Magfizikai alapkutatások az ATOMKI-ban Bevezetés

Átírás

1 Magfizikai alapkutatások az ATOMKI-ban Bevezetés Az Európai Magfizikai Koordinációs Bizottság (NuPECC) jelenlegi definíciója szerint, amit az MTA Magfizikai Bizottsága is elfogadott, a magfizika elsődleges célja, hogy megértse az erősen kölcsönható anyag eredetének, fejlődésének, fázisainak és szerkezetének alapvető kérdéseit. Kiemelten foglalkozik a következő témakörök tanulmányozásával: hadronfizika, erősen kölcsönható anyag tulajdonságai, atommagok szerkezete és dinamikája, nukleáris asztrofizika, alapvető kölcsönhatások és szimmetriák vizsgálata, kísérleti magfizikai módszerek, alkalmazásaik más tudományterületeken és a gyakorlatban. Az ATOMKI kutatói elsősorban magszerkezet-kutatásokkal, nukleáris asztrofizikával, eszközök és módszerek fejlesztésével, valamint alkalmazásokkal foglalkoznak. A magfizikai alapkutatásokhoz tartozó debreceni altémák eredményeinek ismertetése előtt azonban szeretnék néhány általános megjegyzést tenni. A magszerkezet-kutatások legfőbb irányai az utóbbi évtizedben az atommagok extrém, vagy egzotikus állapotainak vizsgálatára irányultak. Így az extrém nagy spinek, illetve a hozzá kapcsolódó deformációk, a nagy gerjesztési-energiák (óriásrezonanciák), illetve legújabban a nagy izospinek, a stabilitási sávtól távoli, elsősorban neutron-gazdag atommagok radioaktív nyalábokkal történő mérései jelentik a fő irányokat. Kutatóink a fenti témák mindegyikébe sikeresen bekapcsolódtak, és jelentős eredményeket értek el. A később tárgyalandó statisztikai adatokon kívül ezt bizonyítják a különböző nemzetközi konferenciákon tartott meghívott előadásaink, illetve az általunk szervezett sikeres nemzetközi konferenciák is. Külön említésre méltó ezek közül kettőt, amiket az elmúlt 5- évben szerveztünk: Exotic Nuclear Systems (2005), illetve Nuclear Physics in Astrophysics (2005) ben pedig a Clusters konferenciasorozat szervezésének a jogát kaptuk meg. Kísérleti vizsgálatokat mind az ATOMKI-ban, mind külföldön végzünk. Az elmúlt években különösen nagy hangsúlyt fektettünk a debreceni kísérleti eszközeink korszerűsítésére és felújítására, amelyek egy részét a külföldi méréseink során is sikeresen használjuk. Erre a szűkös OTKA támogatásokon felül felhasználtuk az NKTH, az EURONS FP6, és az ENSAR FP7 által adott lehetőségeket is. Nemrég az országos NEKIFUT (Nemzeti Kutatási Infrastruktúra Felmérés és Útiterv) program az ATOMKI Mag- és Asztofizikai Laboratóriumát (MAGAL) stratégiai kutatási infrastruktúrának minősítette. A hamarosan megnyíló új lehetőségink közül az alábbiakat szeretném megemlíteni: A darmstadti GSI-ben (Gesellschaft für Schwerionenforschung) épül Európa legnagyobb nemzetközi magfizikai központja, a FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), melynek kutatásaiba a magyar tudósok már jelenleg is számos területen be tudnának kapcsolódni. Az elmúlt években jelentős erőfeszítéseket tettünk, hogy Magyarország tagjává váljon a FAIR-nek. Remélhetőleg ez a csatlakozás hamarosan sikerülni fog. Zöld utat kaptak a közelmúltban a világ legnagyobb teljesítményű lézerei. Az Európai Unió nemrég jóváhagyta az ELI-nek (Extreme Light Infrastructure) nevezett pályázatot. A 3 nagy teljesítményű, fs-os lézert Prágában, Szegeden és Bukarestben fogják megépíteni 2015-ig. A Bukarestben megépülő berendezést kifejezetten magfizikai célokkal hozzák létre, ami a magfizika távlati kutatásaira is élénkítő hatású lehet. Szintén új lehetőségeket jelenthet a Debrecenhez mindössze 150 km-re fekvő Krakkóban megépülő 230 MeV-es proton ciklotron. A különböző óriásrezonanciák γ-bomlásának vizsgálatán kívül felvetődött a hasított pólusú mágneses spektrométerünk időleges kiszállítása is. A következőkben részletesen áttekintjük az ATOMKI-ben 2005 és 2010 között folytatott magfizikai kutatások eredményeit és az egyes alcsoportok jövőre vonatkozó terveit.

