Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

TÝDEN VĚDY A TECHNIKY 2004 EVROPSKÁ SPOLUPRÁCE VE VĚDĚ A VÝZKUMU ČEŠTÍ VĚDCI V CERN – ZKUŠENOSTI A APLIKACE

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "TÝDEN VĚDY A TECHNIKY 2004 EVROPSKÁ SPOLUPRÁCE VE VĚDĚ A VÝZKUMU ČEŠTÍ VĚDCI V CERN – ZKUŠENOSTI A APLIKACE"— Transkript prezentace:

1 TÝDEN VĚDY A TECHNIKY 2004 EVROPSKÁ SPOLUPRÁCE VE VĚDĚ A VÝZKUMU ČEŠTÍ VĚDCI V CERN – ZKUŠENOSTI A APLIKACE

2 CERN

3

4

5 CERN

6 RNDr. Tomáš Davídek, PhD., Matematicko-fyzikální fakulta UK Jak se člověk stává fyzikem RNDr. Jiří Chudoba, PhD., Fyzikální ústav AV ČR Počítače v CERN RNDr. Zdeněk Doležal, Dr., Matematicko-fyzikální fakulta UK Nadnárodní "firma" na výrobu a testování detektorů Mgr. Pavel Kundrát, PhD., Fyzikální ústav AV ČR Aplikace fyziky částic v lékařství Ing. Otokar Dragoun, DrSc., Ústav jaderné fyziky AV ČR Nobelovská neutrina Představitelé ministerstev ČR: Ing. Petr Martínek, Ministerstvo zahraničních věcí ČR RNDr. Miloš Chvojka, CSc., Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR Mgr. Jaroslav Kolín, Ministerstvo financí ČR

7 RNDr. Tomáš Davídek, PhD., Matematicko-fyzikální fakulta UK Jak se člověk stává fyzikem 1997

8 RNDr. Tomáš Davídek, PhD., Matematicko-fyzikální fakulta UK Jak se člověk stává fyzikem

9 RNDr. Tomáš Davídek, PhD., Matematicko-fyzikální fakulta UK Jak se člověk stává fyzikem

10 RNDr. Tomáš Davídek, PhD., Matematicko-fyzikální fakulta UK Jak se člověk stává fyzikem

11 RNDr. Tomáš Davídek, PhD., Matematicko-fyzikální fakulta UK Jak se člověk stává fyzikem 2004

12 RNDr. Tomáš Davídek, PhD., Matematicko-fyzikální fakulta UK Jak se člověk stává fyzikem

13 Experiment ATLAS

14

15 Instrumentace modulů kalorimetru Tilecal

16 Testování kalorimetru ve svazku částic ‘96

17 Od výsledku ze svazku až k předpovědím pro ATLAS

18

19 Test fyzikálních zákonů v praxi ….

20 RNDr. Jiří Chudoba, PhD., Fyzikální ústav AV ČR Počítače v CERN 1990

21 RNDr. Jiří Chudoba, PhD., Fyzikální ústav AV ČR Počítače v CERN

22 Zpracování dat pro LHC Jiří Chudoba Fyzikální ústav AV ČR

23 Z mnoha případů během jedné srážky…... chceme rozpoznat tento případ Výběr: 1 z Jako hledání 1 člověka mezi 1000 násobkem populace Země. Případy na LHC

24 LHC data 40 miliónů srážek za sekundu Po hrubém výběru se zaznamená 100 zajímavých srážek za sekundu 1 srážka ~ 1 Megabyte zápis 0.1 Gigabyte/sec zaznamenaných srážek za rok = 10 Petabyte/rok CMSLHCbATLASALICE 1 Megabyte (1MB) Digitální fotografie 1 Gigabyte (1GB) = 1000MB Film na DVD 1 Terabyte (1TB) = 1000GB Celosvětová produkce knih 1 Petabyte (1PB) = 1000TB Data za 1 rok z 1 LHC experimentu 1 Exabyte (1EB) = 1000 PB Množství informací vyprodukovaných na světě za celý rok

25 LHC data Data z LHC experimentů za 1 rok by bylo možné uložit na 20 milionech CD! Concorde (15 Km) Balón (30 Km) CD s daty z LHC za 1 rok! (~ 20 Km) Mt. Blanc (4.8 Km) Kde budou data skladována a jak budou zpracovávána?

