Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
X-Ray Applications
Course of study:
2018/2019
Code:
JFT-2-023-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Technical Physics
Semester:
0
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. dr hab. inż. Lankosz Marek (Marek.Lankosz@fis.agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr inż. Dudała Joanna (dudala@fis.agh.edu.pl)
prof. dr hab. inż. Lankosz Marek (Marek.Lankosz@fis.agh.edu.pl)
Module summary

Przedstawione zostaną własności metod opartych na promieniowaniu X i ich zastosowania w badaniach materiałowych, medycynie, archeologii, ochronie dziedzictwa kulturowego.

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_K001 Student potrafi pracować w zespole, angażuje się w dyskusję w grupie, potrafi dobrze sformułować swoje argumenty. Student rozumie potrzebę dokształcania sięi podnoszenia kompetencji FT2A_K02, FT2A_K01 Examination,
Activity during classes,
Participation in a discussion,
Execution of laboratory classes,
Involvement in teamwork
Skills
M_U001 Student potrafi wykorzystać metody oparte na promieniowaniu X w praktyce. FT2A_U07, FT2A_U04 Report,
Execution of laboratory classes,
Completion of laboratory classes
M_U002 Student potrafi pozyckać informacje z literatury, przeprowadzić analizę danych doświadczalnyych, zaprezentowac je w formie sprawozdania. FT2A_U01, FT2A_U07, FT2A_U03 Examination,
Report,
Completion of laboratory classes
Knowledge
M_W001 Student posiada wiedzę o zjawiskach fizycznych związanych z fizyką promieniowania X FT2A_W02, FT2A_W01 Activity during classes,
Examination,
Participation in a discussion
M_W002 Student zna charakterystyki i własności metod opartych na promieniowaniu X i stosowanych w badaniach materiałowych, medycynie, archeologii, ochronie dziedzictwa kulturowego FT2A_W03, FT2A_W02, FT2A_W01 Activity during classes,
Examination,
Participation in a discussion,
Execution of laboratory classes,
Completion 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_K001 Student potrafi pracować w zespole, angażuje się w dyskusję w grupie, potrafi dobrze sformułować swoje argumenty. Student rozumie potrzebę dokształcania sięi podnoszenia kompetencji + - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi wykorzystać metody oparte na promieniowaniu X w praktyce. - - + - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi pozyckać informacje z literatury, przeprowadzić analizę danych doświadczalnyych, zaprezentowac je w formie sprawozdania. + - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student posiada wiedzę o zjawiskach fizycznych związanych z fizyką promieniowania X + - + - - - - - - - -
M_W002 Student zna charakterystyki i własności metod opartych na promieniowaniu X i stosowanych w badaniach materiałowych, medycynie, archeologii, ochronie dziedzictwa kulturowego + - + - - - - - - - -
Module content
Lectures:
  1. Fizyczne własności promieniowania rentgenowskiego – 1 godz

    Rys historyczny

  2. Optyczne (elektromagnetyczne) własności promieniowania X.- 2 godz

    Rozchodzenie się promieniowania X w ośrodku refrakcyjnym (opis współczynnika załamania, obliczenia odbicia i transmisji za pomocą wzorów Fresnela). Prawo załamania. Całkowite odbicie. Dyfrakcja Bragga

  3. Spektroskopia emisyjna i absorpcyjna promieniowania X – 2 godz

    promieniowanie charakterystyczne, linie satelitarne, przejścia Augera i Costera-Kroniga, struktura subtelna widm emisyjnych promieniowania X – przesunięcia chemiczne.struktura widm absorpcyjnych w pobliżu progu absorpcji – ang. XANES, wpływ stanu chemicznego i konfiguracji elektronów walencyjnych atomu absorbującego, rozciągnięta subtelna struktura widm absorpcyjnych promieniowania X – ang. EXAFS, wpływ otoczenia chemicznego atomu absorbującego

  4. Optyka promieniowania X – 2 godz

    kolimatory i systemy ogniskujące (wstęp historyczny, kolimatory, lustra – lustra wielowarstwowe i refleksyjne, optyka kapilarna – transport promieniowania X w kapilarach i rodzaje kapilar, soczewki refrakcyjne, soczewki strefowe Fresnela, wygięte kryształy

  5. Nowoczesbe żródła promieniowania X.- 4 godz

    Lampy rentgenowskie (wstęp, rys historyczny, podstawy fizyczne działania lamp rentgenowskich, widmo promieniowania i jasność, nowe rozwiązania konstrukcyjne, lampy z wirującą anodą, miniaturowe lampy rentgenowskie). Plazmowe źródła promieniowania X (generatory plazmy, elementarne procesy zachodzące w plazmie). Synchrotrony (podstawowe własności promieniowania synchrotronowego, budowa synchrotronu – akcelerator, pierścień akumulacyjny, magnesy zakrzywiające, intensyfikatory promieniowania). Laser rentgenowski na swobodnych elektronach – ang. XFEL (budowa – akcelerator liniowy i falowniki, podstawy fizyczne emisji promieniowania X w laserach na swobodnych elektronach – zjawiska relatywistyczne i koherencja, samowzmocnienie emisji spontanicznej, porównanie lasera na swobodnych elektronach z laserem konwencjonalnym

  6. Mikroskopia rentgenowska – 3 godz

    mikroskop kontaktowy, mikroskop refleksyjny, mikroskop projekcyjny, skaningowy mikroskop transmisyjny, holografia rentgenowska, rentgenowska mikroskopia konfokalna, mikrotomografia emisyjno-absorpcyjna, kontrast fazowy. Zastosowania w naukach przyrodniczych i diagnostyce medycznej.