2 1. γ-spektroszkópiai vizsgálatok radioaktív nyalábokkal A téma 2000-ben, a radioaktív-nyalábos fizika felszálló ágában kezdődött, a klasszikus magspektroszkópiai módszerek új körülmények közötti alkalmazásával. Néhány GeV-es nyalábok fragmentációjakor keletkező törmelék (radioaktív) magokkal hoztunk létre reakciókat a neutron-stabilitási vonal közelében elhelyezkedő viszonylag könnyű atommagok szerkezetének feltárására. A világ 3 vezető laboratóriumában: a GANIL-ban, a RIKEN-ben és később a GSI-ben már meglévő berendezésekkel végeztünk kutatásokat. Ennek ellenére a téma hazainak nevezhető, mivel az idő 90%-ában itthon végezzük a munkát, csak a kísérletek előkészítése és elvégzése történik külföldön. Vizsgálataink két téma köré csoportosultak: az erősen neutron többletes (N/Z~2) atommagokban vizsgáltuk a héjlezáródások eltolódását és a valencia-neutronok és a magtörzs csatolását. Eredményeink jelentős mértékben hozzájárultak az N=20 héjköz csökkenő protonszámmal való drasztikus csökkenésének kimutatásához, az N=28 héjzáródás jeleinek csökkenő protonszám melletti fokozatos eltűnésének a kimutatásához, az N=14,16 héjzáródások kialakulásának megértéséhez, az N=40 héjzáródás látszólagos jellegének a kimutatásához, valamint a glóriás szén és bór atommagokban a valencia-neutronok törzsről való lecsatolódásának, effektív töltésük drasztikus csökkenésének a kimutatásához. Eredményeinkről a beszámolási időszakban 25(8) tudományos és 28(22) konferencia közleményben számoltunk be. Munkáinkra összesen 469(184) független SCI hivatkozást kaptunk. A tudományos cikkek teljes impaktja 167. A kísérletekben 3-5 alrendszer működését kell egyszerre biztosítani, amit sok ember együttes munkájával lehet csak megoldani. A társszerzők száma ennek megfelelően a rikeni és a ganili cikkek esetén 20-30, a GSI-ben A sok szerző valamelyike gyakran megjelenik a hivatkozó közleményekben is, ami miatt az SCI hivatkozások több mint a fele nem független. Különösen erősen érvényesül ez a hatás a GSI-ből jövő cikkek esetén. A tudománymetriai adatok ATOMKI-ra eső részének számolásánál egy 10 körüli számmal kell azokat osztani. A fenti eredményekkel a téma első szakasza gyakorlatilag lezárult. Új kísérletet óta nem tudtunk csinálni. Azóta csak az adatfeldolgozás folyik, az is szándékosan késleltetett módon. Még 3-4 kis cikkre való anyagunk maradt, aminek a leközlése folyamatban van. A legjelentősebb eredményeket 2008-ig leközöltük ben már elkezdett visszaesni a hivatkozási indexünk (a 2008/2009-es évi 200-ról 140-re). Ennek okai a következők: 2006-ban leállt a rikeni gyorsító az új laboratórium építése miatt ban elkészült az új radioaktívnyalábos laboratórium, de pénz és főleg áram hiányában évente csak 3-4 hónapot működik, aminek következtében még nyalábfejlesztésre sincs elegendő idő. A helyzet nagyon ellentmondásos, a koncepciók gyorsan módosulnak és nehezen lehet megítélni, hogy mire is számíthatunk RIKEN-ben ban a GANIL-ban tönkrement a SISSI nevű izotópszeparátor, amelyre a kísérleteink épültek. Az érdekelt közösségekkel ugyan küzdöttünk egy-két évig a szeparátor kijavításért vagy cseréjéért végül anyagi és humán erőforrás hiányában a felújítási tervek elvetésre kerültek. Emiatt a GANIL-ban 3 elfogadott méréstervünk csúszott, majd törölve lett. Pályáztunk és nyalábidőt nyertünk a mi vizsgálatainkra kevésbé alkalmas LISE szeparátorra, ahol utólag hozott sugárvédelmi korlátozások miatt nem tudtunk dolgozni. A fenti problémák miatt a GSI felé fordultunk. Sikerült bekapcsolódni futó projektekbe, és megteremteni a feltételeit saját téma indításának ben a cikkek fele a GSI-ből jött.

