IEAP – CTU Prague 50-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil CERN zřídlo nových technologií pro český aplikovaný výzkum a průmysl Stanislav Pospíšil.

Prezentace na téma: "IEAP – CTU Prague 50-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil CERN zřídlo nových technologií pro český aplikovaný výzkum a průmysl Stanislav Pospíšil."— Transkript prezentace:

1 IEAP – CTU Prague 50-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil CERN zřídlo nových technologií pro český aplikovaný výzkum a průmysl Stanislav Pospíšil Ústav technické a experimentální fyziky České vysoké učení technické v Praze

2 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 250-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Experimenty v CERN Urychlovače - symbol CERNu Detektory záření Výpočetní technika

3 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 350-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Urychlovače Nové technologie - vakuová technika a nízké teploty - silné supravodivé magnety - VF elektrotechnika - přesné strojírenské a stavební technologie (tunely) Speciální typy urychlovačů - laditelné zdroje synchrotronního záření - spalační neutronové zdroje - urychlovače pro lékařské účely - vyrostly nové směry výzkumu v dalších vědních oborech (studium pevných látek, mikroelektronika, optika, biologie,...)

4 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 450-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Detektory ionizujícího záření Kontrola technologických procesů (jaderná energetika, těžké provozy) Polohově citlivé detektory ionizujícího záření - zobrazování v medicíně - další oblasti výzkumu (mikroelektronika, defektoskopie, pevné látky, biologie)

5 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 550-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Výpočetní technika Sběr signálů z čidel a senzorů (řízení a kontrola experimentů a dynamických procesů) Sběr dat a distribuce informace Internet

6 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 650-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Současné hlavní příspěvky ČR do technologického vývoje v CERN Projekty typu R&D - Vývoj nových typů detektorů (exotický křemík pro výrobu radiačně odolných detektorů, chlazení detektorů, adaptace pixelových detektorů – ČVUT) - Vývoj scintilačních a pixelových detektorů - FZÚ) - Povrchy dutinových rezonátorů pro LHC (MFF) Podíl na stavbě experimentu ATLAS na LHC - Subdetektor Tilecal (Dvůr Králové - UK, FZÚ, ČVUT) - Zdroje napětí pro stripové detektory (FZÚ) - Neutronové stínění (Škoda Plzeň, Kopos Kolín, Tranza Chrudim, další malé podniky - ČVUT, MFF)

7 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 750-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Příklady aktivit ČVUT v CERN Neutronové stínění pro experiment ATLAS Ivan Bědajánek, Stanislav Pospíšil, Ivan Štekl (ÚTEF), Jaromír Sodomka(FD), Jan Palla (FD – CERN), Jiří Studnička (FSt) Michal Suk (MFF), Škoda Steel, Plzeň, Kopos Kolín, Tranza Chrudim, CERN Neutronové stínění ve vnitřním detektoru (JM stínění) a v dopředné oblasti experimentu ATLAS (JF, cca 2x 700 tun litiny a 15000 cihel ze speciálního PE) - Fyzikální koncepce, návrh a koordinace výroby JM a JF v ČR - Zakázky pro české podniky z CERN ve výši cca 35 mil. Kč již uzavřeny a zčásti i proplaceny Další zakázky vyplývající z dobrého hodnocení spolupráce CERN (stínicí prstence k urychlovači LHC zakázka v hodnotě 12.4 mil. Kč přidělena Škodě Plzeň; zvedací stoly k JF stínění v hodnotě cca 8 mil. Kč). Spolupráce s CERN, University of Montreal, University of Sheffield, Univerzity of Arizona,...

