Müográfia: a részecskefizikától a földtudományi és gyakorlati alkalmazásokig

A HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont Nagyenergiás Geofizika Kutatócsoport kozmikus eredetű müonok detektálásán és képalkotó eljárásain alapuló korszerű technológiákat fejleszt a Föld belső szerkezetének és dinamikai folyamatainak vizsgálatára. A részecskefizikában, a detektortechnológiában, a geofizikában és a korszerű adatfeldolgozásban szerzett szakértelmünket ötvözve innovatív, roncsolásmentes módszereket dolgozunk ki földtani szerkezetek feltárására, vulkáni folyamatok megfigyelésére és természeti veszélyek felmérésére.

Alapkutatási tevékenységünkkel, technológiai innovációinkkal és nemzetközi együttműködéseinkkel hozzájárulunk ahhoz, hogy a müográfia a földtudományi kutatások, a mérnökgeológiai vizsgálatok és az infrastruktúra-állapotfelmérés kiegészítő eszközévé váljon. Kutatásaink a társadalmi kihívások kezelését is szolgálják, többek között a természeti veszélyek megfigyelése, az infrastruktúra biztonságának növelése és a környezeti állapot felmérése terén. Emellett olyan új technológiai alkalmazásokat is vizsgálunk, mint a müonalapú helymeghatározás és navigáció.

Szívesen működünk együtt az akadémiai szféra, az ipar, a kormányzati intézmények és más területek azon szereplőivel, akik érdeklődnek tudományos kutatásaink és technológiai fejlesztéseink iránt. Együttműködési lehetőségek egyeztetése céljából kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot! (E-mail)

Kutatási területek és szaktudás

Műszerezés és kísérleti rendszerek: Tudományos alkalmazások céljára müonnyomkövető detektorokat integrálunk, adaptálunk és üzemeltetünk, különös tekintettel a megbízható működésre és a hosszú távú mérések biztosítására szélsőséges környezeti feltételek között.

A müográfia tudományos alkalmazásai: A kozmikus sugárzás müonjainak felhasználásával vulkánokat, az óceáni litoszférát és a felszín alatti földtani képződményeket vizsgáljuk, kiegészítve a hagyományos geofizikai és földtani módszereket.

Fejlett müonnyomkövetési és adatelemzési módszerek: Müonnyomkövetési, tomográfiai rekonstrukciós és korszerű adatelemzési módszereket alkalmazunk és fejlesztünk összetett szerkezetek vizsgálatára, valamint új alkalmazások megalapozására.

Helymeghatározás, navigáció és időszinkronizáció: A kozmikus sugárzás müonjain alapuló helymeghatározási, navigációs és időszinkronizációs módszereket vizsgáljuk olyan környezetekben történő alkalmazásuk céljából, ahol a GPS nem érhető el, illetve az időkritikus mérések összehangolásának támogatására.

Kiemelt kutatási eredmények

Aktív vulkáni folyamatok monitorozása: A japán Sakuradzsima-vulkán alatti magmamigrációt műholdas felszínelmozdulás-mérések és müográfia kombinálásával vizsgáltuk. Eredményeink szerint a magma kezdetben oldalirányban mozgott a kráterek alatt, majd a felszín felé emelkedett, idővel befolyásolva a kráterek aktivitását. A megfigyelések egy mély magmavezető rendszer és egy sekély magmatározó jelenlétére utalnak, amelyek a Sakurajima kitöréseit táplálják. A Minamidake és a Showa kráter alatti tömegsűrűség-változások nyomon követésével fordított korrelációt mutattunk ki a két terület között, ami a két aktív krátert összekötő, elágazó magmavezető rendszer létezésére utal. Ez a kombinált megközelítés jól szemlélteti, hogy a felszínelmozdulás-mérések és a müográfia együttes alkalmazása miként segítheti a sekély vulkáni folyamatok megfigyelését és a kitörések dinamikájának jobb megértését. Oláh, L. és mtsai. Earth, Planets and Space 77, 196 (2025)., Oláh, L., Tanaka, H. K. M. J. Appl. Phys. 138, 060701 (2025)., Oláh, L. és mtsai. JGR Solid Earth, 129, e2023JB028514 (2024).

