MAPA DROGOWA UMACNIA NAUKĘ EUROPEJSKĄ
W dniu 31 sierpnia 2007 w Ministerstwie Nauki i Szkol- nictwa Wyższego odbyło się spotkanie przedstawicieli pol- skich kluczowych projektów badawczych z profesorem Joh- nem Woodem, dyrektorem Centralnego Laboratorium Rad Naukowych w Wielkiej Brytanii (CCLRC) i przewodniczą- cym Europejskiego Forum Strategicznego d/s Infrastruktury Badawczej (European Strategy Forum on Research In-fra- structures, ESFRI*). Z racji tej ostatniej funkcji prof. Wood wygłosił wykład pod tytułem „European Roadmap for Rese- arch Infrastructures”. ESFRI to organizacja powołana do ży- cia w kwietniu 2004, w której zasiadają przedstawiciele 27 krajów członkowskich UE i 5 krajów stowarzyszonych oraz delegat Komisji Europejskiej (EC). Zasadniczym celem ES- FRI jest wypracowanie długoterminowej, skoordynowanej na poziomie europejskim, polityki dotyczącej dużych pro- jektów i urządzeń infrastruktury badawczej. Pracę nad Mapą Drogową (MD) rozpoczęto oficjalnie w listopadzie 2004 r.
Prowadziło ją 1000 ekspertów z dwudziestu siedmiu krajów członkowskich i pięciu krajów stowarzyszonych. Spośród ponad dwustu zgłoszonych projektów na Mapie ostatecznie pozostało 35. W większości są to inicjatywy na poziome eu- ropejskim, a niektóre wymagają współpracy z partnerami z innych kontynentów. Priorytetowe dziedziny określone przez Mapę Drogową to, w oryginalnym brzmieniu, Social Science and Humanities, Environmental Sciences, Energy, Biomedical and Life Sciences, Material Sciences, Astrono- my, Astrophysics and Nuclear Physics, Computer Data Tre- atment, Particle and Space Physics. Dla czytelników biule- tynu szczególne znaczenie ma informacja, że wśród siedmiu projektów w dziedzinie nauki o materiałach aż cztery do- tyczą inicjatyw budowy i rozwoju ośrodków synchrotrono- wych i laserowych. Jest to ilustracja nieodwracalnego trendu obserwowanego w tej dziedzinie nauki - dla określenia włas- ności materiału coraz częściej konieczne jest zastosowanie wiązek promieniowania o parametrach niemożliwych do uzyskania w klasycznym laboratorium. Ogólnoeuropejskie projekty w dziedzinie materiałoznawstwa obejmują:
• stworzenie infrastruktury ELI (Extreme Light Infra- structure), obejmującej oddziaływanie promieniowania laserowego z materią; sub-infrastuktury określone w ramach tego projektu, Ultra-High Field Science, Atto- second Laser Science i High Energy Beam Facility będą miały duże znaczenie dla medycyny, badań materiałów i dla nauki o środowisku,
• unowocześnienie synchrotronu w ESRF, dla zapewnie- nia wysokiego poziomu badań w różnych dziedzinach nauki wykorzystujących wiązki synchrotronowe,
• budowę najnowocześniejszego w skali światowej spala- cyjnego źródła neutronowego z konstrukcyjnie zagwa- rantowaną możliwością dalszej modernizacji, wyposa- żonego w ponad dwadzieścia lini pomiarowych,
• budowę Europejskiego Lasera na Swobodnych Elektro- nach w Hamburgu (XFEL),
• unowocześnienie reaktora w ILL z celem wytwarzania wiązek powolnych neutronów,
• utworzenie konsorcjum IRUVX mającego na celu roz- wój w Europie laserów na swobodnych elektronach,
• Paneuropejska Infrastruktura dla Celów Badań Nano- struktur (Pan-European Research Infrastructure for Nano-Structures, PRINS), która ma w ramach Euro- pejskiej Platformy Technologicznej ENIAC utworzyć pomost między nauką i rynkiem dla zapewnienia przej- ścia od mikroelektroniki do nanoelektroniki.
Polska uczestniczy na zasadach pełnoprawnego człon- kostwa w dwóch projektach: pierwszy z nich to wymienio- ny wyżej XFEL, a drugi to projekt FAIR, czyli Facility for Antiproton and Ion Research (Instalacja dla Badań Anty- protonów i Jonów) - unikalny w skali światowej zespół ak- celeratorów cząstek i ciężkich jonów - który ma powstać w poprzez rozbudowę istniejącego Instytutu Badań Ciężkich Jonów (GSI) w Darmstadt dla celów badań w dziedzinie fi- zyki jądrowej, a także w zakresie materii skondensowanej i medycyny. Natomiast projekt polskiego lasera ultrafioleto- wego na swobodnych elektronach POLFEL, planowanego w Świerku, został włączony do konsorcjum IRUVX.
Zadaniem opublikowanej 19 października 2006 roku Mapy Drogowej jest wskazanie kierunków działania - przeznaczona jest dla polityków, naukowców, instytucji finansowych i przemysłu. Realizacja niektórych zadań wyznaczonych przez MD zakończy się już w roku 2008.
Stopniowa realizacja wszystkich zadań umocni europejską przestrzeń badawczą.
Pod koniec czerwca b.r. Zarząd Europejskiego Forum Strategicznego d/s Infrastruktury Badawczej określił har- monogram prac związanych z uaktualnieniem Europejskiej Mapy Drogowej. Celem tego działania, które jest odpowie- dzią na reakcję środowisk naukowych po opublikowaniu MD, jest przede wszystkim uwzględnienie możliwości i aspiracji dwunastu nowych członków UE w zakresie pro- jektów międzynarodowych, w sposób spójny z ogólną wizją w skali regionalnej i narodowej. W marcu tego roku utwo- rzono Grupę Roboczą (time-limited Working Group), któ- ra ma przygotować materiały na jesienne spotkanie ESFRI dotyczące nieuwzględnionych dotychczas inicjatyw narodo- wych, regionalnych i ponadregionalnych, spełniających wy- magania „zrównoważonego rozwoju”.
Po wykładzie odbyła się dyskusja, podczas której padło szereg pytań do prof. Wooda dotyczących głównie możliwo- ści, a także i sposobów włączenia polskich dużych i kluczo- wych projektów do programów już uwzględnionych w Mapie Drogowej lub w ramach jej przygotowywanej aktualizacji.
Zasadniczym problemem wydaje się wypracowanie właści- wej polityki co do uwzględnienia projektów narodowych i regionalnych (takich jak Narodowe Centrum Promieniowa- nia Synchrotronowego w Polsce) i wkomponowanie ich w cały krajobraz europejskiej infrastruktury badawczej np. w formie „urządzeń satelitarnych”. Ma to istotne znaczenie je- śli chodzi o wykorzystanie funduszy strukturalnych i dostęp do funduszy 7-go Programu Ramowego.
