  poprzez rolnictwo i ochronę środowiska, aż po archeologię i historię sztuki. 

Celem proponowanych zajęć jest przybliżenie słuchaczom zagadnień dotyczących roli promieniowania jądrowego oraz przemian i reakcji jądrowych w różnych dziedzinach zastosowań technicznych, a także przedstawienie związanych z tym pojęć i metod dotyczących techniki pomiarów i analizy danych jądrowych. Omówione zostaną także zagadnienia ochrony przed promieniowaniem oraz dozymetrii promieniowania jądrowego. Treść wykładu ilustrowana będzie przykładami zaczerpniętymi z praktycznych aplikacji realizowanych w konkretnych zagadnieniach technicznych. Uzupełnieniem będą wizyty w instytutach badawczych i produkcyjnych, gdzie prowadzone są prace dotyczące zastosowań promieniowania jądrowego oraz metod fizyki jądrowej. 

PROGRAM WYKŁADU

1. Wprowadzenie - podstawowe pojęcia fizyki jądrowej: struktura materii: atomy => jądra atomowe => nukleony => kwarki oraz podstawowe własności elementarnych składników materii, oddziaływania fundamentalne i siły jądrowe, podstawowe przemiany i reakcje jądrowe  
2. Źródła promieniowania jądrowego: pr a wo rozpadu promieniotwórczego,  rozpady sukcesywne, szeregi promieniotwórcze, sztuczne źródła promieniotwórcze, wiązki cząstek naładowanych, akceleratory liniowe i kołowe, transport i prowadzenie wiązki, otrzymywanie strumieni neutronów w reaktorach, generatory neutr onów, dodatkowo - generacja promieniowania rentgenowskiego, lampy rentgenowskie,  własności źródeł i wiązek promieniowania z punktu widzenia ich zastosowań technicznych
3. Oddziaływanie promieniowania jądrowego z materią: prawo i współczynniki (liniowy oraz masowy) osłabienia i absorpcji wiązki promieniowania, średnia droga sw o bodna, całkowity i różniczkowy przekrój czynny, przechodzenie ciężkich cząstek naładowanych przez materię: straty jonizacyjne, formuła Bethe-Blocha, relacja zasięg-energia, krzywa Bragga, oddziaływania elektronów: straty energii na jonizację i promieniowanie, energia krytyc z na i jednostka radiacyjna, procesy wielokrotnych rozproszeń kulombowskich, oddziaływania fotonów: zjaw i sko fotoelektryczne, efekt Comptona i tworzenie par (e⁺,e^-), przekroje czynne na te zjawiska w funkcji energii promieniowania i własności absorbenta, kaskady elektronowo-fotonowe, oddziaływanie neutronów w różnych obszarach ich  energii , spowalnianie neutronów
4. Detekcja i detektory promieniowania jądrowego: fizyczne podstawy działania detektorów promieniowania jądrowego,  komory jonizacyjne, liczniki proporcjonalne i liczniki GM, detektory półprzewodnikowe, de tektory scyntylacyjne: nieorganiczne, organiczne i ciekłe, detektory pozycyjne, parametry typowych detektorów, układy elektroniczne współpracujące z detektorami promieniowania, analizatory amplitudy i czasu ( ADC i TDC), układy koincydencyjne, spektrometry, wydajność, zdolność rozdzielcza i czas martwy układu detekcyjnego, detekt o ry neutronów, metody aktywacyjne
5. Statystyczne aspekty emisji, propagacji i detekcji promieniowania : rozkład Poissona i jego relacje z procesami jądrowymi oraz propagacją i detekcją promieniowania jądrowego, pomiar w obecności tła, czas martwy układów pomiarowych,  statystyka pomiarów koincydencyjnych, algorytmy i programy modelowania komputerowego procesu propagacji promienio wania, wydzielania energii w materiałach i rejestracji promieniowania, zastosowanie metod Monte-Carlo, program GEANT jako przykład uniwersalnego podejścia do modelowania procesów propagacji i detekcji promieniowania jądrowego, przykłady obliczeń dla złożonych układów pomiarowych. 
6. Ochrona przed promieniowaniem jonizującym, dozymetria: podstawowe pojęcia, wielkości i jednostki: aktywność, strumień, dawka pochłonięta, czynnik wagowy, dawka skuteczna, metody i przykłady obliczania dawek, typy,  zasady działania i przykłady instrumentów dozymetrycznych, kalibracja dawkomierzy, oddziaływanie promieniowania jonizującego na organizmy żywe, następstwa napromieniania, systemy monitoringu i ochrony radiologicznej 
7. Promieniowanie naturalne: skorupy ziemskiej, kosmiczne, odpadów kopalnianych i materiałów budowlanych, zawartość radonu w powietrzu, jego pomiar i metody obniżania stężenia oraz możliwy wpływ na zdrowie człowieka, problem małych dawek promieniowania
8. Technologie radiacyjne: usuwanie zanieczyszczeń gazów, sterylizacja materiałów medycznych i  dekontaminacja środków spożywczych, konserwacja żywności metodą napromieniania, hamowanie kiełkowania, zwalczanie szkodników poprzez sterylizacje owadów itd, membrany trekowe, materiały termokurczliwe itp.
9. Metody radioznacznikowe: istota metody, aparatura i przykłady badań radioznacznikowych; badania dynamiki procesów i transformacji materii, kontrola szczelności i lokalizacja nieszczelności, badania urządzeń i ciągów technologicznych, analiza  przepływu wód gruntowych i przepływów zanieczyszczeń, neutronowa analiza aktywacyjna i jej zastosowania np. w identyfikacji dzieł sztuki i kryminalistyce, metody datowania i badania wieku obiektów 
10. Radioizotopowe metody pomiarowe: ciągłe i bezdotykowe (nieniszczące) pomiary poziomu, grubości, gęstości, stężenia itp., defektoskopia, wagi izotopowe, mierniki zapylenia powietrza, analizatory składu i jakości materiałów, kontrola przebiegu procesów technologicznych i zastosowania w układach automatyki przemysłowej, profilowanie odwiertów przy poszukiwaniu surowców mineralnych; nowe kierunki rozwoju związane z technikami pomiarów wieloparametrycznych i metodami obrazowania.
11. Radiodiagnostyka i radioterapia: medycyna nuklearna: radiofarmaceutyki, diagnostyka izotopowa, tomografia komputerowa: jednofotonowa (SPECT) i pozytonowa (PET), immuno-terapia, metody rezonansu magnetycznego, radioterapia z użyciem promieniowania gamma, elektronów i ciężkich jonów
12. Energetyka jądrowa: zasady działania i podstawowe typy reaktorów jądrowych, cykl paliwowy, bezpieczeństwo pracy elektrowni jądrowej, odpady jądrowe - ich transport i przechowywanie, procesy transmutacji i nowe rozwiązania w energetyce jądrowej, reaktory sterowane akceleratorami, społeczne aspekty energetyki jądrowej

