Tellúr nanoszálak nedves-kémiai szintézisének sebességét vizsgáltuk inert makromolekulák zsúfolt környezetében. Ennek a zsúfoltságnak a katalizáló hatását szervetlen kristályok növesztése esetében elsőként figyeltük meg.

Köztudott, hogy a makromolekuláris zsúfoltság az élet normál működésének egyik elengedhetelen feltétele, amely a szerves makromolekulák fiziologógiai folyamatait nemspecifikus módon szabályozza. Miközben olyan biokémiai folyamatokat, mint a fehérjeszintézis vagy enzimatikus reakciók, kísérletileg és elméletileg is alaposan vizsgáltak zsúfolt környezetben, szervetlen molekulák szintetikus folyamatait gyakorlatilag senki sem vizsgálta. Ilyen rendszerekben a fáziátalakulások és fázisstabilitás ismeretének jelentősége kompozit nanoszerkezetek élő szervezetben történő alkalmazásaiban rejlik, melyek során a zsúfolt környezet jelentősen módosíthatja tervezett feladatukat.

Tanulmányunkban ultravékony (5-7 nm átmérőjű) tellúr nanoszálakat állítottunk elő. A szintézist hidrotermális körülmények között 105 ^oC-on végeztük nátrium tellurit (Na₂TeO₃) prekurzor, hidrazin (N2H4) redukálószer, valamit polivinilpirrolidon (PVP) vizes oldatában. A kémiailag inert PVP stabilizáló és zsúfoló adalékanyagként vett részt a folyamatban, melynek koncentrációját híg és zsúfolt tartományok között szisztematikusan változtattuk.

A nanoszálak morfológiai fejlődését és szálirányú növekedését a kristály excitonikus gerjesztésével optikailag követtük nyomon az UV-Vis spektrumban, kihasználva a tényt, hogy a kristálynövekedési sebesség és az abszorbancia változási sebessége között egyértelmű a kapcsolat egydimenziós nanoszerkezetek szintézise esetében.  

A megfigyelt katalitikus hatást elsősorban a zsúfolt tér szerkezeti elrendeződésével kapcsolatos entropikus erők megjelenésével magyaráztuk.
Korábbi szimulációs vizsgálatok arra utalnak, hogy zsúfolt, kompartmentalizált térben értelmezhető a reakciósebesség növekedése ha a folyamatok termodinamikai kontrol alatt maradnak a zsúfoltság miatt gátolt kinematika ellenére.

A platinának 6 természetes izotópja van, melyek közül a ¹⁹⁰Pt gyakorisága a legkisebb, 0,014%. Ez az izotóp nem stabil, α-bomlással ¹⁸⁶Os keletkezik belőle.

A ¹⁹⁰Pt/¹⁸⁶Os rendszert széles körben alkalmazzák kormeghatározásra a geo- és kozmokémiában. Mivel a platina az olvadékban szeparálódhat az ozmiumtól, ezen izotópok fontosak a földköpeny differenciálódási folyamatainak megértésében. A ¹⁹⁰Pt izotóp felezési idejét az 1960-as évektől kezdődően több kutatócsoport is meghatározta. Mivel ez az izotóp kis koncentrációban fordul elő és felezési ideje hosszú, az eredmények jelentős szóródást mutattak (2x10¹¹ és 12x10¹¹ év között). A kormeghatározásokhoz ajánlott felezési idő 6,5(3)x10¹¹ év, de az adatok jelentős szórása miatt fontosnak tartottuk a felezési idő új meghatározását. A mérésekhez Kai Zuber és munkatársai alacsony hátterű kettős rácsos Frisch-féle ionizációs kamrát építettek. A háttérméréseknél 1 és 3,5 MeV tartományban 30,8 nap alatt 22 beütést számláltak. Természetes eredetű, nagy tisztaságú platinát párologtattak szilícium lapokra, a Pt réteg vastagsága 400 nm körüli volt. A mérés ideje 75,9 nap volt.

A mi feladatunk a mérésekhez használt platina izotóp arányának meghatározása volt. Ehhez lézer ablációs induktív csatolású tömegspektrometriás módszert (LA-ICP-MS) dolgoztunk ki. NWR-213 lézer ablációs berendezést és Agilent 8800 ICP-MS készüléket használtunk. Meghatároztuk a különböző gyártóktól beszerzett Pt minták nyomszennyezőit, és kiválasztottuk a mérésekhez optimális alapanyagot. Mivel a ¹⁹⁰Os az ozmium leggyakoribb izotópja, meg kellett határoznunk a mintákban nyomokban előforduló ozmium mennyiségét is, hogy a korrekciós számításokat el tudjuk végezni. A zavarás kiküszöböléséhez a ¹⁸⁸Os és ¹⁸⁹Os izotópokat is mértük. Ezen kívül az iridium, valamint a higany zavaró hatását is ki kellett zárnunk. A módszert ismert Pt izotóp arányú standard (IRMM-18) mérésével validáltuk.

