Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Detection of Nuclear Radiation in Medicine
Course of study:
2018/2019
Code:
JFM-2-205-DE-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Dozymetria i elektronika w medycynie
Field of study:
Medical Physics
Semester:
2
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr hab. inż. Kowalski Tadeusz (Tadeusz.Kowalski@fis.agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr hab. inż. Kowalski Tadeusz (Tadeusz.Kowalski@fis.agh.edu.pl)
dr inż. Kuc Tadeusz (kuc@fis.agh.edu.pl)
dr inż. Koperny Stefan (koperny@fis.agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K002 Student potrafi współdziałać w zespole wykonującym zaplanowany eksperyment pomiarowy. FM2A_K01 Activity during classes,
Execution of laboratory classes
M_K003 Student potrafi, w oparciu o dyskusję w zespole, dokonać oceny krytycznej rezultatów wyników eksperymentu pomiarowego FM2A_K02, FM2A_K01 Activity during classes,
Participation in a discussion,
Execution of laboratory classes
Skills
M_U004 Student potrafi do zdefiniowanego typu promieniowania jądrowego dobrać metodę pomiarową . Potrafi określić typ detektora oraz jego parametry. Potrafi wyznaczyć podstawowe charakterystyki detektorów. FM2A_U04 Activity during classes,
Execution of laboratory classes
M_U005 Student potrafi zaplanować eksperyment pomiarowy, dokonać doboru odczynników i przyrządów oraz określić parametry pomiaru. Potrafi zestawić tor pomiarowy i określić punkt pracy detektorów. FM2A_U05, FM2A_U04 Activity during classes,
Test,
Execution of laboratory classes
M_U006 Student potrafi statystycznie opracować wyniki pomiarowe dla serii wielokrotnych powtórzeń z różnym czasem pomiarowym. Potrafi sporządzić raport z całości przebiegu eksperymentu wraz z ostatecznymi wynikami i ich krytyczną oceną. Student potrafi określić jakość działania stosowanych detektorów i podać interpretację otrzymanych wyników. FM2A_U02, FM2A_U05, FM2A_U04, FM2A_U08 Activity during classes,
Test,
Execution of laboratory classes
Knowledge
M_W003 Student posiada wiedzę o podstawowych oddziaływaniach promieniowania jądrowego z materią oraz parametrach fizycznych i wielkościach opisujących te oddziaływania. Student zna i rozumie podstawy fizyczne działania podstawowych typów detektorów promieniowania jądrowego i potrafi określić warunki ich aplikacji FM2A_W06, FM2A_W01 Activity during classes,
Test,
Report
M_W004 Student posiada wiedzę na temat budowy i stosowanych rozwiązań technicznych detektorów gazowych, scyntylacyjnych ze stałym i ciekłym scyntylatorem. Zna podstawowe parametry uzyskiwanego sygnału pomiarowego, oraz żródła zaburzeń sygnału pomiarowego FM2A_W06, FM2A_W03 Test,
Report,
Execution of laboratory classes
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K002 Student potrafi współdziałać w zespole wykonującym zaplanowany eksperyment pomiarowy. - - + - - - - - - - -
M_K003 Student potrafi, w oparciu o dyskusję w zespole, dokonać oceny krytycznej rezultatów wyników eksperymentu pomiarowego - - + - - - - - - - -
Skills
M_U004 Student potrafi do zdefiniowanego typu promieniowania jądrowego dobrać metodę pomiarową . Potrafi określić typ detektora oraz jego parametry. Potrafi wyznaczyć podstawowe charakterystyki detektorów. + - + - - - - - - - -
M_U005 Student potrafi zaplanować eksperyment pomiarowy, dokonać doboru odczynników i przyrządów oraz określić parametry pomiaru. Potrafi zestawić tor pomiarowy i określić punkt pracy detektorów. - - + - - - - - - - -
M_U006 Student potrafi statystycznie opracować wyniki pomiarowe dla serii wielokrotnych powtórzeń z różnym czasem pomiarowym. Potrafi sporządzić raport z całości przebiegu eksperymentu wraz z ostatecznymi wynikami i ich krytyczną oceną. Student potrafi określić jakość działania stosowanych detektorów i podać interpretację otrzymanych wyników. + - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W003 Student posiada wiedzę o podstawowych oddziaływaniach promieniowania jądrowego z materią oraz parametrach fizycznych i wielkościach opisujących te oddziaływania. Student zna i rozumie podstawy fizyczne działania podstawowych typów detektorów promieniowania jądrowego i potrafi określić warunki ich aplikacji + - + - - - - - - - -
M_W004 Student posiada wiedzę na temat budowy i stosowanych rozwiązań technicznych detektorów gazowych, scyntylacyjnych ze stałym i ciekłym scyntylatorem. Zna podstawowe parametry uzyskiwanego sygnału pomiarowego, oraz żródła zaburzeń sygnału pomiarowego + - + - - - - - - - -
Module content
Lectures:

1. Oddziaływanie promieniowania jądrowego z materią, źródła promieniotwórcze – rekapitulacja ( 2 godz. )
Oddziaływanie promieniowania alfa, beta i gama z materia, promieniowanie neutronowe, efekty: fotoelektryczny, Comptona i tworzenia par, depozycja energii, współczynniki absorpcji, detekcja neutronów.