Wojciech Paszkowicz, Edward A. Görlich
*) http://cordis.europa.eu/esfri/
abstract page W. Paszkowicz, E.A Görlich Mapa Drogowa umacnia naukę europejską
The Road Map strengthens the European science I
CONTENTS II
Synchrotron Light News 1
KSUPS-7 – 7. Krajowe Sympozjum
Użytkowników Promieniowania Synchrotronowego
1 Krajowa Konferencja „Polski Synchrotron – linie eksperymentalne”oraz KSUPS-7 – 7th National Symposium of Synchrotron Users 1st National Conference “ Polish Synchrotron – experimental beamlines”and
Information on 7th National Symposium of Synchrotron Users 3 Programme of 7th National Symposium of Synchrotron Users 5 Information on 1st National Conference “ Polish Synchrotron
– experimental beamlines” 7
Programme of 1st National Conference “ Polish Synchrotron
– experimental beamlines” 8
KSUPS: invited lectures
A. Kisiel Synchrotronowe metody analizy struktury elektronowej pasma przewodnictwa kryształów
Synchrotron methods of the conduction band electronic structure analysis
L1 9
A. Witkowska EXAFS – sonda lokalnej struktury układów nieuporządkowanych
EXAFS – a local structural probe for disordered systems
L2 10
M. Gilski Zdalne sterowanie pomiarami synchrotronowymi
Remote synchrotron data collection L3 11
A. Bródka Badanie nanostruktur węglowych metodą
wysokoenergetycznej dyfrakcji promieni rentgenowskich Investigation of carbon nanostructures using the high-energy Xray diffraction method
L4 12
A. Patkowski, J. Gapiński, A. Fluerasu, P. Holmqvist, G. Meier, M.P. Lettinga, G. Nägele
Struktura i dynamika układów koloidalnych - badania za pomocą XPCS
Structure and dynamics of colloidal suspensions studied by means of XPCS
L5 13
W. Rypniewski Zastosowanie promieniowania synchrotronowego w biokrystalografii
Application of synchrotron radiation in biocrystallography
L6 14
R. Sobierajski Światło dla nauki: Europejski Rentgenowski Laser na Swobodnych Elektronach
Light for science: European Free Electron X-ray Laser
L7 15
B.J. Kowalski Fotoemisyjne badania układów półprzewodnikowych preparowanych in situ
Photoelectron spectroscopy of semiconductor systems prepared in situ
L8 16
E.A. Görlich Projekt synchrotronowego źródła światła w Polsce
The project of the synchrotron light source in Poland L9 17
KSUPS: oral presentations W. Gawelda, V.-T. Pham, A. El Nahhas,
C. Milne, R. van der Veen, M. Kaiser, S.L. Johnson, D. Grolimund, R. Abela, C. Bressler, M. Chergui
Badanie reakcji molekularnych za pomocą ultraszybkiej rentgenowskiej spektroskopii absorpcyjnej
Probing molecular reactions via ultrafast X-ray absorption spectroscopy
O1 18
J. Stolarski, R. Przeniosło, M. Mazur,
M. Brunelli Struktura krystaliczna biomineralnego szkieletu koralowców scleractinia: badania metodą dyfrakcji promieniowania synchrotronowego
Crystal structure of biomineral scleractinia coral skeleton:
Studies using the method of synchrotron radiation diffraction
O2 19
M.T. Klepka, K. Lawniczak-Jablonska, I.N. Demchenko, N. Nedelko,
A. Slawska-Waniewska, C.A. Rodrigues, C. Bordini
X-ray absorption spectroscopy investigation of Fe in metal
chitosan complex O3 20
W. Szczerba, M. Sikora, M. Borowiec, D.A. Zajac, P. Chometowski,
Cz. Kapusta, M.R. Ibarra
A XAFS study of surface oxidised Fe particles O4 21
M. Basiura, B. Goderis, V.B.F. Mathot,
J. Sworen, K.B. Wagener Mezomorficzna faza w precyzyjnie rozgałęzionych polietylenach
Mesomorphic phase in precisely branched polyethylenes
O5 22
M.J. Sadowski, R. Mirowski,
R. Nietubyć, P. Strzyżewski, S. Tazzari, L. Catani, A. Cianchi, J. Lorkiewicz, R. Russo
Osadzanie nadprzewodzących warstw niobu we wnękach rezonansowych akceleratorów cząstek
Deposition of superconducting niobium films inside rf-cavities of particle accelerators
O6(ext) 23
K. Schneider, P. Kwaśniewski, Cz. Kapusta, D. Zając, C.I. Marquina, M.R. Ibarra, A. Świerczyna, A. Urbanik
Badania nanocząstek magnetycznych jako potencjalnych kontrastów do MRI
Magnetite-based nanoparticles as contrast agents for MRI
O7 26
G. Wrochna Proposal for Polish free electron laser “ POLFEL”
at the Institute for Nuclear Studies at Świerk O8 27 J.B. Pełka Promieniowanie synchrotronowe w naukach biomedycznych
– stan obecny i spojrzenie w przyszłość
Synchrotron radiation in biomedical sciences. present state and a look ahead
O9 28
H. Drozdowski Mechanizm powstawania promieniowania synchrotronowego w pulsarach
The mechanism of generation of synchrotron radiation by pulsars
O10(ext) 29
KSUPS: poster presentations J. Bąk-Misiuk, P. Romanowski,
E. Dynowska, J.Z. Domagała,
E. Łusakowska, A. Misiuk, J. Sadowski, A. Barcz, W. Caliebe
Effect of annealing on creation of nanoclusters in GaMnAs P1 30
Ł. Hawełek, A. Bródka, J.C. Dore,
V. Honkimaki, A. Burian Fullerenopodobna struktura węgli aktywnych
Fullerene-like structure of active carbons P2 31
J. Darul, W. Nowicki, P. Piszora Low temperature structural behaviour of the lithium iron spinels P3 32 P. Dąbrowski, Z. Klusek, P. Kowalczyk,
A. Busiakiewicz, W. Kozłowski Investigations of the reduced TiO2(001) surface
by the XPS/AES/UPS and STM/STS techniques P4 33
H. Drozdowski,
K. Nowakowski X-ray diffraction studies of liquid methylcyclohexane
C6H11−CH3 structure at 293 K P5
(ext) 34 E. Dynowska, W. Szuszkiewicz,
J.Z. Domagała, E. Janik, T. Wojtowicz, W. Caliebe
Structural characterization of MBE-grown ZnTe nanowires P6 36
E. Dynowska, W. Szuszkiewicz,
A. Szczepańska, P. Romanowski, High-pressure phase transitions in Cd1-xMnxTe mixed crystals P7 37
G. Kowalski, J. Gronkowski, A. Hruban X-ray high-resolution diffraction study of GaInAs grown
by a modified Czochralski method P8 38
M.T. Klepka, K. Lawniczak-Jablonska, I.N. Demchenko, R. Minikayev, M. Jabłoński, V. Kontozova, A. Przepiera
XAS study of Mg based phases in ilmenites P9 39
M. Kozak Structural study of the bicellar phase made of DMPC and
cationic surfactant P10 40
I.N. Demchenko, K. Lawniczak- Jablonska, T. Story, V. Osinniy, R. Jakiela, J.Z. Domagala, J. Sadowski, M. Klepka, A. Wolska, M. Chernyshova
High temperature annealing modification of the local atomic
structure around Mn atoms in (Ga,Mn)As layers P11 41
M.S. Walczak, K. Lawniczak-Jablonska, A. Sienkiewicz, M. Czuba, M. Klepka, A. Graczyk
Local iron neighbourhood in compounds used in cancer
therapy: EXAFS studies P12 42
A. Łowińska-Kluge, P. Piszora Przydatność rentgenowskiej dyfrakcji proszkowej w badaniach składników kompozytów cementowych poddanych działaniu promieniowania gamma
Usefulness of X-ray powder diffraction in studies of components of cement composites irradiated by gamma rays
P13 43
L. Domka, A. Malicka Structural study of polyethylene/montmorillonite systems P14 44 A. Malicka, L. Domka, P. Gajdus,
W. Hędzelek Modified aramide as reinforcement of acrylic resin P15 45
A. Malinowska, M. Lefeld-Sosnowska, K. Wieteska, W. Wierzchowski, A. Pajączkowska, W. Graeff
Conventional and synchrotron X-ray topography of defects
in the core region of SrLaGaO4 P16 46
W. Hedzelek, R. Wachowiak,
A. Marcinkowska, L. Domka Infrared spectroscopic identification of chosen dental materials
and natural teeth P17 47
M. Markiewicz, M. Pasenkiewicz- Gierula, P. Serda, T. Librowski, S. Mogilski, H. Marona, S. Hodorowicz
The influence of non-steroidal antiinflammatory drugs
on the membrane structure P18 48
J.M. Michalik, M. Sikora, Cz. Kapusta,
J.M. De Teresa, O. Mathon X-MCD in the Cr-Re based double perovskite at high pulsed
magnetic fields P19 49
R. Minikayev, W. Paszkowicz,
P. Piszora, M. Knapp, C. Bähtz Thermal expansion of α and β silicon nitrides P20 50 A. Misiuk, J. Bak-Misiuk,
