The first anniversary of the Institute

5-year anniversary of the Institute

The Institute of Experimental and Applied Physics (IEAP) of Czech Technical University in Prague (CTU) was founded on 1^st May 2002 by the then Rector of the CTU prof. Jiri Witzany by CTU decree of 3^rd Oct. 2001. The IEAP was established as the experimental base of the CTU primarily for research in particle and subatomic physics, which is realized mainly in international experiments. The Institute is located in Prague 2, Albertov. The director of the Institute starting from the foundation is Dr. Stanislav Pospisil. The current scientific program of the Institute is based on three directions: a) Particle physics and the development of advanced detection systems; b) Neutrino physics, physics of atomic nuclei and astrophysics c) Applied experimental physics. In the past ten years, the initial staff of the institute has grown from the original 9 employees to over 60 staff, mostly young scientists and PhD. and Engineering students.

The main research program at the IEAP pursued in frame of Cooperation with CERN CERN, is the ATLAS experiment at the LHC. Staff of the IEAP was involved in its realization from the very beginning and already in the phase of its construction. A significant proportion of their contribution was mainly in the design and manufacture one of the key parts of the experiment, the large inner neutron shielding. This component was designed and constructed ​​in the Czech Republic, representing an order for Czech industry for about 68 million CZK. IEAP staff contributed also to the construction and testing of the internal semiconductor detector ATLAS SCT FWD. At present experimental teams and theoretical physicists at the IEAP are involved in the operation of the experiment and evaluation and data analysis.

Montáž polyetylenového stínění

Montáž polyetylenového stínění

Část stínícího bloku

Another important achievement of the ATLAS team at the IEAP was the proposal, construction and continous operation of a network of pixel detectors ATLAS-MPX. These devices are position-sensitive semiconductor detectors with high radiation granularity, which are deployed at 16 locations inside the ATLAS detector and its surroundings. The signal from these detectors can be monitored online from any remote location using a custom-made web application that allows to obtain immediate information about the intensity of the radiation field and its composition. The importance of this system is evident from the fact that although it was developed and installed at a later stage, practically by the completion of the ATLAS detector, the pixel-detector based network has been incorporated into the ATLAS basic infrastructure.

Neutrinová fyzika je studována v experimentech dvojitého rozpadu beta NEMO/SuperNEMO a TGV, jež jsou realizovány v podzemní laboratoři LSM v Modane ve Francii. Odborníky z celého světa přivádí na ČVUT pravidelně od roku 1997 mezinárodní konference MEDEX o problematice výpočtů jaderných maticových elementů pro dvojitý rozpad beta a temnou hmotu.

Na poli studia struktury atomových jader se práce v současnosti soustřeďují na produkci a studium supertěžkých elementů a na sledování exotických procesů při štěpení transuranů. Experimenty jsou realizovány ve spolupráci se SÚJV Dubna a ILL Grenoble. Ve spolupráci se SÚJV Dubna byly také zahájeny první testy detekčních systémů vyvinutých v ÚTEF pro potřeby měření drah relativistických iontů s vysokou přesností na urychlovači Nuklotron.

Významnou oblastí činnosti pracovníků ÚTEF je gama spektroskopie (HPGe detektor umístěný v LSM, 600 cm³), či aplikovaná spektrometrie alfa a její využití ke stanovování radonu, thoronu a jejich dceřiných produktů. Zkušenosti dosažené v tomto oboru využívají pracovníci ÚTEF i v dalších experimentech. Jedním z nich je experiment Picasso v podzemní laboratoři SNO v Kanadě, jehož cílem je detekce neutralina, kandidáta na nositele temné hmoty ve vesmíru.

Dalším projektem ÚTEF, který míří do oblasti astrofyziky a je realizován na zemském povrchu, je projekt CZELTA (CZEch Large-area Time coincidence Array). V něm jsou systémem stanic rozmístěných na středních školách v různých místech České republiky měřeny spršky tvořené vysokoenergetickým zářením, které k nám přichází z kosmu. Tento poměrně složitý experiment je do značné míry řízen a vyhodnocován studenty těch škol, na nichž jsou stanice postaveny a takto neformálním způsobem přispívá k výuce nadaných středoškolských studentů a k prohlubování jejich zájmu o přírodní a technické vědy. Experiment běží v přímé spolupráci se Slezskou univerzitou v Opavě a zrodil se v návaznosti na severoamerický projekt ALTA/NALTA.