A korábbi felezési idő meghatározásoknál a platina természetes izotóparányából becsülték a ¹⁹⁰Pt mennyiségét. Mérési eredményeink alapján a felhaszált platinában a ¹⁹⁰Pt aránya kis mértékben, de eltért az átlagtól, így a felezési idő meghatározásánál figyelembe kellett venni.

A ¹⁹⁰Pt felezési ideje T_1⁄2 = (4,97 ± 0,16) x 10¹¹ évnek adódott. Ez az eredmény jó egyezést mutatott a geológiai módszerekkel meghatározott korábbi értékekkel.

A csillagok energiatermelésének legfontosabb folyamata a hidrogénfúzió, mely során hidrogénből hélium keletkezik. Míg a Napunk esetén ez leginkább az úgynevezett pp-láncok reakcióin keresztül megy végbe, addig nagyobb tömegű csillagokban nehezebb elemek részvételével zajló folyamatok, például a CNO ciklusok válnak jelentőssé. A 17-es tömegszámú oxigén izotóp protonbefogási reakciója a 3. CNO ciklus kiinduló reakciója, ami így több különböző asztrofizikai folyamatban (például vörös óriás csillagok, Nóva robbanások) kulcsfontosságú. A reakció hatáskeresztmetszetének pontos ismerete szükséges ezen asztrofizikai folyamatok megértéséhez.

A 17O(p,γ)18F reakcióra vonatkozó kísérleti adatok pontosítása érdekében egy olyan kísérleti módszerrel tanulmányoztuk a reakciót, melyet korábban nem alkalmaztak az általunk vizsgált széles energiatartományban. Az Atomki új Tandetron gyorsítóján futó első tudományos projekt keretében a reakció hatáskeresztmetszetét a 18F végmag radioaktív bomlásának mérésen alapuló aktivációs technikával mértük meg. Az aktivációs technikával meghatározott teljes hatáskeresztmetszet nincs kitéve néhány olyan potenciális hibaforrásnak, melyek a korábbi, más technikával végzett méréseket sújtják. Így nagy pontosságú, a korábbi mérésektől független adatokat tudtunk szolgáltatni, melyeket az R-mártix módszer felhasználásával is elemeztünk. Eredményeink hozzájárulnak a reakciót leíró elméleti modellek finomításához, s így az asztrofizikai folyamatok jobb megértéséhez.

Az MTA-Atomki Nukleáris Asztrofizika csoportjának megalakulása óta talán a legfontosabb kutatási területe a stabilitási sáv protongazdag oldalán elhelyezkedő stabil magokat - az úgynevezett p-magokat - létrehozó folyamatok kísérleti vizsgálata. Az elmúlt évtizedek intenzív kísérleti és elméleti erőfeszítései ellenére jelentős eltérések mutatkoznak a kísérletileg mért és a hálózatszámításokból származó izotópgyakoriságok tekintetében. Különösen igaz ez a megállapítás az A≈150 körüli tömegszámtartományra, ahol a szimulációk alapján többek között a 124Xe(α,γ)128Ba reakció hatáskeresztmetszetének - a reakció bekövetkezési valószínűségének - nem pontos ismerete járulhat hozzá az eltérés magyarázatához. Kísérleti adatok hiányában a hálózatszámítás bemenő paramétereit statisztikus modellek szolgáltatják, mely adatok megerősítése, illetve pontosítása döntő fontosságú a folyamat leírása érdekében.

Megalakulása óta a csoport számos izotópon hajtott végre mérést és publikálta a kísérletileg meghatározott reakció-hatáskeresztmetszeteket, azonban a magok – és így az azokat létrehozó reakciók - egy részének vizsgálata technikai akadályokba ütközik: A gyakorlatban használt aktivációs módszer első lépése egy szilárd céltárgy elkészítése, mely a mérni kívánt izotópot a lehető legtisztább formában tartalmazza, és amely később a besugárzás és az off-line mérés alanyául szolgál. Azonban a p-magok között akadnak gáz halmazállapotúak - nemesgázok -, melyek esetében már a szilárd target készítése sem valósítható meg. Ezen magok mérésére speciális gáztarget kifejlesztése vált szükségessé, melynek technikai leírását, illetve az első, p-magon végzett mérés eredményét mutatja be a cikk.

