Az Atomki témajavaslatai fiatal kutatóknak 1 2014 1. Mag- és asztrofizikai kutatás 2. Atomfizikai kutatás 3. Részecskefizikai vizsgálatok 4. Elméleti fizikai vizsgálatok A témák és altémák rövid ismertetése Érdeklődni a témacímnél feltüntetett kutatónál lehet. Az e-mail címet a vezeteknev.keresztnev@atomki.mta.hu séma adja. Nukleáris asztrofizikai kutatások az Atomki új tandem gyorsítójánál Gyürky György Az Atomki kísérleti nukleáris asztrofizikai kutatócsoportja olyan magreakciókat vizsgál, melyek csillagok belsejében, az energiatermelés és az elemszintézis különböző folyamataiban játszanak szerepet. Intézetünkben hamarosan működésbe lép egy új részecskegyorsító, mely kiváló lehetőséget teremt a nukleáris asztrofizikai kutatások kiszélesítésére. A csoport jelenleg folyó kutatási munkájába való bekapcsolódáson kívül a jelölt feladata ezért első sorban az új gyorsító mellett kialakítandó asztrofizikai munkaprogramban való aktív részvétel lesz. Az atommagok neutronbőr-vastagságának vizsgálata Krasznahorkay Attila Az elmúlt években kimutattuk, hogy a (p,n) reakcióban gerjeszthető anti-analóg dipólus óriásrezonancia energiája érzékenyen függ az atommagok neutronbőr-vastagságától. A rezonancia energiájának mérésével meghatározhatjuk az atommagok neutronbőrének vastagságát. A módszerünk radioaktív nyalábokban is alkalmazható, ezért különösen nagy érdeklődésre tart számot, mivel ezen mérések segítségével a neutrongazdag maganyag állapotegyenletét is pontosíthatjuk. Elméleti megfontolások alapján ez az óriásrezonancia, gamma-sugarak kibocsátásával, nagy valószínűséggel az izobár analóg állapotra bomlik. A gerjesztési mechanizmus és a gamma-bomlás elágazási arányainak pontosabb megismerésére szisztematikus kísérleti vizsgálatokat tervezünk mind proton, mind nehézion-nyalábok segítségével (inverz kinematika, proton céltárgy). A kísérleti vizsgálatokba egy fiatal kutatót is szeretnénk bevonni. A kilépő neutronok detektálására a Debrecenben kifejlesztett European Low Energy Neutron Spectrometer-t (ELENS) fogjuk használni. 1 Gyakorlatilag minden téma több altémára bomlik, ezek rövid leírása a felsorolás alatt található meg. A jelentkezések függvényében előfordulhat, hogy egy témán belül több altémára is kerül fiatal kutató, míg más témákban nem lesz felvétel. 1
Egzotikus atommagok és magállapotok gamma-spektroszkópiai vizsgálata Kunné Sohler Dorottya (sohler.dora@atomki.mta.hu), Timár János, Dombrádi Zsolt A NUPECC legutóbbi, 2010-es ajánlása szerint a magszerkezet-kutatás a mai magfizika egyik igéretes fő ága. Ezen belül is kiemelten fontos irányok az egzotikus atommagok (erősen protonvagy neutrongazdag) szerkezetének, illetve a stabilitási sávhoz közeli atommagok egzotikus állapotainak (extrém deformáció, spin, izospin; királis, tetrahedrális szimmetria stb.) vizsgálata. Ezek a kutatások a Kísérleti Magfizikai Osztály kutatási spektrumának fontos részét képezik, és jelentős eredményeket értünk el bennük. Ezen kutatások személyi feltételeinek folytonosságát fiatal kutató bevonásával kívánjuk biztosítani. A fiatal kutató feladata részt venni a nemzetközi együttműködésben nagy-berendezésekkel végzett kísérletekben, a kísérletek eredményeinek kiértékelésében és publikálásában. Csoportunk bizonyos kísérletekhez részben saját fejlesztésű detektorrendszerrel is hozzájárul. Ennek üzemeltetésében és fejlesztésében való részvétel szintén feladata lesz a fiatal kutatónak. Magadatok mérése és számítása, kutatások ipari és orvosi célú izotópok előállításához Ditrói Ferenc Napjainkban növekvő számú gyorsítón és növekvő mennyiségben állítanak elő orvosi célú és újabban a diagnosztikai radioizotópok mellett egyre több terápiás radioizotópot. Megnőtt az ipari/biológia célú radioizotópok jelentősége is, valamint szerteágazó kutatás