A cikk eredeti címe: Low-lying excited states in 46S and 47S

A stabil atommagok többsége, főleg a páros proton- és páros neutronszámú atommagok alapállapotban közel gömbszerűek, azonban az atommagok jelentős része ettől eltérő, deformált alakkal rendelkezik. Ez a deformált alak lehet megnyúlt szivar alakú, belapult diszkosz alakú vagy akár kivire emlékeztető háromtengelyűen deformált ellipszoid. Ezek az alakok a protonok és neutronok héjszerkezetétől, valamint az atommagban fellépő kollektív kölcsönhatásoktól függenek.

Egy atommag alakja nem minden esetben rögzített tulajdonság. Ugyanaz az atommag különböző alakot is felvehet egymáshoz közeli gerjesztési energiákon. Ezt a jelenséget alak-koegzisztenciának nevezzük. Ilyenkor a gömbszerű és a deformált alakokhoz tartozó szerkezetek, vagy akár különböző módon deformált alakok is versenghetnek egymással. A magalakok fejlődésének nyomon követése  fontos információt szolgáltathat az atommagok héjszerkezetéről és kollektív mozgásairól.

A neutrongazdag kénizotópok különösen alkalmasak az atommag-alakok változásának tanulmányozására. A Z=16 protonszámú kénizotóp sorban a neutronszám növekedésével jelentősen módosul a héjszerkezet, ami a gömbszerű alak gyengüléséhez és a deformált konfigurációk megjelenéséhez vezet. A páros neutronszámú izotópokon végighaladva különböző alakú rendszerekkel találkozhatunk, a neutronelhullási vonal közelében pedig alakkoegzisztencia és fokozott kollektivitás is kialakulhat.

A HUN-REN Atommagkutató Intézet munkatársai a 2000-es évek eleje óta vizsgálják a kalciumizotópok alatt elhelyezkedő, neutronban gazdag atommagok szerkezetét vezető magfizikai európai (GANIL, Franciaország) és japán (RIKEN) intézetekben radioaktív ionnyalábokon nemzetközi együttműködésekben végrehajtott kísérletek során. A legújabb, a RIKEN-i Radioaktív Izotóp Nyaláb Gyárban végzett gamma-spektroszkópiai mérésekben gyűjtött adatokat elemezve több új gamma-átmenetet rendeltek, valamint számos gerjesztett állapotot azonosítottak a neutron-elhullatási vonal közelében található 46-os és 47-es tömegszámú kén atommagban. Az állapotok energiái és kvantummechanikai tulajdonságai alapján az S-46 atommagban az alapállapoti megnyúlt szivaralak mellett háromtengelyű deformáció jelenlétére következtettek, amit modern elméleti számítások is megerősítettek.

A cikk eredeti címe: Elastic α-scattering experiments on 88Sr to constrain the α-induced reaction cross sections for weak-r-process studies

A nukleáris asztrofizika egyik célja a különböző kémiai elemek kialakulásának vizsgálata. A könnyebb tömegszámú izotópok kialakulása a csillagok életéhez, fejlődéséhez, míg a nehezebb (vas fölötti elemek) kialakulása elsősorban a csillagok életének végső szakaszához, illetve halálukhoz köthető. Ezen folyamatok vizsgálata fontos a Világegyetem működésének megértéséhez és az ismert világunk kialakulásának megmagyarázásához. Mivel a csillagok viselkedését alapvetően a bennük lezajló magfizikai reakciók irányítják, így ezek megismerése szintén alapvető fontosságú. Rugalmas α-részecske szóráskísérletekkel a releváns magreakciók leírása igen pontossá tehető, és az α-indukált reakció hatáskeresztmetszet mérések eredményei is ellenőrizhetővé válnak.

Ezen munkában egy olyan elemfejlődés szempontjából fontos reakciót vizsgáltunk, amelyre a jelenlegi mérések jelentős eltérést adnak az általánosan jól működő elméleti jóslatoktól. A kísérletünk során alfa részecskék ⁸⁸Sr magon történő rugalmas szórásának vizsgálatából, közvetett módon határoztuk meg a ⁸⁸Sr(α,n)⁹¹Zr reakció hatáskeresztmetszetét, amelyet összevetettünk az irodalomban megtalálható közvetlen mérési eredményekkel. A mi eredményeink kiválóan egyeznek az elméleti jóslatokkal, és nem sikerült reprodukálnunk az eddigi mérések során tapasztalt eltérést.

