Uniwersytet Śląski w Katowicach

Celem pracy dyplomowej będzie przeprowadzenie, przy użyciu techniki symulacji komputerowych, badania wpływu nanostruktur na stabilność błony komórkowej (konkretnie dwuwarstwy fosfolipidowej). Symulacje będa polegały na przebiciu dwuwarstwy nanostrukturami i oszacowanie potrzebnej do przebicia siły, pracy oraz stopnia uszkodzenia błony podczas przebijania. Jako jeden z wyników należy również traktować odpowiedź na pytanie o prawdopodobieństwo regeneracji błony po przebiciu poszczególnymi nanostrukturami. Do zadań studenta będzie należało, pod opieką promotora, zamodelowanie odpowiednich układów, przeprowadzenie symulacji i opracowanie wyników. Dyplomant uzyska dostęp do odpowiedniego oprogramowania (do przygotowania modelu oraz przeprowadzenia symulacji) oraz komputera, na którym będzie mógł przeprowadzić niezbędne obliczenia.

Praca dyplomowa będzie polegała na zamodelowaniu fragmentu błony komórkowej (konkretnie dwuwarstwy fosfolipidowej). W skład dwuwarstwy wchodzą fosfolipidy i cholesterol. Zadaniem dyplomanta będzie, pod opieką promotora, przygotowanie modelu dwuwarstwy złożonego m.in. z fosfolipidów DMPC i POPC (w różnych proporcjach) oraz cholesterolu, a następnie przeprowadzenie symulacji komputerowych MD przygotowanych układów i opracowanie wyników. Efektem końcowym jest odpowiedź na pytanie, jak zmieniają się właściwości błony (w szczególności gęstość powierzchniowa) w zależności od proporcji różnych składników. Otrzymane wyniki należy porównać z wynikami otrzymanymi tylko dla układu POPC+cholesterol i DMPC+cholesterol. Dyplomant uzyska dostęp do odpowiedniego oprogramowania (do przygotowania modelu oraz przeprowadzenia symulacji) oraz komputera, na którym będzie mógł przeprowadzić niezbędne obliczenia.

Cechą stałych scyntylatorów plastikowych jest krótki czas wyświecania, który pozwala na ich zastosowanie do precyzyjnych pomiarów czasu. Neutrony jako cząstki elektrycznie obojętne mogą być również pośrednio rejestrowane w scyntylatorach, jeśli wybiją z cząsteczek scyntylatora jakieś cząstki naładowane, np. protony. Wydajne rejestrowanie neutronów wymaga jednak zastosowania dużego detektora (scyntylatora), a wtedy problemem jest określenie miejsca oddziaływania neutronu. Można to rozwiązać poprzez zastosowanie długiej “belki” ze scyntylatora odczytywanej z dwu końców przez dwa fotopowielacze (PMT). Światło w drodze do PMT jest częściowo pochłaniane. W zależności od miejsca oddziaływania będziemy obserwować różnicę amplitud sygnałów rejestrowanych w dwóch PMT. Oprócz tego zmierzymy różnicę czasu rejestracji związaną z drogą światła i skończoną prędkością jego rozchodzenia się w scyntylatorze. Zanim wykorzystamy detektor do pomiaru neutronów, musimy sprawdzić te zależności z wykorzystaniem cząstek naładowanych, o których wiemy, w jakim punkcie oddziaływały. W laboratorium możemy do tego celu wykorzystać miony kosmiczne, które z łatwością przenikają przez cały scyntylator o przekroju około 10 x 10 cm2, ale potrzebny jest dodatkowy detektor (lub detektory) pozwalający określić miejsce przejścia mionu, czyli zapewniający tzw. aktywną kolimację. Zadania do wykonania w ramach pracy to: • Pomiary z wykorzystaniem mionów kosmicznych. Na wstępie niezbędne będzie przygotowanie detektora do kolimacji elektronicznej (do wyboru jeden z dwu wariantów). Następnie wymagana jest optymalizacja ustawień specjalnych modułów dyskryminatorów stałofrakcyjnych (CFD) w celu najbardziej precyzyjnego pomiaru czasu. Do porównania są dwa typy takich urządzeń. • Analiza danych. Porównanie wyników uzyskanych na podstawie różnicy czasu rejestracji i różnicy wysokości impulsu. Określenie pozycyjnej zdolności rozdzielczej układu. • Symulacje depozycji energii przez miony kosmiczne w detektorze – porównanie z wynikami testów laboratoryjnych. Wymagania wstępne: umiejętności na poziomie Laboratorium fizyki na I stopniu studiów.