folyik új izotópok bevonására és új nyomjelzett vegyületek előállítására. A Ciklotronalkalmazási Osztályon belül folyó magadat adatbázis témacsoporthoz kapcsolódóan a jelölt feladata lesz egyrészt bekapcsolódás a nagy mennyiségű mérési eredmények feldolgozásába, értelmezésébe és új adatok mérésébe, másrészt a fellelhető félempírikus és elméleti alapokon nyugvó programcsomagokkal való megismerkedés és használatuk elsajátítása. Ezek segítségével a mérési eredmények értelmezésének támogatása, valamint a létező szoftverek továbbfejlesztése. Molekulák és felületi nanostruktúrák dinamikus elektronszerkezetének tanulmányozása elektronspektroszkópiai módszerekkel Ricz Sándor, Kövér László A molekulák és nanostruktúrák tulajdonságait nagymértékben befolyásolják gerjesztett állapotaik és a gerjesztett állapotok lebomlási folyamatai. Az elektronspektroszkópiai módszerek érzékeny és hatékony eszközök a molekulák és nanostruktúrák dinamikus elektronszerkezetének tanulmányozására és az elektronkorrelációs effektusok azonosítására a folyamatokban. A kiválasztott molekulák és felületi nanostruktúrák fotoionizációjának és elektronszórásának kísérleti tanulmányozására nagy energia- és szögfelbontású lágy és kemény röntgen- ill. lézerfotoelektronspektroszkópiai, valamint elektron-energiaveszteségi spektroszkópiai módszerek állnak rendelkezésre. A tervek szerint a kísérletek részben szinkrotron sugárforrásoknál történnek, illetve a távolabbi tervek szerint a Szegeden épülő új, attoszekundumos fényimpulzusokat szolgáltató forrásnál (ELI). A tervezett kutatás magába foglalja új kísérleti módszerek és eszközök fejlesztését is. 2
Felületi és határrétegek lokális elektronszerkezetének tanulmányozása elektronspektroszkópiai módszerekkel Kövér László Számos, a modern technológiák és alkalmazások szempontjából fontos új anyag tulajdonságait alapvetően az anyagok - funkcionális szempontból meghatározó - alkotó atomjai környezetében kialakult (lokális) elektronszerkezet szabja meg. Az elektronspektroszkópiai módszerek, így a röntgen-fotoelektronspektroszkópia (XPS), az Auger elektronspektroszkópia (AES) és a visszaszórt elektronok energiaveszteségi spektroszkópiája (REELS) sokoldalú információt szolgáltatnak a felületi és határrétegek esetében a lokális elektronszerkezetre. A kutatások célja 3d átmeneti fémek, ötvözeteik és oxidjaik, ill. szén nanostruktúrák lokális elektronszerkezetének felderítése, elsősorban elektronspektroszkópiai módszerek segítségével. Az eredményeknek a vizsgált rendszerek gyakorlati alkalmazásai (pl. mikroelektronika, napelemek, katalízis) szempontjából lehet jelentősége. A tervezett kutatás magába foglalja új kísérleti módszerek és eszközök fejlesztését is. Nagytöltésű plazmák, nehézion-nyalábok előállítása, vizsgálata, alkalmazása Biri Sándor Az Atomki gyorsítópark egyik tagja az elektron-ciklotronrezonanciás (ECR) ionforrás, egy Magyarországon egyedülálló nagyberendezés, mellyel változatos összetételű és ionizáltsági fokú ion-elektron plazmák és ion-nyalábok állíthatók elő. Plazmafizikai kutatásokra, atomfizikai vizsgálatokra, valamint ionok ipari/orvosi alkalmazásaira használjuk. A plazmafizikai kutatásokon belül a fő kérdés: hol és hogyan keletkeznek a nagytöltésű ionok az ECR-plazmákban. E vizsgálatok mind kísérleti úton (szondákkal, foton detektorokkal), mind számítógépes szimulációval folynak. A potenciális ipari/orvosi alkalmazások területén a kulcsszó a nehézionokkal besugárzott szilárdtest (pl. titán implantátum anyag) minták felületének és felület alatti rétegeinek nanoskálán történő módosítása, funkcionalizálása. A témára jelentkező fiatal kutató az itt felsorolt témák közül eggyel foglalkozik kiemelten, de társkutatóként részt vesz/vehet bármelyikben. Atomok és molekulák fundamentális ütközései folyamatai