26 GRID počítačová střediska propojena chytrým software (middleware) počítačová střediska propojena chytrým software (middleware) systém sám dokáže určit optimální místo pro zpracování úlohy systém sám dokáže určit optimální místo pro zpracování úlohy Projekty: Projekty: –LHC Computing Grid –European DataGrid –EGEE

27 Vybavení na FZÚ slavnostně otevřena nová hala pro servery 180 kW zálohované elektrické zdroje 180 kW zálohované elektrické zdroje klimatizace, UPS, Diesel agregát klimatizace, UPS, Diesel agregát síťové spojení síťové spojení –1 Gbps spojení do výzkumné sítě CESNET –přímé optické spojení 1 Gbps přes CzechLight (CESNET- Amsterdam- Geneva) 2 x 9 skříní (racks) 2 x 9 skříní (racks) místnost pro obsluhu místnost pro obsluhu

28 Regionální výpočetní centrum pro fyziku částic: farma GOLIÁŠ Regionální výpočetní centrum pro fyziku částic: farma GOLIÁŠ –32x dual PIII 1.13 GHz –49x dual Intel Xeon 3.06 GHz –2x dual Intel Xeon 2.8 GHz frontend frontend –3x dual AMD Opteron 1.6 GHz 1 file server (64 bits) 1 file server (64 bits) 2 testovací pracovní uzly 2 testovací pracovní uzly –Disková pole 30 TB a 10TB, ATA disky, 1TB SCSI disky –3x HP ProCurve Networking Switch 2848 –Switch HP4108gl Vybavení na FZÚ

29 RNDr. Zdeněk Doležal, Dr., Matematicko-fyzikální fakulta UK Nadnárodní "firma" na výrobu a testování detektorů

30 RNDr. Zdeněk Doležal, Dr., Matematicko-fyzikální fakulta UK Nadnárodní "firma" na výrobu a testování detektorů 2001

31 RNDr. Zdeněk Doležal, Dr., Matematicko-fyzikální fakulta UK Nadnárodní "firma" na výrobu a testování detektorů 2001

32 RNDr. Zdeněk Doležal, Dr., Matematicko-fyzikální fakulta UK Nadnárodní "firma" na výrobu a testování detektorů

33 Nadnárodní,,firma“ na výrobu a testování detektorů Z. Doležal Univerzita Karlova MFF

34 22m 46m ATLAS

35 ATLAS - vnitřní detektor

36 Funkce ID - vnitřní detektor určení dráhy (track) - 6 přesných bodů určení hybnosti a náboje pomocí zakřivení v magnetickém poli 2 T určení polohy vrcholu (primárního, sekundárního) identifikace některých částic Kinematické požadavky Pokrytá oblast pseudorapidity |  | 15 

37 Stripový detektor (SCT) 4 přesné body 4000 modulů, 6,2 mil. kanálů rozteč stripů ca 80 mikrometrů (strip 23 um) rozlišení 16 x 580 mikrometrů rozčlenění na válcovou (barrel) část a dopřednou (disk) 4 válce (stripy 80 mikronů x 12 cm) 9 disků (vějíř, stripy ca 80 mikronů x 12 cm) 1,2 m 5,6 m

38 Polovodičový stripový detektor křemík, 280 mm, V D < 100 V, max. 500 V 768 hliníkových stripů I L < 6 V 99% účinnost typický signál elektronů