W. Wierzchowski, B. Surma, K. Wieteska, I. Capan, W. Graeff, A. Barcz, W. Jung, I.V. Antonova, M. Prujszczyk
Revealing the irradiation-induced defects in Czochralski silicon
by high temperature–pressure treatment P21 51
R. Nietubyć, E. Czerwosz, R. Diduszko,
M. Kozłowski XAFS study of the short range order in Ni nanoparticles
embedded in carbonaceous matrix P22 52
R. Nietubyć, R. Diduszko, D. Savytskii XAFS study of doping-induced deviation of oxygen sites from
the collinearity with gallium in rare earth gallates P23 53 W. Nowicki, J. Darul, P. Piszora Effect of small amount of lithium and iron ions doping
in the lithium-manganese oxide spinel structure P24 54 B.A. Orlowski, B.J. Kowalski,
E. Guziewicz, E. Lusakowska, V. Osinniy, I.A. Kowalik, M.A. Pietrzyk, E. Nossarzewska-Orlowska,
A. Bukowski, R.L. Johnson
Gd 4f electrons contribution to Si/Gd valence band P25 55
B.A. Orlowski, V. Osinniy, P. Dziawa, M. Pietrzyk, B.J. Kowalski,
B. Taliashvili, T. Story, R.L. Johnson
Fano resonance investigation of PbTe layers
with Eu and Gd ions P26 56
A.Palewicz, R. Przeniosło, I. Sosnowska,
A.W. Hewat, I. Margiolaki Atomic displacements in BiFeO3 as a function of temperature P27 57 W. Paszkowicz, R. Minikayev,
J. Piętosa, C. Lathe, J. Nowak High-pressure study of α and β polymorphs of germanium
nitride P28
(ext) 58 W. Paszkowicz, P. Piszora, F. Firszt,
H. Męczyńska, S. Łęgowski, M. Knapp, C. Baehtz
Lattice parameters of (Zn,Mg)Se crystals as a function
of temperature P29 60
W. Paszkowicz, W. Szuszkiewicz, A. Yamaguchi, C. Lathe, E. Dynowska, J.Z. Domagała
High-pressure diffraction study of α’-Al2CO P30 61
M.A. Pietrzyk, B.J. Kowalski, B.A. Orlowski, W. Knoff, V. Osinniy, I.A. Kowalik, T. Story, R.L. Johnson
Mn 3d contribution to the valence band of Mn/GeMnTe P31 62
M.A. Pietrzyk, B.J. Kowalski, B.A. Orlowski, V. Osinniy,
W. Dobrowolski, Z. Golacki, R.L. Johnson
Resonant photoemission study of GeEuTe and GeFeTe P32 63
M.A. Pietrzyk, B.A. Orlowski, B.J. Kowalski, P. Dziawa, V. Osinniy, B. Taliashvili, R.L. Johnson
Valence band of PbGdTe layer under Gd atoms deposition P33 64
P. Piszora, M. Kozak, J. Darul,
W. Nowicki, A. Muszyński, D. Trots Synchrotron X-ray powder diffraction studies on the Morasko
meteorite P34 65
P. Piszora, W. Nowicki Influence of iron-ion substitution on the pressure-induced
phase transition in LiMn2-xFexO4 P35 66
W.M. Kwiatek, M. Podgórczyk, Cz. Paluszkiewicz, A. Balerna, A. Banaś, A. Kisiel, G. Falkenberg
Zn and S XANES analysis of prostate tissues and cells P36 67
P. Romanowski, J. Bak-Misiuk, E. Dynowska, A. Shalimov, S. Kret, P. Dluzewski, A. Misiuk, W. Caliebe, W. Szuszkiewicz
Structure of Si:Mn annealed under ambient and enhanced
stress conditions P37 68
M. Rut-Marcinkowska Analiza wyników badań nad przyswajaniem wiedzy o promieniowaniu synchrotronowym w szkołach ponadpodstawowych
Analysis of assimilation of knowledge on synchrotron radiation in middle schools
P38 69
K. Schneider, P. Peczkis, Cz. Kapusta,
D. Zajac, P. Pasierb, M. Rekas XAFS study of protonic solid electrolytes P39 70 K. Schneider, M. Sikora, Cz. Kapusta,
K. Michalow, Th. Graule, A. Vital, M. Radecka, M. Rekas, D. Zajac
XAFS study of TiO2-based photoelectrode materials P40 71
L. Domka, N. Stachowiak, A. Malicka Production and structural investigation of polyethylene
composites with modified kaolin P41 72
P. Starowicz, C. Battaglia, F. Clerc, A. Prodan, L. Despont,
H.J.P. van Midden, A. Szytuła, M.G. Garnier, P. Aebi
Charge density waves and superconductivity in ZrTe3 P42 73
K. Szpotkowski, M. Kozak, L. Domka,
S. Jurga SAXS studies of DPPC-cationic surfactant system P43 74
M. Kozak, G. Ślósarek, A. Szymańska The SAXS and rheological studies of HEWL amyloid formation P44 75 D. Wardecki, R. Przeniosło, J. Stolarski,
M. Mazur, M. Brunelli In situ studies of the aragonite-calcite transition in mineral
and biogenic materials P45 76
W. Wierzchowski, K. Wieteska, T. Balcer, A. Malinowska, W. Graeff, W. Hofman
Application of back-reflection topographic methods
for identification of dislocations in 6H and 4H SiC crystals P46 77
K. Wieteska, W. Wierzchowski, E. Wierzbicka, A. Malinowska, M. Lefeld-Sosnowska, T. Łukasiewicz, W. Graeff
X-ray topographic studies of defect structure in YVO4 crystals P47 78
A. Wolska, I.N. Demchenko, K. Lawniczak-Jablonska, M. Klepka, J. Sadowski, E. Holub-Krappe, A. Persson, D. Arvanitis
XANES studies of Mn K and L3/2 edges in the (Ga,Mn)As
layers modified by high-temperature annealing P48 79
M. Kozak, S. Wołoszczuk, M. Banaszak,
M. Radosz Small angle X-ray scattering study of selected diblock
copolymers P49 80
D. Zając, D. Chylarecka, Cz. Kapusta, R. Podgajny, B. Sieklucka, A. Rothkirch, A. Webb
A synchrotron study of high dimensional cyano-bridged
networks of 3d,4d-5d elements P50 81
D. Klinger, R. Sobierajski, R. Nietubyć, J. Krzywiński, J. Pełka, M. Jurek, D. Żymierska, S. Guizard, H. Merdji
Structural modification of poly(methyl methacrylate) by single
femtosecond pulse P51 82
regular contributions
P. Grochulski Are the bending magnet beamlines appropriate for protein
crystallographers? 83
W. Szuszkiewicz Po co fononom synchrotron?
Studies of phonons with the use of synchrotron radiation:
what for?
90
M. Gilski Automatyzacja pomiarów synchrotronowych
Automatisation of synchrotron measurements 95
J. Pelka Promieniowanie synchrotronowe w biologii i medycynie
Synchrotron radiation in biology and medicine 99
D. Żymierska Z życia PTPS
News from the PSRS 108
Jobs at ESRF 19
K. Jabłońska Warsztaty Naukowe „Zastosowanie absorpcji rentgenowskiej do określania lokalnej struktury atomowej i elektronowej materiałów”
Workshop “Application of X-ray absorption spectroscopy to determination of local atomic and electronic structure of materials”
110
E.A. Görlich, W. Paszkowicz Panel Discussion “Crystallographic Applications of the Polish Synchrotron” at the Symposium of the Polish Crystallographic Society, Wrocław, 29–30.06. 2007
112
European Powder Diffraction Conference, EPDIC-11,
18–22.09. 2008 113
First Meeting of International Advisory Committee for Polish
Synchroron Project, Kraków, 13-15.02. 2007 114
9th International School and Symposium on Synchrotron Radiation in Natural Science (ISSRNS’2008), Ameliówka, 15-20.06. 2008
115
BRUKER 116
Skorowidz autorow 117
Useful addresses / conferences organised by PSRS 117 Conference proceedings of meetings organised / co-organised
by Polish Synchrotron Radiation Society, 1992-2005 118
SYNCHROTRON LIGHT NEWS
Membership of Poland in ESRF. The web page of the Polish membership in ESRF was created under address:
http://info.ifpan.edu.pl/esrf/Local_Publish/.
The information about these projects with the participation of Polish scientists, for whom the beamtime was allocated, short reports from performed experiments, photos of Polish users, statistics [of the use of ESRF beamlines] and other useful information can be found there.
The Polish representative in the ESRF Council is Prof. Krystyna Jabłońska, President of the PSRS, and in the Administrative and Financial Committee - doc. dr hab.
Bogdan Kowalski, a member of PSRS Council.
The Polish representatives have already took part in the meetings at ESRF and get be acquainted with problems discussed there. Negotiations with representatives of three Associated Members of ESRF (Israel, Portugal and Aus- tria) to form a Consortium to be a full ESRF member were initiated by Polish representatives.