A cikk eredeti címe: Effective mercury removal from water using aromatic isocyanides as reducing agents

A higany vizekből való eltávolítása napjaink egyik legkritikusabb környezetvédelmi kihívása. Kutatócsoportunk friss eredményeként egy olyan innovatív kémiai eljárást dolgoztunk ki, amely a jelenlegi ipari standardoknál jóval fenntarthatóbb módon, toxikus melléktermékek képződése nélkül képes kivonni ezt a nehézfémet a vizes közegekből.

A higany elsősorban ipari és mezőgazdasági tevékenységek révén kerül a környezetbe. A környezeti kémia egyik legsúlyosabb problémája, hogy a természetes vizekbe jutó szervetlen higanyt a vízi mikroorganizmusok egy jóval veszélyesebb szerves vegyületté, metil-higannyá alakítják. Ez a forma könnyen beépül az élőlények létfontosságú szöveteibe, és elindul felfelé a táplálékláncon. A mikroszkopikus vízi élőlényekből a halakba, a halakból pedig a csúcsragadozókba – köztük az emberbe – jutva koncentrációja folyamatosan sokszorozódik, ami súlyos egészségügyi és környezetvédelmi kockázatot jelent.

A higany toxicitása miatt a vízben oldott mennyiségére rendkívül szigorú jogszabályi határértékek vonatkoznak. Az EU-szabályozással összhangban lévő hazai, 5/2023. (I. 12.) Korm. rendelet alapján ivóvizeinkben a higany megengedett legnagyobb koncentrációja mindössze 1 mikrogramm literenként (1 µg/L). Ez az érték tízszer szigorúbb, mint a szélesebb körben ismert arzénra vonatkozó hazai határérték.

A folyóinkra és tavainkra vonatkozó előírások még ennél is szigorúbbak. A problémát a klímaváltozással járó aszályos időjárás tovább élezi: a csökkenő vízkészletek miatt a szennyező anyagok koncentrációja helyileg megnőhet, így a toxikus hatás is felerősödik az ökoszisztémákban.

Munkánk megkezdésekor abból a problémából indultunk ki, hogy a jelenleg leginkább elterjedt ipari eljárások, pl. adszorpció, kicsapás és az ón(II)-kloriddal történő higanykivonás bár működőképesek, komoly környezetvédelmi kompromisszumot követelnek. A folyamat során ugyanis nagy mennyiségű, toxikus másodlagos hulladék: szennyezett szén vagy óniszap képződik, amelynek biztonságos elhelyezése újabb terhet ró a környezetre.

Kutatásunk során sikerült azonosítanunk egy új vegyületcsaládot, amely kiválóan alkalmazható az ipari technológiákban használt vizek higanymentesítésére. A vizsgált molekulák közül az ICAN (1-amino-5-izocianonaftalin) nevű vegyület bizonyult a legkiemelkedőbbnek. Az ICAN teljesen szelektív és sztöchiometrikus kémiai reakcióba lép a higanyvegyületekkel, elemi higany és aminvegyületek képződése közben. Munkánk során kidolgoztunk egy olyan eljárást, amellyel közel teljes mértékben el tudjuk távolítani a higanyt a vízből, gázzal, pl. levegővel való kihajtással. Kísérleteink igazolták, hogy a módszerünk már egészen kis anyagmennyiség felhasználásával is eléri a jelenleg használt ón-klorid hatékonyságát – megbízhatóan 1 µg/L alatti maradék higanyszintet produkálva – azonban a mérgező óniszap képződése nélkül.

Az általunk fejlesztett eljárás egyik legfontosabb analitikai eredménye, hogy nemcsak ipari körülmények között, hanem a komplex, nagy sótartalmú tengervízben is rendkívül hatékonynak bizonyult. Ez a robusztusság azt mutatja, hogy az új technológia a jövőben nemcsak a hazai ivóvíz- és iparivíz-kezelésben hozhat áttörést, hanem globális szinten is eszközt adhat a szakemberek kezébe a szennyezett tengeri élőhelyek kármentesítésére.