WIZYTY W OŚRODKACH FIZYKI I TECHNIKI JĄDROWEJ 

Uzupełnienie wykładu stanowią wizyty w ośrodkach gdzie prowadzone są prace dotyczące zastosowań promieniowania jądrowego oraz metod fizyki jądrowej:  

1. Instytut Chemii i Techniki Jądrowej (ul. Dorodna 16) 
2. Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej  (ul. Konwaliowa 7) 
3. Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów (ul. Pasteura 5a)
4. Instytut Energii Atomowej oraz  Instytut Problemów Jądrowych w Świerku k. Otwocka, 
5. Centrum Onkologii - Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie (ul. Wawelska 15)

W czasie wizyt przedstawione zostaną metody i rozwiązania techniczne rozwijane w danym zakładzie i zademonstrowane będą produkowane i stosowane w  różnych dziedzinach konkretne urządzenia. 

Wizyty te wykraczają poza ramy wykładu i odbywać się będą oddzielnie. (Są one elementem zajęć dla studentów ostatnich lat Wydziału Fizyki PW.) Realizacja wizyt planowana jest na drugą część semestru w piątki w godzinach 10 -13. Uczestnictwo w wizytach nie stanowi obowiązkowego elementu wykładu dla doktorantów PW - jest jednak  niezwykle cennym uzupełnieniem i ilustracją treści przekazywanych na wykładzie. 

Przebieg wizyt zrealizowanych w roku ak: 2002/2003  ilustruje załączony foto-raport.

LITERATURA

1. A.Strzałkowski, Wstęp do Fizyki Jądrowej, PWN, (197 9)
2. E. Skrzypczak, Z Szefliński, Wstęp do fizyki jądra atomowego i cząstek elementarnych, PWN, Warszawa (1995)
3. C. Grupen, Particle Detectors, Cambridge Univ. Press, (1992)
4. W.R. Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, (1987)
5. James E. Turner, Atoms, radiation and radiation protection, J.Willey&Sons, (1995)
6. Frank H. Attix, Introduction to radiological physics and radiation dosimetry, J.Willey&Sons, (1986)
7. A.Hrynkiewicz (red), Człowiek i promieniowanie jonizujące, PWN, Warszawa (2001)
8. P.Urbański (red), Promieniowanie jako źródło informacji o własnościach materii, raport PTN-5/2001
9. Z.Celiński, Energetyka Jądrowa, PWN, Warszawa (1991), Energetyka Jądrowa a Społeczeństwo, PWN, Warszawa (1992)
10. Postępy Techniki Jądrowej, (kwartalnik, PTN)
11. Bezpieczeństwo Jądrowe i Ochrona Radiologiczna, (dwumiesięcznik, CLOR)
12. "Technika jądrowa w przemyśle, medycynie, rolnictwie i ochronie środowiska", Materiały odbywającego się cyklicznie krajowego sympozjum oraz referencje tam zawarte.
13. Informacje Działu Szkolenia i Doradztwa IPJ (pliki *.doc): ogólne , elektroniczne , badania powietrza
14. Państwowa Agencja Atomistyki -
15. Instytut Chemii i Techniki Jądrowej
16. Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej
17. Instytut Energii Atomowej
18. Akademia Górniczo Hutnicza
19. Instytut Uranowy w Londynie

ZALICZENIA