3 A tapasztalat azt mutatja, hogy a téma akkor lehet eredményes, ha évente átlagosan saját kísérletet tudunk végezni, amihez kb. ugyanennyi, az együttműködő partnereink által vezetett kísérletben való részvétel társul. Egy kísérlet a fogadó laboratóriumnak MFt nagyságrendű költséget jelent. A kísérleten tőlünk 2-5 ember 1-2 hetet dolgozik a fogadó laboratóriumban. Az adatfeldolgozásra kísérletenként 3-4 FTE szükséges. A laborokal való kapcsolattartásra évente minden laboratóriumba 1-2 PAC meetingre és 2-4 kollaborációs meetingre/workshopra kellene elmenni. Három együttműködő laboratóriummal számolva évi kiutazásra lenne szükség. Kutatásainkat annak teljes időtartama alatt az OTKA valamilyen módon támogatta, de ennyi utat egyetlen OTKA sem bír fedezni. A téma kezdetekor OTKA + MTA-CNRS, MTA- JSPS + FP6 TMR támogatások együttesen meg tudták teremteni az eredményes munka feltételeit. A beszámolási időszakban az utazások számát az abszolút minimumra, évi 6-8 kiutazásra kísérleten való részt vétel + PAC meeting korlátoztuk az anyagi lehetőségek beszűkülése és a fogadó laboratóriumokban uralkodó bizonytalan helyzet miatt. A téma jövője: Európában a GANIL-ban épül a SPIRAL2 kis energiás radioaktív gyorsító komplexum, a GSI-ben engedélyeztetés alatt van a FAIR, az új radioaktív nyalábos gyorsító terve, az LNL (Legnaro) és az IPNO (Orsay) radioaktív nyaláb előállítását tervezi. A világ többi részén hasonló a helyzet. A magfizikai kutatások túlnyomó többsége rövidesen radioaktív nyalábokon fog folyni. Ebben a folyamatban mi is részt kívánunk venni, aminek a feltételei többé-kevésbé adottak. A RIKEN-ben évek óta sorban álló 3 projekt mellé az idén új tematikában nyertünk nyalábidőt. A GANIL-ban sorban álló 2 projektünk mellé az idén új témában új projektet tervezünk benyújtani. Aktívan rész kívánunk venni az AGATA@GSI kampányban, ahova saját projektet is tervezünk vinni és saját projekttel akarunk bekapcsolódni a RISING@RIKEN kampányba is. A feladatok elvégzésére új együttműködéseket kell kialakítanunk, ami részben már megtörtént. A projekt anyagi támogatására pályázatot nyújtottunk be az OTKA-hoz, amelynek jók a nyerési esélyei. A témán Dombrádi Zsolt (0,8), Elekes Zoltán (0,6), Fülöp Zsolt (0,1) és Sohler Dorottya (0,7) dolgozott a beszámolási időszakban összesen 11 FTE értékben. Az ő munkájukra hasonló FTE értékekkel a továbbiakban is számíthatunk. Szeptembertől kaptunk egy fiatal kutatót Vajta Zsolt személyében, akinek a doktori témája a radioaktív nyalábokon végzett kutatás. A jelenleg rendelkezésre álló adatok feldolgozása önmagában is biztosítja számára a doktori fokozat megszerzéséhez szükséges publikációmennyiséget. Amíg nem látjuk biztosítva, hogy rendszeresen tudunk kísérletet végezni, addig kockázatos lenne további fiatalnak a témára állítása. A kisenergiás radioaktív nyalábok 2013-ban esedékes megjelenésével várhatóan a nagyspinű és a radioaktív nyalábos altéma részben össze fog folyni, ami biztosíthatja az új irány megnyitásához szükséges személyi feltételeket. Jelenleg a japán kapcsolat a leglazább. Úgy látjuk a rikeni együttműködés csak úgy lehet sikeres, ha 1-2 éven belül egy postdoc-ot ki tudunk küldeni RIKEN-be. Jelenleg az ATOMKI és a RIKEN között kétoldalú szerződés biztosítja az együttműködést, az NKTH egyik utolsó intézkedéseként előkészítette Magyarország FAIR belépését, és az ATOMKI alapító tagja a GANIL SPIRAL2 laboratóriumát építő konzorciumnak. A konzorcium az EU-nál kilobbizta, hogy a strukturális alapokat fel lehessen használni a konzorcium céljaira is, így például a GANIL-ban használható detektorrendszer építésére. Ennek az új lehetőségnek a feltárása folyamatban van. Ha a válság hatásaitól (RIKEN lassú beindulása, csúszások a FAIR és a SPIRAL építésében és főleg a korlátozott mennyiségű nyalábidő a nagy laborokban) eltekintünk, a téma jövőjét illetően akár optimisták is lehetünk.