First Conference on collaboration of East-central Europe- an countries at the Polish synchrotron Project, Zakopane, May -3, 2007. The scientists representing synchrotron radiation users’ community from Austria, Czech Republic, Hungary, Slovakia and Poland were invited to take part in the first meeting on our regional collaboration (see Fig. 1). The Conference took place in Zakopane, May 11-13, 2007.
The following main issues have been addressed and dis- cussed:
1. Present status of the Polish Synchrotron project, 2. Presentation of the official science policies in our
countries,
3. Estimation of present and future interest of researchers of our countries in particular fields of the SR science, 4. Feasibility of creation of certain specialized beamlines
at the top quality level,
5. Financial framework of cooperation: no direct financial participation is expected. However it is possible and welcome e.g. in the form of beamline ownership, 6. A level of contacts (institutions, societies, governments), 7. Organisational forms - participation in the Users Advi-
sory Committee,
8. Feasible ‘human resources’ in our countries: Education
& training of young scientists (in particular in accelera- tor physics),
9. Possibility of extending the Centralsync initiative on matters concerning the collaboration on the access to the future facility.
The delegates of Czech Republic informed that the idea of build- ing a synchrotron light source at Brno was recently born. The project should be financed with European structural funds.
The project of the synchrotron radiation source in Kraków received a broad support of participants of the meeting and the idea of close collaboration was eagerly welcome.
Attempts will be made to achieve a formal support from in-
terested countries, at the highest possible level. To accom- plish this task, broad information on the enterprise should be made available to scientific institutions and research communities of our countries.
In general opinion of the speakers, one of the basic advan- tages of availability of the synchrotron source in this part of Europe is the considerable increase in number of ac- tive users. This is the most desired result as a number and structure (represented scientific disciplines) are by far not satisfactory as compared to leading countries of the world.
As far as a practical form of the involvement is concerned, one of possible actions may be construction of beamlines by international groups or consortia dedicated to these spe- cific tasks. It is worthwhile to devote much effort to create beamlines and end-stations for specific, particular applica- tions at the most advanced level. A broad representation of countries of the region will be secured in the advisory bodies of the facility.
European XFEL project. Construction of the Euro- pean Xray laser facility, XFEL, starts in early 2008. On June 5, 2007, the German Federal Minister of Education and Research, Dr. Annette Schavan, officially launched the XFEL facility (see Fig. 2). “The funding negotiations with the 12 interested countries are so far advanced that the construction of this new research facility, which is very much sought after by the international scientific commu- nity, can now begin,” said Schavan in front of representa- tives of the press and the guests of the launching ceremony.
Read more at http://www.xfel.net/XFELpresse/en/presse- meldungen/2007-06-05/index.html. The representative of Polish government Dr. Jacek Gierliński was present at the ceremony (second from the left in Fig. 2).
Consortium XFEL–Polska. The Polish Consortium XFEL – Polska was created in January 2007. Information about consortium activity can be found at the web page http://
www.xfel.pl/. The main goal of the Consortium is to ap- point a company with limited liability to take Polish share in XFEL as well as to act in the direction of significant participation of Poland in the construction and exploitation of the facility. Eighteen Polish scientific, educational and industrial institutions formed the Consortium. For the next four years the Soltan Institute for Nuclear Studies under leadership of Dr. Sci. Grzegorz Wrochna was chosen as a Consortium coordinator and representative. Other institu- tions can join the Consortium at any time.
A project of free electron laser in Poland. A project for financing from structural funds of a free electron laser, POLFEL (Świerk) has been submitted to Ministry of Sci- ence and Higher Education (http://www.polfel.pl).
Next ISSRNS Meeting. 9th ISSRNS Meetring will be held in the Ameliówka Hotel (Mąchocice/Masłów near Kielce, in the Saint Cross Mountains region, central Poland) in June 2008. For more detailed information see the end pages of this volume.
Figure 1.
Figure 2.
7. Krajowe Sympozjum
Użytkowników Promieniowania Synchrotronowego Poznań, 24-26 września 2007
organizowane przez
Polskie Towarzystwo Promieniowania Synchrotronowego Wydział Fizyki i Wydział Chemii
Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
Komitet Programowo-Organizacyjny KSUPS 2007
Przewodniczący - Maciej Kozak (UAM) Wiceprzewodniczący - Paweł Piszora (UAM)
Sekretarz - Kamil Szpotkowski (UAM) Skarbnik - Wojciech Kwiatek (IFJ PAN) Wydawca - Wojciech Paszkowicz (IF PAN)
Członkowie Andrzej Burian (UŚ) Jolanta Darul (UAM) Krystyna Jabłońska (IF PAN)
Danuta Żymierska (IF PAN)
Sponsorzy
Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego BRUKER Polska Sp. z o.o.
Fot. 1. Collegium Chemicum. Fot. 2. Collegium Physicum.
Fot. P. Piszora Fot. M. Kozak
WELCOME TO KSUPS 2007
Siódme Krajowe Sympozjum Użytkowników Pro- mienio-wania Synchrotronowego (7 KSUPS) odbywa się w dniach 24-26 września 2007 roku w Poznaniu. Jest to ko- lejna konferencja naukowa, z cyklu spotkań odbywających się co dwa lata pod patronatem Polskiego Towarzystwa Promieniowania Synchrotronowego (PTPS). Jej organiza- torem w tym roku jest Uniwersytet im. Adama Mickiewi- cza w Poznaniu, we współpracy z Polskim Towarzystwem Promieniowania Synchrotronowego. Gospodarzami tego- rocznego Sympozjum są Wydziały Fizyki i Chemii UAM.
Tematyka obecnego Sympozjum jest bardzo szeroka i obejmuje niemal wszystkie metody badawcze wykorzy- stujące promieniowanie synchrotronowe, jak również jego zastosowanie w nanotechnologii, chemii i fizyce materiało- wej, biologii, paleobiologii oraz medycynie.
Cyklicznie organizowane konferencje KSUPS od wie- lu lat cieszą się dużym uznaniem polskich naukowców.
W programie tegorocznego spotkania przewidziano dzie- więć przeglądowych wykładów plenarnych, poświęconych różnym metodom badawczym wykorzystującym promie- niowanie synchrotronowe. Wykłady te wygłoszone zostaną przez wybitnych krajowych specjalistów. Ponadto w trakcie dziesięciu referatów oraz poprzez ok. pięćdziesiąt prezen- tacji plakatowych przedstawione będą najnowsze wyniki badań uzyskane przy użyciu promieniowania synchrotro- nowego. Bardzo ciekawie zapowiada się również prowa- dzona w trakcie jednego z wykładów zdalna sesja pomia- rowa w ESRF.
Nasze tegoroczne spotkanie nabiera szczególnej wymo- wy. Po sześćdziesięciu latach od pierwszego eksperymentu wykazującego istnienie promieniowania synchrotronowego
pojawiła się realna szansa stworzenia źródła tego „światła”
również w naszym kraju. Warto podkreślić, że tegoroczne sympozjum odbywa się w roku, w którym podjęto strate- giczną dla polskiego środowiska naukowego decyzję bu- dowy Centrum Promieniowania Synchrotronowego w Kra- kowie. Decyzja ta jest konsekwencją znacznej aktywności krajowych środowisk naukowych w tej dziedzinie. Od nie- dawna Polska jest członkiem Europejskiego Konsorcjum Promieniowania Synchrotronowego przy ESRF w Gre- noble, a obecnie prowadzi negocjacje w sprawie udziału w budowie i eksploatacji najnowocześniejszego lasera na swobodnych elektronach w Hamburgu. Podjęto również prace nad projektem budowy polskiego źródła laserowego w Świerku koło Otwocka. W tej sytuacji szczególnej wagi nabiera przygotowanie kadry młodych badaczy, którzy będą potrafili wykorzystać te źródła w swojej pracy na- ukowej. Dlatego optymizmem napawa fakt, iż w kolejnych Sympozjach coraz liczniej uczestniczą także doktoranci i studenci.
Tegoroczne Sympozjum, jak sądzimy, nie tylko będzie stanowić przegląd najnowszych wyników otrzymanych z wykorzystaniem źródeł synchrotronowych, ale umożliwi także, w oparciu o doświadczenie użytkowników promie- niowania synchrotronowego, sprecyzowanie oczekiwań w stosunku do projektowanych nowych urządzeń, jak rów- nież przyczyni się do jak najpełniejszego wykorzystania już dostępnych źródeł promieniowania synchrotronowego przez krajowe ośrodki badawcze.
