Particle, Nuclear and Astrophysics Lab

Particle, Nuclear and Astrophysics Lab



Description of the measurements

List of the measurements

  1. Study of Cherenkov-radiation (CSM)
  2. Reactor physics measurements (REF)
  3. Nuclear physics measurements (NUF)
  4. Nuclear element analytics (NEA)
  5. Mössbauer-spectroscopy (MOS)
  6. Manipulation of atoms with lasers (AML)
  7. Element analytics with X-rays produced by accelerated particles (PIX)
  8. Astronomical observational exercises at Piszkéstető (PTM)
  9. Digital image processing in astrophysics (KFD)
  10. Studies of magnetohydrodynamical waves (MHD)
  11. Detectors in particle and nuclear physics (RMD)
  12. Building data acquisition systems for scientific research (DAQ)
  13. Accelerator energy calibration with the Al(p,g)Si nuclear reaction (GYE)
  14. Studies of effects of atmospheric aerosols using ion beam microanalythical methods (AER)
  15. Accelerator operation exercises on the new Tandetron of ATOMKI (TDT)
  16. Fundamental measurements in high energy particle and nuclear physics (HEP)
  17. Detection techniques of fast neutrons (GND)
  18. Silicon tracking detectors in high energy physics (ITS)

Study of Cherenkov-radiation (CSM)

Location of the laboratory, contact: ELTE TTK, Department of Atomic Physics
Northern building P.11 (level -1.)
Gábor Veres, 3.88, tel.: 6335 (vg at ludens.elte.hu)

Description of the measurement (HU): [pdf], Exercises (HU): [pdf]

Short description: In this exercise we will study common decay products of particles created in showers initiated by cosmic rays, the muons. The muons will be detected by two scintillator rods placed above each other, requiring the coincidence of the signals arriving from them. The high-speed muons emit Cherenkov-radiation in a water tank placed between the two rods, which is registered by another very sensitive photoelectron-multiplier. The position of the rod can be changed, and the Cherenkov-angle can be measured based on the coincidence rates counted at various positions. The experimental results will be compared in detail with theoretical predictions, as well as cosmic muon fluxes measured by other experiments. The detailed assembly, adjustment, commissioning, verification and operation of the equipment, as well as writing a simple computer simulation to help interpret the data also belongs to this exercise.

Reactor physics measurements (REF)

Location of the laboratory, contact: Institute of Nuclear Techniques, Budapest University of Technology and Economics, building "TR" (educational nuclear reactor): map

Lab supervisors and descriptions of the measurements:
Determination of delayed neutron parameters (Máté Szieberth, szieberth at reak.bme.hu) [pdf EN]
Neutron activation analysis (Máté Szieberth, szieberth at reak.bme.hu), [pdf EN]
Determination of the thermal neutron flux (Máté Szieberth, szieberth at reak.bme.hu), [pdf EN]
Studies of neutron detectors (Máté Szieberth, szieberth at reak.bme.hu), [html HU]

Short description: The students will conduct the above listed measurements over the course of this exercise on four different days. Each measurement forms a separate unit.

Nuclear physics measurements (NUF)

Location of the laboratory, contact:: HAS Wigner RCP, Institute for Particle and Nuclear Physics.
Building 13, basement, laboratory 19a. Phone: +36/1-392-2517. map
János Sziklai (sziklai.janos at wigner.mta.hu)

Mérésleírás/instructions: [pdf]

Short description: High-resolution charged particle spectroscopy and particle identification. Comment: at the moment only the alpha-spectroscopy measurement is offered for students, which is described in the first half of the above textbook material. It is also useful to read the second half on gamma spectroscopy, but that measurement will not be conducted in the laboratory.

