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.

A cikk eredeti címe: Negative-parity high-spin structure of Pd 105

Az atommagok alakja nem csak gömbszerű lehet, hanem deformálódhatnak is. A deformált alakokhoz különböző különleges mozgásformák kapcsolódnak. Az általunk vizsgált 105-ös tömegszámú Pd atommag háromtengelyűen deformált ellipszoid alakkal rendelkezik. Az ilyen deformációjú atommagokban a királis és az imbolygó forgások megjelenését várjuk.

A királis geometriában a forgó háromtengelyűen deformált alakú atommag teljes impulzusmomentum vektora a három fősíkon kívül helyezkedik el, ami egy, azonos paritású és közel azonos energiájú állapotokkal rendelkező sávpárt eredményez. Ezt királis sávpárnak nevezzük. Habár az A∼100-as tömegszám-tartományban már több atommagban is sikeresen kimutatták a kiralitás jelenségét, azonban páratlan neutron számú atommagok esetében még nem. Ezért célul tűztük ki a páratlan neutronszámú 105-ös Pd atommag forgási sávjainak minél tejesebb feltérképezését.

Az imbolygó forgó mozgás esetén a legnagyobb tehetetlenségi nyomatékkal rendelkező főtengely körül történik egy gyors forgás, miközben az ehhez tartozó forgástengely lassan körbefordul a térben rögzített perdületvektor körül. Ezt a mozgástípust n=1,2,… vibrációs kvantumszámokkal jellemzett E2 átmenetekből álló forgási sávok sorozata, valamint az egymást követő sávok közötti átmenetek nagy B(E2) értékei jellemzik. Az elmúlt évtizedben számos lehetséges imbolygó forgási sávot figyeltek meg. Azonban az A∼100 tömegszámtartományban ez idáig csak a 105-ös Pd atommagban sikerült azonosítani az n=1 kvantumszámnak megfelelő imbolygó forgási sávot. Ezért munkánkban az n=2 imbolygó forgási sávot is kerestük.

A 105-ös Pd atommag nagy spinű, negatív paritású forgási sávjait a ⁹⁶Zr(¹³C,4n) reakció segítségével vizsgáltuk az EUROBALL IV gamma-spektrométer és a DIAMANT töltöttrészecske detektorrendszer alkalmazásával. A korábban közölt sávok kiterjesztésén túl további új sávokat is azonosítottunk. Összesen hat negatív paritású, E2 sávot és egy erősen csatolt sávot rendeltünk a 105-ös Pd atommaghoz. Elméleti számítások segítségével meghatároztuk a forgási sávok belső szerkezetét: kvázirészecske konfigurációkat rendeltünk két újonnan megfigyelt, E2 sávhoz és az erősen csatolt, királisnak jelölt sávhoz. Ez utóbbi, a hozzá rendelt konfiguráció alapján nem mutat királis jelleget, ami jól egyezik azzal, hogy ebben a kísérletben másik erősen csatolt lehetséges királis partner sávot nem figyeltünk meg. Bár az n=2 imbolygó forgási sáv-jelölthöz nem lehetett egyértelmű konfigurációt meghatározni, az energiaszintjeinek bomlási mintázata inkább gamma-vibrációs jellegre utal.

A cikk eredeti címe: AMS-validated high-precision radiocarbon analysis of 14C-enriched environmental samples by laser spectroscopy

Jelenleg a radiokarbon (¹⁴C) mennyiségének és arányának mérésére egy adott mintában a gyorsítós tömegspektrometria (AMS) a legelterjedtebb módszer. Áteresztőképességének, pontosságának, kis mintaigényének és számos egyéb előnyének köszönhetően alkalmazása széles körben elterjedt, ám ezen műszerek üzemeltetése a mai napig komplex feladat; méretük és energiaigényük pedig jóval meghaladja a korábbi gázproporcionális számlálók (GPC) és folyadékszcintillációs számlálók (LSC) jellemzőit.