Komitet Programowo-Organzacyjny 7 KSUPS dziękuje wszystkim uczestnikom za udział w Sympozjum. Życzymy owocnych obrad i miłego pobytu w Poznaniu.
7. Krajowe Sympozjum Użytkowników Promieniowania Synchrotronowego Poznań, 24-26 września 2007
Program
Poniedziałek, 24 września 2007
Wydział Chemii UAM, ul. Grunwaldzka 6 - Górna Sala Posiedzeń
3:30 - : Rejestracja (DS ‘JOWITA’, obiad)
:00 - : Otwarcie
Synchrotron jako narzędzie badawcze I
: - : A. Kisiel
(UJ Kraków) Synchrotronowe metody analizy struktury elektronowej pasma przewodnictwa kryształów 15.45 - 16:30 A. Witkowska
(PG, Gdańsk) EXAFS – sonda lokalnej struktury układów nieuporządkowanych
16:30 - 16:50 Przerwa na kawę
Synchrotron jako narzędzie badawcze II 16:50 - 17:30 M. Gilski
(UAM, Poznań) Zdalne sterowanie pomiarami synchrotronowymi
7:30 - 7:0 W. Gawelda
(CSIC, Madrid, Spain)
Badanie reakcji molekularnych za pomocą ultraszybkiej rentgenowskiej spektroskopii absorpcyjnej
7:0 - 8:0 J. Stolarski
(Inst. Paleobiologii PAN, Warszawa)
Struktura krystaliczna biomineralnego szkieletu koralowców scleractinia: badania metodą dyfrakcji promieniowania synchrotronowego
8:0 Poznań wieczorową porą – wycieczka z przewodnikiem na Poznański Stary Rynek
Wtorek, 25 września 2007
Wydział Fizyki UAM, ul. Umultowska 85 – Aula A
Synchrotron w badaniach struktury krystalicznej i elektronowej I 9:00 - 9: A. Bródka
(UŚ, Katowice)
Badanie nanostruktur węglowych metodą wysokoenergetycznej dyfrakcji promieni rentge- nowskich
9: - 0:30 A. Patkowski
(UAM, Poznań) Struktura i dynamika układów koloidalnych - badania przy pomocy X-PCS
0:30 - 0:0 Przerwa na kawę
Synchrotron w badaniach struktury krystalicznej i elektronowej II
0:0 - :0 M. Klepka
(IF PAN, Warszawa) Badania Fe w kompleksie metal-chitosan metodą rentgenowskiej spektroskopii absorpcyjnej
:0 - :30 W. Szczerba
(AGH, Kraków) Badania utlenionej powierzchni cząstek Fe
metodą XAFS
:30 - :0 M. Basiura
(ATH, Bielsko-Biała) Mezomorficzna faza w precyzyjnie rozgałęzionych polietylenach
2:00 - 3:30 Walne Zebranie Polskiego Towarzystwa Promieniowania Synchrotronowego
3:30 - : Przerwa obiadowa
: - : Sesja posterowa
: - 7:30 Wycieczka do rezerwatu ’Meteoryt Morasko’
8:30 Uroczysta kolacja
Środa, 26 września 2007
Wydział Fizyki UAM, ul. Umultowska 85 – Aula A Promieniowanie synchrotronowe – podpatrywanie natury I 9:00 - 9: W. Rypniewski
(IChB PAN, Poznań) Zastosowanie promieniowania synchrotronowego w biokrystalografii
9: - 0:30 R. Sobierajski
(IF PAN, Warszawa) Światło dla Nauki: Europejski Rentgenowski Laser na Swobodnych Elektronach
0:30 - 0:0 Przerwa na kawę
Promieniowanie synchrotronowe – podpatrywanie natury II
0:0 - :3 B.J. Kowalski
(IF PAN, Warszawa) Fotoemisyjne badania struktury elektronowej układów półprzewodnikowych preparowanych in situ
:3 – : R. Nietubyć
(IPJ, Świerk) Osadzanie nadprzewodzących warstw niobu we wnękach rezonansowych akceleratorów cząstek
: - 2: K. Schneider
(AGH, Kraków) Badania nanocząstek magnetycznych jako potencjalnych kontrastów do MRI
2: - 2:3 G. Wrochna
(IPJ, Świerk) Projekt lasera na swobodnych elektronach POLFEL w Świerku
2:3 – 3:0 J. Pełka
(IF PAN, Warszawa) Promieniowanie synchrotronowe w biologii i medycynie:
stan obecny i spojrzenie w przyszłość
3:0 - 3: Przerwa obiadowa
Promieniowanie synchrotronowe – podpatrywanie natury III
3: – :30 E. Görlich
(UJ Kraków) Projekt synchrotronowego źródła światła w Polsce
:30 – :0 H. Drozdowski
(UAM, Poznań) Mechanizm powstawania promieniowania synchrotronowego w pulsarach
:0 - :00 Zamknięcie Sympozjum
PTPS
Organizatorzy:
Uniwersytet Jagielloński
Centrum Promieniowania Synchrotronowego Polskie Towarzystwo Promieniowania Synchrotronowego
Uniwersytet Adama Mickiewicza
Komitet Programowy (koordynatorzy linii):
Edward A. Görlich (UJ), Mirosław Handke (AGH), Mariusz Jaskólski (UAM), Maciej Kozak (UAM), Wojciech M. Kwiatek (IFJ PAN), Krzysztof Lewiński (UJ), Krystyna Ławniczak-Jabłońska (IF PAN),
Wojciech Paszkowicz (IF PAN), Krzysztof Polewski (AR Poznań), Jacek Szade (UŚ)
Określenie obecnej Konferencji jako I-szej nie oznacza, że jest ona początkiem prac nad oprzyrządowaniem i programem naukowym polskiego synchrotronu. Ukonstytuowane na spotkaniu w dniu 4 kwietnia 2006 roku zespoły robocze dla sied- miu linii doświadczalnych planowanych do uruchomienia w I-szej fazie pod kierunkiem koordynatorów wniosły zasad- niczy wkład w opracowanie „Wniosku o budowę źródła promieniowania synchrotronowego i o utworzenie Narodowego Centrum Promieniowania Synchrotronowego”, który w czerwcu 2006 roku złożony został w Ministerstwie Nauki i Szkol- nictwa Wyższego (zob. synchrotron.pl). Od tego czasu prowadzone były dalsze prace zmierzające do określenia założeń i wymagań technicznych tych linii. Od początku również pojawiły się bardzo ciekawe ‘niezależne’ inicjatywy, pochodzące od instytucji i konsorcjów naukowych, stworzenia specjalistycznych linii eksperymentalnych dla realizacji określonych zadań. Na obecnym stopniu zaawansowania projektu pojawia się konieczność przejścia do bardziej szczegółowych ustaleń i wyboru określonych rozwiązań.
Obecne spotkanie poświęcone planowanym liniom eksperymentalnym przy polskim synchrotronie będzie miało wybitnie roboczy charakter i w szczególności dotyczyć będzie:
• wstępnego sprecyzowania realistycznych warunków technicznych dla poszczególnych linii (w szczególności przewidy- wanego typu ID, optymalnej długości linii, prognozowanych kosztów),
• możliwości współkorzystania różnych stacji eksperymentalnych z daną linią,
• przewidywanego układu kabin (hutches) dla danej linii i proponowanej (-nych) stacji, jako założenia dla projektu archi- tektonicznego,
• spraw organizacyjnych dotyczących zespołów odpowiedzialnych za poszczególne linie, procedur koordynacji działań zespołów i komunikacji z Zespołem Budowy Akceleratora,
• ustalenia zadań, ujednoliconego schematu i terminu przygotowania opracowań wchodzących w skład Conceptual De- sign Report,
• warunki finansowania prac Zespołów d/s Linii.
