Katedra jadrovej fyziky a biofyziky na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave ponúka študentom širokú škálu tém pre bakalárske práce. Tieto práce sa zameriavajú na rôzne oblasti jadrovej fyziky, biofyziky a súvisiacich technológií, pričom často využívajú moderné experimentálne metódy a prístrojové vybavenie laboratórií.
V akademickom roku 2019/2020 bolo predstavených niekoľko zaujímavých tém v rámci Oddelenia radiačnej fyziky:
Možnosti stanovenia koncentrácie Cu pomocou PIGE metódy
Stanovenie koncentrácie medi (Cu) je dôležité v mnohých oblastiach. Zatiaľ čo PIXE metóda je bežne používaná, existujú prípady, kedy nie je dostatočná na stanovenie veľmi nízkych koncentrácií (na úrovni ppm). Toto obmedzenie vyplýva z vysokého pozadia v oblastiach s bežne používanými röntgenovými kvantami s energiou 8 keV. Toto pozadie môže byť spôsobené röntgenovým žiarením iných prvkov s podobnou energiou a vysokým zastúpením vo vzorke (napr. Ni alebo Zn v bronzových vzorkách) alebo Comptonovým rozptylom röntgenových kvánt s vyššou energiou (pri analýze zlatých vzoriek).
V takýchto prípadoch je možné použiť PIGE (Particle-Induced Gamma-ray Emission) metódu. Táto metóda využíva reakcie 65Cu(p,nγ)65Zn a 65Cu(p,p’γ)65Cu s emisiou charakteristických gama kvánt na stanovenie koncentrácie Cu vo vzorke. V laboratóriu CENTA bola v lete 2015 nainštalovaná PIXE/PIGE komora s BEGe detektorom, ktorý je možné použiť na obe analýzy. Nevýhodou tohto detektora je horšie rozlíšenie v oblasti nízkych energií (energetické rozlíšenie pre 55Fe s 5,9 keV je na úrovni 390 eV), čo komplikuje stanovenie koncentrácie Cu vo vzorkách s vyšším zastúpením Fe, Ni, Zn.
Cieľom práce bude zameranie sa na stanovenie koncentrácií Cu v štandardoch pomocou PIXE a PIGE metódy. Študenti sa oboznámia s princípmi PIXE a PIGE metódy, stanovia koncentrácie Cu v pripravených štandardoch pomocou oboch metód, porovnajú vplyv metód na výslednú koncentráciu pre hrubé a tenké vzorky a stanoví detekčný limit pre stanovenie koncentrácie Cu pre obe metódy.
Štúdium nepružných rozptylov protónov za účelom PIGE analýzy 19F
Nepružné rozptyly protónov na jadrách flóru sú základom PIGE metódy pre nedestruktívne stanovenie koncentrácie flóru vo vzorke. Pri tejto reakcii dochádza k emisii gama žiarenia, pričom výťažok tohto žiarenia závisí od energie nalietavajúcich protónov.
Táto práca sa zameria na stanovenie diferenciálneho účinného prierezu reakcie 19F(p,p’γ)19F v závislosti od energie protónov. Ako zdroj protónov bude použitý tandemový urýchľovač Pelletron v laboratóriu CENTA, ktorý umožňuje urýchliť protóny od 1,2 do 6 MeV.
Študenti sa oboznámia s princípom PIGE analýzy a tvorbou a urýchlením protónového zväzku. Stanovia účinné prierezy reakcie 19F(p,p’γ)19F pre rôzne energie protónov v intervale 1,2 - 6 MeV a ohodnotia vplyv hrúbky vzorky na výslednú koncentráciu.
Analýza prvkového zloženia minerálnych vôd pomocou PIXE/PIGE metódy
Minerálne vody sú charakteristické zastúpením rôznych minerálnych prvkov, ktorých koncentrácie sú špecifické pre konkrétny vrt. Metódy PIXE (Particle-Induced X-ray Emission) a PIGE (Particle-Induced Gamma-ray Emission) analýzy sú vhodnými nástrojmi na stanovenie koncentrácie týchto prvkov. Pomocou reakcií nepružných rozptylov protónov na jadrách prvkov ako Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K a Ca na tzv. tenkých vzorkách je možné stanoviť ich zastúpenie v konkrétnych vodách. PIXE metóda je zároveň vhodná na detekciu prípadnej kontaminácie ťažkými kovmi.
