Particle, Nuclear and Astrophysics Lab

Particle, Nuclear and Astrophysics Lab



Description of measurements

List of 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. Creation of scientific data acquisition systems (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.

Reaktorfizikai mérések (REF)

A mérés helye, kapcsolat: BME Nukleáris Technikai Intézet
TR épület (tanreaktor) térkép

Mérésvezetők, mérésleírások:
Késő neutron paraméterek vizsgálata (Szieberth Máté, szieberth at reak.bme.hu)
Reaktor megfutásának vizsgálata szimulátoron (Fehér Sándor, fehers at reak.bme.hu), [pdf]
Kritikussági kísérlet a reaktoron (Horváth András, horvath.andras at reak.bme.hu), [pdf]
Termikus neutronfluxus mérése (Szieberth Máté, szieberth at reak.bme.hu)
Egyéb segédanyag::
Reaktor-üzemeltetési gyakorlat: [pdf]
Üregeffektus mérése: [pdf]
Neutron-értékesség mérése: [doc], [pdf]

Rövid ismertetés: A labor során a fent felsorolt méréseket végzik el a hallgatók; minden mérés önálló egységet alkot.

Nukleáris fizikai mérések (NUF)

A mérés helye, kapcsolat: MTA Wigner FK, Részecske- és Magfizikai Intézet
13. épület, alagsor, 19a labor. Tel.: 392-2517 térkép
Sziklai János (sziklai.janos at wigner.mta.hu)

Mérésleírás: [pdf]

Rövid ismertetés: Nagyfelbontású töltött részecske spektroszkópia és és részecskeazonosítás. Megjegyzés: jelenleg csak az alfa-spektroszkópiai mérést lehet elvégezni, ami a fenti jegyzetnek az első felében van leírva. A gamma-spektroszkópiai (második) részt is hasznos elolvasni, de a laboron nem fog szerepelni.

Nukleáris elemanalitikai mérések (NEA)

A mérés helye, kapcsolat: MTA Wigner FK, Részecske- és Magfizikai Intézet
13. épület, 108-as szoba. 392-2222/1506 térkép
Szilágyi Edit (szilagyi.edit at wigner.mta.hu)

Mérésleírás, első rész: [pdf], második rész: [doc], [htm], [pdf]

Rövid ismertetés: A laboratóriumi gyakorlaton a hallgatók megismerkednek a felgyorsított ionok szórásán alapuló elemanalitikai módszerekkel. Különböző összetételű szilárd anyagokban meg kell határozni a bevitt adalékanyagok mennyiségét és mélységeloszlását. A mérésekhez néhány MeV energiájú He nyalábot fogunk használni. A héliumnál nehezebb elemeket RBS (Rutherford Backscattering: Rutherford visszaszórás), a könnyebbeket ERDA (Elastic Recoil Detection: rugalmasan meglökött atomok detektálásán alapuló) módszerrel határozzuk meg. A KFKI RMKI 5 MeV-es Van de Graaff gyorsítója mellett végzendő mérések során a hallgatók elsajátítják a minták méréshez való előkészítését, a vákuum készítését, az ionnyaláb pozícionálását és fókuszálását, a szórási spektrumok felvételét és kiértékelését.

Mössbauer-spektroszkópia (MOS)

A mérés helye, kapcsolat: MTA Wigner FK, Részecske- és Magfizikai Intézet
Nagy Dénes Lajos (nagy.denes at wigner.mta.hu), 13. épület, 12-es és 7-es szoba. Tel.: 392-2761

Mérésleírás, első rész (azonos a III. éves BSc "MOS" mérés leírásával): [doc], [htm], [pdf], második rész: [pdf].

Atomok manipulációja lézerrel (AML)

A 2017/18-os tanévben ez a mérés szünetel.

A mérés helye, kapcsolat: MTA Wigner FK, Részecske- és Magfizikai Intézet
3. épület, földszint, 64-es szoba. Tel.: 392 2222 / 3473 térkép
Ráczkevi Béla (raczkevi at rmki.kfki.hu), 3. épület, 1. emelet 106.