Praca licencjacka: Fizyka
Praca inżynierska: Fizyka Medyczna

BINA to układ wielodetektorowy wykorzystywany do badania oddziaływań jądrowych. Pierwotnie był wykorzystywany w ośrodku KVI w Groningen (Holandia), a obecnie jest stosowany w eksperymentach w Centrum Cyklotronowym Bronowice IFJ PAN w Krakowie. Składa się z dwu części: Wall i Ball. Część Ball składa się ze 149 detektorów - scyntylatorów plastikowych. Podczas pomiarów rejestrowane było m.in. rozpraszanie sprężyste protonów (z wiązki) na deuteronach (z ciekłej tarczy). Deuterony rejestrowane były w części przedniej, Wall, która pozwalała na precyzyjne określenie ich kątów wylotu i energii. Na tej podstawie dokładnie możemy określić kierunek wylotu i energię protonu, który powinien był trafić w określony element Ball. Stanowi to podstawę do kalibracji energetycznej poszczególnych elementów detektora Ball. Zadania do wykonania w ramach pracy to: 1. Analiza danych zebranych dla trzech energii wiązki – wybór interesujących zdarzeń: deuteron w Wall i proton w Ball. 2. Identyfikacja i rekonstrukcja zdarzeń typu klaster w Ball: światło produkowane przez cząstkę w danym elemencie detektora Ball przenika częściowo do elementów sąsiednich i trzeba zrekonstruować całkowitą sumę światła. 3. Wyznaczenie kalibracji energetycznej dla kilku wybranych elementów o różnej geometrii i przygotowanie półautomatycznej procedury analizy dla całości układu. Wymagana podstawowa znajomość c++

Praca licencjacka Fizyka
Praca inżynierska Fizyka medyczna
Współpraca: dr hab. Elżbieta Stephan

Instytut Fizyki Jądrowej JGU (Moguncja, Niemcy) jest znanym na całym świecie ośrodkiem akceleratorowym wiązek elektronowych. Obecnie w budowie jest nowy akcelerator elektronów, MESA https://www.mesa.uni-mainz.de/eng/, który pozwoli osiągnąć niedostępne nigdzie indziej intensywności (prądy) wiązki elektronowej o niskiej energii (100-150 MeV). Dzięki temu możliwy będzie pomiar wielkości ważnych z punktu widzenia elementarnych oddziaływań, a także prowadzenie badań ciemnej materii. Nowoczesne spektrometry magnetyczne MAGIX https://magix.uni-mainz.de/spectrometer.php będą wykorzystane m.in. do rejestracji elektronów rozproszonych na lekkich jądrach atomowych. Badanie takich reakcji otwiera możliwości testowania oddziaływań jądrowych i prądów elektromagnetycznych, opisywanych obecnie w sposób spójny w ramach Chiralnej Efektywnej Teorii Pola. Przyszłe pomiary wymagają optymalizacji detektora protonów i deuteronów wybitych z tarczy. Głównym celem pracy będzie przeprowadzenie symulacji krzemowych detektorów paskowych z wykorzystaniem pakietu GEANT4 https://geant4.web.cern.ch/ i ich odpowiedzi na protony i deuterony o różnych energiach.

