A debreceni magfizika
seregszemléje

Bár a nagyközönség nem mindig tud róla, országunkban sűrűn követik egymást a tudományos élet fontos eseményei, amelyeknél, ahogy azt már megszokhattuk, mindig jelen van a Természet Világa is. Az elmúlt évben ünnepeltük például az atommag felfedezésének centenáriumát, vagy ha úgy tetszik, a magfizika tudományának századik születésnapját (Bencze Gyula: Rutherford és a százéves magfizika. Természet Világa. 2011. 6–7.), valamint „ott fenn a hegyen” a KFKI születésének 60. évfordulóját (Fizika emberközelben – KFKI 60. Természet Világa Különszám, 2011.). Hamarosan hatvan éve lesz annak is, hogy Szalay Sándor professzor tevékenységének köszönhetően a cívis városban, Debrecenben, 1954-ben megalakult az MTA Atommagkutató Intézete, amelynek ő volt első igazgatója.

A Természet Világa teljes májusi számát az ATOMKI-nak szentelte, egy látványos DVD-melléklettel, az Elemi álom című ismeretterjesztő filmmel kiegészítve. A szám érdekes és az átlagolvasó számára sok újdonságot tartalmazó cikkekben ismerteti az intézet tevékenységét a magfizikai alapkutatás terén, valamint a magfizika kísérleti módszereinek számos alkalmazását a tudomány több fontos szakterületén.

A szám bevezető cikkében Fülöp Zsolt igazgató és Csík Attila, az összeállítás szerkesztője a következőket emeli ki: „Amikor Rutherford az atommagot felfedezte, nem gondolhatott arra, hogy száz év múlva a modern csillagászat, régészet, orvosi diagnosztika, légkörkutatás, környezetvédelem mind az atommagfizika eredményeit fogja használni. Azt sem tudhatta, hogy Szalay Sándor, az a fiatal magyar fizikus, aki vendégként az ő cambridge-i laboratóriumában dolgozott, majd megalapítja a távoli Magyarországon, Debrecenben az Atommagkutató Intézetet, nemzetközileg ismert nevén az Atomkit. A Természet Világa mai olvasói számára sem nyilvánvaló mindez. Ezért e májusi szám főszereplői azok az atommagok, amelyek az ATOMKI laboratóriumaiban tárják fel titkaikat és sietnek más tudományágak segítségére…

Érdekes-e a fizika? A fizikusok számára ez nem kérdés; lehet, hogy nehéz problémákba ütközve a fogukat csikorgatják, de biztosan nem unatkoznak. A fizika mint tantárgy lehet ugyan sokak számára unalmas, de a fizikusok világa a nagyközönség számára is inkább csak sejtelmes és megfoghatatlan, amitől az ember jobb, ha távol tartja magát. Vagy mégsem? A Természet Világa jelen száma egy DVD-mellékletet is tartalmaz, amely humorosan, az animáció képi világát felhasználva a fizika titokzatos tudományának néhány fejezetét mutatja be egy mozgalmas, lendületes „álomban”. Filmünkben öt héliumatom és egy fullerénmolekula történetén keresztül ismerhetjük meg az ATOMKI laboratóriumait: a részecskegyorsítókat, a hideglabort és a plazmakamrát.

Az alapkutatások terén az ATOMKI kiterjedt nemzetközi kapcsolatainak köszönhetően a kutatások élvonalában tevékenykedik mind a kísérletek, mind pedig az elmélet terén. E tevékenység egyik izgalmas témája az atommagok szerkezetének vizsgálata radioaktív részecskenyalábokkal. Ezzel a kísérleti technikával a stabilitási sávtól nagyon távoli, a természetben elő nem forduló, egzotikus atommagok sajátságait is vizsgálni lehet. E témával foglalkozik Dombrádi Zsolt, Kunné Sohler Dorottya és Lépine-Szily Alinka Mágikus szigetek az atommagok térképén című cikke. A munkának az ad különleges érdekességet, hogy az egyik szerző, Szily Alinka, a braziliai São Paolo Egyetem Magfizikai Laboratóriumának igazgatója, a Természet Világa alapítójának, Szily Kálmánnak a dédunokája. Az ATOMKI kiváló nemzetközi szakmai kapcsolatainak köszönhetően született meg ez az együttműködés az azonos témában dolgozó magyar kutatókkal. Az MTA Arany János-érmével kitüntetett Szily Alinkával az olvasó már korábban megismerkedhetett a Ternészet Világa egy interjújának köszönhetően (Staar Gyula: Brazília professzorasszonya. Természet Világa. 2011. 142, 5,).