2. Detektory scyntylacyjne ( 4 godz.)

Mechanizm powstawania sygnału scyntylacyjnego w scyntylatorach nieorganicznych i organicznych, Fluorescencja i fosforescencja, scyntylatory stałe ciekłe i gazowe, Parametry impulsu scyntylacyjnego, Materiały o dobrych własnościach scyntylacyjnych, Widmo promieniowania scyntylacyjnego, Metody detekcji scyntylacji, Fotopowielacze, Analiza kształtu impulscu scyntylacyjnego.


3. Transport sygnału swietlnego (2 godz.)
Współczynnik załamania światła i całkowite odbicie wewnętrzne, światłowody i materiały światłowodowe, wydajność transportu światła, rozwiązania konstrukcyjne światłowodów, układy scyntylacyjno-światłowodowe,


4. Rodzaje detektorów scyntylacyjnych, układy spektrometryczne ( 2 godz.)

Rozwiązania konstrukcyjne detektorów scyntylacyjnych, mozliwości aplikacyjne, dobór scyntylatora do rodzaju promieniowania i materiału próbki, spektrometry ze scyntylatorami stałymi i ciekłymi, projekt eksperymentu pomiarowego.


5. Komora jonizacyjna (5 godz.)
Zakres rekombinacji i zakres komory jonizacyjnej. Komory płaskie i cylindryczne. Pierścienie potencjałowe i ochronne. Twierdzenia Ramo, generacja impulsu. Odczyt impulsowy i prądowy. Konstrukcje specjalne (komory ołówkowe, naparstkowe REM-2, w geometrii 2∏ i 4∏, komory z siatką Frischa). Komory jonizacyjne w układach diagnostyki hadronowej wiązki terapeutycznej.


6. Gazowy licznik proporcjonalny (3.5 godz.)
Mnożenie lawinowe. Mieszaniny klasyczne i tkankopodobne. Widma i ich interpretacja. Rola czynnika gaszącego. Sekwencja czasowa zjawisk zachodzących w detektorze. Liczniki proporcjonalne w zastosowaniach medycznych.


7. Licznik Geigera-Muellera (1.5 godz.)
Mechanizm formowania impulsu. Plateau liczby zliczeń. Czas martwy. Wydajność detekcji. Efekty starzeniowe. Liczniki G-M w dozymetrii.

Laboratory classes:

1. Wyznaczanie wydajności detekcji spektrometru na ciekłe scyntylatory przy różnym stopniu gaszenia;
- student potrafi posługiwać się pipetą automatyczną, elektroniczna wagą laboratoryjną, pracować pod dygestorium;
- student potrafi sporządzić zadane mieszaniny scyntylacyjne i niskoaktywne roztwory izotopów promieniotwórczych;
- student potrafi zaprojektować sekwencje pomiarową w automatycznym spektrometrze na ciekłe scyntylatory;
- student potrafi sczytać wyniki pomiarowe w zapisie cyfrowym i dokonać ich opracowania z wykorzystaniem metod stystycznych;

2. Badanie widma promieniowania niskoaktywnych emiterów beta o znacznie różnych energiach uzyskanych w spektrometrze na ciekłe scyntylatory;

- student potrafi student potrafi, w oparciu o instrukcje, wyprowadzić z pamięci spektrometru widmo energetyczne w zapisie cyfrowym;
- student potrafi przeprowadzić analizę złożonego widma energetycznego (dwa różne izotopy beta promieniotwórcze);
- student potrafi określić zakres pokrywania się dwu widm i wyznaczyć aktywność każdego z radioizotopów;
- student potrafi opracować statystycznie wyniki pomiarów.


3. Określenie współczynników: SIS i t-SIE celem wprowadzenia korekcji wyników dla próbek silnie gaszonych;
- student potrafi określić parametr gaszenia na podstawie pomiaru radiometrycznego;
- student potrafi wyznaczyć zależność pomiędzy parametrem gaszenia a wartością współczynnika SIS i t-SIE;
- student potrafi korzystając z parametrów SIS i t-SIE wyznaczyć współczynnik korekcji aktywności dla próbek gaszonych;
- student potrafi wykorzystać metody statystyczne do obliczeń uzyskanych wyników pomiarowych.


4. Badanie komory jonizacyjnej płaskiej;
- student potrafi zestawić tor pomiarowy i obsługiwać urządzenia wchodzące w jego skład;
- student potrafi określić jednorodność odpowiedzi detektora;
- potrafi dobrać optymalny punkt pracy detektora;
- student umie wyznaczyć zakres rekombinacji.


