Pocsai Mihály András (2021.10.01 - 2022.01.31)
Wigner Fizikai Kutató Központ

Kivonat: A plazmás részecskegyorsítók koncepciója, hogy a részecskéket nem vákuumban, elektromágneses térrel gyorsítják, kollimálják és tartják a megfelelő pályán, hanem azokat egy ún. vezérlőnyaláb által keltett plazmahullámok segítségével gyorsítják fel [1]. A vezérlőnyaláb lehet egy töltött részecskékből álló nyaláb, vagy egy rövid, nagy intenzitású lézerimpulzus. A felgyorsítani kívánt részecskéket általában külső forrásból injektálják a plazmába, de plazmás elektrongyorsító esetén, amennyiben a plazmahullámokat egy lézerimpulzus kelti, és annak csúcsintenzitása elegendően nagy, úgy a maguk a plazmaelektronok is becsapdázódhatnak úgy, hogy a létrejövő plazmahullámok őket gyorsítsák. Az itt felvázolt folyamatban tehát a gyorsítandó nyaláboknak vezérlő nyalábok az általuk keltett plazmahullámok közvetíté...

Read More...

Forgács-Dajka Emese, Dobos László, Ballai István (2021.05.01-2021.11.31)
Eötvös Loránd Tudományegyetem, John Hopkins University és Sheffield University

Kivonat:: A napaktivitás jelenségeinek megfigyelése nagy múltra tekint vissza, így lehetőségünk van hosszú időskálán történő vizsgálatok készítésére. Célunk a napfoltcsoportok területének időfejlődésének tanulmányozása egy 130 évet felölelő, különféle adatbázisokból álló, de konzisztens nagy mintában, a legmodernebb statisztikai módszerekkel. A gondosan leválogatott, de véletlenszerű minta esetében Bayes-modellt alkalmazunk, melynek segítségével a napfoltok teljes területére ferde normális függvényt illesztve meghatározzuk a folt növekedésének és bomlásának ütemét és az esetleges aszimmetriát. Ezen eljárás nagy előnye, hogy az olyan foltcsoportok esetén is megkaphatjuk a teljes élettartamra vonatkozó tulajdonságokat (pl. élettartam, fejlődési szakaszok különböző részei, mint felfutási, lefutási rész), melyekről nincsenek teljes adatsorok a megjelenéstől az eltűnésig. Ennek oka a megfigyelésben keresendő, azaz a Nap forgása miatt a foltcsoportok teljes életciklusa nem követhető végig minden esetben. Eredményeink robosztus módon alátámasztják azt a feltételezésünket, hogy a foltcsoportoknak két típusa van: (i) egy a megjelenést követően gyorsan kifejlődő, de lassabban lebomló, illetve (ii) egy lassabban felfutó, gyorsabban lecsengő. Emellett a modellparaméterek segítségével vizsgáltuk a napfoltcsoportok élettartamát, illetve az élettartam, maximális terület közötti összefüggéseket is.

Bíró Gábor, Tanko-Bartalis Bence (2021. 07. – 2021. 09.)
Wigner Fizikai Kutatóközpont és Oxford University

Kivonat: A projekt célja gépi tanulási módszerek alkalmazása nagyenergiás részecskefizikai vizsgálatok elősegítéséhez. A nagyenergiás fizikában számos olyan numerikus szimuláció (pl. Monte Carlo eseménygenerátorok) létezik, melyek rendkívül számításigényesek. Ezen nagy számítási kapacitást igénylő, specifikus részecskefizikai kalkulációkat végző algoritmusok fejlesztését és tesztelését, valamint hardveres gyorsítását jelentősen elősegíthetik a gépi tanulás alapú módszerek használata.

Bíró Gábor, Dr. Papp Gábor, Dr. Barnaföldi Gergely Gábor, Majoros Balázs (2021. 06. – 2021. 12.)
Wigner Fizikai Kutatóközpont és Eötvös Loránd Tudományegyetem

Kivonat: A világ legnagyobb részecskegyorsítóiban, mint amilyen a Nagy Hadronütköztető a CERN-ben vagy a Relativisztikus Nehézion-ütköztető a BNL-ben, több százezer kölcsönhatás történhet minden egyes másodpercben. A nagyenergiás nehézion-ütközések egy speciális részhalmazát képezik ezen eseményeknek, melyeknek célja az Univerzum keletkezésekor jelen lévő anyagnak, a kvark-gluon plazma tulajdonságainak a vizsgálata. A kísérletek mellett mindig szükség van numerikus számolásokra, például Monte Carlo eseménygenerátorokra. Ezen számolások azonban rendkívül számításigényesek: még egy modern CPU-val rendelkező gépnek is, a kísérleti adatok mindössze néhány másodpercének a szimulációja több órányi (akár több napnyi) gépidőt is igényelhet. Az LHC-nál történő fejlesztéseknek köszönhetően a jövőben ez még nagyobb kihívást jelent majd. A HIJING++ keretrendszer a nagyenergiás nehézion-fizikai Monte Carlo eseménygenerátorok következő generációja. A legújabb elméleti modellek és a beépített CPU párhuzamosítás segítségével képes lesz kihasználni a modern többmagos architektúrákat, ezáltal lecsökkenti a szükséges gépidőt és egyéb járulékos költségeket.