4 2. Kollektív gerjesztések az atommagokban A témába tartozó vizsgálataink két csoportba sorolhatók. Az egyik az egzotikus magalakok, illetve a maghasadás vizsgálata, a másik pedig az óriásrezonanciák tanulmányozása. Az egzotikus magalakok vizsgálata, különösen pedig a hiperdeformált (HD) állapotok keresése az elmúlt ~15-év kiemelt kutatási iránya volt. A hatalmas erőfeszítések ellenére azonban ez máig sem sikerült diszkrét γ-spektroszkópiai módszerekkel. Maghasadás előtti HD rotációs sávokat viszont sikerült kimutatnunk az 232 U, 234 U és 236 U izotópokban a hasadási rezonanciák vizsgálatával. Ez indította el a maghasadásra és a hasadás előtti csomósodás tanulmányozására vonatkozó vizsgálatainkat. Az egzotikus, neutron-gazdag atommagok hasadásának tanulmányozását távlatilag a GSI-ben a FAIR gyorsító mellett, illetve az ELI-NP projectben is tervezzük. Az óriásrezonanciák az atommag nagy-energiás leginkább kollektív gerjesztései. Vizsgálatukkal nemcsak az atommag szerkezetére nyerhetünk adatokat, hanem ezek felhasználhatók a maganyag állapotegyenletének pontosítására is, ami nélkülözhetetlen az asztrofizikai jelenségek (a szupernova robbanások, az elemek kialakulása, a neutroncsillagok megértése) megbízható modellezéséhez is. Az óriásrezonanciák vizsgálata jelenleg már radioaktív nyalábok segítségével is elkezdődött, mind a GANIL-ban mind a GSI-ben, amikben aktívan részt veszünk. Ezen vizsgálatok kiteljesedése várható a SPIRAL2 és a FAIR gyorsító-központok beindulásakor. Legfontosabb eredményeinket a következőképpen foglalhatjuk össze. Az extrém módon megnyúlt, 3:1 tengelyarányú hiperdeformált atommagok részletesebb és szisztematikus vizsgálatával először nyertünk pontos adatokat nehéz magok hasadási potenciáljának alakjáról. Ilyen hiperdeformált állapotok létét az aktinoida tartományban elsőként az ATOMKI-ban mutattuk ki. Ennek a potenciálnak fontos szerepe van a negyedik generációs erőművekben lezajló folyamatok értelmezésében is. Publikáltuk a 234 Pa atommag igazi hármas hasadására vonatkozó első kísérleti eredményeinket. A legkönnyebb hasadási termék tömege a.m.u volt. Vizsgáltuk az 230 U és 232 U atommagok elektromos dipólusmomentumait, és ezzel az atommagok tetraéderes szimmetriájú, piramisszerű alakjára nyertünk adatokat. Különböző atommagokban vizsgáltuk a Gamow-Teller és spin-dipólus, spin-izospin típusú óriásrezonanciákat, és azok bomlásait. A gerjesztések mikroszkopikus értelmezésére egy újfajta DWBA+RPA analízist fejlesztettünk ki. Az irodalomban először vizsgáltuk az izoskalár dipólus óriásrezonancia (ISGDR) direkt proton- és neutron-kibocsátással történő bomlását. Magasabb gerjesztési energiákon, a fenti dipólus óriásrezonancián kívül egy új, szélesebb rezonanciaszerkezetet is megfigyeltünk. A szögeloszlás-adatok alapján, az új rezonancia kvadrupólus jellegűnek adódott. Becslések szerint ez a rezonancia, a kvadrupólus óriásrezonancia első felharmonikus módusa lehet. Új, nagy energiafelbontású módszert használtunk a Sc izotópok alacsonyenergiás spin-dipólus gerjesztéseinek feltérképezésére. Az irodalomban először figyeltünk meg periodikus, kis-energiás spin-vibrációs sávot a 4 10 MeV gerjesztési-energia tartományban. Kiemelkedő eredménynek tekinthető, hogy a teljes γ-abszorbciós detektálási módszer, az IGISOL technika, és a JYFLTRAP Penning-csapda együttes alkalmazásával először sikerült feloldanunk a 239 Pu fűtőanyag kísérleti és elméleti reaktor-hője között régóta fennálló ellentmondást. Az atomreaktorokban termelt teljes energia közel %-a 239 Pu-tól származik. Terveink között szerepel a spin-izospin óriásrezonanciák vizsgálatának elkezdése radioaktív nyalábokban (GSI, FAIR) a Debrecenben kifejlesztett LENA kisenergiás repülési-

5 idő neutron detektorrendszer segítségével, valamint az atommagok neutron-bőr vastagságának további vizsgálata az így elérhető egzotikus atommagokban. A hasadási rezonanciákra és a pigmy dipólus rezonanciákra vonatkozó vizsgálatainkat nagyenergiás γ-sugárzással történő gerjesztésekkel szeretnénk kiegészíteni. Ilyen kísérteket a közeljövőben a Duke Egyetemen épített HIγS nagyenergiás γ-forrás segítségével, illetve később az ELI-NP-nél tervezünk, Debrecenben épített, illetve felújított detektorok segítségével. Terveink között szerepel az egzotikus atommagok hasadásának további vizsgálata is a FAIR gyorsítónál. ENSAR (FP7) támogatás felhasználásával elkezdtük egy modern elektron-pozitron pár spektrométer kifejlesztését. A spektrométert különböző egzotikus jelenségek vizsgálatára fogjuk felhasználni