  7. Litografia rentgenowska – 1 godz

    Zastosowanie w przemyśle elektronicznym i mikromechanice

  8. Całkowite odbicie promieniowania X.- 2 godz

    Analiza powierzchni i warstw granicznych. Analiza cienkich filmów wielowarstwowych. Analiza ultraśladowych stężeń pierwiastków.

  9. Wybrane zastosowania promieniowania X w analizie chemicznej.- 2 godz

    Obrazowanie chemiczne pierwiastków w skali mikro/nano (aparatura pomiarowa, przygotowanie próbek, zastosowania w – naukach przyrodniczych, geologii, muzealnictwie i archeologii, przemyśle elektronicznym

  10. Wybrane zastosowania promieniowania X w diagnostyce medycznej i terapii- 4 godz

    Teleradioterapia,igły rentgenowskie, brachyterapia rentgenowska i śródoperacyjna, anliza pierwiastków toksycznych w tkankach “in vivo”, analiza biomodulatorów, pierwiastki w chorobach neurodegeneracyjnych i nowotworowych

  11. Dyfrakcja i niskokątowe rozproszenie promieniowania X- zastosowania- 2 godz

    Analiza biokryształów, nanokryształów

  12. Oddziaływanie promieniowania X o ultra dużych natężeniach z materią.- 1 godz

    Badanie struktur biomolekuł w żywych komórkach. Analiza reakcji chemicznych i biochemicznych. Badanie struktur nanokryształów i klastrów

  13. Promieniowanie X w kosmosie- 2 godz

    Źródła promieniowania X w kosmosie. Badanie promieniowania X w kosmosie

Laboratory classes:
  1. Ćwiczenia wstępne- 1 godz
  2. Pracownia teleradioterapii -3godz

    Zapoznanie sie z metodami naświetlania pacjentów. Zapoznanie się z aparaturą medyczną

  3. Prcownia tomografii komputerowej- 3 godz

    Zapoznanie sie z budową tomografu. Ochrona radiologiczna. Metody obrazowania

  4. Pracownia mikroanaliz cząstkami naładowanymi – 3 godz

    Zapoznanie sie z budową akceleratorów i aparaturą pomiarową

  5. Pracownia analiz śladowych i cienkich warstw- 3godz

    Zapoznanie się z budową i działaniem spektrometru rentgenowskiego

  6. Zaliczenie laboratorium – 1 godz
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 82 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Examination or Final test 2 h
Realization of independently performed tasks 20 h
Participation in lectures 30 h
Participation in laboratory classes 15 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 10 h
Preparation for classes 5 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena z egzaminu ( E ) obliczana jest następująco: procent uzyskanych punktów (suma z odpowiedzi na pytania egzaminacyjne) przeliczany jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.
Ocena z ćwiczeń laboratoryjnych ( C ) obliczana jest jako średnia arytmetyczna z pięciu ocen cząstkowych obejmujących zaliczenia poszczególnych ćwiczeń.
Ocena końcowa ( OK ) obliczana jest jako średnia ważona ocen z egzaminu ( E ) i z ćwiczeń laboratoryjnych ( C )

OK = 0.6 x E + 0.4 x C
Prerequisites and additional requirements:

Podstawowe wiadomości z zakresu fizyki

Recommended literature and teaching resources:

1.A.C.Kak, M.Slaney,“Principles of Computerized Tomographic Imaging”. IEEE Press, 1987.
2.A.Hrynkiewicz,G Rokita,” Fizyczne metody diagnostyki medycznej i terapii”, PWN 2000
3.S.Webb,“The Physics of medical imaging”, Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia, 1990
4.A.Michette, S.Pfauntsch, X-Rays The First Hundred Years, John Wiley & Sons, 1997.
5.N.A.Dyson, Promieniowanie rentgenowskie w fizyce atomowej i jądrowej, PWN, 1978.
6.R.V.Grieken, A.Markowicz, Handbook of X-Ray Spectrometry, Marcel Dekker, 1993.
7.K.A.Janssens, F.C.Adams, A.Rindby, Microscopic X-ray Fluorescence Analysis, John Wiley & Sons, 2000.

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:
M.Czyżycki, P.Wróbel, M.Lankosz

Confocal X-ray fluorescence micro-spectroscopy experiment in tilted geometry
Spectrochimica Acta Part B, 97 (2014) 99–104
A.Wandzilak, M.Czyżycki, P.Wróbel, M.Szczerbowska-Boruchowska, E.Radwańska, D.Adamek, M.Lankosz
The oxidation states and chemical environments of iron and zinc as potential indicators of brain tumour malignancy grade – preliminary results.
Metallomics, 5 (2013) 1547-1553
M.Lankosz, M.Grzelak, B.Ostachowicz, A.Wandzilak, M.Szczerbowska-Boruchowska, P.Wrobel, E.Radwanska, D.Adamek
Application of the total reflection X-ray fluorescence method to the elemental analysis of brain tumors of different types and grades of malignancy
Spectrochimica Acta Part B, 101 (2014) 98–105

Additional information:

Z uwagi na konieczność zapewnienia efektów kształcenia niezbędne jest przeprowadzenie egzaminu pisemnego.

Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na ćwiczeniach laboratoryjnych:
W trakcie semestru przewidziany jest dodatkowy termin ćwiczeń ustalony z prowadzacym zajęcia ( do dwóch tygodni od nieobecności), w ktorym można wykonać pomiary, których student z przyczyn losowych nie mógł wykonać w terminie przewidzianym harmonogramem zajęć. Studenci mogą wówczas odrabiać ćwiczenia po uprzednim uzyskaniu zgody prowadzącego zajęcia w jego grupie oraz odpowiadać z części teoretycznej, potwierdzonej wpisem do protokołu.
Obecność na wykładach: Zgodnie z Regulaminem studiów AGH