Nuclear element analytics (NEA)

Location of the laboratory, contact: HAS Wigner RCP, Institute for Particle and Nuclear Physics. Building 13, office 112. Phone: +36/1-392-2222/3962 map
Edit Szilágyi (szilagyi.edit at wigner.mta.hu)

Mérésleírás, első rész/instructions, first part: [pdf], második rész/second part: [doc], [htm], [pdf]

Short description: The students will be introduced to element analytics methods based on the scattering of accelerated ions. In solid state materials with various chemical composition one will have to determine the quantity and depth distribution of additives. We are going to use a He beam accelerated to a few MeV energy. We will identify the elements that are heavier than He with RBS method (Rutherford Backscattering), and that are lighter with ERDA method (Elastic Recoil Detection). The measurements will be conducted at the 5 MeV Van de Graaff accelerator of the Wigner RCP. During these measurements, the students will learn the preparation of samples for the measurements, the preparation of the vacuum, the positioning and focusing of the ion beam, the acquisition of scattering spectra and their evaluation.

Mössbauer spectroscopy (MOS)

Location of the laboratory, contact: HAS Wigner RCP, Institute for Particle and Nuclear Physics. Building 13, offices 12 and 7. Phone: +36/1-392-2761
Dénes Lajos Nagy (nagy.denes at wigner.mta.hu),

Mérésleírás, első rész / Instructions, first part: [doc], [htm], [pdf], második rész/second part: [pdf].

Short description: This measurement is an advanced continuation of the introductory laboratory of the Mössbauer effect within the Modern Analysis Methods Laboratory (BSc 6th semester).

Manipulation of atoms with lasers (AML)

This laboratory is not operational in 2019.

Location of the laboratory, contact: HAS Wigner RCP, Institute for Particle and Nuclear Physics.
Building 3, ground floor, office 64 and 1st floor office 106. Phone: +36/1-392-2222/3473 map
Béla Ráczkevi (raczkevi at rmki.kfki.hu)

On the cooling with lasers/A lézeres hűtésről: [pdf], On the coherent manipulation of atomic systems/atomi rendszerek koherens manipulációjáról: [pdf]

Short description: Within this laboratory exercise we are going to study the mechanical effects of resonant laser radiation on atoms. We will trap rubidium atoms using the radiation of solid state lasers adjusted resonantly. We will familiarize ourselves with the structure of the spectrum of the rubidium atom, and we will study the widening of spectral lines on the atomic radius and in rubidium vapor. We are going to stabilize the lasers needed for the trapping process on the wavelength of the trapping transitions. We will measure the fillup time of the trap, and determine the number and density of the trapped atoms.

Element analytics with X-rays produced by accelerated particles (PIX)

Location of the laboratory, contact: HAS Wigner RCP, Institute for Particle and Nuclear Physics.
Building 13, office 103 and basement, laboratory 19. Phone: +36/1-392-2222/1778 map
Imre Kovács (kovacs.imre at wigner.mta.hu)

Mérésleírás/instructions: [pdf]

Short description: The Particle-Induced X-ray Emission (PIXE) method can be applied widely, and it is a high-sensitivity, multi-element analytics method. We will direct the ion beam of few MeV, produced by the particle accelerator, on the sample to be studied, which induces a characteristic X-ray radiation in the sample. The chemical composition of the sample can be determined based on the detection of these X-rays. With the PIXE method one can analyze very small amounts of sample with a sensitivity of around ppm (parts per million) level, as well as the complex determination of the chemical composition of the sample in combination with other ion beam analytics methods. The PIXE method with external beam often finds its application in the analysis of artwork and archeological artifacts. During the laboratory we will get familiar with the operation of the Van de Graaff-type particle accelerators, and with the specifics of the experimental work conducted at large infrastructure and facilities.
The website of the laboratory, where further introductory informations can be obtained, can be found at this address.
Literature for the preparation:
1.) Modern Fizikai Laboratórium jegyzet (szerk.: Papp Elemér): Röntgen-fluoreszcencia analízis (XRF) és a Moseley-törvény
2.) Az atomenergia és magkutatás újabb eredményei sorozat, 9. kötet: Ionokkal keltett Auger-eletkronok és röntgensugárzás (szerk: Koltay Ede)

Astronomical observational exercises at Piszkéstető (PTM)