Az Atomki kutatási témái közé tartozik az ún. atomi plazma előállítása és tulajdonságainak vizsgálata, amelyet az intézet egyedülálló hazai berendezése, az elektron-ciklotronrezonanciás (ECR) típusú ionforrás (ECRIS – Electron-cyclotron resonance ion source), tesz lehetővé, amely képes nagy töltésű plazmák és abból ionnyalábok előállítására. Az e témában elért eredményekről ad áttekintést Biri Sándor és Pálinkás József Laboratóriumi plazmacsillagok című cikke.

Kiemelkedően fontos alapkutatások folynak továbbá a nukleáris asztrofizika, a magreakciók dinamikájának elméleti leírása, valamint a kvantumrendszerek szimmetriáinak vizsgálata terén.
A nukleáris asztrofizika a csillagok belsejében lejátszódó magreakciókat vizsgálja. A Napban és a hozzá hasonló csillagokban hidrogénfúziós reakciók termelik az energiát, amit a csillag kisugároz, például a Földre. Annak megértéséhez, hogyan folyik ez az energiatermelés – hogyan zajlik a hidrogénfúzió –, azokat a magreakciókat kell vizsgálni, amelyek a Nap belsejében is lejátszódnak. A Napban hidrogénből hélium képződik, de a nagyobb tömegű, forróbb csillagok belsejében további elemszintézis-reakciók is végbemehetnek, a nehezebb csillagokban az egymás után következő reakciókban az elemek a hidrogéntől egészen a vas környéki elemekig felépülhetnek. Ezek a fúziós reakciók tartják fenn a csillag energiatermelését, működését. Az ATOMKI-

ban folyó, ilyen irányú kutatásokat az Európai Kutatási Tanács támogatja.

A kvantumrendszerek szimmetriáinak fontosságával foglalkozik Lévai Géza: A Természet szimmetriái című cikke, amelyből érdemes szó szerint idézni a lényeget kiválóan megfogalmazó sorokat: „A természet jelenségeinek megismerése során a szimmetriák és az invarianciaelvek mindvégig fontos szerepet játszottak. A természetben előforduló szimmetriák sokszínűségét jól illusztrálja az a körülmény, hogy a különféle szimmetriafogalmak kidolgozói és felfedezői között fizikusok mellett szép számmal akadtak matematikusok, vegyészek és biológusok is. A fizika fejlődésével a köznapi világ tárgyairól számot adó leíró jellegű szimmetriák mellett az absztraktabb szimmetriafogalmak is teret nyertek. Ezek elengedhetetlennek bizonyultak a szubatomi világ jelenségeinek értelmezésében, ahol már nem hagyatkozhatunk a köznapi fogalmakra. Különösen fontosnak bizonyultak a természettörvények szimmetriái, amelyek kapcsolatban állnak különféle megmaradási törvényekkel, meghatározva azt, hogy egy adott folyamat lejátszódhat-e vagy sem. Megszokottá vált, hogy a fizikai elméletekbe eleve beépítenek olyan szimmetriákat és invarianciákat, amelyek megléte intuitíve elvárható. Ez nemegy esetben olyan felismerésekre vezetett, amelyek jelentősége csak később mutatkozott meg teljes valójában.“

A magfizika módszereinek alkalmazása más tudományterületeken egy sor cikkben kerül bemutatásra. Az olvasó érdeklődésének felkeltésére következzen a sokszínűséget kiválóan bemutató lista a címekből:

• A természet nanomineralizációja

• Felületi nanotechnológia. Vékonyrétegek a mindennapokban

• Írás, faragás protonnyalábbal

• A csont mikroszerkezetének és ásványi anyagainak vizsgálata

• Gyógyító veszélyes sugárzások. Egy új sugárterápiás módszer

• PET- és SPECT-vizsgálat: a radioaktív nyomjelzéssel végzett tomográfiák

• A rejtélyes baltakő

• A radiokarbon ezer arca

Külön említést érdemel egy különleges cikk, Pécskay Zoltán: Egy jéggel fedett világ rejtett kincsei – tudományos expedíció az Antarktiszon című dolgozata, amely az ATOMKI kutatóinak részvételét írja le a Lengyel Tudományos Akadémia expedíciójában, az Antarktiszon. A Magyar kutatók a K/Ar-módszer alkalmazásával végeztek méréseket a helyszínen. Ahogy a cikkből megtudható: „A K/Ar -módszer egyike a természetes radioaktivitáson alapuló földtani kormeghatározási módszereknek, amelynek alapgondolata az, hogy például a magmás tevékenységet követő lehűlési folyamatban a keletkező vulkáni kőzetekbe atmoszférikus izotópösszetételű argon épül be, majd a teljes megszilárdulás után (a rendszer bezáródása) a 40K radioaktív bomlásából keletkezett, ún. radiogén argon (40Arrad) már a kőzetben marad és idővel felhalmozódik. A lehűlés után keletkező 40Arrad az atmoszférikus eredetű 36Ar mérésével megkülönböztethető az atmoszférikus eredetű 40Ar-tól. Tehát a vizsgált földtani esemény korának (pl. tűzhányótevékenység időpontja) meghatározásához – a radioaktív bomlás törvénye ismeretében levezethető koregyenlet alapján – a vizsgált kőzetminta káliumtartalmának és 40Arradmennyiségének pontos ismerete szükséges. Jogos a következő kérdésnek a felvetése, hogy vajon minek köszönhető a K/Ar-módszer rendkívüli „népszerűsége”, világszerte elterjedt rendszeres alkalmazása? Ez egyrészt azzal magyarázható, hogy a káliumnak, mint fő kőzetalkotó elemnek a nagy gyakoriságából adódóan sokféle kőzet-, illetve ásványtípus esetében alkalmazható. Következésképpen számos földtani probléma (pl. vulkáni tufaszórás idejének meghatározása, mélységi magmás test kiemelkedésének időbeli rekonstruálása, gazdasági szempontból jelentős érctelepek kialakulásának kora, szénhidrogén-telepek kialakulásának tér/időbeli vizsgálata, ősföldrajzi problémák vizsgálata stb.) megoldható a K/Ar-kormeghatározás segítségével. Másrészt a módszer egyik legfontosabb előnye, hogy az argon izotóparányában bekövetkező gyors változás miatt már „fiatalnak” mondható, néhány százezer éves földtani események is datálhatók a módszer alkalmazásával.”

A Természet Világa szokásos diáklap mellékletében is a fizika népszerűsítésének, a tehetséggondozásnak debreceni útjairól olvashatunk, a kutató diákok munkájáról az intézetben. A Diákoldalak a tehetséges debreceni gimnazistáknak adnak lehetőséget arra, hogy munkájukról írásaikban beszámoljanak.

A Természet Világa májusi száma érdekes olvasmány mindenki számára, aki érdeklődik a modern fizika eredményei iránt alap- vagy felsőfokon, és megerősíti az olvasót abban a véleményében, hogy Debrecen polgárai nemcsak a Református Kollégiumra vagy az Arany Bika Szállóra lehetnek büszkék, hanem a nemzetközi hírű Atommagkutató Intézetükre is. Pesties humorral, a kilenclyukú híd és a szürkemarha mellett van még a „hortobágyi Los Alamosuk” is! Az intézet történetének és munkásságának ismeretében az olvasó elmerenghet, talán Szalay Sándor professzor megérdemelné, hogy róla nevezzék el az általa létrehozott, ma már világszínvonalú kutatóközpontot!

Bencze Gyula
MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont

Részecske- és Magfizikai Intézet