A közelmúltban kifejlesztett lézerspektroszkópiai módszerek – mint a SCAR ¹⁴C  lézerspektroszkóp is – az említett technikák előnyeit ötvözik. Ezek a műszerek az AMS-hez hasonló pontosságra képesek, mintaigényük sem jelentősen nagyobb, miközben fizikai méretük egy LSC-berendezéséhez mérhető. A módszer újszerűsége miatt annak teljesítőképességét tesztelni és validálni szükséges, amelyre a legalkalmasabb út az AMS-módszerrel való összehasonlítás. Korábbi, műanyagmintákon – tehát alacsonyabb ¹⁴C/¹²C arány-tartományban – végzett méréseinkkel már igazoltuk a SCAR módszer létjogosultságát. Jelen tanulmányunkban azt vizsgáltuk, hogy az enyhén ¹⁴C-ben dúsult, a nukleáris környezeti monitoring szempontjából kiemelt jelentőségű tartományban is képes-e a műszer megbízható eredményeket produkálni. Eredményeink azt mutatják, hogy a SCAR megfelelő alternatíva lehet a nukleáris környezeti ¹⁴C-monitoring területén az AMS kiváltására, mivel a két mérési módszer között nem volt tapasztalható szignifikáns eltérés. Tanulmányunk az első, amelyben a SCAR-mérést stabilizotóp-arányméréssel és ¹³C-frakcionáció-korrekcióval egészítettük ki, ami tovább növelte az eredmények pontosságát és egyezőségét. Az adatok újszerűségét fokozza, hogy a kísérletet egy új prototípus műszeren végeztük, amelynek mérete a korábban alkalmazott berendezés töredéke. A módszer elterjedése a ¹⁴C-méréseket sokkal elérhetőbbé teheti, ami növelheti az alkalmazások számát a kutatásban, fejlesztésben és az ipar egyes területein is.

A méréseket a HUN-REN Atommagkutató Intézetben (ATOMKI) és az olaszországi CNR-National Optical Institute laboratóriumaiban hajtottuk végre.

A cikk eredeti címe: Tracing old carbon sources in Hungarian nectar samples using radiocarbon analysis

Korábbi kutatásaink szerint egyes mézfajták viszonylag nagy mennyiségben tartalmazhatnak idősebb, akár több mint 5 éves szenet. Ez rávilágított arra, hogy a méz nem egyszerűen az adott évben a növények által a fotoszintézisen keresztült fixált szenet tartalmazza, hanem esetenként valamilyen szénraktárból veheti azt fel, akár a növényben raktározott szénkészletből, vagy esetleg a talajból közvetett úton. Ezért egy átfogó mintavételi kampány keretében nektármintákat gyűjtöttünk napraforgó, alpa, repce, akác, facélia és hárs virágokról. Ezt követően a steril kapillárisban gyűjtött minták szén stabilizotóp-aránymérését (¹³C/¹²C) és radiokarbon (¹⁴C/¹²C) mérését végeztük el tömegspektrometriás módszereket alkalmazva.

A stabilizotóp-aránymérések eredményei jelentős különbségeket nem mutattak a különböző növényfajok között és a radiokarbonmérések csak néhány esetben mutattak nagyobb, több évet jelentő eltérést a várt, az azévi légköri ¹⁴C szintet reprezentáló értéktől, főként az akácminták esetében. Ebben az esetben, a több éves szén detektálásáért feltehetőleg a fákban hosszú ideig tárolt, nem struktúrális szénraktárak lehetnek felelősek, amelyek jelentős mennyiségben tartalmazhatnak könnyen mobilizálható cukrokat, amely a nektár egyik fő alkotóeleme. Az eredményeink nem mutatnak olyan öreg ¹⁴C korokat, mint amiket korábban a mézminták esetében tapasztaltunk. Ez azt sugallja, hogy a mézekbe nem a nektáron keresztül kerül közvetlen úton az idős szén, hanem esetleg nem virág eredetű forrásokon keresztül, akár természetes úton, vagy mesterségesen, a feldolgozás során.

A cikk eredeti címe: Nonresonant capture cross section measurement of the ²⁹Si(p,γ)³⁰P reaction

Bizonyos kettős csillagokban végbemenő klasszikus nóva robbanások során lejátszódó termikus megfutási események (TNR – Thermonuclear runaway) hozzájárulnak a világegyetemet felépítő kémiai elemek egyes csoportjainak szintéziséhez. A megfutás során számos magreakció játszódik le. Később a kilökött anyag (megőrizve a létrejött elemeket) meteoritokba záródhat szemcsék formájában. Ezeket a szemcséket feltárva információt lehet szerezni azon izotópok gyakoriságáról, melyek a termikus megfutás során jöttek létre. Azonban eddig nem sikerült egyértelmű bizonyítékot találni arra, hogy a vizsgált meteoritokban talált izotópok valóban klasszikus nóvarobbanások során keletkeztek. Ennek egyik oka, hogy a termikus megfutásban lejátszódó reakcióhálózat kulcsreakcióinak reakciósebessége vagy nem, vagy csak nagy bizonytalansággal ismert. Az egyes izotópok keletkezéséért felelős kulcsfontosságú reakciókat érzékenységi vizsgálatokkal lehet azonosítani. Ilyen tanulmányok kimutatták, hogy a szilícium izotópok esetében az egyik kulcsreakció a ²⁹Si(p,γ)³⁰P, melynek kísérletileg nem ismert a direkt (nemrezonáns) befogási hatáskeresztmetszete.