Gulyás László, Sarkadi László, Sulik Béla Az ion-atom és ion molekula ütközések alapfolyamatait (ionizáció, gerjesztés, töltéscsere, fragmentáció) vizsgáljuk atom- és molekulaionok ütközéseiben szabad atomokkal és molekulákkal. A plazmafizika és asztrofizika releváns folyamatainak vizsgálata azok fundamentális jelentőségén túl számos alkalmazás számára ad fontos információkat. Sugárzásállósági vizsgálatok a CERN CMS detektorának felújítási, illetve az FBG/LPG technológiák fejlesztési projektjeiben Molnár József, Szillási Zoltán Az LS1 lezárultával 2014 végén 2015 elején újraindul az LHC, mely mérési periódusa várhatóan 2018-ig fog tartani. Ekkor a detektor egy újabb hosszú leállás során olyan hardveres felkészítésen fog átesni, mely által alkalmassá válik a HL-LHC-nal a mai 100-szorosának megfelelő sugárterhelés elviselésére. Az ehhez tartozó hardveres tervezés előmunkálatai az LS1 végeztével azonnal megkezdődnek, melyben intézetünk tevékeny szerepet fog vállalni. A fiatal kutatói állást elnyerő kolléga feladata lesz a fent említett hardver fejlesztéséhez kapcsolódó, a hardver elemek 3
sugárzásállását vizsgáló debreceni tesztek tervezése, a besugárzások szimulációja, a besugárzások kivitelezésében való részvétel és az adatok analízise. Ennek a programnak a keretében sor fog kerülni az intézetünknek a CMS kísérletben való kiemelkedő részvételét jelentő hardvare alignment rendszer elemeinek besugárzás tűrési vizsgálatára is. LHC részecskeütközések szimulációja Trócsányi Zoltán A Higgs-bozon felfedezése után a legfontosabb részecskefizikai feladat az új részecske tulajdonságainak pontos meghatározása. Alapvető kérdés például, hogy mekkora a Higgs-bozon és a t-kvark csatolása, amelyre a standard modell közvetlen jóslatot nem ad. A csatolást a t-kvarkpárt és Higgs-bozon tartalmazó végállapotok kísérleti tanulmányozásával lehet meghatározni. Az ilyen mérésekhez nagy pontosságú elméleti jóslatokra van szükség mind a jel, mind a háttér folyamatairól. A projekt keretein belül proton-proton ütközések végállapotait szimuláló programot fejlesztünk, amelynek segítségével t-kvarkpárt és a standard modell vektor- és skalárbozonjait tartalmazó eseményeket lehet generálni a QCD sugárzási korrekciók figyelembe vételével. Az események közvetlenül felhasználhatók kísérleti adatkiértékeléshez. Szórásszámítás két- és háromtestrendszerekben Kruppa András Töltött részecskék szórása mind elméleti, mind numerikus szempontból igen nehéz probléma. A szórási határfeltételek pontos megadása vagy nem lehetséges, vagy numerikusan nehezen kezelhető, így minden olyan módszer, amely elkerüli a szórási határfeltételek explicit megadását, nagy jelentőséggel bír. Természetesen az aszimptotika pontos alakját ismernünk kell, szórásszámítás e nélkül nem képzelhető el. Megpróbálhatunk azonban olyan új egyenletet bevezetni, amelynél az aszimptotika már sokkal egyszerűbb, ilyen módszer a komplex skálázás. Az új megközelítést két- és háromtestrendszerek szórásának leírására akarjuk használni. Célunk olyan reakciók leírása, ahol a végállapotban három részecske van. A leírás megtehető a Faddeevegyenletek segítségével, de ennek megoldása igen nehéz. A szokásos közelítő módszerek viszont nem elég pontosak. Szimmetriák a magszerkezetben Cseh József A magszerkezet kutatásában a kezdetektől - Heisenberg és Wigner munkásságától - fogva fontos szerepet játszanak a szimmetriák. Így van ez a manapság is; több izgalmas probléma vizsgálatában kiemelkedő jelentőségük van. Például az alapvető szerkezetmodellek összefüggésének, az egzotikus alak létének, vagy az ab initio leírásnak a kérdésében. Elméleti szempontból az atommag egy kvantummechanikai soktestrendszer, aminek nem ismeretes egzakt tárgyalása. Közelítő modellekre van szükség, de azok különböző fizikai képeken alapulnak (héjmodell: törzs+nukleonok, kollektív modell: mikroszkopikus folyadékcsepp, fürtmodell: molekulaszerű szerkezet). Mi ezeknek a modelleknek a közös tartalma, és egymáshoz való pontos viszonya? Ma már kísérletileg is ismeretesek olyan magalakok, melyek egyik irányba kétszer (vagy háromszor) olyan hosszúak, mint a másik kettőben. Miért léteznek ezek, miért olyanok, amilyenek, és hogyan találhatók meg? Vannak-e még egzotikusabb stabil deformációk? 4