8 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 850-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Neutronové stínění v dopředné oblasti experimentu ATLAS

9 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 950-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Výroba a montáž JF stínění v ČR

10 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 1050-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Instalace JF stínění

11 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 1150-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Adaptace pixelových detektorů typu Medipix k detekci neutronů J. Jakůbek, T. Holý S. Pospíšil, J. Uher (ÚTEF) B. Sopko (FS), J. Vacík (ÚJF AV ČR), D. Vavřík (ÚTAM AV ČR) Práce realizována v rámci Medipix 2 spolupráce v CERN Vývoj polohově citlivých detektorů neutronů s vysokým prostorovým rozlišením je aktuální pro řadu vědeckých a technických oborů: - difrakční experimenty s neutrony, - neutronová defektoskopie, - neutronografie, - BNCT – bórová neutronová záchytová terapie

12 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 1250-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Proč neutronová radiografie? X-rays Neutrons While X-rays are attenuated more effectively by heavier materials like metals, neutrons allow to image some light materials such as hydrogenous substances with high contrast. Neutron radiography can serve as complementary technique to X-ray radiography In the X-ray image, the metal parts of the photo camera are seen clearly, while the neutron radiogram shows details of the plastic parts.

13 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 1350-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil X-rays

14 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 1450-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Thermal neutrons

15 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 1550-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil V současnosti dostupné detektory pro zobrazování s pomocí neutronů X-ray film + converter Track etch foils CCD camera + scintillator n-imaging plates Amorphous Si flat panel Pilatus-N pixel detector Intensified real-time camera more neutrons detector development!!! (under the conditions at the NEUTRA facility at PSI)

16 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 1650-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Adaptace Medipix detektoru k detekci neutronů Silicon pixel detector can not detect neutrons directly.  Conversion of thermal neutrons to detectable radiation in a converter layer deposited on the detector surface. Converter materials: 6 Li: 6 Li + n   (2.05 MeV) + 3 H (2.72 MeV) 10 B: 10 B + n   (1.47 MeV) + 7 Li (0.84 MeV) +  (0.48MeV)(93.7%) 10 B + n   (1.78 MeV) + 7 Li (1.01 MeV) (6.3%) 113 Cd: 113 Cd + n  114 Cd +  (0.56MeV) + conversion electrons 155 Gd: 155 Gd + n  156 Gd +  (0.09, 0.20, 0.30 MeV) + conversion electrons 157 Gd: 157 Gd + n  158 Gd +  (0.08, 0.18, 0.28 MeV) + conversion electrons Detector: 300  m thick silicon pixel detector (pixel size 55  m) bump bonded to Medipix-2 readout chip.

17 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 1750-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Studium prostorového rozlišení Spatial resolution is affected by: Range of heavy charged particles in converter material – depends on density 6 LiF (  =1.6 g/cm 3 ): R Triton =52  m, R  =10  m 10 B (r=1.2 g/cm 3 ): R Li =5  m, R a =7  m Range in silicon 6 LiF: R Triton =44.1  m, R  =8.6  m. 10 B: R Li =3  m / 2.7  m, R  =5.4  m / 5.2  m Charge sharing effect ?  particle Pixel row Charge spread

18 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 1850-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Testy Medipix2 s alfa částicemi Medipix-2 without converter layer Alpha particles: 5.6 MeV ( 241 Am) Short exposition time Circular clusters observed FWHM = 2.61 Dependence of cluster size on threshold level

19 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 1950-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Testy s termálními neutrony NEUTRA station of spallation neutron source SINQ in Paul Scherrer Institute, Villigen, Switzerland Intensity about 3·10 6 neutrons/cm 2 s at proton accelerator current of 1mA and proton energy of 590 MeV Beam Cross section: 40 cm in diameter Horizontal channel of the LVR-15 nuclear research reactor at Nuclear Physics Institute of the Czech Academy of Sciences at Rez near Prague. Intensity is about 10 7 neutrons/cm 2 s (at reactor power of 8MW) Beam Cross section: 4 mm (height) x 60 mm (width) The divergence of the neutron beam is < 0.5°

20 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 2050-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Prostorové rozlišení – odezva na ostré rozhraní ( 6 LiF converter) Tilted cadmium edge profile Edge blurring is caused by clusters => Spatial resolution is dependent on the threshold level LSF Fit by ERF: LSF FWHM=107 mm  =0.83 pixel = 43 mm Spatial resolution is limited by size of clusters and range of product particles in silicon (R Triton =44  m, R  =8.9  m)

