Kutatások a debreceni Atommagkutató Intézetben

Emelkedik a kozmikus sugárzás

Földünket a napsugárzás mellett nap mint nap bombázza a különböző forrásokból – például szupernóva-robbanásokból – származó kozmikus sugárzás, mely kölcsönhatásba lép a légkör felső rétegének gázmolekuláival, s így többek között neutronokat hoz létre (a neutronok elemi részecskék, a protonokkal együtt alkotják az atommagokat). A neutronok aztán a légköri nitrogén atommagjaival ütközve folyamatos jelleggel létrehozzák a szén radioaktív izotópját, a radiokarbont (az izotóp egy adott elem atommagjának a változata). A légköri radiokarbon kölcsönhatásba lép az oxigénnel, s így radioaktív szén-dioxid-molekulák jönnek létre, ami a fotoszintézis során a nem radioaktív szén-dioxid-molekulákkal együtt ugyancsak folyamatos jelleggel beépül a növényekbe, majd a növények útján az állatokba és az emberekbe is, és segítséget nyújt a régészeti és paleontológiai kormeghatározáshoz.

A radioaktív szénizotóp ugyanis – mint minden radioaktív anyag – lebomlik, s minthogy lebomlásának a sebességét ismerjük, az élőlényekbe pedig elpusztulásuk után már nem épül be több radiokarbon, így a radioaktív bomlás alapján kiszámítható az életfolyamatok megszűnése óta eltelt idő, vagyis a leletek kora. S mivel a fák évgyűrűibe is beépül a radioaktív szén, a fák évgyűrűinek a radiokarbon- vizsgálatával rég elhalt fák korát is meg lehet határozni, amellett pedig más, múltbeli eseményekre is fény derül.

Fusa Miyake dendokronológiával (faévgyűrűk tudományával) foglalkozó japán tudós, a Nagoyai Egyetem kutatója munkatársaival együtt 2012-ben a radioaktív szénizotóp kiugróan magas értékét mutatta ki a Kr. u. 775-ből származó faévgyűrűkön. A Föld más pontjain fellelt, ugyanilyen korú faévgyűrűk radiokarbon-vizsgálatával több kutatóintézet, köztük a debreceni Atommagkutató Intézet (ATOMKI) is megerősítette ezt a tényt. Azóta pedig más, különböző időszakokból és helyszínekről származó több ezer éves faévgyűrűkön is kimutatták a radioaktív szénizotóp kiugróan magas koncentrációját, mely koncentrációmegnövekedéseket a felfedező kutató után Miyake-eseményeknek nevezték el.

De miért érdekesek a világszerte megfigyelt Miyake-események? A radiokarbon-koncentráció hasonló léptékű megnövekedéseit csak a XX. század derekán, a légköri atom- és hidrogénbomba-kísérletek nyomán figyelték meg, a múltban földi eredetű természetes folyamatok nem válthatták ki őket. Csak erős napkitörésekből vagy nem túl távoli szupernóva-robbanásokból származó sugárzások idézhették elő a radiokarbon-szint nagymértékű megemelkedéseit, melyek tehát a múltban bekövetkezett kozmikus események megtörténtét igazolják. S a világ radiokarbon kormeghatározással foglalkozó vezető laboratóriumai jelenleg is rendszeres elemzéseket végeznek faévgyűrű-kollekciókon, hogy fényt derítsenek a több ezer évvel ezelőtt bekövetkezett Miyake-eseményekre. Persze, egyetlen kutatócsoport által megtett felfedezés még nem elegendő ezen események bebizonyítására, így azokat más laboratóriumokban is ellenőrzik. 2017-ben kínai tudósok egy Kr. e. 3371-ből származó farönkmaradvány vizsgálatával arra a következtetésre jutottak, hogy a jelzett időpontban is történt egy Miyake-esemény. Ezt követően a debreceni Atommagkutató Intézet munkatársai amerikai, svájci és német kutatóintézetekkel együttműködve végezték el a kínai vizsgálatok ellenőrzését az amerikai White Mountainsból és a franciaországi Mosel folyó völgyéből származó 5400 éves faévgyűrű-sorozat nagy pontosságú radiokarbon-elemzésével. A Nature Communications tudományos folyóiratban közzétett tanulmány szerint a debreceni Atommagkutató Intézet IKER AMS Laboratóriumának és a Zürichi Eidgenössische Technische Hochschule (Szövetségi Műszaki Főiskola) AMS Laboratóriumának a kutatói egy több mint kétszáz egyedi faévgyűrűmintán végzett gyorsítós tömegspektrométeres (angolul: Accelerator Mass Spectrometer, röviden: AMS) radiokarbon-méréssel cáfolták meg, hogy a Kr. e. 3392 és 3351 között bekövetkezett volna egy megugrás a kozmikus eredetű sugárzásban. Ennek kimutatása csak a legmodernebb és legérzékenyebb gyorsítós tömegspektrométeres módszerrel lehetséges, amihez olyan szigorúan ellenőrzött és minőségbiztosított előkészített laboratóriumi háttér szükséges, amelyből csak kevés létezik a világon, s ezek egyike éppen a debreceni Atommagkutató Intézetben áll a kutatók rendelkezésére.

A tanulmányban bemutatott kutatási projekt szakmai vezetője az angol A. J. Timothy Jull vendégprofesszor volt. Az ATOMKI részéről pedig három kutató: Molnár Mihály, László Elemér és Varga Tamás vett részt a vizsgálatokban, akik a 2016-ban létrehozott, s nagy nemzetközi elismertségre szert tett Izotópklimatológiai és Környezetkutató (IKER) Központ munkatársai. A kutatást az Európai Unió és Magyarország támogatta az Európai Regionális Fejlesztési Alap társfinanszírozása mellett.

Lajos Mihály