A cikk eredeti címe: Comparative micro-XRF study of objects from the Hungarian conquest period of Hajdú-Bihar County, Hungary

A honfoglalás kora érthetően különleges helyet tölt be a magyarság történetében, azonban jelentősége talán még nagyobb értékkel bír, ha Európa történelmének vonatkozásában vizsgáljuk. Az elmúlt években, a hazánkban és Európában fellelhető honfoglalás kori fémtárgyaknak megkezdődött a természettudományos vizsgálata, melynek eredményeképpen közel 300 lelet elemanalitikai eredményei jelentek meg különböző, főként magyar nyelvű közleményekben. A mi célunk az volt, hogy ezt a területet bemutassuk a nemzetközi közönségnek is. Míg a korábbi kutatások minden esetben egy sír, egy temető vagy egy lelőhely leletanyagára korlátozódtak, mi azt tűztük ki célul, hogy vizsgálatainkkal egész Hajdú-Bihar vármegyére nézve reprezentatív képet alkossunk. Ennek megfelelően különböző tárgytípusokból, valamint minden honfoglalás kori temetőtípusból választottunk leleteket az analízishez. A mikroszkópos vizsgálatokat egy Keyence VHX-6000 digitális 3D mikroszkóppal, az elemösszetétel meghatározását pedig egy Bruker M4 TORNADO típusú mikro-XRF készülékkel végeztük. Eddig a tárgyak osztályozása elsősorban a külső jellegzetességeik, illetve készítéstechnikai tulajdonságaik alapján történt, azonban mi megkíséreltük természettudományos alapokra helyezni az összehasonlítást, és elemösszetétel alapján végeztük el a csoportosítást. Habár a tárgyak nagyfokú heterogenitást mutattak egy lelőhelyen belül, és nem lehetett a honfoglalás különböző időszakaiból származó leleteket összetételük alapján egyértelműen elkülöníteni, a tárgyak funkciója és elemösszetétele korrelációt mutatott.

Az eddig megvizsgált 300 leletet ezen projekt során 47 tárgy eredményeivel egészítettük ki, mellyel egy lehetséges adatbázis alapját teremtettük meg. A jövőben az adatbázis folyamatos bővítését, valamint átfogóbb statisztikai elemzését tervezzük.

A cikk eredeti címe: An interstellar energetic and non-aqueous pathway to peptide formation

A világűr hideg, ritka, részecske- és fotonsugárzásnak kitett barátságtalan környezet. Ennek ellenére a molekuláris csillagászati módszerek fejlődésével összetett kémiai anyagok sokaságát azonosították már benne. A hideg csillagközi felhőkben, üstökösökön, bolygóközi porban vagy jégszemcséken kifagyó egyszerű molekulák az űrbéli sugárzás hatására nemcsak roncsolódnak, hanem akár bonyolultabb molekulákká is átalakulhatnak. Az űrkémia azt kutatja, hogy a világűr különleges környezetében létrejöhetnek-e az élet szempontjából fontos molekulák, és ha igen, hogyan — ez pedig az alapvető emberi kíváncsiság egyik legfontosabb kérdését érinti.

Az Atommagkutató Intézet AQUILA (ATOMKI-Queens University Ice chamber for Laboratory Astrochemistry) és ICA (Ice Chamber for Astrophysics)/Astrochemistry) berendezésein végzett kísérleti munka során különböző izotóppal jelölt, intersztelláris jéghez hasonló glicinmintákat 10 keV és 1 MeV energiájú protonnyalábokkal bombáztunk. A glicin a legegyszerűbb fehérjealkotó aminosav, amelyet korábban már meteoritokon és üstökösökön is kimutattak. A protonbesugárzás célja a kozmikus sugárzás és a napszél hatásának modellezése volt olyan körülmények között, amelyek a csillagközi felhők vagy fiatal bolygórendszerek környezetére jellemzők. A mintákat ultranagyvákuumban, 20 K hőmérsékleten sugároztuk be.

A besugárzás során Fourier-transzformációs infravörös spektroszkópiával (FTIR) folyamatosan követtük az anyag kémiai változásait, és kimutattuk többek között CO₂, CO, OCN^-, valamint H₂O és D₂O molekulák keletkezését. Az infravörös spektrumokban megjelenő amid-sávok arra utaltak, hogy a glicinmolekulák között peptidkötések alakulnak ki. A peptidek a fehérjék alapegységei, tehát közvetlenül kapcsolódnak az élő rendszerek kémiai felépítéséhez. A besugárzást követő (ex situ) nagyfelbontású tömegspektrometriás analízis végül igazolta a legegyszerűbb dipeptid, a glicil-glicin képződését.

Ez a felismerés jelentősen tágítja az élet eredetéről alkotott elképzeléseinket. Nemcsak azt mutatja meg, hogy az élethez szükséges alapvető molekulák akár már a világűrben, tisztán sugárzásos környezetben is létrejöhetnek, hanem azt is, hogy az eddigi elképzelésekre rácáfolva ezek a folyamatok nem feltétlenül igényelnek folyékony vizet vagy földszerű környezetet.