Location of the laboratory. Piszkéstető Observatory.
Contact: Gábor Veres (vg at ludens.elte.hu) at ELTE, and Krisztián Sárneczky (sarneczky.krisztian at csfk.mta.hu) at Piszkéstető
Date: weekends in April and May. Dates to be announced later.
Travel: the groups should take the regular bus from Stadionok (Budapest) on Friday at 14:45, and arrive at Piszkéstető at 18:55. On their way back, they should start on Sunday at 15:11 from Piszkéstető and arrive at Budapest at 17:25. These are direct buses, no need to change. The bus tickets have to be paid by the students.
Accommodation: housing will be offered at Piszkéstető in the Observatory for the students free of charge.
Meals: Everyone should bring sufficient food for the weekend with them. The Observatory is in a fairly remote place with no restaurants or shops close by. We cannot contribute to the cost of the meals.
Program: TBA later
Equipment: Please bring your own laptops, preferably running Linux. For the observation at night in the observation dome without heating we strongly recommend to bring very warm clothes, winter coat, and so on, even if the daytime temperature is warm.
Ajánlott irodalom/recommended literature:
Az 1 méteres RCC távcső leírása: [html].

Digital image processing in astrophysics (KFD)

Location of the laboratory, contact: Eövtös Loránd University, Institute of Physics, Department of Atomic Physics
Northern building, 3rd floor, office 3.86
Zsolt Frei (frei at alcyone.elte.hu)

Short description: We will familiarize ourselves with the image processing methods commonly used in astrophysics, the improvement of CCD pictures, the determination of the luminosity of stars. Detailed instructions can be obtained from Zsolt Frei before the laboratory exercise starts.

Studies of magnetohydrodynamical waves (MHD)

Location of the laboratory and contact: HAS Wigner RCP, Institute for Particle and Nuclear Physics.
Building 2, office 124. Phone: +36/1-392-2222 (1728). map
Zoltán Németh (nemeth.zoltan at wigner.mta.hu), Anikó Timár (timar.aniko at wigner.mta.hu)

Short description: Study of magnetohydrodynamical waves in the heliosphere based on observations from the twin STEREO solar probe. After the introduction into Basic Space Plasma Physics, we learn the background of solar wind measurements. Then we process raw observational data, where we search and interpret solar events.

Literature:

Részecske- és magfizikai detektorok (RMD)

A mérés helye, kapcsolat: ELTE és MTA Wigner FK, Részecske- és Magfizikai Intézet, térkép, Varga Dezső, Hamar Gergő (Dezso.Varga at cern.ch)

Rövid ismertetés:
- szcintillátorok idozítése, béta elektronokra való triggerelés (nagyfeszültség- illetve diszkriminációs szint beállítás), trigger-hatásfok mérése
- gáztöltésu detektor jelének vizsgálata béta elektronokkal; idozítés, hatásfok
- helyfelbontás mérése, két dimenziós kiolvasás alapján beütések eloszlásának rekonstruálása

Building data acquisition systems for scientific research (DAQ)

Place and contact: HAS Wigner RCP, Institute for Particle and Nuclear Physics. Building 2, office 006. Phone: +36/1-392-2222 (1834). map,
Kiss Tivadar (Kiss.Tivadar at wigner.mta.hu), Barnaföldi Gergely (Barnafoldi.Gergely at wigner.mta.hu)

Mérésleírás: [doc]

További anyagok: [ppt] ,[ppt]

Short description:
We introduce the student to the building and programming of a FPGA-based data acquisition system for high-energy particle detectors, which is able to handle hundred thousand or even more high-speed data channels. This lab is primarily recommended to students interested in digital electronics and programming.

Gyorsító energiahitelesítés Al(p,g)Si magreakcióval (GYE)

A mérés helye, kapcsolat: ATOMKI, Debrecen, VdG-5 gyorsító
honlap,
Gyürki György (gyurky at atomki.hu)

Mérésleírás: [pdf]