Práca sa zameria na prvkovú analýzu zloženia stolových a minerálnych vôd. Ako zdroj protónov bude slúžiť tandemový urýchľovač Pelletron v laboratóriu CENTA. Študenti sa oboznámia s tvorbou a urýchlením protónového zväzku a princípmi PIXE a PIGE analýzy. Následne pomocou týchto metód stanovia zastúpenie prvkov Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Ba a Pb v rôznych druhoch vôd.
Možnosti stanovenia prvkového zloženia akostných odrodových vín
Značkové vína sú často charakteristické nielen oblasťou pôvodu, ale aj prvkovým zložením pôdy, kde vinič rastie. Toto sa následne odzrkadľuje na zastúpení niektorých prvkov vo víne, najmä Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn, Br, Rb a Sr. Spracovanie a skladovanie vína tiež môže ovplyvniť tieto zastúpenia a byť charakteristické pre určité odrody a značky.
Práca bude zameraná na vývoj metodiky spracovania vzoriek vína a ich následnú analýzu pomocou PIXE a PIGE metódy v laboratóriu CENTA. Študenti sa oboznámia s princípmi PIXE a PIGE analýzy a stanovia zastúpenie uvedených prvkov vo vybraných odrodových vínach.
Vplyv geometrie vzorky a elektrických polí na extrakciu iónových zväzkov z iónového zdroja MC-SNICS
Iónový zdroj MC-SNICS (Multi-Cathode - Source of Negative Ions by Caesium Sputtering) je typ céziového rozprašovacieho iónového zdroja, ktorý sa nachádza aj v laboratóriu CENTA. Optimalizácia geometrie dopadu Cs+ iónov a následná extrakcia produkovaných iónov vedú k vyšším iónovým výťažkom. Tieto výťažky závisia od geometrie povrchu vzorky, na ktorý dopadajú Cs+ ióny, a od tvaru elektrických polí, ktoré urýchľujú a fokusujú Cs+ na tento povrch.
Cieľom práce bude pomocou programu SIMION nasimulovať súčasne používanú geometriu vzoriek a ohodnotiť vplyv jej zmeny na výsledný tvar iónového zväzku. Taktiež bude potrebné simulovať dráhy Cs+ iónov v elektrických poliach zabezpečujúcich rozprašovanie vzorky a následnú ionizáciu produkovaných atómov.
Vývoj metódy na spracovanie palív a biopalív pre AMS stanovenie rádiouhlíka
V rámci Centra pre nukleárne a urýchľovačové technológie (CENTA) sa vyvíja AMS (Accelerator Mass Spectrometry) technika. Pre potreby tejto techniky bola v rádiouhlíkovom laboratóriu nainštalovaná multifunkčná sklenená vákuovo-kryogénna aparatúra na prípravu grafitu. Prekurzorom pre výrobu grafitu, najvhodnejšej formy pre 14C merania pomocou AMS, je oxid uhličitý (CO2), ktorý sa získava zo vzoriek rôznymi metódami (spaľovanie, rozklad, extrakcia).
Palivá a biopalivá, zložené hlavne z uhľovodíkov, majú vysoký obsah uhlíka, čo umožňuje prípravu grafitu pre AMS (~2 mg) už z minimálneho množstva vzorky. Práca sa zameria na návrh, vývin a optimalizáciu metódy získavania CO2 zo vzoriek palív a biopalív kontrolovaným spaľovaním a následnú prípravu grafitových terčíkov pre iónový zdroj AMS.
Študenti vyvinú a otestujú metodiku spaľovania ultramalých objemov palív a biopalív a kvalitu získaného CO2 overia grafitizáciou, štandardizovanou v rádiouhlíkovom laboratóriu CENTA.