mind itthoni, mind külföldi gyorsítók mellett. Krakkóban a jövő évben beindul egy 230 MeV-es protongyorsító, ami új lehetőséget nyit meg az óriásrezonanciák vizsgálatára is. A hasított-pólusú spektrométerünk kiszállításával tervezzük a spin-izospin óriásrezonanciáknak (p, π + ) és (p, π - ) reakciókkal történő egzotikus gerjesztését. Ezen reakciókra jelenleg csak nagyon kevés adat van az irodalomban, és az elméleti értelmezés is jelentős kihívást jelent. Számszerű tudománymetriai eredmények a 2. Melléklet szerint. SCI cikkek száma Impakt* SCI hivatkozások* (9) (7) (7) (7) (4) Összesen 73(34) 99.26(20.205) 33(9.894) * Az impakt faktorok, valamint az atomkis szerzők számával normált SCI hivatkozások száma körülbelüli értékek. Ráfordítások a 2. Melléklet szerint. Az altémán jelenleg dolgozók száma: 5, FTE: 17 OTKA: 23 MFt, Egyéb: NKTH 100 MFt, EURONS, ENSAR, FP6+FP7 50 keur Együttműködések: 50 utazás, 400 nap (durva becslés) A személyi kérdések, a téma utánpótlása biztosítottnak látszik. Egy korábban nálunk PhD-zott kutató, Csige Lóránt jelenleg Münchenben dolgozik, de hazatérése után folytatni szeretné a maghasadási vizsgálatokat az ELI segítségével. Jelenlegi két PhD-hallgatóm (Stuhl László és Tornyi Tamás) szintén a fenti témákban szeretné folytatni a kutatásait. Oktatási tevékenység PhD: 1 végzett, 2 folyamatban Diplomamunka: 2 végzett Egyetemi órák: Krasznahorkay Attila: Atommag és részecskefizika (SZTE, DE) PhD kurzusok: Krasznahorkay Attila: Mérések mágneses spektrográffal; Az atommagok kollektív gerjesztései

6 3. Nagyspinű állapotok Az altémán belül elsősorban olyan témák vizsgálatával foglalkoztunk, amelyek valamilyen értelemben egzotikusnak számító magállapotok tanulmányozására irányul. Ennek érdekében γ-spektroszkópiai, illetve részecske- és γ-spektroszkópiai módszereket kombináló kísérleteket végzünk, nagy nemzetközi együttműködések keretében. Ezekben jelentős szerepet kapnak a DIAMANT töltöttrészecske-detektorrendszert, illetve egyéb részecske-γ koincidencia technikát alkalmazó mérések. Az általunk vizsgált legfontosabb témakörök (extrém izospinű atommagok, triaxiális (háromtengelyű) atommagok, extrém magdeformációk, neutron-gazdag atommagok) napjainkban, és várhatóan a jövőben is, a legaktívabban tanulmányozott magszerkezeti problémák közé tartoznak. A további tanulmányozásukat illető tendenciákat jól jelzi, hogy több mérésjavaslat is szerepel a mai legnagyobb γ-detektorrendszerek közé tartozó EXOGAM, és az AGATA detektorrendszerek és segéddetektoraik használatával részben csoportunk részvételével tervezett kutatási célok között. A tematika aktualitását mi sem tükrözi jobban, mint hogy ezek a vizsgálatok helyet kapnak a jelenleg kiépítés alatt álló két legnagyobb európai radioaktív nyaláb -gyár, a SPIRAL2 és a FAIR mellett tervezett γ- spektroszkópiai mérések között is. Csoportunk elsősorban a nagy intenzitású radioaktív nyalábokat szolgáltató SPIRAL2 gyorsító-komplexum mellett a DIAMANT detektorrendszert is alkalmazó nemzetközi együttműködések keretében tervezi elvégezni jövőbeni méréseit. A beszámolási időszakban elért eredményeink az EUROBALL, a GAMMASPHERE (ANL), az EXOGAM (GANIL), a CLARA (LNL), a JUROGAM (Jyväskylä) és az AFRODITE (Dél-Afrika) γ-detektorrendszereknél végrehajtott korábbi és új méréseink adatainak feldolgozásából születtek. Az extrém izospinű atommagok tanulmányozása (GANIL) két magtartományban folyt. Az A=58 tömegű T=1 triplet magokra vizsgáltuk a tükör-energia differenciák és a töltésszimmetria sértés szerepét a nukleáris effektív kölcsönhatásban (a 58 Ni-ra kapott adatok feldolgozása befejezés előtt áll). Nehéz N=Z( 50) atommagokban az elméleti számolások izoskalár spin-aligned csatolási mód létére utalnak; a 92 Pd-ra vonatkozó eredményeinket lásd a kiemelkedő eredmények alatt. Az atommag háromtengelyűségével kapcsolatos vizsgálataink két fő irányban történtek; vizsgáltuk a háromtengelyűen deformált atommagok lehetséges királis forgását és a forgási sávok lezáródását, ami kollektív prolate deformációból nem-kollektív oblate deformációba történő átmenettel jár háromtengelyű magalakon keresztül. Kimutattuk, hogy az A=105 körüli királis-jelölt atommagok egy királis szigetet alkotnak a magtérképen, amelynek feltérképeztük a méretét; megállapítottuk, hogy a páratlan atommagok is királisak lehetnek és hogy a királis forgáshoz tartozó sávok tulajdonságai lényegesen nagyobb mértékben függenek a magtörzs tulajdonságaitól, mint a konkrét egyrészecske-állapotok betöltöttségétől. Ennek kapcsán vizsgáltuk a 104 