39 napájecí kabely chlazení optická vlákna detekční modul Komponenty SCT

40 Modul

41 Stavba modulu strip direction

42 Skládání modulů

43 Testy modulů

44 Testy modulů, Praha

45 ČVUT UK Mnichov Freiburg Amsterdam Ženeva Účastníci

46 ČVUT UK Mnichov Freiburg Amsterdam Ženeva Detektory

47 ČVUT UK Mnichov Freiburg Amsterdam Ženeva Hybridy

48 ČVUT UK Mnichov Freiburg Amsterdam Ženeva Moduly

49 ČVUT UK Mnichov Freiburg Amsterdam Ženeva Disky

50 Mgr. Pavel Kundrát, PhD., Fyzikální ústav AV ČR Aplikace fyziky částic v lékařství

51 Mgr. Pavel Kundrát, PhD., Fyzikální ústav AV ČR Aplikace fyziky částic v lékařství

52 Aplikace fyziky částic v medicíně - Mohou částice léčit? Mgr. Pavel Kundrát, PhD. Fyzikální ústav AV ČR

53 Fyzika jádra a částic v medicíně (1) výzkum a možné aplikace: již přes 100 let výzkum a možné aplikace: již přes 100 let 1895 W.C.Röntgen – RTG záření 1895 W.C.Röntgen – RTG záření fyzikální vlastnosti, možné využití v medicíně fyzikální vlastnosti, možné využití v medicíně aplikace: diagnostika – 6 týdnů, terapie – 12 měsíců po objevu aplikace: diagnostika – 6 týdnů, terapie – 12 měsíců po objevu 1896 H.Becquerel – přirozená radioaktivita 1896 H.Becquerel – přirozená radioaktivita 1898 M.Curie – radium 1898 M.Curie – radium léčba nádorových onemocnění léčba nádorových onemocnění 1923 G.de Hevesy – radioaktivní značení 1923 G.de Hevesy – radioaktivní značení přesná detekce → vysoká citlivost, neovlivní fyziologické podmínky přesná detekce → vysoká citlivost, neovlivní fyziologické podmínky 131 I + štítná žláza: kurativní (1938 Hertz, Roberts, Evans) 131 I + štítná žláza: kurativní (1938 Hertz, Roberts, Evans) další izotopy: paliativní léčba; diagnostika další izotopy: paliativní léčba; diagnostika 1931 E.O.Lawrence – cyklotron 1931 E.O.Lawrence – cyklotron izotopy s krátkou dobou života (1939 J.Lawrence – terapie) izotopy s krátkou dobou života (1939 J.Lawrence – terapie) 1946 R.Wilson – hadronová radioterapie 1946 R.Wilson – hadronová radioterapie 1954 J.Lawrence – protonové svazky 1954 J.Lawrence – protonové svazky 1974 C.A.Tobias, J.Lawrence – ionty 1974 C.A.Tobias, J.Lawrence – ionty 1997 PSI, GSI – aktivní skenování 1997 PSI, GSI – aktivní skenování 1951 Wrenn, Brownell, Sweet – pozitronová emisní tomografie (PET) 1951 Wrenn, Brownell, Sweet – pozitronová emisní tomografie (PET) 70. léta G.Hounsfield, A.Cormack – počítačová tomografie (CT) 70. léta G.Hounsfield, A.Cormack – počítačová tomografie (CT) 1972 Damadian – jaderná magnetická rezonance 1972 Damadian – jaderná magnetická rezonance detektory (filmy, ionizační komory, Geiger-Müllerovy čítače, scintilátory) detektory (filmy, ionizační komory, Geiger-Müllerovy čítače, scintilátory) prostorové rozlišení, nižší zátěž pacienta prostorové rozlišení, nižší zátěž pacienta výpočetní metody výpočetní metody