Az elvégzett munka széles nemzetközi együttműködés keretében zajlott, melynek partnerei az Atommagkutató Intézet mellett az Aarhusi Egyetem, a Queen Mary University of London, a Queen’s University Belfast és a University of Kent kutatócsoportjai voltak. A kutatás eredményeit a Nature Astronomy folyóirat közölte, ami jól mutatja a téma nemzetközi jelentőségét.

A cikk eredeti címe: Evaluation of Daughter Radionuclide Release from the ¹⁰³Pd/^103mRh In Vivo Generator for Targeted Auger Therapy

Az onkológia számára a célzott radionuklidos terápia az egyik legbiztatóbb gyógyítási módszer azáltal, hogy nagy specificitással lokalizálja a citotoxikus sugárzást a tumorszövetekben. Az eddig használt béta(β-)-emitterek és az alfa(α)-emitterek ugyan nagy hatékonyságot mutattak, de szöveti penetrációjuk mikrométertől milliméterig terjed, ami járulékos károsodást okozhat a környező egészséges szövetekben is. Új és alternatív megoldás az Auger-elektron sugárzó radioizotópok, amelyek szöveti penetrációja csupán nanométer nagyságrendű, gyakorlatilag nem okoznak sugárkárosodást a környező szövetekben, csak azokban a tumoros sejtekben, ahova célzott felhalmozódás következtében eljutottak. A β-emitter radionuklidok által felszabaduló energia jellemzően csak az egyszálú DNS-törések kiváltásához elegendő, míg mind az α-részecskék, mind az Auger-elektronok képesek kettős szálú töréseket létrehozni. A sejtek általában képesek felismerni és helyrehozni az egyszálú töréseket, de a kettős száltörések a károsodás kritikus formáját jelentik, amely gyakran apoptózishoz vagy az életképesség visszafordíthatatlan elvesztéséhez vezet. A sejtmagban a DNS-károsodáshoz hasonlóan a sejtben mitokondriumok nagy dózisú besugárzása is halálos a sejt számára, és ez a hatás csak kellően nagy lineáris energiaátadással (LET) rendelkező sugárzással érhető el. Az alfa-részecskék mutatják a legmagasabb LET-et (50–230 keV/µm), míg az Auger-elektronok egy köztes LET-tartományba esnek (4–26 keV/µm), ami jelentősen magasabb, mint a béta-részecskéké (≈0,2 keV/µm). Annak ellenére, hogy nem érik el az α-emitterek LET-értékeit, az Auger-elektron emitterek fontos előnye az α-emitter radionuklidokkal szemben a daganatterápiában a rendkívül rövid penetrációs tartományuk, ami egyedülállóan képessé teszi őket kettős szálú DNS-törések  kiváltására, miközben megkímélik a szomszédos egészséges szöveteket. Ezenkívül az α-sugárzók egyik fő hátránya a bomlási tulajdonságaikból adódik: a leány radionuklid kilökődhet a kelátképzőjéből a kibocsátott α-részecske által közvetített jelentős visszarúgási energia miatt. Ez a visszarúgás szabad radioaktív leányokat szabadít fel a keringésbe. Egy jól dokumentált példa az Aktinium-225 (²²⁵Ac), amelyben a visszarúgás által kiváltott leány radionuklidok felszabadulása kontrollálatlan besugárzást és toxicitást eredményezett a céltól eltérő szövetekben. Ez a mechanizmus, amelyet hagyományosan Szilárd-Chalmers-effektusként emlegetnek, magában foglalja mind a visszarúgás által kiváltott elmozdulást, mind a magátalakulás utáni kémiai instabilitást.

Cikkünkben azt vizsgáltuk, hogy a klasszikus Szilárd-Chalmers effektus, azaz a kémiai forma, környezet megváltozása mennyire domináns az Auger-elektron sugárzó izotópokra, konkréten a ¹⁰³Pd/^103mRh, anya-lánya izotóppár esetén mekkora veszélye van a leányizotóp szabaddá válásának, és a környező szövetekben valós sugárkárosító hatásának. Egyértelmű összefüggést találtunk az Auger-elektronok emissziója és a szabaddá váló leányelem aránya közt, amivel számolni kell az Auger-elektron sugárzó izotópok alkalmazása esetén. Ugyanakkor kísérleti adatokkal bizonyítottuk, hogy a ¹⁰³Pd esetén a korábban a szakirodalomból is mert 100%-os értékkel szemben csupán 10% a ^103mRh leányelem szabaddá válása. Ezért a ¹⁰³Pd/^103mRh, mindkettő Auger-elektron sugárzó izotóp terápiás alkalmazása sokkal kisebb sugárkárosodási kockázattal jár az egészsége szövetekre, mint korábban azt feltételeztük.