A kísérleti eredményeket összehasonlítva az asztrofizikai modellekben használt számítások eredményeivel látható, hogy ezek egyrészt illeszkednek abba a tendenciába, miszerint az elméleti modellek túlbecsülik a reakció-hatáskeresztmetszeteket; másrészt a 124Xe esetében ez az eltérés nagyobb a szokásosnál, mely cáfolja a szimulációk azon eredményét, mely szerint a 124Xe(α,γ)128Ba reakció kulcsszerepet játszik a kérdéses tömegszámtartományban.

A töltött részecskék és molekulák ütközései nagyon összetett folyamatok, ám a sugárterápiás alkalmazásokban betöltött szerepük miatt intenzív kutatásuk nélkülözhetetlen. Az ütközések kimeneti csatornáiban nemcsak elektronok, hanem nehéz töredékek: molekulagyökök, atomok és ionok is megjelennek. Kisebb mennyiségben negatív töltésű ionok is keletkeznek. Az anionok a fizika és kémia sok területén játszanak nagyon fontos szerepet, például kísérleti fúziós reaktorok betáplálásában, illetve üstökösök és bolygók légkörének kémiai folyamatiban.

Az ehhez hasonló összetett, mikroszkopikus, atomi és részecskefizikai folyamatok leírására újabban előtérbe kerültek statisztikai vagy termodinamikai leírást alkalmazó modellek, melyek lehetővé teszik a bonyolult rendszerek viszonylag egyszerű, numerikus számításokkal kivitelezhető leírását. A cikkben bemutatott, újonnan kifejlesztett termodinamikus modell olyan folyamatokat ír le, amelyek ionok vagy molekulaionok atomokkal vagy molekulákkal történő ütközéseiben játszódnak le. A számítás célja ütközésből kilépő ionok és elektronok mennyiségének illetve energia- és szögeloszlásának meghatározása, amelyet kísérleti adatokkal vetünk össze. A modell újszerűsége abban áll, hogy az elektronoknak tulajdonít hőmérsékletet, ellentétben szokásos képpel, amikor az atomok molekulák rendezetlen mozgását írjuk le hőmérsékleti eloszlással. Az ütközési folyamat rövid időtartamú, így csak a gyors mozgású elektronok termalizációjára van elég idő, amit az ütközési rendszer adiabatikus felmelegedése okoz az összenyomódás következtében. A nehéz atomi centrumok mozgását klasszikus mozgásegyenletekkel lehet leírni. A lövedék ion és a céltárgymolekula együtt az ütközés időtartamára egy kvázimolekulát alkot, amelynek különböző elektronikus állapotait valósítják meg a hozzájuk tartozó elektronok. Ezek betöltöttségi szintjét a hőmérsékleti modell értelmében a Boltzmann faktor határozza meg, ami csak az energiától és a hőmérséklettől függ. A szabad elektronállapotok betöltése az elektronemissziót írja le, a kötött állapotokból a különböző ionok képződhetnek, ahogy az atomi centrumok a folyamat során szétválnak. Nagy előnye a modellnek, hogy negatív ionok keletkezését is jól leírja, ami más módszerekkel nagy nehézségekbe ütközik. Az első kiszámított ütközés az OH+ + Ar rendszer volt 7 keV ütközési energián, ahol kísérletileg jelentős negatív hidrogén ion emissziót figyeltek meg. A modell mind a megfigyelt H- és H+ ionok szögeloszlását jól visszaadja valamint a kibocsátott elektronok energia- és szögeloszlásában is jól egyezik a kísérletekkel. Több más ütközési rendszeren is jó egyezés, ami mutatja, hogy a jövőben a modell alkalmazható, például, a nagy negatív ion hozamú ütközési rendszerek megtalálásához.

Összefonódott kvantumállapotok lokális rejtett paraméteres (LHV) és lokális rejtett állapottal (LHS) leírható modelljeinek megalkotása egy izgalmas feladat, amelynek mind a kvantumelmélet alapjaira, mind pedig a kvantuminformáció elméletére is hatása van. Ebben a cikkben bármely összefont állapot esetén, végtelen számú mérés mellett működő módszert dolgoztunk ki LHV és LHS modellek megalkotására. Ezen állapotok halmazainak egymáshoz való viszonyát szemlélteti a sematikus ábra. A módszer egyre hatékonyabb tesztek sorozatából áll, amely végtelen határértékben az LHV illetve az LHS modellekkel leírható kvantumállapotok halmazát adja vissza. A módszer gyakorlati alkalmazhatóságát számos példán illusztráltuk.