Az ab initio leírás minden nukleont tekintetbe vesz, és valódi kölcsönhatásokat alkalmaz, amit vagy a kísérletekből közvetlenül vonnak ki, vagy (effektív) térelméletből származtatnak. A legtöbb reményt talán a szimmetriákra alapozott törzsnélküli héjmodellhez fűzik, ami a legnagyobb modelltéren képes számolni. Ennek révén az erős kölcsönhatás alapvető elméletének (a QCD-nek) a következményei szembesíthetők a könnyű magok spektroszkópiájával. Ilyen témák vizsgálatához keressük a fiatal kutatót. Vékonyréteg-aktivációs nyomjelzés Ditrói Ferenc A radioizotópok használata az iparban és az alkalmazott tudományokban egyre inkább elterjedt napjainkban mind a radioizotópok számát, mind az előállított aktivitást illetően. A detektáló eszközök fejlődése azt is lehetővé tette, hogy egyes mérésekhez már a szabadforgalmú aktivitás alatti mennyiség használata is elegendő legyen. A feladatok: a folyó kopásvizsgálati célú kutatásokhoz kapcsolódóan a kísérleti eszköztár használatának elsajátítása és fejlesztése, a különböző feladatok optimalizálása a meglévő eszközökön, új eszközök és módszerek fejlesztése, a már használt és később bevezetésre kerülő izotópok adataink pontosítása és meghatározása, a módszer népszerűsítése előadások és tanulmányok formájában, a radioizotópos nyomjelzés felhasználási területének bővítése pl. a nano-anyagok irányába. Ionsugárzás-indukált kémiai folyamatok vizsgálata Huszánk Róbert A különböző szerves és szervetlen anyagok radiolízisvizsgálata gamma-, röntgen- vagy elektronbesugárzás révén már régóta kutatott területe a kémiának. Ugyanakkor az ionbesugárzásindukált kémiai folyamatokat alig vizsgálták, valószínűleg a részecskegyorsító berendezés szükségessége miatt. Az ion-molekula kölcsönhatás és az anyagban végbemenő kémiai változás kapcsolata emiatt még feltáratlan terület, pedig e tudás igen fontos lenne számos alkalmazási területen, mint például űrkutatás, orvosi alkalmazások, anyagtudomány vagy az ionnyaláb-terápia. A vizsgálatok fő célja megérteni az ion-molekula ütközések során végbemenő alapfolyamat jellegét, mint pl. ionizáció vagy gerjesztés. A téma keretében egyszerű monomolekuláris folyadékok (víz, szerves oldószerek), egyszerű oldatok, polimerek és egyéb szilárd anyagok besugárzása majd analízise a feladat. Ezeknél a kísérleteknél az ionbesugárzás-indukált kémiai folyamatok feltérképezése, valamint az ion-molekula ütközés során lejátszódó alapfolyamat jellegének megismerése, valamint a sugárkémiai hozamok meghatározása a fő szempont. Továbbá az ionnyaláb dózisteljesítményének hatása az elsődleges ütközési folyamatokra és a végső keletkezett termékekre szintén a vizsgálatok tárgyát képzi. Mikrofluidikai rendszerek létrehozása majd bennük kémiai reakciók vizsgálata Huszánk Róbert, Rajta István A mikroreaktorok napjaink technológiájának igen fontos eszközeivé váltak. A mikroreaktorok olyan eszközök, melyekben kémiai reakciókat vihetünk végbe tipikusan, legalább az egyik dimenziójukban 1 mm-nél kisebb mikrokörnyezetben. A leggyakoribb kivitelezési formája e reaktoroknak a mikrocsatornák, vagy mikrofluidikai eszközök. A mikroreaktorok, vagy mikrofluidikai eszközök előállítása többféle módon lehetséges, többnyire valamilyen litográfiás módszert alkalmaznak erre a célra. Az Atomkiban működő protonnyalábos mikro-litográfiás technika egy ígéretes módszer ezen eszközök elkészítésére. Ezzel a módszerrel igen kis, akár 5