A lézeres hűtésről: [pdf], atomi rendszerek koherens manipulációjáról: [pdf]

Rövid ismertetés: A laboratóriumi gyakorlat keretében a rezonáns lézersugárzás atomokra gyakorolt mechanikai hatását vizsgáljuk. Rubídium atomokat csapdázunk félvezető lézerek rezonanciára hangolt sugárzásával. Megismerkedünk a rubídium atom spektrumának a szerkezetével, tanulmányozzuk a spektrumvonalak kiszélesedését atomsugáron és rubídium gőzben. A csapdázó átmenetek hullámhosszára stabilizáljuk a csapdázási folyamathoz szükséges lézereket. Megmérjük a csapda töltési idejét, meghatározzuk a csapdába fogott atomok számát, sűrűségét.

Elemanalízis gyorsított részecskék által keltett röntgensugárzással (PIX)

A mérés helye, kapcsolat: MTA Wigner FK, Részecske- és Magfizikai Intézet
13. épület, 103-es szoba ill. alagsor 19-es labor. Tel.: 392-2222 / 1778 térkép
Kovács Imre (kovacs.imre@wigner.mta.hu)

Mérésleírás: [pdf]

Rövid ismertetés: A részecskék keltette röntgenemissziós analitika (PIXE - Particle Induced X-ray Emission) széles kötben alkalmazható, nagy érzékenységu, multielemes elemanalitikai módszer. A részecskegyorsító segítségével eloállított néhány MeV energiájú ionnyalábot irányítjuk a vizsgálandó mintára, amely abban karakterisztikus röntgensugárzást kelt, és ennek detektálása alapján határozható meg a minta elemösszetétele. A PIXE módszer során a részecskegyorsítóból érkezo néhány MeV energiájú protonnyaláb segítségével igen kis mintamennyiségek ppm körüli érzékenységu elemanalízise, valamint más ionsugaras analitikai módszerekkel kombinálva a minta összetételének komplex meghatározása lehetséges. A kihozott nyalábos PIXE módszer gyakori alkalmazása mutárgyak és régészeti leletek analízise. A mérések során megismerkedünk a Van de Graaff típusú részecskegyorsító muködésével és rajta keresztül a nagyberendezések mellett végzett kísérleti munka sajátosságaival.
A laboratórium honlapja, ahol további elozetes információk szerezhetok, a pixe.rmki.kfki.hu címen található.
Irodalom a felkészüléshez:
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)

Piszkéstetői csillagászati megfigyelési gyakorlat (PTM)

A mérés helye, kapcsolat: MTA Csillagászati Kutatóintézet, Piszkéstető (térkép)

Kuli Zoltán (kuli.zoltan at csfk.mta.hu)
Odautazás: pénteken a Volánbusz-járattal Mátraszentimrére
(Bp. Stadionok 16:45 -> Csillagvizsgáló, bejárati út 18:58)