Jelen munkánkban ezt a reakciót vizsgáltuk, azaz a ²⁹Si(p,γ)³⁰P reakció nemrezonáns hatáskeresztmetszetét mértük meg. A termikus megfutásokra jellemző hőmérséklettartományban a reakció sebességét alacsonyenergiás rezonanciák dominálják, azonban a teljes reakciósebesség ismeretéhez szükséges a direkt befogási hatáskeresztmetszet is, melyre eddig az irodalomban csak elméleti számítás állt rendelkezésre. A kísérleti munkát teljes egészeben az ATOMKI-ban végeztük. A reakcióban létrejövő ³⁰P radioaktív, ezért az aktivációs módszert alkalmaztuk. A módszer lényege, hogy a ³⁰P bomlását detektálva meghatározható a reakció hatáskeresztmetszete. Eredményeinket összehasonlítottuk az irodalomban található elméleti számítással és azt találtuk, hogy az általunk meghatározott kísérleti értékek átlagosan négyszeresen felülmúlják az elméleti értékeket. Ez az eredmény befolyásolhatja a nóva robbanásokban keletkező szilícium izotópok számított mennyiségét.

A cikk eredeti címe: Bound entanglement-assisted prepare-and-measure scenarios based on four-dimensional quantum messages

A kvantumos összefonódottság nem pusztán mágia, hanem valódi erőforrás. Lehetővé teszi az olyan egzotikus protokollokat, mint a kvantumteleportáció, amelyben két távoli fél „átküld” egymásnak kvantumállapotba kódolt információt anélkül, hogy a kvantumállapotot hordozó fizikai részecske áthaladna közöttük. Általános vélekedés szerint az összefonódottság kulcsszerepet játszik nehéz optimalizációs problémák hatékony megoldásában is.

A legtöbb kutatás az erősen összefonódott állapotokra fókuszál, mivel ezek közvetlenül hasznosíthatók standard kvantumprotokollokban. Léteznek azonban olyan állapotok is, amelyek a másik végletet képviselik: bár matematikailag összefonódottak, ezt az összefonódást nem lehet közvetlenül kiaknázni. Ezeket nevezzük kötötten összefonódott állapotoknak, amelyeket mára kísérletileg is elő tudtak állítani, tehát nem csupán elméleti konstrukciók.

Cikkünk célja ezen kötötten összefonódott állapotok vizsgálata volt a kvantuminformatika úgynevezett eszközfüggetlen („device-independent”) keretében. Fontos kiemelni, hogy az eszközfüggetlenség nem azt jelenti, hogy egyszerűbb, vagy olcsóbb berendezéseket használunk. Éppen ellenkezőleg: az ilyen protokollok kísérleti megvalósítása általában szigorúbb és precízebb kvantumeszközöket igényel. A magasabb technológiai szint azonban megtérül: ha a protokoll tényleg az előírás szerint fut (amit az eszközfüggetlen tanúsítás garantál), akkor a működés helyességét maga a kvantummechanika érvényessége szavatolja. Ennek köszönhetően szuperbiztonságos kvantumtitkosítást vagy megbízható véletlenszám-generátort kaphatunk.

Konkrét eredményünkben egy háromcsomópontos hálózatban sikerült kötötten összefonódott állapotokat tanúsítanunk eszközfüggetlen módon, a preparálj-és-mérj paradigmán belül (lásd az ábrán az elrendezést). A detektáláshoz mindössze egyetlen kiegészítő feltételt tettünk: a küldött kvantumos üzenet dimenzióját négyre korlátoztuk. Másként fogalmazva, az A-C és B-C állomások közti csatorna kvantumkapacitása két qubitre korlátozódik. Ezáltal gyakorlatilag eszközfüggetlen bizonyítást adtunk, leszámítva az előbbi dimenziófeltevést, amely az úgynevezett „semi-device-independent” megközelítésnek felel meg.

A javasolt kísérleti elrendezés kísérletbarát, nem igényel bonyolult kvantumműveleteket, csupán qubiteken ható kvantumkapukat használ, és várhatóan könnyen skálázható magasabb dimenziós fotonikai platformokra is.