Program
Środa 26. września 2007
00
-
Mariusz Jaskólski Linia PLU4A – PX
20
-
3Czesław Kapusta Linia PLW6 – HR XAS /XES
0
-
Krystyna Ławniczak-Jabłońska Linia PLM1A – XAS 16
00- 16
Wojciech Paszkowicz Linia PLU1A – PD
16
20- 16
3Wojciech Kwiatek Linia PLW2A – HX μscopy, μtomography 16
0- 16
Krzysztof Polewski Linia PLM3A – UVIS, UV, VUV absorption,
dichroism, fluorescence, luminescence
7
00- 7
30Przerwa kawowa
7
30- 7
Mirosław Handke Linia PLM4A – IR, FIR spectroscopy, IR micro- scopy
7
0- 7
20Jacek Szade Linia PLU3A – (AR) PES
7
2- 7
0Wojciech Wierzchowski Linia PLM5 – surface topography
7
- 8
00Jerzy Pełka Linia PLW5 - Medical diagnostics & therapy
8
0- 9
00Dyskusja panelowa
SYNCHROTRON METHODS
OF THE CONDUCTION-BAND ELECTRONIC-STRUCTURE ANALYSIS
Andrzej Kisiel
Instytut Fizyki im. Mariana Smoluchowskiego, Uniwersytet Jagielloński, ul. Reymonta 4, 30-059 Kraków, Poland
Experimental and theoretical studies of the density of states (DOS) for non occupied conduction band are a valid source of knowledge on the electronic structure of con- densed matter. Among known analytical methods of DOS investigation for non occupied states, a significant place is occupied by the methods with the use of intensive synchro- tron radiation beam. Adequately chosen monochromatic beam excites the electrons from the occupied core states or valence band to the non occupied states in the conduc- tion band. The most universal experimental method for the studies of the non occupied conduction band is X-ray Ab- sorption Near Edge Structure (XANES) analysis for X-ray absorption edges of the constituent atoms of the material.
Also a satisfying description of the non occupied conduc- tion band DOS can be reached by the analysis of reflectiv-
ity coefficient analysis in the vacuum ultraviolet (above 10 eV). The photoelectron energy distribution curves (EDC) elaborated by the constant initial state (CIS) and constant final state (CFS) procedures deliver valuable information on the high excited states of conduction band. During the lecture the menaces for correct interpretation of the experi- mental results will be discussed. The efficiency of the non occupied conduction band DOS studies with application of XANES and analysis of reflectivity coefficient of light will be presented on the basis of several binary and ternary semiconductor compounds of II-VI group with transition metals as well as of some other compounds. To avoid errors in the interpretation of experimental results, the data will be compared and discussed with adequate theoretical band- structure calculation.
L
EXAFS – A LOCAL STRUCTURAL PROBE FOR DISORDERED SYSTEMS
Agnieszka Witkowska
Dept. of Solid State Physics, Gdansk University of Technology, ul. Narutowicza 11/12, PL 80-952 Gdansk, Poland Keywords: XAFS, local structure, disordered systems
e-mail: agnieszka@mif.pg.gda.pl X-ray absorption fine structure (XAFS) phenomenon ex-
ploits the quantum interference resulting from the scattering of a photoelectron (generated by the excitation of a core le- vel) by the potential of the surrounding atoms. From the in- terference pattern it is possible to determine the composition and geometry of the nearest neighbors of the photoabsorbing atoms. Therefore, XAS is certainly a suitable technique for structural studies, providing a unique site-selective local structural probe in condensed matter and is an ideal tool for investigating the average environment of specific elements and their average electronic structure.
The structure of disordered systems and their physi- co-chemical properties have now become very attractive field of research and crucial for design of new materials for various novel applications (e.g. in opto-electronics, tele- communi-cation, fuel cell technology). As these materials are characterized by a well defined short-range order, the XAFS method seems to be a powerful tool for structural investigations.
The application of extended X-ray absorption fine struc- ture (EXAFS) to the disordered state of matter began almost 70 years ago. The first experiment performed with a clear motivation of comparing the XAFS in gaseous, liquid and solid phases was performed by Dryński and Smoluchowski [1] in 1939. The mentioned authors noticed that the dominant origin of the EXAFS signal was the short-range order. Then the potential usage of EXAFS to provide information on di- sordered matter remained latent for several decades, up to the seventies. In 1971 Sayers et al. [2] proposed inversion of the EXAFS signal with a Fourier transformation algorithm and investigated several non-crystalline structures with their new method. In the next years, the synchrotron radiation EXAFS facilities and experimental techniques have been significantly developed, enabling collection of high quality spectra in short time. Simultaneously, a huge progress in theoretical interpretation of the EXAFS phenomenon in di- sordered systems has been achieved. Comprehension of the role of anharmonic effects and the usage of asymmetric ato- mic distribution functions in the data analysis were the most important issues. This means, that in the general expression for the EXAFS signal, the sum over all j shells containing Nj equivalent neighbors each, with a Gaussian distribution of distances around the average distance, Rj, should be repla- ced by a proper integration over an asymmetric partial pair distribution function, g(r) (see, e.g., Refs. [3-5]).
Additionally, excellent quality data which can be collec- ted nowadays in modern synchrotron X-ray sources, even in the case of complex systems, materials of high structural
disorder and very low photoabsorber surface density, con- tain subtle features associated with two- and even three- body multiple-scattering (MS) effect [5, 6]. Inclusion of the MS signals to the XAS analysis improves the quality of the two-body structural refinement and allows determination of the parameters associated with higher-order distribution functions. Therefore, this aspect should included in disor- dered systems’ data analysis, especially if one is interested in detailed structural determination.
This contribution illustrates methods of structural cha- racterization of disordered materials (e.g. a complex heavy- metal oxide glass, liquid metal and metallic nanoparticles which in view of significant perturbations related to finite size undoubtedly are disordered systems). The basic tech- nique is obviously many-body MS EXAFS analysis taking into account anharmonicity of the interatomic interactions.
However, for a correct structural investigation of disordered systems, EXAFS should be combined with other techniqu- es, as e.g. atomic force microscopy (AFM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray or neutron diffraction (XRD and ND, respectively) and/or molecular dynamics simulation (MD). Such an approach permits to avoid mi- sinterpretations of the XAFS data and determine correctly the nearest-shell’s pair distribution functions. Moreover, a good agreement between the EXAFS-extracted and MD- extracted parameters of the short-range structure encoura- ged us to determine the shape of the average structural unit, to estimate angular distributions and to perform a medium- range analysis, based on the computer simulated structure, extending significantly the structure characterization.
Acknowledgements: The author is grateful to J. Rybicki (GUT, Poland) and A. Di Cicco (Univ. of Camerino, Italy) for fruitful collaboration.
References
[1] T. Dryński, R. Smoluchowski, Physica 6 (1939) 929-940.
[2] D.E. Sayers, E.A. Stern, F.W. Lytle, Phys. Rev. Lett. 27 (1971) 1204-1207.
[3] P.A. Lee, P.H. Citrin, P. Eisenberger, B.M. Kincaid, Rev. Mod..
Phys. 3 (1981) 769.
[4] E.D. Crozier, J.J. Rehr, R. Ingalls, X-Ray Absorption: Prin- ciples, Applications Techniques of EXAFS, SEXAFS and XANES, Eds: D.C. Koningsberger, R. Prins (Wiley and Sons New York 1988), pp. 373-442.
[5] A. Filipponi, J. Phys.: Condens. Matter 3 (2001) R23-R60.
[6] A. Di Cicco, M. Minicucci, J. Synchrotr. Radiat. 6 (1999) 255-257.
L2
REMOTE SYNCHROTRON-DATA COLLECTION
Mirosław Gilski
,21 Departament of Crystallography, Faculty of Chemistry, A. Mickiewicz University, Poznań, Poland
2 Center for Biocrystallographic Research, Institute of Bioorganic Chemistry, Polish Academy of Sciences, Poznań, Poland
e-mail: mirek@amu.edu.pl Contemporary crystallography, in particular the protein
crystallography, to a great degree owes its fast progress to the accessibility of synchrotron radiation. X-ray crystallog- raphy is the dominant technique used in the determination of the three-dimensional structures of macromolecules and third-generation synchrotron sources are already proving of great benefit in the rapid collection of X-ray data from macromolecular single crystals. In the current era of struc- tural genomics it is important that the structure-determi- nation process occurs as rapidly as possible and modern synchrotron macromolecular crystallography (MX) has evolved into an efficient pipeline of sample screening and subsequent data collection, reduction and phasing at the beamline [1]. However, when carried out manually, this process has many bottlenecks, which will become increas- ingly evident as crystal production becomes more efficient.
Automation is therefore an essential step in ensuring that macromolecular structure solution becomes a very high throughput process.