54 Fyzika jádra a částic v medicíně (2) diagnostické metody: 3D zobrazovací techniky diagnostické metody: 3D zobrazovací techniky počítačová tomografie (CT) – RTG – elektronová hustota počítačová tomografie (CT) – RTG – elektronová hustota magnetická rezonance (MR, NMR, MRI) magnetická rezonance (MR, NMR, MRI) polarizace jádra ve vnějším mag. poli polarizace jádra ve vnějším mag. poli měkké tkáně (+ informace o typu tkáně) měkké tkáně (+ informace o typu tkáně) pozitronová emisní tomografie (PET) pozitronová emisní tomografie (PET) nosič + izotop ( 18 F-deoxyglukosa (FDG), 11 C-methionin) nosič + izotop ( 18 F-deoxyglukosa (FDG), 11 C-methionin) β + rozpad, koincidence 2γ (511 keV) β + rozpad, koincidence 2γ (511 keV) kinetika farmak, výzkum mozku – nádory, Alzheimerova choroba kinetika farmak, výzkum mozku – nádory, Alzheimerova choroba terapie nádorových onemocnění terapie nádorových onemocnění biologická účinnost ionizujícího záření: 300 Gy letální … ohřátí o 0.001°C biologická účinnost ionizujícího záření: 300 Gy letální … ohřátí o 0.001°C fotonová radioterapie fotonová radioterapie fyzikální omezení (exponenciální pokles dávky s hloubkou průniku) fyzikální omezení (exponenciální pokles dávky s hloubkou průniku) brachyterapie brachyterapie radioaktivní izotop vázaný na selektivně vychytávané látky (štítná žláza + jód) – kurativní, paliativní radioaktivní izotop vázaný na selektivně vychytávané látky (štítná žláza + jód) – kurativní, paliativní neutronová záchytová terapie (BNCT) neutronová záchytová terapie (BNCT) neutronová terapie (externí svazek) neutronová terapie (externí svazek) svazky pionů π - svazky pionů π - hadronová radioterapie (protony, ionty) hadronová radioterapie (protony, ionty)

55 Radioterapie nádorových onemocnění lokální léčebná metoda lokální léčebná metoda přizpůsobit oblast předávané dávky podle tvaru ložiska přizpůsobit oblast předávané dávky podle tvaru ložiska konvenční radioterapie: fotony, elektrony ( 60 Co, linac) konvenční radioterapie: fotony, elektrony ( 60 Co, linac) exponenciálně klesající hloubkové dávky exponenciálně klesající hloubkové dávky ozařování z více polí ozařování z více polí frakcionace frakcionace radioterapie s modulovanou intenzitou (IMRT) radioterapie s modulovanou intenzitou (IMRT) nehomogenní intenzitní profil nehomogenní intenzitní profil pokrytí cílové oblasti vysokou dávkou pokrytí cílové oblasti vysokou dávkou

56 Hadronová radioterapie protony, ionty protony, ionty ( MeV, MeV/u) Braggův pík Braggův pík → vysoká konformace vyšší biologická účinnost (RBE ion =D x /D ion ) vyšší biologická účinnost (RBE ion =D x /D ion ) nepříznivý kyslíkový efekt potlačen (OER=D hypoxic /D oxic ) nepříznivý kyslíkový efekt potlačen (OER=D hypoxic /D oxic ) frakcionace frakcionace online monitoring PET online monitoring PET nádory v blízkosti kritických zdravých struktur nádory v blízkosti kritických zdravých struktur radioresistentní nádory radioresistentní nádory úspěšnost léčby: zlepšení o 5-10% úspěšnost léčby: zlepšení o 5-10% ČR: cca pacientů ročně ČR: cca pacientů ročně

57 Modulace svazku: Pasivní rozptyl

58 Modulace svazku: Aktivní skenování

59 Hadronová radioterapie vs. IMRT fotony - IMRT protony – IMPT (aktivní skenování, 4 pole) E.Pedroni, Europhysics News 31, 2000 cílová oblast: nosohltan + lymfatické uzliny (žlutě) kritické orgány: mozkový kmen, příušní žlázy (červeně)

60 Hadronová terapie ve světě cca pacientů (protony + ionty) cca pacientů (protony + ionty) cca 25 center, dalších 20 plánováno (USA, Evropa, Japonsko) cca 25 center, dalších 20 plánováno (USA, Evropa, Japonsko) fyzikální centra → medicínská střediska fyzikální centra → medicínská střediska Loma Linda (USA) – 1991, HIMAC Chiba (Japonsko) – 1994 Loma Linda (USA) – 1991, HIMAC Chiba (Japonsko) – 1994 Particle Therapy Co- Operative Group (PTCOG) Particle Therapy Co- Operative Group (PTCOG) projekt ENLIGHT projekt ENLIGHT