Sudár Ákos, Varga-Kőfaragó Mónika, Barnaföldi Gergely Gábor és Légrády Dávid (2021.07.01 - 09.30)
Wigner Fizikai Kutatóközpont és BME Nukleáris Technikai Intézet

Kivonat: A proton komputertomográfia (pCT) fejlesztésének célja a páciens relatív fékezési energia ( relative stopping power, RSP) eloszlásának pontos meghatározása, ezzel lehetővé téve a protonterápia során alkalmazott biztonsági zónák méretének csökkentését. A pCT képalkotás során a pácienst protonokkal világítják át, amelyek iránya és energiája a páciens előtt megválasztható, a páciens mögött mérhető, ami alapján meghatározható a protonok legvalószínűbb pályája (maximum likely path, MLP) és a páciensben leadott energiájuk. A mérési adatokból a térbeli kép rekonstruálása az order suppressed expectation maximalization (OSEM) módszer alkalmazásával történik, ami a maximum likelihood expectation maximalization (ML-EM) módszer egy gyorsított változata. A jelenlegi projekt célja egy párhuzamosított és részben grafikus kártyán futó program kifejlesztése a képrekonstrukciós idő minimalizálása érdekében. A szoftver későbbiekben a Bergen pCT Kollaboráció által fejlesztett detektorrendszer mérési adatainak képrekonstrukciója során kerül felhasználásra, ezzel hozzájárulva a kutatócsoport munkájához és későbbi publikációihoz.

Dr. Papp Gábor (ELTE), Bíró Gábor (Wigner FK), Feiyi Liu (ELTE), Xiangna Chen (CCNU, Wuhan), Dudás Bence (ELTE), Misur Patricia (ELTE) (2021.06.01-08.31)

Kivonat: A műtéttel nem hozzáférhető lokalizált rákos daganatok elpusztításának egyik hatékony módja a protonnal (vagy annál nehezebb He, illetve C ionokkal) történő sugárkezelés. Az eljárás során általában egy kezelés elég a hagyományos sugárterápiával szemben, mivel a proton igen jól fókuszálhatóan, kb. mm-es pontossággal tudnak roncsolni (a nehezebb ionok még nagyobb pontossággal). Azonban, mivel a proton és a gamma sugarak behatolási profilja különböző, a CT-s tomográfia nem kalibrált a proton nyalábra, és nem teszi lehetővé a készülék pontos beállítását, aminek következtében a gyakorlatban messze az elméleti határnál pontatlanabb a kezelés. A nagyobb pontosságot proton tomográfiával lehet elérni, amihez a kezeléshez használt protonnyalábot használjuk, nagyobb energián. A testen áthaladó részecskék detektálására egy a CERN technológián alapuló ALPIDE chipeken alapuló detektorrendszert fejlesztettünk ki a nemzetközi pCT együttműködés (https://wiki.uib.no/pct/index.php/Main_Page) keretében. Mivel a jelek feldolgozása időigényes folyamat, ezért azt idegháló alkalmazásával szeretnénk gyorsítani: a cél egy olyan ideghálózat kifejlesztése és betanítása, mely a detektorjelek alapján képes megmondani a testből kilépő protonok irányát és energiáját. Több szögben ezeket megmérve előállítható a vizsgált terület tomográfiás képe, és kiszámolhatóak a kezeléshez szükséges adatok.

Dávid Légrády, Gábor Tolnai, Tamás Hajas (2021.06.01 - 08.31)
BME Nukleáris Technikai Intézet

Kivonat: The GUARDYAN (GPU Assisted Reactor Dynamic Analysis, developed at BME Institute of Nuclear Techniques) Monte Carlo code directly follows the time evolution of the neutron field in a nuclear reactor. Contrary to the conventionally applied deterministic (i.e. non-Monte Carlo) or Monte-Carlo based techniques relying on quasistatic approximations modelling errors are minimal for GUARDYAN. For a fast evolving („hard”), localized transients even the magnitude of the modelling errors posed by conventional techniques can hardly be estimated, and experimental confirmation due to nuclear hazards is out of question. Therefore, simulations with GUARDYAN could be set as a gold standard for other computational methods. The project aims at the simulation of a rod ejection transient in a full-scale currently operational nuclear power plant type (VVER-440) using the code GUARDYAN.

Ernő Dávid, Dávid El-Saig, Zoltán Lehóczky és Gergely Gábor Barnaföldi (2020.12.01 - 2021.11.31)
Wigner RCP és Lombiq Technologies Ltd. együttműködés

Kivonat: A Lombiq Technologies Hastlayer terméke lehetővé teszi a .NET platform szoftverfejlesztőinek, hogy FPGA-kat gyorsítókártyákként használjanak. Standard .NET programokat tud ekvivalens hadverimplementációvá alakítani, és ezzel az erre alkalmas algoritmusokat automatikusan felgyorsítani és az energiafelhasználásukat csökkenteni. A fejlesztők továbbra is szokványos .NET programokat írnak, nincs szükség hardvertervezői tudásra.