Pd atommag forgási sávjait, amely a 106 Ag magtörzsének felel meg. Emellett nívóéletidő-méréseket végeztünk a 103,104 Rh királis-jelölt sávjaira. Új királis-jelölt sávszerkezetet azonosítottunk a 134 Pr atommagban, míg a 132 La atommagban tisztáztuk a korábban királis-jelöltnek tekintett forgási sáv nem-királis jellegét. Királis-jelölt forgási sávot azonosítottunk egy új, az A=80 magtartományban. Hirtelen sávlezáródásokat azonosítottunk a 121 Xe és a 124 Ba atommagokban, ahol elméleti számítások mind a hirtelen, mind a folyamatos típusú sávlezáródás lehetőségét előre jelezték. Az extrém magdeformációk vizsgálata: 1) a 190 Hg atommag szuperdeformált (SD) állapotai tanulmányozásával kimutattuk, hogy az alacsonyabb Coulomb-gát és teljes kötési energia ellenére a két-proton szeparációs energiák az SD állapotokban nagyobbak mint a normáldeformált (ND) állapotokban. 2) a 131,132 Ce atommagok SD sávjait extrém nagy

7 spinekig kiterjesztve kimutattuk, hogy a kérdéses sávok a folyamatos típusú sávlezáródás tulajdonságait mutatják, de a sávlezáró állapotokat nem értük el. 3) A nagyspinű hiperdeformált (HD) állapotok kimutatását kíséreltük meg korábbi EUROBALL (HLHD) és GAMMASPHERE mérések adataiban: a kvázi-folytonos gammák vizsgálatára kifejlesztett RPM (Rotational Plane Mapping) módszerrel meghatározott tehetetlenségi nyomatékok négy atommagban utalnak HD állapotok létére a töltöttrészecskés reakciócsatornák adataiban; 4) kísérletet végeztünk az 230 U és 232 U atommagokban egy másik egzotikus magdeformáció, a tetrahedrális magalak kimutatása céljából. A várakozással ellentétben a vizsgált 232 U atommagban inkább oktupól vibráción alapuló szerkezet valószínűsíthető, nem pedig a keresett tetrahedrális magalak. 5) A CLARA+PRISMA detektorrendszerrel a 24 Mg+ 24 Mg reakció 45,7 MeV-es keskeny nagyspinű rezonanciájának a bomlását vizsgáltuk a fúziópárolgási csatornákba. Eredményeink azt mutatják, hogy ez a rezonancia a 48 Cr egy erősen deformált, gyorsan forgó állapotának tekinthető a Jacobi-átmenet és a hasadás közötti forgási frekvenciákon. A fentiek mellett vizsgáltuk a 6 Li( 3 He,t) töltéscserélő magreakcióban keletkező 6 Be nukleoncsomó szerkezetét, egy teljes kinematikai mérésben, s elsőként sikerült ezen mag 2 + állapotára kimutatnunk, hogy az tiszta 3-test szerkezetű. Mélyen rugalmatlan ütközési, illetve binary grazing magreakciókban a CLARA+PRISMA detektorrendszerrel pedig a neutrongazdag 36 Si, 37 P, 38 Cl, 33 Si és 40 S atommagok állapotait vizsgáltuk, melyek kísérleti adatait large-scale héjmodell-számítások eredményeivel vetettünk össze. Kiemelkedő eredménynek tekinthető, hogy elsőként sikerült iztoskalár (T=0) típusú proton-neutron párkölcsönhatás, illetve íly módon csatolódott nukleonpárokból összeálló pnkvartett állapotok létére utaló kísérleti adatokat kapni, nemzetközi együttműködés keretében GANIL-ban elvégezett EXOGAM + NeutronWall + DIAMANT mérésben. A különleges mérési körülményeket igénylő vizsgálatban, a három együttesen alkalmazott detektorrendszer tette lehetővé az igen kis hatáskeresztmetszettel előálló 92 Pd atommagok legerjesztődésekor keletkező gamma-átmenetek azonosítását. A DIAMANT a töltöttrészecske emittálással járó reakciócsatornák elnyomására, a NeutronWall a 2n-reakciócsatornak kiemelésére szolgált. A mérési adatok megerősítik azt az elméleti jóslást, mely szerint ebben az N=Z atommagban az azonos, nagy impulzusmomentumú egyrészecske pályákon lévő valencia-protonok és - neutronok azonos spinbeállással pn-párokká csatolódnak. Eredményünket a NATURE folyóirat közölte A következőkben tervezzük az eddigi, komplex detektorrendszerekkel (Euroball és a Gammasphere, EXOGAM + DIAMANT+NeutronWall, valamint AFRODITE+DIAMANT, JUROGAM2) elvégzett méréseink eredményeinek feldolgozását és publikálását, és az ígéretes témakörök eredményektől függő kibővítését. Elsősorban további egzotikus magállapotok keresése, azonosítása és vizsgálata a cél (T=0 pn-párkölcsönhatás, N=Z atommagok tulajdonságai, proton-dripline közeli atommagok, kiralitás, sávlezáródás, nagyspinű szuper- és hiperdeformáció, 2. vákuum). Az ATOMKI, elsődlegesen csoportunkra alapozva, csatlakozik az EXOGAM2 együttműködéshez, és tervezzük az AGATA együttműködéshez való csatlakozást is (tárgyalás alatt). Ehhez, és a DIAMANT modernizálására irányuló megvalósíthatósági tanulmány kimenetelétől függően egy új típusú detektorokat és digitális elektronikát használó detektorrendszer megépítéséhez pályázatokat, kívánunk benyújtani, amennyiben lesz alkalmas pályázati kiírás!

