Wyróżnienia Rady Naukowej NCBJ za osiągnięcia naukowe i badawczo-techniczne w roku 2022

8 marca, podczas uroczystego posiedzenia Rady Naukowej NCBJ, zostały zaprezentowane i nagrodzone osiągnięcia pracowników Instytutu, w kategoriach: naukowe, badawczo-techniczne i popularyzatorskie, dokonane w 2022 roku.

W kategorii osiągnięcia naukowe, wyróżnieni zostali:

Dr Renata Ratajczak
Za cykl prac poświęconych badaniom efektów w półprzewodnikach złożonych a w szczególności tlenku cynku (ZnO) domieszkowanego jonami ziem rzadkich (RE) na drodze implantacji jonów.

W obecnych czasach badania materiałowe są napędzane przez nowe technologie, które mają na celu ulepszenie istniejących materiałów lub zastąpienie ich tańszymi i wydajniejszymi odpowiednikami. Od kilkudziesięciu lat technologia związków półprzewodnikowych doskonale wpisuje się w ten trend. Ta technologia jest niezastąpiona w zastosowaniach optoelektronicznych, takich jak lasery, wyświetlacze czy białe diody LED, gdzie wszechobecny krzem nie może być zastosowany ze względu na swoją pośrednią i niezbyt szeroką przerwę energetyczną.

Tlenku cynku (ZnO) jest półprzewodnikiem szerokoprzerwowym, z właściwościami zbliżonymi do obecnie wiodącego półprzewodnika jakim jest azotek galu (GaN), lecz znacznie tańszą technologią produkcji. Podstawowa emisja światła z niedomieszkowanego ZnO występuje w obszarze ultrafioletu, ale można ją stosunkowo łatwo przestroić do obszaru widzialnego domieszkując ten materiał jonami metali ziem rzadkich (RE od ang. Rare Earth). Domieszkowanie jonami RE na etapie wzrostu jest bardzo trudne ze względu na ich niską rozpuszczalność. Alternatywną metodą domieszkowania jest powszechnie stosowana technika implantacji jonów. Niestety mimo wielu zalet implantacja posiada też swoje ograniczenia, wynikające z balistycznego charakteru tego procesu, a mianowicie wytwarzanie defektów strukturalnych. Defekty strukturalne są zazwyczaj niepożądane, ponieważ wpływają niekorzystnie na żywotność urządzeń zbudowanych na wadliwych materiałach. Aczkolwiek, z drugiej strony dość często działają one jak pułapki fotonów, silnie wpływając na kolor i intensywność światła.

Znajomość podstawowych właściwości ZnO implantowanego różnymi jonami RE, natury powstałych defektów, jak również mechanizmu ich transformacji ma zatem kluczowe znaczenie dla przyszłych możliwych zastosowań systemów ZnO:RE w optoelektronice. Ostatnimi laty, dr Renata Ratajczak z FM2, DFM i współpracownicy przeprowadzili kompleksowe badania takich systemów, których owocem jest cykl 15 prac w wysoko punktowanych czasopismach o zasięgu międzynarodowym.

Dr inż. Urszula Karczmarczyk
Za aktywność publikacyjną i motywowanie zespołu DB OR POLATOM do upowszechniania wyników prac badawczych

Dr inż. Urszula Karczmarczyk, kierownik Pracowni Badań Przedklinicznych w OR POLATOM, jest zaangażowana w prace in vitro z wykorzystaniem linii komórkowych jak i prace in vivo z użyciem zwierząt laboratoryjnych, których wyniki są dopełnieniem radiochemicznych prac badawczo rozwojowych nad nowymi radiofarmaceutykami i ostatecznym przedklinicznym potwierdzeniem ich skuteczności. W ostatnich latach, największy wkład pracy był skierowany na dwa tematy:

„Nowatorskie nanonośniki polimerowe jako transportery radioizotopów do teranostyki onkologicznej” wykonywany we współpracy z Politechniką Łódzką i Uniwersytetem Medycznym w Łodzi, a finansowanym z OPUS-17. Liderem projektu jest dr hab. inż. Piotr Ulański z Politechniki Łódzkiej. Częścią badań prowadzoną w OR POLATOM było znakowanie nanonośników terapeutycznymi radionuklidami oraz ich charakteryzacja. Opracowano metody optymalizacji procesu znakowania, jak również kontroli jakości. Wykonano także badania skuteczności biologicznej nanonośników, zarówno in vitro (ocena internalizacji), jak i in. vivo (ocena rozmieszczenia fizjologicznego u zdrowych zwierząt). Wynikiem pracy jest 5 publikacji i 10 prezentacji konferencyjnych o zasięgu krajowym i zagranicznym, a kolejna publikacja jest w przygotowaniu.

