На семинаре обсуждаются последние достижения и современные проблемы в области применения ионизирующих излучений в науке, медицине, промышленности, сельском хозяйстве и других сферах народного хозяйства. Отслеживаются исследования по данной тематике по ведущим российским и иностранным источникам.
В настоящем курсе представляется история развития ускорителей, описываются физические принципы действия и элементы конструкции ускорителей, дается описание пучка частиц и условий его устойчивости. Обсуждается применение ускорителей и значение ускорительной техники как в познании окружающего нас мира, так и в современной мировой экономике. Даются материал о достижениях ускорительной техники в последние десятилетия и примеры наиболее существенных достижений и открытий в ядерной физике и физике элементарных частиц, полученных с применением ускорителей. Использование ускорителей в радиационных технологиях в различных отраслях народного хозяйства: в промышленности и сельском хозяйстве, в радиационной химии, в радиационной биологии и медицине, в радиационной экологии.
Студенты выполняют задачи специального ядерного практикума, осваивают методы проведения и анализа сложнейших научных экспериментов в ядерной физике - физике частиц и физике взаимодействий.
В курсе даются основные понятия и определения, основные характеристики пучков частиц и мишеней. Первичное и вторичное излучения. Транспортировка пучков. Классификация процессов взаимодействия ионизирующих излучений с веществом. Понятие о дозиметрии ионизирующих излучений. Взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом. Прохождение легких заряженных частиц через вещество. Взаимодействие гамма-излучения с веществом. Физические процессы, происходящие при взаимодействии нейтронов с веществом.
Учебная дисциплина «Дозиметрия ионизирующих излучений» состоит из нескольких разделов, включающих в себя основные теоретические представления о дозиметрии излучений, как части прикладной ядерной физики, а также конкретные задачи практической дозиметрии и пути их решения. В курсе лекций рассматриваются основные понятия и характеристики поля излучения, дозиметрические величины, применяемые в практических расчетах. Также в курсе освещены физические аспекты дозиметрии различных частиц, в частности фотонов, нейтронов, заряженных частиц. Обсуждаются вопросы особенностей дозиметрии того или иного вида частиц. Также в курсе излагается физика различных методов дозиметрии. В рамках курса рассматриваются основные закономерности измерения дозы с помощью ионизационных детекторов, полупроводниковых детекторов. Рассматриваются сцинтилляционный, люминесцентный, химический, тепловой методы измерения дозы, а также особенности дозиметрии инкорпорированных нуклидов.
В дисциплине "Основы радиобиологии и радиохимии" излагаются основные этапы развития радиобиологии и радиохимии. Рассматриваются особенности взаимодействия ионизирующих излучений с веществом и методы дозиметрии. Описываются механизмы действия ионизирующих излучений на клетки, ткани, органы и организм в целом. Обсуждаются вопросы радиочувствительности органов и тканей, действия излучения в больших и малых дозах, основные радиационные синдромы и последствия облучения, терапевтический интервал. Даются основы онкологии, характеристики опухолевых клеток, классификация новообразований. Отдельное внимание уделяется применению ионизирующего излучения в медицине: ионизирующие излучения в лучевой терапии, методы диагностики и принципы медицинской визуализации изображений, применение радиоизотопов в терапевтических целях.
На спецсеминаре проводится дополнительное обсуждение вопросов физики взаимодействия излучений с веществом на примере решения задач и вывода формул.
В курсе лекций «Физические основы ядерно-магнитной резонансной томографии и спектроскопии» обсуждаются следующие вопросы. Медицинская диагностика. Рентген, УЗИ, инфракрасное и микроволновое тепловидение. Оптоакустическая диагностика. Томографические методы: компьютерная (рентгеновская) томография, МРТ, ПЭТ, микроволновая, лазерная и ультразвуковая томография, квазистатическая электромагнитная томография. Терагностика. ЯМР спектроскопия в медицинской диагностике: метаболомика, геномные и протеомные исследования. Общее знакомство с Центром магнитной томографии и спектроскопии МГУ. А также даются практические знания по МР-томографии.
В курсе «Физика сильных и электромагнитных взаимодействий» рассматриваются типы фундаментальных взаимодействий и их характеристики. Теория сильных и электромагнитных взаимодействий.
В курсе «Измерение параметров пучков заряженных частиц» обсуждаются следующие вопросы. Движение заряженных частиц в постоянных электрическом и магнитном полях, в аксиально-симметричном магнитном поле, однородном магнитном поле, адиабатических магнитных полях, поперечных электрических и магнитных полях, в квадрупольном электрическом и магнитном поле. Собственные поля пучка частиц. Электрическое поле бесконечного однородно заряженного цилиндра. Магнитное поле цилиндрического проводника с током. Поляризованные пучки заряженных частиц. Понятие о деполяризирующих резонансах, их связь с особенностями магнитной структуры ускорителей. Краткий обзор методов преодоления деполяризирующих резонансов.