8 Számszerű tudománymetriai eredmények a 2. Melléklet szerint. SCI cikkek száma Impakt* SCI hivatkozások* (1) (1) (1) Összesen 24(3) (14.126) 25(5.009) * Az impakt faktorok, valamint az atomkis szerzők számával normált SCI hivatkozások száma a könyvtári szoftver által adott értékek. Ráfordítások: 2. sz. Melléklet szerint Résztvevők sz. FTE OTKA Egyéb forrás(tét) Együttműködés 5(+5) khuf khuf 43 kiutazás (kb. 490 nap) külső munkatársak az ATOMKI-ból és a DE-ről Személyi kérdések: biztosított-e az utánpótlás az adott területen? Valószínüleg: A lentebb említett TDK-s hallgatók diplomamunkájukat várhatóan a csoportban készítik; megfelelő előmenetel esetén PhD-sként segíthetik a csoport munkáját; A jelenlegi 1 PhD-s hallgató néhány posztdoktori év után remélhetőleg szintén ezen témát erősíti majd. Oktatási tevékenység (diplomamunkások, doktoranduszok, egyetemi órák tartása). TDK témavezetés: 2 fő (folyamatban) Diplomamunka témavezetés: 1 fő PhD témavezetés: 2 fő (folyamatban) Egyetemi órák: Angeli István, Nyakó Barna: Magfizika (közös kurzus, 1 félév) Angeli István, Nyakó Barna: Magalakok (közös PhD kurzus, 1-1 félév) Timár János: Forgó atommagok (PhD kurzus, 1 félév) Egyéb eredmények: Gál János, Kalinka Gábor, Nyakó Barna: szolgálati szabadalom (elbírálás alatt) Eljárás és elrendezés a gamma-sugárzás kölcsönhatási helyének térbeli meghatározására szolgáló folytonos-kristályos pozíció-érzékeny szcintillációs detektor megvalósítására, a nukleáris képalkotó módszerek felbontóképességének a javítása céljából

9 4. Nukleáris asztrofizika A magfizikán belül a nukleáris asztrofizika kiemelt jelentőségű részterület. Szinte minden jelentős nemzetközi magfizikai konferencián nukleáris asztrofizikai szekció(k) is szerepel(nek). Az ATOMKI-ban zajló nukleáris asztrofizikai kutatások részben nemzetközi együttműködésekben - a viszonylag kevéssé ismert asztrofizikai folyamatok kísérleti vizsgálatára koncentrálnak. A kutatási irány így jól illeszkedik a szakterületen megfigyelhető tendenciákhoz. A nehéz elemek szintézisének vizsgálata a nukleáris asztrofizikai kutatások frontvonalába tartozik. Ehhez a területhez jól illeszkedik az asztrofizikai p-folyamat ATOMKI-ban zajló kísérleti vizsgálata. A világ számos pontján tervezik földalatti gyorsítók üzembe helyezését, ami egyértelműen jelzi az ilyen gyorsítók iránti tudományos igényt. Az ATOMKI részt vesz a világon jelenleg egyedüli földalatti gyorsítóval zajló kutatómunkában. Nukleáris asztrofizikai kutatások a téma különböző részterületein zajlottak. Egyik legfontosabb terület az asztrofizikai p-folyamat kísérleti vizsgálata. E téma keretein belül főként az ATOMKI gyorsítóival számos nehéz mag proton- illetve alfa-befogási hatáskeresztmetszetét mértük meg, a mérések eredményeit összehasonlítottuk elméleti számításokkal és levontuk az asztrofizikai konzekvenciákat. Több magon végzett rugalmas alfa-szórási kísérletekben az alacsony energiás alfa-mag optikai potenciált vizsgáltuk. Az olaszországi Gran Sasso laboratóriumban a LUNA együttműködés működteti a világ egyetlen földalatti gyorsítóját. Az együttműködésnek az ATOMKI nukleáris asztrofizikai csoportja is a résztvevője. A földalatti gyorsítóval számos, a csillagok hidrogénégési folyamatainak szempontjából igen fontos reakciónak a hatáskeresztmetszetét mértük meg extrém alacsony energiákon. Az alacsony kölcsönhatási energiáknál lényeges elektronárnyékolás jelenségét vizsgáltuk különböző reakciókban. A téma folytatásaként különböző izotópok bomlásának vizsgálatával ellenőriztük azt az elméleti jóslatot, hogy az elektronárnyékolás hatással lehet radioaktív magok bomlásának felezési idejére. Számos asztrofizikailag fontos magreakció kísérleti vizsgálatát