Praca licencjacka: Fizyka

Cechą stałych scyntylatorów plastikowych jest krótki czas wyświecania, który pozwala na ich zastosowanie do precyzyjnych pomiarów czasu. Neutrony jako cząstki elektrycznie obojętne mogą być również pośrednio rejestrowane w scyntylatorach, jeśli wybiją z cząsteczek scyntylatora jakieś cząstki naładowane, np. protony. Wydajne rejestrowanie neutronów wymaga jednak zastosowania dużego detektora (scyntylatora), a wtedy problemem jest określenie miejsca oddziaływania neutronu. Można to rozwiązać poprzez zastosowanie długiej “belki” ze scyntylatora odczytywanej z dwu końców przez dwa fotopowielacze (PMT). Światło w drodze do PMT jest częściowo pochłaniane. W zależności od miejsca oddziaływania będziemy obserwować różnicę amplitud sygnałów rejestrowanych w dwóch PMT. Oprócz tego zmierzymy różnicę czasu rejestracji związaną z drogą światła i skończoną prędkością jego rozchodzenia się w scyntylatorze. Zanim wykorzystamy detektor do pomiaru neutronów, musimy sprawdzić te zależności z wykorzystaniem cząstek naładowanych, o których wiemy, w jakim punkcie oddziaływały. W laboratorium możemy do tego celu wykorzystać miony kosmiczne, które z łatwością przenikają przez cały scyntylator o przekroju około 10 x 10 cm2, ale potrzebny jest dodatkowy detektor (lub detektory) pozwalający określić miejsce przejścia mionu, czyli zapewniający tzw. aktywną kolimację. Zadania do wykonania w ramach pracy to: • Pomiary z wykorzystaniem mionów kosmicznych. Na wstępie niezbędne będzie przygotowanie detektora do kolimacji elektronicznej (do wyboru jeden z dwu wariantów). Następnie wymagana jest optymalizacja ustawień specjalnych modułów dyskryminatorów stałofrakcyjnych (CFD) w celu najbardziej precyzyjnego pomiaru czasu. Do porównania są dwa typy takich urządzeń. • Analiza danych. Porównanie wyników uzyskanych na podstawie różnicy czasu rejestracji i różnicy wysokości impulsu. Określenie pozycyjnej zdolności rozdzielczej układu. • Symulacje depozycji energii przez miony kosmiczne w detektorze – porównanie z wynikami testów laboratoryjnych. Wymagania wstępne: umiejętności na poziomie Laboratorium fizyki na I stopniu studiów.
Praca licencjacka: Fizyka
Praca inżynierska: Fizyka Medyczna

BINA to układ wielodetektorowy wykorzystywany do badania oddziaływań jądrowych. Pierwotnie był wykorzystywany w ośrodku KVI w Groningen (Holandia), a obecnie jest stosowany w eksperymentach w Centrum Cyklotronowym Bronowice IFJ PAN w Krakowie. Składa się z dwu części: Wall i Ball. Część Ball składa się ze 149 detektorów - scyntylatorów plastikowych. Podczas pomiarów rejestrowane było m.in. rozpraszanie sprężyste protonów (z wiązki) na deuteronach (z ciekłej tarczy). Deuterony rejestrowane były w części przedniej, Wall, która pozwalała na precyzyjne określenie ich kątów wylotu i energii. Na tej podstawie dokładnie możemy określić kierunek wylotu i energię protonu, który powinien był trafić w określony element Ball. Stanowi to podstawę do kalibracji energetycznej poszczególnych elementów detektora Ball. Zadania do wykonania w ramach pracy to: 1. Analiza danych zebranych dla trzech energii wiązki – wybór interesujących zdarzeń: deuteron w Wall i proton w Ball. 2. Identyfikacja i rekonstrukcja zdarzeń typu klaster w Ball: światło produkowane przez cząstkę w danym elemencie detektora Ball przenika częściowo do elementów sąsiednich i trzeba zrekonstruować całkowitą sumę światła. 3. Wyznaczenie kalibracji energetycznej dla kilku wybranych elementów o różnej geometrii i przygotowanie półautomatycznej procedury analizy dla całości układu. Wymagana podstawowa znajomość c++
Praca licencjacka Fizyka
Praca inżynierska Fizyka medyczna
Współpraca: dr hab. Elżbieta Stephan