Urýchľovačová hmotnostná spektrometria (AMS): prehľad súčasných trendov vo vývoji a aplikáciách
Urýchľovačová hmotnostná spektrometria (AMS) zaznamenala v posledných desaťročiach obrovský pokrok a dnes je považovaná za jednu z najcitlivejších analytických metód, najmä pri stanovovaní koncentrácií dlhožijúcich rádionuklidov. Hoci spektrum rádionuklidov vhodných pre AMS merania je široké, rutinne sa úspešne stanovuje len malá podskupina (napr. 10Be, 14C, 26Al, 129I, 236U, 239,240Pu).
Vďaka AMS bolo objasnených mnoho vedeckých problémov, vrátane datovania Turínskeho plátna a posúdenia vplyvu závodov na prepracovanie vyhoreného paliva. AMS nachádza uplatnenie nielen v jadrových a environmentálnych vedách, ale aj v biomedicíne a geovedách. Ďalší rozvoj AMS je podmienený lepším potlačením izobarických interferentov, čo by zvýšilo citlivosť metódy a rozšírilo paletu detekovateľných rádionuklidov.
Hlavným cieľom práce bude vypracovanie prierezu najnovšími poznatkami o súčasnom vývoji AMS a jej aplikačných možnostiach, s využitím primárnych informačných zdrojov. Študenti rešeršnou formou spracujú najnovšie poznatky vo vývoji techniky a aplikačných možnostiach AMS.
Identifikace prvku z jeho hmotnostního spektra | Chemie | Khan Academy
Radón v ovzduší podzemných priestorov
Monitoring objemovej aktivity radónu v ovzduší podzemných priestorov (bane, jaskyne) sa vykonáva predovšetkým z dôvodu posúdenia zdravotného rizika pre pracovníkov a návštevníkov. Okrem toho sa monitoring radónu využíva pri sledovaní pohybu vzdušných más v podzemných priestoroch, čo je dôležité napríklad pre výskum režimu jaskynnej mikroklímy.
Cieľom práce je opísať vlastnosti radónu, jeho zdroje, spôsoby transportu, metódy merania a charakterizovať variácie objemovej aktivity radónu v ovzduší podzemných priestorov.
Radón v životnom prostredí
Najväčší príspevok k radiačnej záťaži obyvateľstva pochádza od inhalovaného 222Rn. Cieľom práce je popísať zdroje radónu v životnom prostredí, jeho variácie, metódy merania, fyzikálne základy ochrany pred radónom a jeho aplikácie v environmentálnych štúdiách. Súčasťou práce budú aj konkrétne merania radónu v atmosfére a ich analýza.
Práca je vhodná pre záujemcov o radiačnú alebo radiačnú environmentálnu fyziku. Znalosť angličtiny na úrovni mierne pokročilý je vítaná.
Testovanie kontinuálnych detekčných systémov radónu
Účelom kalibrácie kontinuálnych monitorov radónu je určiť odozvu detektora v závislosti od rôznych faktorov, ako je dĺžka vymierajúceho predobjemu a účinnosť detekcie produktov premeny radónu. Kalibrácia monitorov sa uskutočňuje pomocou Ward-Borakovej metódy.
Cieľom bakalárskej práce bude zostavenie kontinuálneho monitora radónu, jeho kalibrácia a sledovanie zmien kalibračných koeficientov odozvy pri zmene vymierajúceho predobjemu a rýchlosti prietoku.
Realizácia a testovanie nového nízkopozaďového tieniaceho krytu pre gama spektrometriu
Študenti sa budú môcť experimentálne podieľať na stavbe nového nízkopozaďového tieniaceho krytu a realizovať merania na potlačenie rôznych zložiek pozadia s cieľom optimalizovať úroveň potlačenia. Budú sa tiež realizovať odbery vzoriek životného prostredia a ich merania pomocou gama spektrometra v novom tieniacom kryte. Práca v laboratóriu je nevyhnutná.
Znalosť angličtiny na úrovni minimálne mierne pokročilý je nutná. Cieľom práce bude podieľať sa na tvorbe a testovaní parametrov nízkopozaďového tieniaceho krytu pre gama spektrometriu, zmerať a optimalizovať jeho charakteristiky pomocou polovodičového HPGe detektora a použiť kryt pre stanovenie koncentrácií rádionuklidov vo vzorkách životného prostredia.