Студенты выполняют задачи специального практикума по ядерной медицине, осваивают методы проведения и анализа научных экспериментов по регистрации радиоактивных излучений, контролю радиационной обстановки и радиоактивности окружающей среды, применения радионуклидов в химии, медицине и других областях науки и техники.
Циклические ускорители применяются для решения большого круга как практических, так и научных задач. В частности, максимальные энергии тяжелых частиц получают именно на циклических ускорителях, циклические ускорители обеспечивают требуемые пучки для новейшего метода лучевой терапии – адронной лучевой терапии. В связи с этим, в подготовке специалистов по ускорителям, важное место занимает изучение основных типов циклических ускорителей и особенностей ускорения частиц в этих машинах. Многие циклические ускорители созданы в единственном экземпляре. В лекционном курсе содержатся базовые знания о принципах работы основных типов циклических ускорителей, используемых в настоящее время. В рамках курса студенты познакомятся с принципом работы ускорителей индукционного и резонансного типов. Большое внимание уделяется продольной и поперечной динамике заряженных частиц и резонансам. Проблеме получения и формирования интенсивных пучков заряженных частиц в накопителях.
В курсе "Трансмиссионная вычислительная томография" (ТВТ) излагаются физико-математические основы построения наиболее сложных и высокотехнологичных приборов (трансмиссионных томографов) для медицинской диагностики. Рассматриваются следующие вопросы. Ослабление излучения в веществе. Круговая геометрия: неподвижная и вращающаяся системы координат. Преобразование Радона. Методы обращения преобразования Радона: метод ро-фильтрации для ТВТ, метод фурье-синтеза для ТВТ, метод фильтрованных обратных проекций для ТВТ, метод А.Кормака для ТВТ. Понятие о некорректной задаче и её регуляризации с помощью аподизирующих функций. Теорема Котельникова и её применение для построения вычислительных алгоритмов в ТВТ. Фильтр Рамачандрана и Лакшминараянана для ТВТ.
В лекционном курсе содержатся базовые знания об основных нормативно-правовых актах, регламентирующих организацию и осуществление научно- исследовательских работ и опытно-конструкторских разработок, устанавливающих правила их выполнения и оформления результатов. В рамках курса студенты познакомятся с основами правовой регламентации охраны результатов интеллектуальной деятельности через авторское и смежные права, получат практические навыки и рекомендации по подготовке результатов исследований для опубликования в научной печати, составлению обзоров, рефератов, отчетов, докладов, лекций, оформлению курсовых и дипломных работ, магистерских диссертаций.
В курсе лекций «Закономерности функционирования организма человека» рассматриваются следующие вопросы. Структурные компоненты клетки. Реакции клеток на внешние воздействия. Основы строения, общая и частная физиология нервной системы. Эндокринная система и ее регуляторные физиологические функции. Роль эндокринной системы в регуляции процессов роста, развития, размножения, разных форм адаптации и поведения. Основы патофизиологии эндокринной системы. Понятие о системе крови. Патофизиология иммунитета. Врожденные и приобретенные иммунодефицитные состояния. Основные виды аллергических процессов. Аутоиммунные заболевания. Кровообращение. Электрические и механические процессы в сердце. Структурно-функциональная организация сосудистого русла. Строение воздухоносных путей и легких, физиология дыхания. Макро- и микростроение почек, их выделительная функция. Структурно-функциональная характеристика системы пищеварения.
Вода – самое распространенное на Земле вещество с уникальными физическими свойствами. В лекционном курсе содержатся базовые знания о воде, ее строении и характеристиках на молекулярном и макроскопическом уровнях, анализируются современные подходы и модели. В рамках курса студенты знакомятся с основными экспериментальными и теоретическими методами исследования свойств и структуры воды. Значительное место в курсе занимает анализ изменения свойств и характеристик водных сред под воздействием различных внешних факторов естественного и антропогенного характера. Во всех разделах курса делается акцент на роль воды в живых организмах. В ходе изучения материала студенты получают представление об общих принципах организации, основных структурно-функциональных связях, а также морфомеханических и электро-физических характеристиках биологических тканей.
В курсе лекций «Ускорение пучков поляризованных частиц» обсуждаются следующие вопросы. Пучки поляризованных частиц. Получение пучков поляризованных частиц. Метод атомного пучка. Метод Лэмба. Другие методы получения пучков поляризованных ионов. Получение пучков поляризованных электронов. Инжекция и накопление поляризованных ионов. Динамика спина в циклических ускорителях. Деполяризация пучка и сохранение степени поляризации пучка при ускорении. Современные методы преодоления деполяризирующих резонансов. Поляризованные мишени и современные эксперименты в спиновой физике.
В настоящее время линейные ускорители применяются для решения большого круга как практических, так и научных задач. В связи с этим, в подготовке специалистов по ускорителям, одно из основных мест занимает изучение основных типов линейных ускорителей. В лекционном курсе содержатся базовые знания о принципах работы основных типов линейных ускорителей, используемых в настоящее время. В рамках курса студенты познакомятся с принципом работы линейных ускорителей высоковольтного, индукционного и резонансного типов. Большое внимание уделяется продольной и поперечной динамике заряженных частиц в линейных ускорителях. Проблемам получения и формирования пучков заряженных частиц.