néhány mikrométer átmérőjű mikrocsatornák hozhatóak létre egyszerűen. A mikroreaktorok méretének csökkentésével még tovább nő a felület-térfogat arányuk, ami az előnyös tulajdonságaikat tovább hangsúlyozza. A pályázó feladata különböző mikrofluidikai eszközök készítése, bennük különböző kémiai reakciók vizsgálata a termékek analizálása révén. Légköri aeroszol tulajdonságaink és hatásainak vizsgálata ionnyaláb-mikroanalitikai módszerekkel Kertész Zsófia Napjainkban az egyik legaktuálisabb levegőkörnyezeti probléma városokban a légköri aeroszol, vagy hétköznapi nevén a szálló por koncentrációja. Az emberi egészségre gyakorolt negatív hatásuk, valamint a Föld sugárzási egyensúlyának alakulásában játszott szerepük miatt a légköri aeroszolrészecskék tulajdonságainak pontos, kvantitatív felmérése már nemcsak a kutatók számára fontos, hanem az egyes kormányok és hatóságok számára is (lásd 2008/50 EU direktíva). A kutatás célja városi, valamint beltéri (iskolai, munkahelyi, otthoni) aeroszol jellemzése, a magas légszennyezettségi periódusok feltérképezése, a légszennyező források azonosítása, valamint az embert érő aeroszol-terhelés vizsgálata. A munka szervesen kapcsolódik az MTA Atommagkutató Intézete Ionnyaláb-alkalmazások Laboratóriumában folyó légköri aeroszol-kutatáshoz. A jelölt feladata új mintavétel-technikák bevezetése beltéri és személyi aeroszol-vizsgálatokhoz, aeroszolminták összetételének meghatározása mikroanalitikai módszerekkel, aeroszol-források feltérképezése statisztikai elemzés segítségével, valamint az aeroszol emberi egészségre gyakorolt hatásainak vizsgálata sztochasztikus tüdőmodell segítségével végzett számításokon keresztül. Mikro-skálájú (< 50 microgramm C) AMS C-14 mérések fejlesztése a MICADAS AMS gázionforrásának felhasználásával Molnár Mihály, Kertész Zsófia Az ATOMKI MICADAS típusú C-14 AMS berendezés egyik legfőbb erénye az összes más típusú AMS-el szemben, hogy a gázionforrása valóban alkalmas mikro mennyiségű környezeti minták mérésére. Ezen minták kémiai előkészítése azonban nagy kihívás, hiszen az előkészítés során bevitt esetleges szennyezéseknek ebben a dimenzióban már meghatározó szerepe lehet. Mindazonáltal ez a speciális alkalmazás megnyithatja az utat az ATOMKI-ban olyan világviszonylatban is speciális illetve újszerű alkalmazások felé, mint például jégmagokba zárt szén-dioxid elemzése; szilikátos földi kőzetek felszínén vagy meteoritokban az in-situ képződő C-14 mérése, vagy éppen az aeroszolok összetétel specifikus fosszilis terhelésének mérése. Hálózati környezetben megvalósított DSP technika alkalmazása korszerű magfizikai detektorok jeleinek feldolgozására Molnár József Az info-technikai kutatások napjainkra elért eredményei technikai értelemben forradalmi helyzetet teremtettek még olyan területen is, mint a nukleáris elektronika. Az új generációs detektorok alkalmazása mellett újra reneszánszukat élik azok a klasszikus detektorok, amelyek fölött már rég eljárt az idő. Azonban a detektorjelek digitális feldolgozásának technikai lehetősége olyan megoldásokat teremtett, amely kísérletek során a fizikai kölcsönhatás jelekben hordozott eddig fel nem tárt részleteit, finomságait is bemutatja a kutató számára. 6
A feladat egy olyan kis erőforrás-igényű, sokcsatornás adatgyűjtő rendszer (DAQ) létrehozása, amely kihasználja az Ethernet hálózat adatátviteli sebességét, lehetővé téve a nukleáris detektorok jeleinek közvetlen digitális (DSP) feldolgozását, továbbítását nagy eseményszámok mellett is. További követelmény, hogy a rendszer on-line vezérelhető, paraméterezhető, valamint az elektronikus lánc mentén kialakított inspekciós pontokon ellenőrizhető legyen a jelfeldolgozás folyamata. 7