61 ENLIGHT European Network for LIGht Ion Hadron Therapy (grant EC, ) European Network for LIGht Ion Hadron Therapy (grant EC, ) využití iontových svazků v radioterapii – fyzikálně technické aspekty, indikace, výběr pacientů, ekonomické otázky využití iontových svazků v radioterapii – fyzikálně technické aspekty, indikace, výběr pacientů, ekonomické otázky European Society for Therapeutic Radiology and Oncology (ESTRO) European Society for Therapeutic Radiology and Oncology (ESTRO) European Organization for Nuclear Research (CERN) European Organization for Nuclear Research (CERN) European Organisation for Research and Treatment of Cancer (EORTC) European Organisation for Research and Treatment of Cancer (EORTC) Gesellschaft für Schwerionenforschung GmbH, Darmstadt (GSI) Gesellschaft für Schwerionenforschung GmbH, Darmstadt (GSI) German Cancer Research Center (DKFZ Heidelberg), German Heavy Ion Project (GHIP) German Cancer Research Center (DKFZ Heidelberg), German Heavy Ion Project (GHIP) Fondazione per Adroterapia Oncologica (TERA) Fondazione per Adroterapia Oncologica (TERA) Karolinska Institutet Karolinska Institutet ETOILE Project, Université Claude Bernard Lyon 1 ETOILE Project, Université Claude Bernard Lyon 1 Med-Austron, Wien Med-Austron, Wien FZR - Project Forschungszentrum Rossendorf FZR - Project Forschungszentrum Rossendorf Linköping University Linköping University Hospital Virgen de la Macarena Hospital Virgen de la Macarena Univerzita Karlova v Praze, Fyzikální ústav, Ústav jaderné fyziky AV ČR Univerzita Karlova v Praze, Fyzikální ústav, Ústav jaderné fyziky AV ČR

62 Technické požadavky HT dosah ve tkáni dosah ve tkáni nádory očí2-3,5 cm nádory očí2-3,5 cm oblast hlavy a krku2-10 cm oblast hlavy a krku2-10 cm uvnitř těla2-25 cm uvnitř těla2-25 cm potřebná maximální energie potřebná maximální energie protony MeV protony MeV iontyaž 400 MeV/u iontyaž 400 MeV/u posun Braggova maxima (1-3 mm) posun Braggova maxima (1-3 mm) → kroky změny energie (0,5-1 MeV) velikost ozařovacího pole velikost ozařovacího pole dávková rychlost → tok částic dávková rychlost → tok částic urychlovače urychlovače cyklotron (IBA, Accel) cyklotron (IBA, Accel) synchrotron (PIMMS, PRAMES, Optivus, Hitachi, Siemens) synchrotron (PIMMS, PRAMES, Optivus, Hitachi, Siemens) gantry gantry aktivní skenování aktivní skenování

63 Cyklotron kompaktní (průměr 6m) kompaktní (průměr 6m) pouze protony pouze protony IBA IBA NPTC Boston, 2001 NPTC Boston, MeV 230 MeV fixní energie, nutnost brzdit částice fixní energie, nutnost brzdit částice zhoršené parametry svazku zhoršené parametry svazku pasivní modulace pasivní modulace

64 Synchrotron větší prostorová náročnost (PIMMS:průměr 23m) větší prostorová náročnost (PIMMS:průměr 23m) variabilní energie variabilní energie lepší kvalita svazku lepší kvalita svazku aktivní skenování aktivní skenování protony (PRAMES, Optivus) i ionty (PIMMS, HICAT) protony (PRAMES, Optivus) i ionty (PIMMS, HICAT) PIMMS (CERN): PIMMS (CERN): protony MeV protony MeV uhlík MeV/u uhlík MeV/u evropské projekty evropské projekty