Automation of a synchrotron MX experiment may be divided into two areas; data collection and data process- ing, and beamline alignment and stability. Data collection automation should include processes for sample mounting/
dismounting, aligning and screening, whilst automation of data processing needs to address image indexing and integration, data reduction, phasing, map calculation and model building. Beamline alignment automation should ensure that the users have access to a beam that is stable in both intensity and position during their experiments, with- out having to carry out manual alignment procedures. All of the aspects described above have been addressed in the automation program currently being developed at the syn- chrotron centres [2].
The logistic problems and high degree of complexity of the synchrotron measurements prompt the search for new solutions aimed at a more effective use of the available re- sources. One of the solutions proposed is to send the protein crystals frozen in liquid nitrogen by courier mail to a syn- chrotron centre and make data collection via the internet.
The software allowing such measurements known as DNA (automateD collectioN of datA) is being developed within the EU project BioXHIT. The software is designed to en- sure full automation of collection and processing of the dif- fraction data. In November 2006 for the first time at the Center for Biocrystallographic Research (CBB) in Poznań a remote data collection was made at the greatest European synchrotron center ESRF in Grenoble [3]. The CBB and ESRF centres communicated via the internet and the DNA software permitted the control of the beamline parameters and the protein crystals in Grenoble by the keyboard and mouse of a PC computer.
During the measurement session it is possible to check the quality of the crystals, monitor and change the parame- ters of the beamline and record the diffraction data. Results of such fully controlled measurements can be seen after a few minutes on the monitor screen in the form of diffrac- tion images and results of the data processing. The success of this experiment has opened an exciting possibility for conducting synchrotron-radiation protein crystallography experiments from virtually any place on Earth.
References
[1] E.P. Mitchell, Nucl. Instrum. Meth. A 467-468 (2001) 1372-1374 [2] A. Beteva et al., Acta Crystallogr. D 62 (2006) 1162-1169.
[3] M. Jaskolski, M. Gilski, Academia 2 (10), (2007) 8-11.
L3
BADANIE NANOSTRUKTUR WĘGLOWYCH METODĄ
WYSOKOENERGETYCZNEJ DYFRAKCJI PROMIENI RENTGENOWSKICH
Aleksander Bródka
Instytut Fizyki, Uniwersytet Śląski, ul. Uniwersytecka 4, 40-007 Katowice, Polska Słowa kluczowe: dyfrakcja promieni X, nanorurki węglowe, nanodiamenty
e-mail: aleksander.brodka@us.edu.pl Metoda wysokoenergetycznej dyfrakcji promieni rentge-
nowskich w połączeniu z symulacją dynamiki molekularnej została zastosowana do określenia struktury nanoukładów węglowych. Badania te mają globalny charakter i stanowią uzupełnienie metod mikroskopowych dostarczających in- formacje o lokalnej strukturze nanoukładów.
Przedmiotem badań są:
- nanorurki węglowe wytwarzane metodą pirolizy gazowych węglowodorów w porach membrany z tlenku glinu [1], - nanorurki produkowane metodą syntezy elektrołukowej
w atmosferze wodoru [2],
- komercyjnie dostępne nanodiamenty [3].
Pomiary dyfrakcji promieni X o energii 95.4 keV (0.13 Å) wykonane zostały na linii ID15B ESRF w Grenoble. Na- tężenia rozpraszania rejestrowane były używając płaskiej płyty obrazowej i uśrednienie natężenia po kącie azymu- talnym umożliwiło transformację obrazu dwuwymiarowe- go w jednowymiarowy. Poza wyeliminowaniem z całko- witego natężenia wkładu pochodzącego od pustej kapilary, uwzględniono poprawkę na polaryzację oraz stosowanie płaskiej płyty obrazowej. Tablicowe dane atomowego czyn- nika rozpraszania dla węgla oraz natężenia rozpraszania Comptona pozwoliło wyznaczyć czynnik struktury oraz zredukowaną funkcję rozkładu radialnego badanego mate- riału.
Do interpretacji uzyskanych wyników wykorzystano wyniki symulacji dynamiki molekularnej nanorurek wę- glowych oraz klastra diamentowego, gdy oddziaływania między atomami węgla opisane są przez potencjał REBO [4]. Zadaniem tych symulacji jest doprowadzenie do stanu równowagi nanorurek węglowych otrzymanych przez zwi- nięcie warstw grafitowych (zwłaszcza gdy wprowadzane są defekty w strukturze warstw) lub klastra węglowego wy- ciętego z idealnej struktury diamentowej.
Doświadczalne wyniki dla nanorurek wytwarzanych w porach membrany są poprawnie opisane wprowadza-
jąc defekty Stone’a-Walesa w postaci par pięciokąt-sied- miokąt, a nanorurki produkowane metodą elektrołukową wykazują praktycznie idealną strukturę heksagonalną.
Wyniki eksperymentalne dla nanodiamentów zostały w miarę poprawnie odtworzone w symulacji diamentowe- go klastra o średnicy ok. 2.3 nm; w szczególności uzyska- no doświadczalne położenia maksimów w zredukowanej funkcji rozkładu radialnego (Rys. 1). Otrzymane wyniki pokazują przebudowę powierzchni klastra węglowego, podczas gdy jego wnętrze ma strukturę zbliżoną do dia- mentowej.
Rysunek 1. Zredukowana funkcja rozkładu radialnego nanodiamentu. Różnica między wynikami symulacji i do- świadczenia została obniżona o 7 Å-2.
L
References
[1] T. Kyotani, L. Tsai, A. Tomita, Chem. Mater. 8 (1996) 2109.
[2] Y. Ando, X. Zhao, M. Ohkochi, Jpn. J. Appl. Phys. 37 (1998) [3] S. Tomita, A. Burian, J.C. Dore, D. LeBolloch, M. Fujii, S. L61.
Hayashi, Carbon 0 (2002) 1469.
[4] D.W. Brenner, O.A. Shenderova, J.A. Harrison, S.J. Stuart, B.
Ni, S.B. Sinnott, J. Phys.: Condens. Matt. (2002) 783.
STRUCTURE AND DYNAMICS OF COLLOIDAL SUSPENSIONS STUDIED BY MEANS OF XPCS
A. Patkowski
*, J. Gapinski
, A. Fluerasu
2, P. Holmqvist
3, G. Meier
3, M.P. Lettinga
3, and G. Nägele
31 Institute of Physics, A. Mickiewicz University, Poznań, Poland
2 European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble, France
3 Institut für Festkörperforschung, Forschungszentrum Jülich, Germany Keywords: colloid dynamics, XPCS,hydrodynamic interactions
*) e-mail: patkowsk@amu.edu.pl Suspensions of colloidal particles undergoing Brownian
motion in a low-molecular-weight solvent are ubiquitous in chemical industry, biology, food science, and in medical and cosmetic products. For polar solvents like water, the parti- cles are usually charged. At long to intermediate distances these particles interact electrostatically by an exponentially screened Coulomb repulsion originating from the overlap of the neutralizing electric double layers. A considerable effort has been devoted over the past years to study the dynam- ics of colloidal model suspensions of charged spheres at the microscopic level. The dynamics is determined by a subtle interplay of direct interactions and solvent-flow mediated hydrodynamic interaction (HI). HI in unconfined suspen- sions is very long ranged. It decays with interparticle dis- tance r like 1 = r. An account of HI effects in theoretical and computer simulation studies is quite challenging due to its many-body nature, which must be accounted for in nondi- lute suspensions. An important measure of the strength of HI with regard to short-time particle diffusion caused by lo- cal density gradients is given by the hydrodynamic function H(q).
The development of partly coherent x-ray beams at syn- chrotron radiation sources allows for the measurements of the collective translational diffusion coefficient of colloids using the new method of x-ray photon correlations spectros- copy (XPCS) [1]. Thus, in combination with the small-angle x-ray scattering (SAXS) the scattering vector (q) dependent functions: the structure factor S(q), collective diffusion co- efficient D(q) and the hydrodynamic function H(q) can be determined for colloidal suspensions [2, 3].
We present an experimental study of diffusion prop- erties in suspensions of monodisperse charge-stabilized colloidal silica spheres in DMF. Using the synchrotron radiation at ESRF, Grenoble the SAXS and X-ray photon correlation spectroscopy studies have been performed to explore in great detail the concentration and ionic-strength dependence of the static structure factor S(q), and of diffu- sion properties including the hydrodynamic function H(q), the wavenumber-dependent collective diffusion coefficient D(q), and the intermediate scattering function S(q,t), see Fig. 1.
