A magfizika születése

2011. május 5. 18:19 MTI

A fizikai és a műszaki tudományok osztálya együttes ülésén Rutherford-emléknapot tartott, amelyet a fizikus nevéhez fűződő visszaszórási kísérlet 100. évfordulójának szentelt.

Rutherford sokszínűségét jelzi, hogy amikor 1895-ben 24 évesen ösztöndíjat kapott a cambridge-i Cavendish Laboratóriumba, már fizikából, matematikából és kémiából is szerzett diplomát hazájában. A tudós korszakalkotó eredményei közé sorolják, hogy rájött, egyes elemek atomjai más elemek atomjává alakulnak át radioaktív bomlás során (1902), majd nevezetes kísérletében felfedezte az atommagot (1911), később pedig elsőként hajtott végre mesterséges atomátalakítást (1919), mindezzel megalapozta a magfizikát. Mint Berényi kiemelte, ironikus, hogy a kísérleti fizikában oly eredményes tudós kémiai Nobel-díjat kapott 1908-ban.

A Rutherford-szóráskísérlet célja az anyag szerkezetének felderítésére volt. Vékony aranyfóliát bombáztak pozitív töltésű alfa-részecskékkel (tulajdonképpen hélium atommagokkal), és olyan ernyőn fogták fel a sugárzást, amely a becsapódó részecskék hatására felvillant. Ha az atomban az anyag egyenletesen oszlana el, akkor az elvárások szerint lelassulva, de egyenletesen kellett volna a részecskéknek áthaladniuk az anyagon.

Ezzel szemben azt a meglepő eredményt kapták, hogy bár az alfa-részecskék többsége eltérülés nélkül haladt át, kis hányada visszafelé szóródott. Rutherford a kísérlet eredményei alapján dolgozta ki a nevéhez fűződő atommodellt, amelyet 1911-ben tett közzé. Ennek lényege, hogy a pozitív töltés az atommagban, igen kis térfogatban összpontosul, az atom jelentős része üres, a negatív töltésű elektronok pedig a mag körül keringenek.

Gyulai József akadémikus a Rutherford-visszaszórás (RBS) mikroelektronikában lezajlott "karrierjéről" szólva felidézte a Surveyor 5 űrszonda programját, amelybe bekerült e vizsgálati módszer. A szonda 1967-ben szállt le a Holdon a Nyugalom Tengerén, ahol a mintákat vette, a sokcsatornás analizátor pedig az űrhajóban volt. A mérések eredményeiből kiderült, hogy talajt bazalt alkotja sok titánnal.

Az RBS segítségével meghatározható a kémiai összetétel réteges szerkezeteknél is, elemezhetők kristályszerkezetek, valamint megállapíthatók a kristályrácsban található szennyezések. A szilíciumba 6-8 mikrométerre behatoló alfa-részecskékkel roncsolásmentesen lehet vizsgálni a mikroelektronika számára érdekes anyagrétegeket - idézte fel Gyulai. Hangsúlyozta, hogy az ionimplantáció (a félvezető szilícium kristályba megfelelő helyre belőtt ionok) az RBS segítségével válhatott ipari technológiává.

Kótai Endre fizikus, a KFKI RMKI munkatársa beszámolt a Rutherford-visszaszórási technikában létrehozott magyar innovációkról. Ilyen volt egyebek közt az 1970-es években a kémiai elemösszetétel meghatározás, az oxigén-detektálás, majd a 2000-es évek elején a szén-detektálás érzékenységének növelése. A magyar fizikusok kidolgozták, hogy miként lehet meghatározni a mért spektrumból az elemek - elsőként a szilícium - mennyiségét, sőt mélységeloszlását is.