Scyntylatory to zaawansowane materiały produkujące światło pod wpływem oddziaływania z nimi cząstek naładowanych. Cechą stałych scyntylatorów plastikowych jest krótki czas wyświecania, który pozwala na ich zastosowanie do precyzyjnych pomiarów czasu z dokładnością do dziesiątych nanosekundy. W odróżnieniu od kryształów nieorganicznych scyntylatory plastikowe są bardzo rzadko wykorzystywane do rejestracji fotonów z uwagi na ich małe Z, a co za tym idzie niską wydajność, a w szczególności zaniedbywalny przekrój czynny na efekt fotoelektryczny. Praktycznie wykluczało to ich zastosowanie w metodzie PET, gdzie rejestrowane są fotony o energii 511 keV. Ostatnio jednak, m.in. w związku z rozwojem metod TOF PET i Compton PET, wzrosło zainteresowanie zastosowaniem scyntylatorów plastikowych w diagnostyce z uwagi na ich wyjątkowe własności czasowe i umiarkowaną cenę. Wydajne rejestrowanie cząstek neutralnych wymaga jednak zastosowania dużego detektora (scyntylatora), a wtedy problemem jest określenie miejsca oddziaływania. Typowy sposób to zastosowanie dużej liczby fotopowielaczy (PMT). Alternatywnie, można to rozwiązać poprzez zastosowanie długiej “belki” ze scyntylatora odczytywanej z dwu końców przez dwa fotopowielacze (PMT). Światło w drodze do PMT jest częściowo pochłaniane. W zależności od miejsca oddziaływania będziemy obserwować różnicę amplitud sygnałów rejestrowanych w dwóch PMT. Oprócz tego zmierzymy różnicę czasu rejestracji związaną z drogą światła i skończoną prędkością jego rozchodzenia się w scyntylatorze. Zanim wykorzystamy detektor do pomiaru cząstek neutralnych, musimy sprawdzić te zależności z wykorzystaniem cząstek naładowanych, o których wiemy, w jakim punkcie oddziaływały. W laboratorium mamy dwie możliwości: • Zastosowanie źródła 90Sr – emitera promieniowania beta o stosunkowo dużej energii, które penetruje do około 1 cm w głąb scyntylatora. • Pomiar mionów kosmicznych, które z łatwością przenikają przez cały scyntylator o przekroju około 10 x 10 cm, ale potrzebny jest dodatkowy detektor (lub detektory) pozwalający określić miejsce przejścia mionu, czyli zapewniający tzw. aktywną kolimację. Zadania do wykonania w ramach pracy to: • Pomiary laboratoryjne z wykorzystaniem źródła. Przed pomiarem zależności pozycja-czas wymagana jest optymalizacja ustawień specjalnych modułów tzw. dyskryminatorów stałofrakcyjnych (CFD) w celu najbardziej precyzyjnego pomiaru czasu. • Pomiary z wykorzystaniem mionów kosmicznych. Na wstępie niezbędne będzie przygotowanie dodatkowego niewielkiego detektora do kolimacji elektronicznej i określenie jego najlepszego ustawienia. • Porównanie wyników uzyskanych w obu wypadkach i określenie pozycyjnej zdolności rozdzielczej układu. • Rejestracja skolimowanych kwantów z kilku źródeł o różnych energiach i aktywnościach. • Wykorzystanie liniowego modelu PET (istniejący układ dwu detektorów NaJ) do rejestracji pary fotonów anihilacyjnych ze źródła 22Na w koincydencji z detekcją fotonu w scyntylatorze testowym. Osoby zainteresowanie programowaniem mogą połączyć te zadania z symulacjami, ale nie jest to element niezbędny do realizacji pracy. Wymagania wstępne: umiejętności na poziomie Laboratorium fizyki na I stopniu studiów.
Praca magisterska Fizyka Medyczna

Celem pracy jest wytworzenie i scharakteryzowanie struktury wybranych materiałów węglowych na bazie obrabianych temperaturowo koksów, sacharozy i węgla szklistego (produkowanych do zastosowań w ogniwach generujących energię elektryczną) metodami eksperymentalnymi: dyfrakcji promieniowania X, spektroskopii Ramana, wysokorozdzielczej transmisyjnej mikroskopii elektronowej oraz pomiarów izoterm odsorpcji azotu. Planowane są także symulacje komputerowe struktury badanych materiałów oraz weryfikacja teoretycznych modeli struktury poprzez bezpośrednie porównanie z eksperymentalnymi danymi dyfrakcyjnymi.

Celem pracy są badania struktury atomowej (molekularnej) wybranych farmaceutycznych substancji aktywnych tworzących w stanie szklistym struktury supramolekularne, w różnych warunkach temperaturowych oraz badania ich stabilności fizycznej. Główną metodą badań będzie dyfrakcja promieniowania X. Do analizy lokalnej struktury będzie też stosowane podejście funkcji rozkładu par atomów. Badania mają na celu wyjaśnienie obserwowanych właściwości dielektrycznych i stabilności fizycznej na poziomie molekularnym.