Rövid ismertetés: A mérés során a hallgatók megismerhetik a csillagászati CCD kamerával történő megfigyelések menetét, majd a kapott felvételek feldolgozásának lépéseit. A méréseket az MTA CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetének Piszkéstetői Obszervatóriumában, Magyarország legnagyobb, 1 méter főtükör-átmérőjű RCC távcsövével, az új 40 cm-es robottávcsővel, vagy a 60/90 cm-es Schmidt távcsővel végezzük. A CCD-n alapuló méréstechnika alapjaival és a műszerrel való rövid megismerkedés után - derült idő esetén - egy kiválasztott objektum fényességének, illetve az abban bekövetkező változásnak a mérését végezzük. Borult idő esetén a későbbiekben archív felvételekkel dolgozunk. A kapott felvételek kiértékelésekor a hallgatók képet kaphatnak a képalkotás során fellépő hibákról és azok korrekciójának lehetőségeiről. A képek feldolgozásához az IRAF programcsomagjait használjuk, így lehetőség van megismerkedni e szoftver használatával is. A felvételek feldolgozása után kapott adatsor rövid elemzését is elvégezzük. A mérésre való felkészüléshez mindig az adott mérésvezetőtől kell kérni irodalmat (ha itt a honlapon ez nincs megadva), aki az adott hétvégén a megfigyelési gyakorlatot tartja.
Odautazás: pénteken a Mátraszentimre felé induló Volánbusz járattal: indulás Bp. Stadion 16:45, érkezés Csillagvizsgáló, bejárati út, 18:58. Élelmiszert (felszerelt konyha van), NAGYON meleg ruhát, zseb/fejlámpát kell vinni. Internetet, ágyneműt, törölközőt, szállást ingyenesen biztosít a Csillagvizsgáló. Bolt 3 km-re van gyalog. Alkoholt bevinni a Csillagvizsgáló területére tilos.
Ajánlott irodalom:
Fűrész Gábor: CCD alapismeretek [html] (különösen az első négy rész).
Csák Balázs: Képfeldolgozás felsőfokon: az IRAF (az IRAF használatáról és az ezzel történő fotometriáról): [html] és [txt].
Az 1 méteres RCC távcső leírása: [html].
További kutatómunka, diplomamunka téma is várja az érdeklődőket extragalaktikus asztrofizikából A csillagkeletkezés és infravörös csillagászat iránt komolyabban érdeklődők kapcsolatba léphetnek a KISAG csoporttal, ahol TDK munka illetve diplomamunka lehetőségek vannak az ehhez kedvet és elkötelezettséget érzők számára. Más csillagászati témákban Könyves Veránál is lehet érdeklődni (v.konyves at astro.elte.hu).

Digitális képfeldolgozás az asztrofizikában (KFD)

A mérés helye, kapcsolat: ELTE TTK, Atomfizikai Tanszék
Északi épület 3. emelet
Frei Zsolt (frei at alcyone.elte.hu)

Rövid ismertetés: Az asztrofizikában szokásos feldolgozási módszerek megismerése, CCD képek javítása, csillagok fényességének meghatározása. A mérésleírás Frei Zsolttól vehető át, elektronikus formában csak később közöljük.

Magnetohidrodinamikai hullámok vizsgálata (MHD)

A mérés helye, kapcsolat: MTA Wigner FK, Részecske- és Magfizikai Intézet
2. épület, 124-es szoba. Tel.: 392-2222/1728 térkép
Opitz Andrea (opitz.andrea at wigner.mta.hu)

Mérés időtartama: 4 alkalommal 11-től 17 óráig.

Rövid ismertetés: Magnetohidrodinamikai hullámok vizsgálata a helioszférában a két STEREO napszonda méréseivel. Az űrplazmafizika alapjainak megismerése után betekintést nyerünk a napszél mérések rejtelmeibe, majd a nyers adatok feldolgozása után különböző napszél eseményeket keresünk és értelmezünk.

Ajánlott irodalom:

Studies of magnetohydrodynamical waves (MHD)

Place and contact: HAS Wigner RCP, Institute for Particle and Nuclear Physics.
Building 2, office 124. Phone: +36/1-392-2222 (1728). map
Andrea Opitz (opitz.andrea at wigner.mta.hu)

Duration: 4 days (11:00-17:00)

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

Tudományos adatgyűjtő rendszerek létrehozása (DAQ)

A mérés helye, kapcsolat: MTA Wigner FK, Részecske- és Magfizikai Intézet, térkép,
Kiss Tivadar (Kiss.Tivadar at wigner.mta.hu), Barnaföldi Gergely (Barnafoldi.Gergely at wigner.mta.hu)

Mérésleírás: [doc]

Rövid ismertetés:
Bevezetés több százezer csatornás részecskefizikai adatgyűjtő rendszerek FPGA áramköreinek programozásába.

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.

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