Opracowanie zestawu PSMA do znakowania technetem-99m, który służy do diagnostyki przerzutów nowotworu prostaty. Prace obejmowały udział w przygotowaniu zestawów, tzw. „kitów”, badania in vitro i in. vivo, aż do I fazy badań klinicznych. Uwieńczeniem tej pracy było otrzymanie patentów: polskiego, US Patent i europejskiego oraz 1 publikacja.

Dr Łukasz Janiak z zespołem
Za pomiar czasu połowicznego zaniku stanu izomerycznego 184Re

Izomery renu od lat są przedmiotem zainteresowań badaczy, w tym naukowców NCBJ. W najnowszych badaniach, przeprowadzanych wspólnie z naukowcami z Laboratorium Badawczego Armii USA, zespół naukowy Departamentu Aparatury i Technik Jądrowych zajmował się sposobami produkcji stanów izomerycznych renu, w tym izomeru 184mRe. Metaliczne próbki naturalnego renu były poddane działaniu strumienia neutronów termicznych w centralnych kanałach reaktora MARIA. Po obniżeniu aktywności próbek do bezpiecznego poziomu, badacze przeprowadzili serię pomiarów spektroskopowych. Ze względu na długi czas trwania eksperymentu, możliwe było otrzymanie dokładnych wyników i na ich podstawie precyzyjne wyznaczenie czasu życia jednego z powstałych izomerów, 184mRe.

Rozpad renu-184 i jego stanu izomerycznego jest zjawiskiem skomplikowanym, mogą podczas niego zachodzić wychwyty elektronów, czy deekscytacja poprzez przemianę γ bądź emisję elektronów konwersji wewnętrznej. W celu dokładnego zbadania tego zjawiska, a więc dokładnego wyznaczania czasu życia izomeru, wszystkie te przejścia muszą zostać wzięte pod uwagę. Nie jest to proste zadanie, choćby ze względu na występowanie czasu martwego aparatury pomiarowej, którego nieprawidłowe oszacowanie może istotnie wpływać na niepewność pomiarów. Uzyskany nowy wynik, 177,25 ± 0,07 dnia, jest o dwa rzędy wielkości dokładniejszy od poprzedniego (168 ± 9 dni) i będzie od teraz stanowić wartość referencyjną dla tego izomeru.

O badaniach zespołu dr Janiaka pisaliśmy w artykule: Nowe, najdokładniejsze pomiary czasu życia izomeru 184mRe

Mgr Kamil Skwarczyński
Specjalne wyróżnienie dla młodego badacza za wkład w analizę oscylacji neutrin w eksperymencie T2K

Łamanie symetrii CP, mogące wyjaśnić nadwyżkę obserwowalnej materii nad antymaterią jest jednym z kluczowych pytań na które chce odpowiedzieć T2K, badając oscylacje neutrin. W swojej pracy, mgr Kamil Skwarczyński był odpowiedzialny za część analizy oscylacyjnej wykorzystującej detektor ND280. Jest to detektor bliski, znajdujący się zaledwie kilkaset metrów od źródła wiązki neutrin w japońskim J-PARC i dostarcza on pomiaru referencyjnego, zanim przeoscylowane neutrina dotrą do ogromnego detektora promieniowania Czerenkowa, jakim jest Super Kamiokande. W ramach badań, do detektora ND280 naukowiec dodał 4 nowe próbki zdarzeń wykorzystujące informacje o protonach, zwiększając czułość na wiele efektów jądrowych. Ponadto, częścią pracy było poprawienie modelu niepewności oddziaływań neutrin, miedzy innymi poprzez opisanie oddziaływań wtórnych nukleonów w jądrze. W wyniku analizy, błąd na przewidywanie w dalekim detektorze zmalał pięciokrotnie, co pozwoliło uzyskać przesłanki o maksymalnym łamaniu CP w sektorze leptonowym i dokładnym zmierzeniu parametrów oscylacyjnych. Wkład mgra Kamila Skwarczyńskiego w oprogramowanie MaCh3, używane przez naukowców T2K do badania i modelowania oddziaływań neutrin, obejmował ponad 700 usprawnień, skracając czas pojedynczej operacji 3-krotnie. Zostało to docenione poprzez wpisanie NCBJ do licencji programu. Jednocześnie, naukowiec wraz ze współpracownikami z NCBJ wnieśli wkład do 7 z 9 not technicznych przygotowanych na podstawie analiz, co podkreśla wielkość zaangażowania naszych badaczy w eksperyment T2K.