В дисциплине «Дозиметрическое планирование ионизирующих излучений» рассматриваются особенности клинической дозиметрии, в частности вопросы равновесия заряженных частиц, теория полости и калибровка терапевтических пучков фотонов и электронов. Важное место уделяется вопросам гарантии качества лучевой терапии.
В дисциплине «Биохимия радиационных воздействий» рассматриваются основные биохимические процессы, протекающие в организме и изменения, происходящие в результате воздействия ионизирующего излучения. Особенности строения и конфигурации макромолекул, малых органических молекул, физико- и биохимические механизмы процессов, сопровождающих радиационное воздействие.
В курсе "Эмиссионная вычислительная томография" (ЭВТ) излагаются физико-математические основы построения наиболее сложных и высокотехнологичных приборов (эмиссионных томографов) для медицинской диагностики. Рассматриваются следующие вопросы. Излучение точечного источника. Основное уравнение для проекций, отличия ЭВТ от трансмиссионной вычислительной томографии. Сравнение геометрического и физического ослабления. Экспоненциальное преобразование Радона. Взвешенное обратное проецирование. Методы обращения экспоненциального преобразования Радона: метод фурье-синтеза для ЭВТ, метод фильтрованных обратных проекций для ЭВТ. Регуляризация некорректной задачи с помощью аподизирующих функций в ЭВТ. Аппаратная функция в ЭВТ. Теорема Котельникова и её применение для построения вычислительных алгоритмов в ЭВТ. Фильтр Рамачандрана и Лакшминараянана в ЭВТ.
В курсе лекций «Биомедицинские основы лучевой терапии» рассматриваются следующие вопросы. Патофизиология тканевого роста. Биологические особенности опухолевого роста. Отличия злокачественных опухолей от доброкачественных. Этиология и патогенез злокачественных опухолей. Понятие инициации, промоции, прогрессии. Метастазирование. Влияние опухоли на организм. Антибластомная резистентность организма. Иммунология опухолей. Молекулярная генетика рака. Представление о протоонкогенах и их трансформации в онкогены. Рак – это болезнь генов. Физические и химические канцерогенные факторы, злокачественные опухоли вирусной природы. Принципы лечения рака.
Развитие методов лучевой диагностики, лучевой терапии, а также возникновение техногенных радиационных катастроф ведет к необходимости физического понимания процессов, происходящих в организме при воздействии ионизирующих излучений. В лекционном курсе обсуждаются биофизические механизмы влияния ионизирующих излучений на проницаемость мембран клеток, ионный транспорт, электрогенез в клетках, скорость распространения нервного импульса, на процессы мышечного сокращения. Особое внимание уделяется изменению наноповерхности красных клеток и концентраций производных гемоглобина в результате облучения крови.
Курс лекций знакомит с теоретическими и прикладными аспектами генерации, усиления и распространения микроволн, практическими примерами использования микроволн в различных областях науки и техники. Рассмотрены особенности распространения микроволн в различных средах, включая линии передачи (коаксиальные линии, волноводы, микрополосковые линии, оптоволоконные линии и др.), замедляющие системы, гиромагнитные среды и метаматериалы. Изложены методы расчета свободных и вынужденных колебаний в резонаторах, добротности и элементов связи. Обсуждаются основы взаимодействия микроволн с электронными потоками, принципы действия современных микроволновых генераторов и усилителей, включая твердотельные и электровакуумные устройства. Обсуждаются перспективы развития микроволновой электроники, вопросы применения микроволн в научных исследованиях, в медицине, в беспроводных линиях передачи информации и энергии.
В курсе «Радиационная безопасность» внимание уделяется радиационной безопасности медицинского персонала, пациентов и окружающей среды. Обсуждаются экспериментальные измерения значений мощностей эквивалентных доз, создаваемых при терапевтических процедурах. Приводятся данные о годовых дозовых нагрузках, получаемых радиохирургом при проведении процедур. Средней суммарной активности источников, имплантируемых при брахитерапии. Выводу радиоактивных отходов в отделениях радиотерапии.
В дисциплине «Топографическая анатомия в лучевой терапии» изучается взаимное пространственное расположение органов и тканей различных систем в определенных областях тела человека. Основываясь на данных системной анатомии, рассматриваются особенности расположения новообразований в теле пациента. Изучаются топографические ориентиры, топография опухоли и окружающих тканей на рентгеновских и КТ снимках. Рассматриваются примеры локализации, величины и формы опухолей.
Учебная дисциплина «Медицинская визуализация» помогает создать базовые знания о физических процессах, лежащих в основе методов визуализации изображений в медицине. В курсе дается описание современных методов диагностики в высокотехнологичной медицине, принципов работы детекторов излучений, математической статистики, методов решения обратных и некорректно поставленных задач, и основ интроскопии.
На семинаре обсуждаются последние достижения и современные проблемы в области физики ускорителей