A Hastlayerhez minden támogatott FPGA gyorsítókártya esetében el kell készíteni a futtatást lehetővé tevő firmware és szoftver komponenseket. A Wigner FK-val közösen korábban már elkészült több platform támogatása is (Microsoft Catapult platform és Xilinx Alveo FPGA kártya család). A most következő szakasz célja a Hastlayer futását lehetővé tenni beágyazott rendszereken is, mint pl. amilyenek a Xilinx Zynq FPGA család tagjaival szerelt FPGA kártyák.

A Wigner feladata kifejleszteni a Hastlayer által generált hardverkomponensek futtatásához szükséges firmware keretrendszert Xilinx Zynq FPGA-ra, illetve az FPGA-ba lévő ARM processzorokon futó Linux operációs rendszer szükséges szintű módosításait elvégezni.

Emese Forgács-Dajka*, István Balla** (2021.05.01-2021.11.31)

* Eötvös Lorán Tudományegyetem, Csillagászati tanszék
** Solar Physics and Space Plasma Research Centre (SP2RC), Department of Applied Mathematics, The University of Sheffield

Kivonat: Munkánk során a részlegesen ionizált plazmában fellépő - mint pl. a a Nap légkörében megfigyelhető protuberanciák esete -, a környező mágneses térre ferde irányban terjedő lökéshullámok jellegét és tulajdonságait vizsgáljuk. Elsősorban a megfigyelésekkel is alátámasztott lökéshullámok elemzését szeretnénk elvégezni, így eredményeink magyarázatként szolgálhatnak a protuberanciákban megfigyelt fényes foltok terjedésére is (Lin és mktsai, 2012).

Az összenyomható, egyfolyadékos magnetohidrodinamikai (MHD) egyenletek megfelelő skálázási eljárásokkal redukálhatók a jól ismert Burgers-egyenletre, melynek együtthatói a lökéshullám terjedési szögétől, a plazma β-tól és a plazma ionizációs fokától függenek. Modellünk jól alkalmazható mind a lassú, mind a gyors magnetoakusztikus lökéshullámok vizsgálata során. A lökésfront esetén a standard ugrási feltételeket használva (gyenge szórást feltételezve) meghatározhatók a termodinamikai mennyiségek ugrása is, melyek már összehasonlíthatóak a megfigyelésekből származó adatokkal.

A Cole-Hopf transzformáció segítségével oldjuk meg a kapott egyenletet, amely tulajdonképpen egyenértékű egy diffuziós egyenlet kezdetérték problémával. A megoldás során megvizsgáljuk, hogy mennyi időre van szükség ahhoz, hogy a kezdetben Gauss-féle hullámprofil lökéshullámmá feljődjön, azaz a hullámfront vastagsága az ionok szabad úthosszának nagyságrendjébe essen.

István Papp, Larissa Bravina, Mária Csete, Igor N. Mishustin, Dénes Molnár, Anton Motornenko, Leonid M. Satarov, Horst Stöcker, Daniel D. Strottman, András Szenes, Dávid Vass, Tamás S. Biró, László P. Csernai, Norbert Kroó (2020.10.16 - 2021.12.31)

Publikáció: Laser Wake Field Collider

Kivonat: A növekvő létszámú emberiség fejlődésének egyik kulcsa a hatékony, bőséges és környezetbarát energiatermelés. A ma ismert fizikai folyamatok közül hosszú távon erre a magfúzió alkalmas. Legígéretesebb, energia termelésre is alkalmazható módszer az inerciálisan bezárt fúzió. A tudomány jelen állása szerint ennek fejlődését visszafogják az összenyomás során keletkező hidrodinamikai instabilitások. Jelen kutatás ezek kialakulásának elkerülésére javasol megoldásokat két friss kutatási területből tanultakkal:
(i) egyidejű térfogati begyújtás [1], illetve
(ii) az abszorptivtás növelése nano-rúdak vagy nano-gömbök segítségével [2].
Az említett alapelvek alkalmazhatóak egy vonalon történő kétoldali lézer belövésnél is [3]. Hasonló kísérleti összeállítással már értek el sikeres eredményeket. Tanulmányozzuk a plazma gyorsítás hatásait az anyagban ,,ütköző" lézersugarak esetében. Ezek a vizsgálatok lézer fúzión kívül alkalmazhatóak más hasonló gyors fázisátalakulásoknál, vagy más anyagok hirtelen begyújtásánál.

Refernciák:
[1] L. P. Csernai and D. D. Strottman, “Volume ignition via time-like detonation in pellet fusion,” Laser Part. Beams. 33 (2), 279--282 (2015).
[2] L. P. Csernai, N. Kroo, and I. Papp, “Radiation dominated implosion with nano--plasmonics,” Laser Part. Beams. 36 (2), 171--178 (2018).
[3] L.P Csernai, M. Csete, I.N. Mishustin, A. Motornenko, I. Papp, L.M. Starov, H. Stöcker, N. Kroó, "Radiation dominated implosion with flat target", Physics of Wave Phenomena, 2020, accepted for publication.