Scyntylatory to zaawansowane materiały produkujące światło pod wpływem oddziaływania z nimi cząstek naładowanych. Zestaw scyntylatorów plastikowych jest wykorzystany m.in. w układzie wielodetektorowym BINA, stosowanym do badań oddziaływań jądrowych w Centrum Cyklotronowym Bronowice IFJ PAN w Krakowie. BINA składa się z dwu części: Wall i Ball. Część Ball tworzy 149 scyntylatorów plastikowych. Podczas pomiarów w roku 2019 rejestrowane było m.in. rozpraszanie sprężyste protonów (z wiązki) na deuteronach (z ciekłej tarczy). Deuterony rejestrowane były w części przedniej, Wall, która pozwalała na precyzyjne określenie ich kątów wylotu i energii. Na tej podstawie dokładnie możemy określić kierunek wylotu i energię protonu, który powinien był trafić w określony element Ball. Stanowi to podstawę do określenia wydajności poszczególnych elementów detektora Ball dla protonów. Bardzo interesującym zagadnieniem jest wydajność materiału scyntylacyjnego na detekcję neutronów, które jako cząstki neutralne mogą oddziaływać pośrednio – aby zostały zarejestrowane muszą wybić cząstkę naładowaną. Obecne modele oddziaływania neutronów wykazują pewne niedoskonałości. Zebrane dane pozwolą zweryfikować aktualnie stosowane symulacje. Do tego celu trzeba zidentyfikować specjalne zdarzenia, kiedy w części Wall zarejestrowano dwa protony. Wiadomo wtedy, że w określonym elemencie części Ball musiał pojawić się neutron. Zadania do wykonania w ramach pracy to:
1. Wybór wśród zebranych danych interesujących zdarzeń: deuteron w Wall lub dwa protony w Wall (analiza z wykorzystaniem pakietu root i programów w C++)
2. Wykonanie symulacji takich zdarzeń z wykorzystaniem pakietu GEANT4 https://geant4.web.cern.ch
3. Przygotowanie procedury określenia elementu Ball, który powinien zarejestrować proton lub, odpowiednio, neutron – analiza geometryczna i symulacje.
4. Analiza wydajnościowa – weryfikacja, czy określony element zarejestrował cząstkę.
5. Wyznaczenie wydajności na detekcję neutronów w funkcji ich energii, porównanie z symulacjami.
Praca magisterska: Fizyka lub Mikro- i nanotechnologia

Instytut Fizyki Jądrowej JGU (Moguncja, Niemcy) jest znanym na całym świecie ośrodkiem akceleratorowym wiązek elektronowych. Obecnie w budowie jest nowy akcelerator elektronów, MESA https://www.mesa.uni-mainz.de/eng/, który pozwoli osiągnąć niedostępne nigdzie indziej intensywności (prądy) wiązki elektronowej o niskiej energii (100-150 MeV). Dzięki temu możliwy będzie pomiar wielkości ważnych z punktu widzenia elementarnych oddziaływań, a także prowadzenie badań ciemnej materii. Nowoczesne spektrometry magnetyczne MAGIX https://magix.uni-mainz.de/spectrometer.php będą wykorzystane m.in. do rejestracji elektronów rozproszonych na lekkich jądrach atomowych. Badanie takich reakcji otwiera możliwości testowania oddziaływań jądrowych i prądów elektromagnetycznych, opisywanych obecnie w sposób spójny w ramach Chiralnej Efektywnej Teorii Pola (ChPT). Pierwszym etapem pracy będzie przegląd gotowych już obliczeń teoretycznych, wykonanych przy pewnych założeniach, pod kątem „czułości” na szczegóły dynamiki. Celem będzie znalezienie obszarów kątowych wylotu rozproszonego elektronu i wybitego protonu lub deuteronu, dla których przewidywania ChPT np. różnią się od podejścia w ramach tzw. potencjałów realistycznych. Jednocześnie obszar ten musi się charakteryzować wystarczająco dużym przekrojem czynnym, aby można było wykonać dokładne pomiary. Po zidentyfikowaniu interesujących obszarów należy zoptymalizować układ pomiarowy tak, by rejestrować interesujące zdarzenia z dużą wydajnością. Drugi etap to przeprowadzenie symulacji z wykorzystaniem pakietu GEANT4 w celu znalezienia optymalnej konfiguracji krzemowych detektorów paskowych oraz spektrometrów MAGIX. Badane będzie także oddziaływanie elektronów z różnymi materiałami spektrometru MAGIX.