Detector NEMO 3

Detector module PICASSO

View of the detector TGV

Experimentální činnost a příspěvky ÚTEF do fyzikálních projektů vycházejí z vlastního vývoje detekčních systémů, jež využívají především současného pokroku ve vývoji pixelových detektorů s vysokým rozlišením. Tyto aktivity jsou realizovány v těsné spolupráci s CERN, zvláště v rámci programu MEDIPIX. Ten se zrodil v CERN původně s cílem vyvinout detektor s vysokou citlivostí a rozlišovací schopností vhodný pro mamografii, jež by co nejméně zatěžoval vyšetřovanou ženu dávkou záření. V průběhu vývoje se však postupně ukazovala vhodnost tohoto pixelového detektoru i pro řadu dalších aplikací, jako jsou rentgenovské tomografie, hadronové terapie, a po úpravě na neutronově citlivé detektory i pro neutronovou tomografii. Další pokrok ve vývoji měřicích postupů a metodik v ÚTEF přitom postupně navracel detektory MEDIPIX, a zejména jejich nové typy TIMEPIX, zpět do fyzikálního výzkumu jak byl zmíněn výše.

Pro účely komunikace s detekčními zařízeními postavenými na detektorech typu MEDIPIX/TIMEPIX byl v ÚTEF vyvinut USB R/O interface (tzv. FitPix) na bázi protokolu USB 2.0. a uživatelský programový balík Pixelman, napsaný v jazyce JAVA. Interface FitPix je spolu se softwarem Pixelman nyní ve spolupracujících laboratořích (jde cca o 50 partnerů) využíván jako základní vybavení pro čtení dat a řízení detektorů MEDIPIX/TIMEPIX počítačemi se všemi hlavními operačními systémy (Windows, PC, Linux, Mac) či skrze webový prohlížeč.

Pixelové detektory typu Timepix umožňují zobrazování drah částic s vysokým rozlišením (na submikronové úrovni) a s vysokou spolehlivostí. Díky rychlému snímání obrazů přitom dovolují sledovat i poměrně rychlé děje (s frekvencí až 100Hz). Jako součást dlouhodobé spolupráce s ESA jsou detekční systémy Timepix adaptovány pro potřeby měření kosmického záření při meziplanetárních letech. Malé rozměry vlastního detektoru včetně registračního interface přivedly v rámci spolupráce s ESA a s Univerzitou v Houstonu organizaci NASA k myšlence použít tento typ detektoru jako osobní dozimetry pro nejbližší cestu astronautů na ISS.

Timepix

Timepix USB Lite Interface

Fire bug tomography

In addition to international projects centered at CERN, the IEAP cooperates also with national institutions including primarily the NPI AS ČR, ÚTAM AV ČR, FEL ZČU v Plzni, SU v Opavě as well as the faculties of Czech Technical University in Prague and many foreign research institutes and universities, e.g. within the EU FP7 (ARDENT, SLHC) and direct cooperation.

Our main scientific cooperation partners are:

• CERN,
• Comenius University, Bratislava,
• ESA,
• Fraunhofer Institut,
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg,
• German Cancer Center,
• ILL Grenoble,
• LAL Orsay,
• MPI München,
• MSU Sundsvall,
• SÚJV Dubna,
• University College London,
• University of Alberta,
• University of Freiburg,
• University of Heidelberg,
• University of Houston,
• University of Montreal,
• University of Wollongong (Austrálie)

Broad international cooperation is reflected in the mutual exchange of staff and student/young researchers. Every year, researchers of the IEAP spend a number of visits and accumulated a considerable amount of time abroad. Vice versa, the IEAP welcomes each year the visit of up to 70 students and foreign guests arriving for short or long term periods for the preparation student thesis research work, training of researchers, preparation and realization of joint projects, performing research at the IEAP laboratories, evaluating experimental data as well as performing joint experiments at accelerators and research reactors in Czech facilities including the IEAP's own VdG accelerator.

ÚTEF se dlouhodobě podílí na organizování série konferencí "IWORID - International Workshop on Radiation Imaging Detectors" (1999-2013). Pořádání 11-tého ročníku této mezinárodní konference "iWoRiD 2009" bylo přitom svěřeno ÚTEF.

Workshop, který je pořádán každoročně, představuje mezinárodní fórum pro problematiku vývoje polohově citlivých detektorů pro zobrazování pomocí ionizujícího záření a pro jejich aplikace. Zahrnuje polovodičové, plynové i scintilační detektory. Tématicky se konference soustřeďuje na otázky přípravy a charakterizace materiálů pro detektory, návrhy pixelové mikroelektroniky k měření fotonů a částic, mikrotechnologie pro hybridní propojování a na systémy čtení a aplikace takových detektorů ve fundamentálním subatomovém a materiálovém výzkumu, vědách o živé přírodě stejně jako pro průmyslové a kosmické aplikace.

Námi pořádané konference se zúčastnilo celkem 171 lidí z celého světa. Bylo zde prezentováno 136 příspěvků, z toho 8 bylo pozvaných, 45 orálních prezentací a 83 posterů (viz conference proceedings).

11^th iWoRiD 2009

Scientific committee

11^th iWoRiD 2009