végeztük el az indirekt Trojan Horse módszer segítségével részben az ATOMKI-ban, részben külföldi intézetekben. Kiemelkedő eredménynek Az asztrofizikai p-folyamat vizsgálata során alfaindukált reakciókat vizsgáltunk a 106 Cd, 112 Sn, 113 In, 151 Eu magokon, protonindukált reakciókat pedig a 70,76 Ge, 85 Rb, 106,108 Cd magokon. Eredményeink alapján kiválasztottuk a reakciók leírására leginkább megfelelő magfizikai paramétereket, javasoltuk például az optikai potenciál bizonyos módosítását valamint rámutattunk bizonyos esetekben a (p,n) reakciók vizsgálatának jelentőségére. A LUNA és ERNA együttműködések keretében vizsgáltuk többek között a 3 He(, ) 7 Be reakciót három különböző kísérleti módszerrel (in-beam gamma-detektálás, aktiváció, tömegszeparátor). A mért hatáskeresztmetszetek alapján csökkenteni lehet például a nap-neutrínók számított fluxusát magfizikai eredetű bizonytalanságát, vagy pontosítani lehet az ősrobbanásban keletkezett 7 Li izotóp gyakoriságát. Továbbra is tervezzük az asztrofizikai p-folyamat kísérleti vizsgálatának folytatását. Módszereinket különböző nemzetközi együttműködésekben kiterjesztjük új technikák irányába, mint például gamma-indukált reakciók vizsgálata, befogási reakciók vizsgálata

10 inverz kinematikában tárológyűrűkben vagy az AMS technika használata hosszú felezési idejű izotópokra vezető reakciók hatáskeresztmetszetének mérésében. Továbbra is részt kívánunk venni a LUNA együttműködés munkájában. Ezzel összefüggésben tervezzük, hogy az ATOMKI gyorsítóival magasabb energián vizsgáljuk meg azoknak a reakcióknak némelyikét, amit a földalatti gyorsítóval alacsony energián vizsgáltunk. Számszerű tudománymetriai eredmények a 2. Melléklet szerint. SCI cikkek száma Impakt* SCI hivatkozások* (3) (3) (5) (4) (4) Összesen 65(19) (60.684) 236(45.672) * Az impakt faktorok, valamint az atomkis szerzők számával normált SCI hivatkozások száma körülbelüli értékek. Ráfordítások a 2. Melléklet szerint. (az alábbiak körülbelüli értékek) Az altémán dolgozók száma: 5 FTE: 22 OTKA: khuf Egyéb: khuf (ERC Starting Grant) Együttműködések: 100 utazás, 700 nap (durva becslés) Személyi kérdések: biztosított-e az utánpótlás az adott területen? igen Oktatási tevékenység (diplomamunkások, doktoranduszok, egyetemi órák tartása). PhD: 1 végzett, 2 folyamatban Szakdolgozat: 2 végzett Egyetemi órák: Fülöp Zsolt, asztrofizika kurzus.

11 5. Magadatok kompilációja A kísérleti magszerkezet-kutatás folyamatosan nagy mennyiségben "termeli" az új magszerkezet adatokat. Ezek rendszerezése és kritikai kiértékelése fontos mind az alapkutatás, mind az alkalmazások szempontjából a kutatás aktuális irányaitól függetlenül. Az altémát 2009-ben kezdtük. Kialakítottuk a műveléséhez szükséges infrastruktúrát és kapcsolatrendszert. Kiértékeltük az A=50 és az A=129 tömegszám-láncokat, és a 84 Zr adatokat. Az összegyűjtött illetve az elfogadott adatokat az ENSDF internetes adatbázisban illetve a Nuclear Data Sheets 112 (2011) számában publikáltuk. Kiemelkedő eredménynek tekinthető, hogy elértük, hogy két év alatt az ATOMKI hivatalos kiértékelő központtá vált, és a jövőben a tömegszám-láncok kiértékeléséért felelős. Terveink között szerepel továbbra is évi egy tömegszám-lánc kiértékelése. Számszerű tudománymetriai eredmények a 2. Melléklet szerint. 4. év (2009): 1 cikk, 1 hivatkozás, impakt: 1.145, 18 társszerző, nem Atomkis az első szerző. az altémán dolgozók száma: 2, FTE: 1, felhasznált összeg: 4500 EUR külföldi látogatások száma: 3x2 hét. Személyi kérdések: biztosított-e az utánpótlás az adott területen? Ez egyelőre nem aktuális. Oktatási tevékenység (diplomamunkások, doktoranduszok, egyetemi órák tartása). PhD hallgató témavezetés, PhD kurzus tartás.