Ohodnotenie radiačnej záťaže od radónu v pobytových priestoroch
Koncentrácia radónu v budove sa mení s časom. Príkon efektívnej dávky od radónu vo vnútornej atmosfére je priamo úmerný koncentrácii radónu a dobe pobytu. Podľa UNSCEAR je priemerný ročný pobyt obyvateľa vo vnútornej atmosfére 7000 hodín.
Práca by sa mala zamerať na ohodnotenie doby pobytu v uzavretých priestoroch pri súčasnom životnom štýle, korekciu doby pobytu obyvateľstva v pobytových a pracovných priestoroch a porovnanie rôzneho ohodnotenia radiačnej záťaže pre budovy s rôznym zdrojom radónu.
Efektívna dávka od prírodných rádionuklidov
Radiačná záťaž obyvateľstva je spôsobená kozmogénnymi rádionuklidmi, rádioaktívnymi prvkami prirodzene sa vyskytujúcimi v zemskej kôre (238U, 232Th, 40K), ako aj antropogénnymi rádionuklidmi. Najväčší príspevok k radiačnej záťaži pochádza od inhalovaného 222Rn a jeho produktov premeny.
Cieľom práce je stanoviť s využitím už rozpracovanej metodiky efektívne dávky obyvateľstva od najvýznamnejších prírodných zdrojov ionizujúceho žiarenia. Pozornosť bude venovaná oblastiam Slovenska s vysokými efektívnymi dávkami od radónu v pobytových priestoroch.
Detektory pre monitorovanie 222Rn vo vodách
Prírodné vody často obsahujú vyššie koncentrácie radónu, ako by sa očakávalo podľa obsahu 226Ra. V pitných vodách je obsah radónu kontrolovaný, aby sa predišlo prekročeniu tzv. zásahovej úrovne. Efekt obohacovania vody radónom je však prínosný pre rôzne aplikácie, napríklad ako stopovač geodynamických procesov.
Cieľom bakalárskej práce je navrhnúť a v laboratórnych podmienkach okalibrovať jednoduchý systém pre kontinuálne meranie objemovej aktivity radónu vo vodách. Predpokladá sa aj testovanie systému v reálnych podmienkach pri meraní radónu vo vodách hlbinných vrtov.
Analýza správania sa 13CO2 a 14CO2 na rozhraní pôda- atmosféra
Obsah 13C a 14C v atmosfére je v súčasnosti ovplyvňovaný najmä emisiou fosílneho CO2. Avšak aj ďalšie procesy, ako exhalácie 13CO2 a 14CO2 z pôdy, môžu ovplyvňovať variácie izotopov uhlíka v atmosfére. Obsah 13C a 14C v pôde závisí od produkčného mechanizmu CO2 v pôde a líši sa od atmosférických koncentrácií.
Na KJFB FMFI UK sú získavané údaje o obsahu 13C a 14C v atmosférickom CO2 zo 6 rôznych lokalít Slovenska, ako aj údaje o obsahu oboch izotopov uhlíka v pôdnom a v exhalovanom z pôdy CO2. Cieľom bakalárskej práce bude precízna analýza dlhodobých trendov a variácií 13C a 14C v atmosfére, v pôdnom vzduchu a v CO2 exhalovanom z pôdy.
Analýza koncentrácie radónu v pôdnom vzduchu
Podložie stavieb býva dominantným zdrojom radónu v pobytových priestoroch, preto sa mu z rádiohygienického hľadiska venuje značná pozornosť. Objemová aktivita radónu v pôdnom vzduchu sa môže meniť až niekoľkonásobne vplyvom rôznych meteorologických parametrov.
Cieľom bakalárskej práce je naučiť sa spracovať súbor dát z kontinuálnych monitorov a správne interpretovať variácie objemovej aktivity radónu v pôdnom vzduchu a vplyv meteorologických parametrov na tieto zmeny.
tags: #bakalarske #prace #fmfi #uk