We show that all experimental data can be quantitative- ly described and explained by means of RMSA, RY and
δγ theories. In particular, the behaviour of H(q) for deion- ized dense suspensions can be attributed to the influence of many-body hydrodynamics, without any need to assume hydrodynamic screening to be present in de-ionized fluid systems, as proposed in earlier work [4]. The obtained val- ues of the maximum of the hydrodynamic function H(qmax) for all colloid and salt concentrations in the fluid phase were within the general boundaries provided for the magnitude of the hydrodynamic function in the limits of low and high salinity.
Figure 1. S(q), D(q) and H(q) measured (symbols) for colloid volume fraction of 0.075 at indicated salt concen- trations. The solid line represent the fit of the correspond- ing theoretical models.
L
References
[1] T. Thurn-Albrecht et al., Phys. Rev. E 68 (2003) 031407.
[2] A.J. Banchio et al., Phys. Rev. Lett. 96 (2006) 138303-1-4.
[3] J. Gapinski et al., J. Chem. Phys. 126 (2007) 104905-1-12.
[4] D.O. Riese et al., Phys. Rev. Lett. 8 (2000) 5460.
USES OF SYNCHROTRON RADIATION IN BIO-CRYSTALLOGRAPHY
Wojciech Rypniewski
Institute of Bioorganic Chemistry, Polish Academy of Sciences, ul. Noskowskiego 12-14, 61-704 Poznań, Poland Keywords: synchrotron radiation, biocrystallography, macromolecules
e-mail: wojtekr@ibch.poznan.pl Synchrotron beam lines have become favourite tools of
protein X-ray crystallographers and the use of synchrotron radiation has become commonplace in the last 10-15 years.
Approximately 90% of bio-crystallographic publications in the high impact journals are based on experiments carried out at a synchrotron.
High brilliance and monochromacity of synchrotron radiation make it desirable for any crystallographic experi- ment and generally yield data of much better quality than those obtained in in-house experiments, even for data at comparable resolution. However, synchrotrons are put to their best use in experiments where their possibilities are pushed to the limit: (i) in high-resolution studies and (ii) in studying very large structures. In both cases advantage is taken of the possibility to measure very weak signal. In a high-resolution diffraction pattern the high-angle reflec- tions a several orders of magnitude weaker than the strong- est ones, and in the case of large structures the strength of individual reflections is low because the signal is spread over a large number of reflections.
The advantage of high-resolution studies perhaps be- comes most apparent when one considers how much data are collected at different resolution limits. Between resolu- tion of 2 Å and 1 Å, the number of data increases 8fold. At (sub)atomic resolution one need not assume much about the structure. One can simply look and see:
Figure 1. High-resolution electron density of a catalytic triad [1].
It is not true either that it is harder to refine models at high resolution. It is easier.
Studying very large structures is difficult even with syn- chrotron radiation but without it would not be possible. The largest biological structures solved to date by X-ray crystal- lography are the prokaryotic ribosomal assemblies: Large (50S) and small (30S) subunits as well as the complete ri- bosomal particle (70S) [2-5]. The largest protein structures solved with atomic details are the proteasome assembly [6]
and phosphofructokinase from yeast.
References
[1] W. Rypniewski et al., to be published.
[2] N. Ban, P. Nissen, J. Hansen, P.B. Moore, T.A. Steitz, „The complete atomic structure of the large ribosomal subunit at 2.4 Å resolution”, Science 289 (2000) 905-920.
[3] F. Schluenzen, A. Tocilj, R. Zarivach, J. Harms, M. Gluehmann, D. Janell, A. Bashan, H. Bartels, I. Agmon, F. Franceschi, A. Yo- nath, „Structure of functionally activated small ribosomal subu- nit at 3.3 Å resolution”, Cell 02 (2000) 615-623.
[4] B.S. Schuwirth, M.A. Borovinskaya, C.W. Hau, W. Zhang, A.
Vila-Sanjurjo, J.M. Holton, J.H.D. Cate, „Structures of the bacterial ribosome at 3.5 Å resolution”, Science 30 (2005) 827-834.
[5] M. Selmer, C.M. Dunham, F.V. Murphy, IV, A. Weixlbaumer, S. Petry, A.C. Kelley, J.R. Weir, V. Ramakrishnan, „Structure of the 70S ribosome complexed with mRNA and tRNA”, Sci- ence 33 (2006) 1935-1942.
[6] M. Groll, L. Ditzel, J. Löwe, D. Stock, M. Bochtler, H.D. Bar- tunik, R. Huber, „Structure of 20S proteasome from yeast at 2.4 Å resolution”, Nature 386 (1997) 463-471.
Figure 2. Atomic model of the phosphofructokinase from Saccharomyces cerevisiae (Rypniewski et al.). The crystal structure of phosphofructokinase from /Saccharomyces cer- evisiae/ has been solved at 2.9 Å resolution using synchrotron radiation. The model of the heterooctamer (α)4(β)4 consists of approx. 6000 amino acid residues ([1]).
L6
ŚWIATŁO DLA NAUKI - EUROPEJSKI RENTGENOWSKI LASER L7
NA SWOBODNYCH ELEKTRONACH
R. Sobierajski
*1 Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk, Al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa, Polska Keywords: XFEL, laser na swobodnych elektronach, źródła synchrotronowe IV generacji
*) e-mail: ryszard.sobierajski@ifpan.edu.pl Na początku XXI wieku obserwujemy rewolucyjny
rozwój źródeł spójnego promieniowania krótkofalowego, otwierający dla badaczy fundamentalnie nowe obszary nauki. Podstawową miarą tego rozwoju są trzy parametry emitowanego światła – długość fali, czas trwania impulsu i jasność. To właśnie unikalna kombinacja tych parametrów w najnowocześniejszych źródłach pozwala na badanie zjawisk fizycznych z doskonałą (w zakresie opisywanym przez jednostki atomowe) rozdzielczością, zarówno czaso- wą, jak i przestrzenną.
Powstały już i są budowane nowe lasery na swobod- nych elektronach (nazywane źródłami synchrotronowymi IV generacji) pracujące w zakresach nadfioletu próżniowe- go i promieniowania rentgenowskiego - niedostępnych dla klasycznych laserów [1, 2]. Szczytowa jasność tych źródeł przewyższa o ponad 8 rzędów wielkości jasność źródeł promieniowania synchrotronowego (Rys.1). Ich promienio- wanie ma wysoki stopień spójności przestrzennej a czas trwania impulsu zmniejszono ponad 10000 razy z ~100 ps do ~10 fs w porównaniu z najnowocześniejszymi źródłami synchrotronowymi III generacji.
W 2007 roku rozpoczęto budowę nowego rentge- nowskiego lasera na swobodnych elektronach w Europie – XFEL. Powstanie przy nim międzynarodowy ośrodek naukowo-badawczy, którego zadaniem będzie, m.in. uła- twienie dostępu do lasera międzynarodowej społeczności naukowej.
Przygotowania do przyszłych eksperymentów już się rozpoczęły. W trakcie specjalnych konferencji oraz szero- kich konsultacji naukowcy wyodrębnili wiele grup tema- tycznych określających możliwe zastosowania lasera XFEL.
Część z nich związana jest z określonymi obiektami badań (np. obiekty biologiczne), a część z zastosowanymi technika- mi pomiarowymi (np. spektroskopia korelacyjna).
W prezentacji omówiona zostanie zasada działania oraz budowa i podstawowe parametry urządzenia. Na- stępnie opisana zostanie organizacja projektu i działalność tzw. Polskiego Konsorcjum XFEL. Na zakończenie przed-
Rysunek 1. Szczytowa jasność istniejących i planowanych źródeł synchrotronowych (wymienionych w prezentacji).
Kropkami zaznaczono pomiary szczytowej jasności lasera FLASH, dostępnego obecnie dla użytkowników (na pod- stawie pracy [1], kopia za zgodą M. Altarelli).
stawione zostaną przykładowe eksperymenty z użyciem lasera XFEL.
Literatura
[1] The European X-Ray Free-Electron Laser Technical Design Report, w edycji zbiorowej pod kierunkiem Massimo Altarelli (ISBN 3-935702-17-5) - http://www.xfel.net.
[2] R. Sobierajski, K. Ławniczak-Jabłońska, Synchrotr. Radiat.
Nat. Sci. (2007) 176-183.