W kategorii osiągnięcia badawczo-techniczne, wyróżnieni zostali:

Zespół mgr inż. Jana Klimaszewskiego, w składzie J. Klimaszewski, K. Kacperski, T. Kosiński oraz A. Łubian, J. Borowicz, N. Kozak, M. Matusiak, S Wronka, T. Zakrzewski
Za system obrazowania z wykorzystaniem fotonów rozproszonych wstecznie

Obrazowanie z użyciem promieniowania rentgenowskiego odbywa się zwykle metodą transmisyjną, co powoduje, że konieczny jest dostęp do prześwietlanego obiektu z dwóch stron – w celu umieszczenia źródła promieniowania i detektora. Zespół mgr inż. Jana Klimaszewskiego opracował urządzenie do prześwietlania obiektów za pomocą fotonów rozproszonych wstecznie, co sprawia, że konieczny jest dostęp jedynie z jednej strony. Innowacyjność urządzenia polega także na znacznie efektywniejszym wykorzystaniu wiązki generowanej przez lampę RTG, względem produktów obecnie dostępnych na rynku. Typowe konstrukcje, wykorzystujące kolimację punktową, tzw. „flying spot”, zespół zastąpił nową metodą, wykorzystującą cały wycinek płaszczyzny, tzw. „spinning (flying) line”. Pozwala to na użycie słabszych źródeł promieniowania, o mniejszym natężeniu wiązki, co ma istotne znaczenie zwłaszcza podczas projektowania i eksploatacji skanerów mobilnych.
Bazując na opracowanej metodzie, zespół stworzył urządzenie, które zostało dobrze ocenione i zakupione przez klienta zewnętrznego. Urządzenie składa się z elektrycznego wózka z podnośnikiem, głowicy posiadającej źródło promieniowania z ruchomym kolimatorem, zestawu detektorów scyntylacyjnych oraz komputera operatora z oprogramowaniem pozwalającym na bezprzewodowe sterowanie procesem skanowania.
Urządzenie działa na zasadzie step and shoot. Za pomocą wózka z podnośnikiem głowica skanującą jest ustawiana w pożądanej lokalizacji, a następnie wykonywany jest skan, po którym urządzenie jest przemieszczane na następną pozycję. Do sprawdzenia np. całej naczepy ciężarówki potrzebne jest wykonanie kliku kolejnych zdjęć. Przygotowane oprogramowanie pozwala na złożenie zdjęć w jedną całość oraz edycję obrazu z wykorzystaniem zestawu filtrów ułatwiających ocenę zawartości pojazdu.
Ze względu na bardzo dobre wykrywanie materiałów organicznych, przeznaczeniem skanera jest poszukiwanie osób ukrytych w pojazdach ciężarowych, próbujących nielegalnie przekroczyć granicę państwa. Badane są również inne zastosowania, takie jak wykrywanie gromadzenia się wody w kompozytowych materiałach używanych w lotnictwie.

Zespół w składzie T. Pliszczyński, A. Dudziński, G. Zagórski
Za opracowanie i wykonanie stacji poboru próbek aerozoli z powietrza

We współpracy z klientem z branży hutniczej, zespół stworzył stację do poboru aerozoli z powietrza, służącą do badań zawartości pierwiastków promieniotwórczych zbieranych na filtrze. Wybudowana stacja jest w stanie przepompować ok. 60 tys. m3 na tydzień, zbierając znajdujące się w nim aerozole czy pyły na filtrach petrianowa, które następnie mogą być poddawane analizie, celem określenia zawartości i aktywności konkretnych pierwiastków promieniotwórczych. Ważnym skutkiem prac zespołu było również stworzenie laboratorium II klasy, które posłuży do prowadzenia przyszłych badań, a także opracowanie, wdrożenie i akredytacja szeregu procedur dotyczących monitoringu skażeń wewnętrznych i zewnętrznych.

W kategorii osiągnięcia popularyzatorskie, wyróżnieni zostali:

Zespół dr Konrada Klimaszewskiego w składzie K. Klimaszewski, W. Krzemień, M. Kośla, A. Ślązak-Gwizdała, L. Raczyński
Za organizację konferencji: International Workshop on Machine Learning and Quantum Computing Applications in Medicine and Physics, 13-16.9.2022

Konferencja "International Workshop on Machine Learning and Quantum Computing Applications in Medicine and Physics" odbyła się w dniach we wrześniu 2022 roku września w Warszawie i była poświęcona zastosowaniu metod statystycznych, w tym uczenia maszynowego w medycynie i naukach fizycznych. W ostatnich czasach, szczególnie metody uczenia maszynowego, w tym tzw. uczenia głębokiego, pozwalające na analizę złożonych zbiorów danych, znajdują kolejne zastosowania. Podobne techniki i narzędzia są wykorzystywane do rozwiązywania różnorodnych problemów. Konferencja była skierowana przede wszystkim do ekspertów stosujących techniki uczenia maszynowego w dziedzinie fizyki oraz medycyny. Format konferencji obejmował prezentacje, ale także trzy tutoriale 6 godzinne "hands-on", w których uczestnicy z prowadzącym rozwiązywali na własnych komputerach szereg ćwiczeń. Format który odbiegał trochę od standardowych konferencji, stworzył więcej czasu na dyskusje.

Więcej o konferencji pisaliśmy w artykule: Uczenie maszynowe - uniwersalne narzędzie badawcze

Serdecznie gratulujemy wszystkim wyróżnionym i życzymy sukcesów w dalszej pracy naukowej!