5. Badanie komory jonizacyjnej cylindrycznej;
- student potrafi zmierzyć podstawowe parametry detektora dla różnego rodzaju promieniowania: alfa, beta i gama;
- student potrafi wyznaczyć charakterystykę prądowo-napięciową komory;
- student potrafi określić jakość detektora;
- student potrafi skorelować otrzymane charakterystyki z geometrią detektora.


6. Pomiar krzywej Bragga;
- student potrafi wyznaczyć zasięg maksymalny cząstek alfa;
- potrafi wyznaczyć gęstość jonizacji w funkcji odległości;
- student umie posługiwać się źródłem promieniowania alfa.


7. Badanie liczników proporcjonalnych wypełnionych mieszaniną tkankopodobną;
- student nabył umiejętność obsługi programu komputerowego do zbieraniai wstępnej analizy danych;
- student potrafi zdjąć widma energetyczne dla promieniowania X, α i β;
- student potrafi przeanalizować otrzymane wyniki i porównać je z odpowiedzią klasycznych liczników proporcjonalnych;
- student potrafi wykonać kalibrację toru pomiarowego na podstawie uzyskanych widm.


8. Badanie detektora scyntylacyjnego stałego;
- student umie określić jednorodność odpowiedzi detektora;
- student prawidłowo interpretuje otrzymane widma;
- student potrafi oszacować wydajność detektora;- student potrafi dobrać rodzaj scyntylatora i fotopowielacza do rodzaju i energii rejestrowanego promieniowania.


9. Obrazowanie, odtwarzanie kształtu przekrojów metodą absorpcji promieniowania;
- student potrafi określić kształt przekroju na podstawie częstości zliczeń gazowego detektora proporcjonalnego;
- student potrafi określić szerokość półcieni obrazu,
- student potrafi określić przestrzenną zdolność rozdzielczą.


10. Licznik Geigera-Muellera w dozymetrii;
- student potrafi wyznaczyć punkt pracy licznika G-M;
- student potrafi wyznaczyć czas martwy licznika;
- student umie wyznaczyć zależność: dawka promieniowania
- liczba zliczeń dla różnych geometrii detektora.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 137 h
Module ECTS credits 5 ECTS
Participation in lectures 20 h
Realization of independently performed tasks 20 h
Preparation for classes 25 h
Participation in laboratory classes 45 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 25 h
Examination or Final test 2 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ćwiczenia laboratoryjne, wykonanie i przygotowanie teoretyczne, oceniane będą w skali od 0 do 10 punktów,(aby zaliczyć dane ćwiczenie należy uzyskać minimum 5 punktów), całkowita ilość punktów do uzyskania – 90. Z kolokwium zaliczeniowego wykładu można uzyskać 60 punktów (aby zaliczyć kolokwium należy uzyskać minimum 30 punktów). Całkowita ilość punktów do uzyskania – 150. Procent uzyskanych punktów przeliczany jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość podstaw oddziaływania promieniowania z materią, podstaw elektroniki i statystyki matematycznej.

Recommended literature and teaching resources:

1. B. Dziunikowski, “Ćwiczenia laboratoryjne z jądrowych metod pomiarowych” Skrypt AGH nr 1440
2. A. Piątkowski, W. Scharf, “Elektroniczne mierniki promieniowania jonizującego” MON 1969
3. K. Jeleń, “Lawinowe mnożenie elektronów w mieszaninach gazów i par” Zeszyt Naukowy AGH Nr 786
4. G.F. Knoll, “Radiation detection and Measurement”
5. M.F. L’Annunziata, ed., “Handbook of Radioactivity Analysis”
6. Materiały dydaktyczne na stronie www Katedry Zastosowań Fizyki Jądrowej Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH: http://www.ftj.agh.edu.pl/kzfj/
7. Notatki z wykładów
8. C.F.G. Delaney, E.C. Finch, “Radiation Detectors – Physical Principles and Applications”

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

T.Z. Kowalski, Gas gain limitation in low pressure proportional counters filled with TEG mixtures,
2014 JINST 9 C12007
T.Z. Kowalski, Microdosimetric response of proportional counters filled with different tissue equivalent gas mixtures, 2015 JINST 10 C03006

Additional information:

Zaliczenie laboratorium wymaga zaliczenia wszystkich ćwiczeń podanych w treści modułu. Warunkiem uzyskania zaliczenia z pojedynczego ćwiczenia jest uzyskanie pozytywnej oceny z przygotowania teoretycznego, poprawnie wykonane pomiary i zaliczone sprawozdanie z opracowaniem wyników.
Pod koniec semestru przewidziany jest dodatkowy termin ćwiczeń, w którym można wykonać pomiary, których student z przyczyn losowych nie mógł wykonać w pierwotnym terminie.
Podstawowym terminem uzyskania zaliczenia jest koniec zajęć w danym semestrze. Student może dwukrotnie przystąpić do kolokwium zaliczeniowego z wykładu.