Rövid ismertetés: A címben szereplo reakcióban keletkezo 1780 keV-es gamma vonal intenzitása rezonanciát mutat a 992 keV-es proton energiánál. Mivel a protonok a vastag alumínium targetben lassulnak, így a küszöb energiánál nagyobb energiájú protonok biztosan kiváltják ezt a rezonanciát valamilyen mélységben. Ezért a gamma hozam a proton energia függvényében lépcso függvény alakú lesz. Ez a reakció így alkalmas a gyorsító energia kalibrációjára ezen a ponton. (Egy napos mérés.) Ha vákuumpárologtatással elég vékony targetet készítünk, akkor a proton energia függvényében kapott gamma hozam Gauss alakú csúcsot mutat, így is elvégezheto a kalibráció (két napos mérés: mintakészítés, besugárzás). Mindkét esetben az energia lépéseket felfelé és lefelé is elvégezhetjük, ezzel kimérhetjük az analizáló mágnes hiszterézisét. A vékony targeten való mérés jobb, mint a vastag targeten, mert vannak kisebb küszöbenergiás rezonanciák is. Így vastag target esetén az 1780 keV-es csúcs hozama nem nulláról indul, de így is láthatunk egy lépcsofüggvényt. Vékony targeten a gamma hozam gauss csúcsa nulla háttéren ül. A mérés a debreceni VdG-5 vagy Tandetron gyorsítóknál történik.

Légköri aeroszol tulajdonságaink és hatásainak vizsgálata ionnyaláb-mikroanalitikai módszerekkel (AER)

A mérés helye, kapcsolat: ATOMKI, Debrecen, VdG-5 gyorsító,
honlap,
Kertész Zsófia (zsofi at atomki.hu)

Mérésleírás: [pdf]

Rövid ismertetés: Napjainkban az egyik legaktuálisabb levegokörnyezeti 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 aeroszol-részecskék 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 aeroszol jellemzése, a magas légszennyezettségi periódusok feltérképezése, valamint az embert éro aeroszolterhelés vizsgálata. A munka szervesen kapcsolódik az MTA Atommagkutató Intézetének Ionnyaláb-alkalmazások Laboratóriumában folyó légköri aeroszolkutatáshoz. A gyakorlat 2-3 napot vesz igénybe (tömbösítünk), a feladatok: mintavétel, aeroszolminták összetételének meghatározása ionnyaláb-analitikai módszerekkel, aeroszolforrások feltérképezése statisztikai elemzés segítségével. A mérés a debreceni VdG-5 gyorsítónál történik.

Gyorsitó üzemeltetési gyakorlat az Atomki új Tandetronján (TDT)

A mérés helye, kapcsolat: ATOMKI, Debrecen, Tandetron gyorsító,
Tandetron honlap,
Rajta István (rajta at atomki.hu)

Mérésleírás: [pdf]

Rövid ismertetés: Az Atomki új Tandetron gyorsítóját 2014 májusában üzemeltük be, míg a hozzá kapcsolódó duoplazmatron ionforrást 2015 januárjában. Így a hallgatóknak lehetőségük nyílik kipróbálni Magyarország legújabb, legmodernebb részecskegyorsítóján, azon gyakorlatot végezni. A gyorsító üzemeltetése teljes mértékben számítógép vezérelt. A legfontosabb paraméterek: minimális terminálfeszültség 80 kV, maximális terminálfeszültség 2200 kV, stabilitás < 200 V, proton áram > 20 uA. A komplex Tandetron Laboratórium a későbbiekben további lehetőségekkel fog bővülni, de már most is használható, ezért mindenképpen ajánlott az ismerkedés. A gyakorlat két napos, de különböző napokon több csoportot is tudunk fogadni (előzetes egyeztetés szükséges).

Measurements in High Energy Physics (HEP)

Location, contact: Eötvös University, Department of Atomic Physics & Wigner Research Center for Physics
Máté Csanád (csanad at elte.hu) és Róbert Vértesi (vertesi.robert at wigner.mta.hu)

Measurement description: [pdf], simulation software and data usage help: [html]
The Υ measurement description: [pdf]
Further reading: [pdf], [pdf]

Short description: The main goal of high energy nuclear or heavy ion physics is to understand the strong interaction better, and to investigate the properties of the strongly interacting quark gluon plasma (sQGP) that filled the early uninverse in the first few microseconds after the big bang. In order to do so ultrarelativistic particles or nucleii are collided. We then investigate the distributions the particles created in these collision, via the freeze-out of the sQGP, few fm/c after the collision. From these distributions, we may infer the properties and time evolution of the sQGP. Goal of present measurement is to understand some of the basic measurements of high energy physics, based on simulations and simplified real data. This measurement requires the knowledge of c++, and ROOT knowledge is a plus (but this can be learned on the way). All the software can be run on the standard operating systems (windows 10, ubuntu, macOS/OS X) via a unix terminal.