65 HICAT Heidelberg Heavy Ion Cancer Therapy Centre Heavy Ion Cancer Therapy Centre p MeV p MeV He MeV/u C MeV/u O MeV/u linac: 5m, 7 MeV/u linac: 5m, 7 MeV/u synchrotron, průměr 20m synchrotron, průměr 20m gantry 20m x 13m průměr (120t), aktivní skenování gantry 20m x 13m průměr (120t), aktivní skenování financování zajištěno - 75 mil. € financování zajištěno - 75 mil. € preklinický provoz 2006, klinický od 2007 preklinický provoz 2006, klinický od 2007

66 Další evropská centra TERA, Itálie TERA, Itálie finální design, 50% prostředků zajištěno finální design, 50% prostředků zajištěno ETOILE Lyon ETOILE Lyon MedAustron, Rakousko MedAustron, Rakousko Karolinska, Stockholm Karolinska, Stockholm technologie GSI → Siemens technologie GSI → Siemens

67 Aktivity v rámci ČR interdisciplinární pracovní skupina „Využití ionizujících částic v lékařství a biologii“ interdisciplinární pracovní skupina „Využití ionizujících částic v lékařství a biologii“ 1.LF UK, FZÚ, ÚJF AVČR, ÚJV 1.LF UK, FZÚ, ÚJF AVČR, ÚJV neutronová záchytová terapie (BNCT) neutronová záchytová terapie (BNCT) klinické testy - ÚJV Řež, ÚJF AV ČR, Nemocnice Na Homolce, Onkologická klinika 1.LF UK a VFN klinické testy - ÚJV Řež, ÚJF AV ČR, Nemocnice Na Homolce, Onkologická klinika 1.LF UK a VFN hadronová radioterapie hadronová radioterapie PRAMES ( ) PRAMES ( ) Onkologie 2000 – PIMMS (gantry) Onkologie 2000 – PIMMS (gantry) studie „Onkologické centrum s hadronovou radioterapií“, FZÚ AVČR, květen studie „Onkologické centrum s hadronovou radioterapií“, FZÚ AVČR, květen od r.2002 ENLIGHT od r.2002 ENLIGHT modelování mechanismu biologického účinku ionizujících částic modelování mechanismu biologického účinku ionizujících částic detailní pravděpodobnostní model detailní pravděpodobnostní model přesné zachycení podílu přežívajících buněk přesné zachycení podílu přežívajících buněk identifikace rozdílů mezi protony a těžšími ionty v inaktivačním účinku jednotlivých částic identifikace rozdílů mezi protony a těžšími ionty v inaktivačním účinku jednotlivých částic

68 Ing. Otokar Dragoun, DrSc., Ústav jaderné fyziky AV ČR Nobelovská neutrina

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82 Areál výzkumných ústavů v Řeži u Prahy Ústav jaderné fyziky Akademie věd ČR

83

84 Elektronový spektrometr Ústavu jaderné fyziky AV ČR v Reži Část spektra elektronů radioaktivního zdroje 99m Tc změřeného s rekordním energetickým rozlišením

85

86

87

88

89

90 RNDr. Tomáš Davídek, PhD., Matematicko-fyzikální fakulta UK Jak se člověk stává fyzikem RNDr. Jiří Chudoba, PhD., Fyzikální ústav AV ČR Počítače v CERN RNDr. Zdeněk Doležal, Dr., Matematicko-fyzikální fakulta UK Nadnárodní "firma" na výrobu a testování detektorů Mgr. Pavel Kundrát, PhD., Fyzikální ústav AV ČR Aplikace fyziky částic v lékařství Ing. Otokar Dragoun, DrSc., Ústav jaderné fyziky AV ČR Nobelovská neutrina Představitelé ministerstev ČR: Ing. Petr Martínek, Ministerstvo zahraničních věcí ČR RNDr. Miloš Chvojka, CSc., Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR Mgr. Jaroslav Kolín, Ministerstvo financí ČR


Stáhnout ppt "TÝDEN VĚDY A TECHNIKY 2004 EVROPSKÁ SPOLUPRÁCE VE VĚDĚ A VÝZKUMU ČEŠTÍ VĚDCI V CERN – ZKUŠENOSTI A APLIKACE"

Podobné prezentace


Reklamy Google