21 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 2150-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Srovnání našeho neutronového detektoru Medipix-2 s ostatními detektory užívanými k zobrazování Tested: -CCD camera with scintilator containing 6 Li (pixel size 0.139 mm) -Imaging plate (excitation by neutrons, deexcitation by laser scanner followed by light emission, scanner pixel size 50  m) -Medipix-1 device with 6 LiF converter -Medipix-2 device with 6 LiF converter

22 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 2250-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Příklad zobrazení – slepá nábojnice Photograph CCDMedipix-1 Imaging plate Medipix-2 Neutronography Roentgenography Medipix-2 Medipix-1 CdTe

23 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 2350-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Příklad zobrazení rybářský vlasec na hliníkové destičce (kompozitní materiál) Medipix-1Imaging plateMedipix-2 Fishing line of 100  m diameter

24 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 2450-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Hodinový strojek v uzavřeném pouzdře Metallic cover was fixed on watch in time of measurement ! Exposition time = 500 seconds

25 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 2550-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Brouk X-raysNeutrons (low statistics) Neutrons shows soft tissue, while X-rays virtually empty armor. Both images taken by the same detector!

26 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 2650-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Neutronová mikrotomografie Blank cartridge Explosive filling clearly visible Taken 100 projections 150 seconds each. Reconstruction using filtered back-projection algorithm.

27 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 2750-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Neutronová microtomografie Lemo connector Golden contacts inside Taken 100 projections 150 seconds each. Reconstruction using filtered back-projection algorithm.

28 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 2850-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Neutronová microtomografie PotTooth

29 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 2950-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil „ Nadívaný“ 3D detektor Cesta ke zvýšení účinnosti s pomocí mikro- a nano-technologií (ČVUT, KTH Stockholm, Glasgow, Sundsvall, Freiburg, Helsinky) 3d structure: Square holes (200  m deep) in the sensor are filled by converter material. Simulated efficiency of such structure can achieve almost 40%. Simulated dependency of detection efficiency on the width of holes for different densities of 6 LiF converter. Empty structureFilled by 6 LiF

30 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 3050-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Srovnání detektorů k neutronovému zobrazování Medipix adaptován na rychlou neutronovou kameru s nejvyšším rozlišením mezi neutronovými detektory aktivního typu X-ray film + converter Track etch foils CCD camera + scintillator n-imaging plates Amorphous Si flat panel N-Pilatus pixel detector Intensified real-time camera more neutrons detector development!!! (under the conditions at the NEUTRA facility at PSI) Medipix2 with surface converter Medipix2 with stuffed detector

31 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 3150-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Závěr Uvedl jsem pár příkladů, jak se technologický pokrok související s experimentálním výzkumem ve fyzice mikrosvěta promítá do dalších oblastí výzkumu a vývoje a do výrobních technologií. Dokumentoval jsem, že takové investice nemusí být t.zv. „ztracené“ prostředky. Vedle vlastního výzkumu a výchovy mladých lidí se vložené prostředky vracejí společnosti i přímo v penězích, a to nemalých (například návratnost prostředků investovaných do projektu stínění je zhruba 10-ti násobná). Osvojení nových technik otevírá nové, často neočekávané možnosti aplikací v jiných oborech. V současnosti zejména v biologických a medicínských vědách, v mikro a nano- technologiích, mikroelektronice, fyzice povrchů a pevných látek. Příkladem jsou zde demonstrované výsledky vycházející z neutronové fyziky, která k výzkumu v CERN byla vzdálená. Skrze CERN tak vznikají nová vědecko-výzkumná partnerství, často přes CERN i koordinovaná. Sám CERN tomu uděluje velkou pozornost.

32 Institute of Experimental and Applied Physics Czech Technical University in Prague IEAP – CTU Prague 3250-let CERN, 12. října 2004Stanislav Pospíšil Díky kolegům a spolupracovníků za poskytnuté podklady a publiku za pozornost