Gyors neutronok detektálási technikái (GND)

A mérés helye, kapcsolat: ELTE TTK, Atomfizikai Tanszék
Horváth Ákos (akos at ludens.elte.hu)

Rövid ismertetés: A magfizikai laboratóriumokban használt neutrondetektor-rendszerek működési elveit egy azonos elven működő neutrondetektor vizsgálatával mutatja be a mérés, melynek során Kalifonium-neutronforrásból származó neutronokat lehet detektálni folyadékszcintillációs technikával. Első feladat a detektor jelalakvizsgálata digitalizálás segítségével, melynek segítségével a neutronokat meg kell különböztetni a gamma-fotonoktól. Ehhez a jelalak ismert függvénnyel történő illesztése ad segítséget. A második feladat a neutrondetektálás hatásfokának vizsgálata, amit szimulációs szoftverek futtatásával teszünk elméletileg is megalapozottá.
A méréshez elolvasandó cikkek: [pdf], [pdf], [pdf], [pdf], [pdf], [pdf]

Detection techniques of fast neutrons (GND)

Location, contact: ELTE TTK, Department of Atomic Physics
Ákos Horváth (akos at ludens.elte.hu)

Short description: The investigation of a neutron detector during this lab will demonstrate the operating principles of large neutron detector systems used in nuclear physics laboratories worldwide. Here we detect neutrons originating from a californium source using liquid scintillation technique. The first issue is to investigate pulse shape discrimination properties of the detector after digitalization of the signal, which enable us to discriminate neutrons from gamma rays. The fit of the pulse shape to a known function (from the literature) will be used. The second issue is the investigation of the efficiency of the neutron detection. We will run neutrondetector simulation softwares the establish our results by theoretical framework, as well.
Literature: [pdf], [pdf], [pdf], [pdf], [pdf], [pdf]

Nyomkövető szilícium detektorok a nagyenergiás fizikában (ITS)

A mérés helye, kapcsolat: MTA Wigner FK
Varga-Kőfaragó Mónika (varga-kofarago.monika at wigner.mta.hu)

Rövid ismertetés: Az ősrobbanás utáni töredék másodpercben a világegyetem az úgy nevezett kvark-gluon plazma formájában volt jelen, amit ma a Nagy Hadronütköztető (CERN LHC) ólom-ólom ütközései során lehet előállítani. A kvark-gluon plazma egy erősen kölcsönható folyadék, amiben a kvarkok hadronokba nem zárt állapotban vannak jelen, és tanulmányozásával az erős kölcsönhatás vizsgálható. Az ALICE kísérlet az ólom-ólom ütközések tanulmányozására szakosodott, és egyike az LHC négy nagy kísérletének. A jövőben az ALICE kísérlet olyan méréseket tervez, amikhez nagyon gyors és pontos nyomkövető detektorokra van szüksége, ami miatt 2019 és 2020 között több nagy fejlesztést fognak végezni. Többek között le fogják cserélni az ALICE legbelső szilícium detektorát (ITS - Inner Tracking System), ami lehetővé teszi az ütközés helyének pontos meghatározását és a keletkező részecskék pályájának pontos követését. Az új detektort úgy nevezett Monolitikus Aktív Pixel Szenzorokkal (MAPS) fogják felszerelni, amikből azonban nem létezett olyan, ami az új detektor összes követelményét kielégítené. Emiatt az ALICE kísérlet az elmúlt években kifejlesztett egy új detektort, az ALPIDE-ot (ALICE PIxel Detector), ami ma a legfejlettebb MAPS típusú detektorok közé tartozik. A mérés során a hallgatók a MAPS típusú szilícium szenzorokkal ismerkedhetnek meg az ALPIDE-dal végzett kísérleteken keresztül.



Particle, Nuclear and Astrophysics Lab