Kiegészítő információk a vulkáni szerkezetről és stabilitásról: A vulkánok a kitöréseket követően hosszú ideig instabilak maradhatnak, a meggyengült lejtők pedig leomolhatnak, veszélyes földcsuszamlásokat okozva. A japán Unzen-vulkánt több hónapon keresztül müográfiával vizsgáltuk, és fúrás nélkül részletes képet alkottunk belső szerkezetéről. Az eredmények azt mutatták, hogy egyes lávaformációk sűrűsége kisebb a környező kőzetekénél, ami a korábbi kitörések nyomán kialakult szerkezeti gyengülésre utalhat. A méréseket a csapadékadatokkal összevetve a vizsgálati időszakban nem találtunk a csapadék által kiváltott instabilitásra utaló jeleket. A kutatás rámutat arra, hogy a hosszú távú müonradiográfiai vizsgálatok hozzájárulhatnak a vulkáni szerkezetek stabilitásának értékeléséhez és a földcsuszamlási kockázatok jobb megítéléséhez. Oláh, L. és mtsai. Geophysical Journal International 244, ggaf482 (2026).

A kéreg és a köpeny határfelületének feltárása: Müográfiával vizsgáltuk az ománi ofiolitok egyik legnagyobb és legjobb állapotban fennmaradt ősi óceáni litoszféra-egységének belső sűrűségeloszlását. A mérések feltárták, hogy a Wadi Fizh térségében található Moho-átmeneti zóna (Moho Transition Zone, MTZ) jóval összetettebb, mint a kéreg és a köpeny közötti egyszerű, fokozatos átmenet. Az alsó óceáni kérget alkotó réteges gabbrók (LGb) átlagos sűrűsége 3,03 g/cm³, míg az átmeneti zónán belül azonosított kisebb sűrűségű területek (2,72 g/cm³) a kőzetek fokozott átalakulására utalnak. E területek alatt a nagyobb sűrűségértékek (3,38 g/cm³) a köpenyből származó peridotitokkal (Hz) egyeztethetők össze, amelyeket mindössze egy vékony gabbróréteg fed. Eredményeink hozzájárulnak az óceáni litoszféra kialakulásának és fejlődésének jobb megértéséhez, és rámutatnak a müográfia felszín alatti szerkezetvizsgálatban, az ásványi nyersanyagok kutatásában és a földtani értékelésekben rejlő lehetőségeire. Oláh, L. és mtsai. Sci Rep 16, 34857 (2026).

Repedészónák, vetők és üregek feltárása: A Budai-hegységben és az Esztramos-hegyen gyűjtött felszín alatti müográfiai adatokon sikeresen alkalmaztunk müontomográfiát, amellyel repedészónákat, felhagyott bányavágatokat és üregeket azonosítottunk. Eredményeink hozzájárulhatnak a földtani veszélyforrások felméréséhez, a felszín alatti infrastruktúra biztonságának növeléséhez, valamint a felhagyott bányák és a felszín alatti környezet fenntartható kezeléséhez. Balázs, L. és mtsai. Sci Rep 15, 17514 (2025)., Rábóczki, B. és mtsai. Sci Rep 15, 33394 (2025)., Surányi, G. és mtsai. J. Appl. Phys. 138, 064903 (2025).

Müonalapú felszín alatti helymeghatározás fejlesztése a vulkánmegfigyelés támogatására: A müonalapú helymeghatározás alkalmazhatóságát már igazoltuk felszín alatti környezetben, a módszer további optimalizálása pedig folyamatban van föld alatti mérések segítségével. A japán Sakuradzsima-vulkánnál található Komen megfigyelőalagútban (Komen Observation Tunnel, KOT) müometrikus helymeghatározó rendszert fejlesztünk és tesztelünk. Hosszú távú célunk, hogy a rendszer olyan környezetekben is támogassa a helymeghatározást és a megfigyelést, ahol a hagyományos műholdas navigáció nem érhető el. Oláh, L. és mtsai. The Integrated Program for Next Generation Volcanic Research and Human Resource Development (INeVRH) Workshop 2026.

Infrastruktúra és műszerezés

A Lendület Innovatív Detektorfejlesztő Kutatócsoport által kifejlesztett gáztöltésű nyomkövető detektorok technológiáit integráljuk és optimalizáljuk müográfiai megfigyelőrendszereinkben. A Vesztergombi Nagyenergiás Fizikai Laboratórium (VLAB) infrastruktúráját felhasználva ezeket a rendszereket az egyes tudományos alkalmazásokhoz és a kihívást jelentő üzemi körülményekhez igazítjuk és optimalizáljuk, beleértve a föld alatti bányákat és a vulkáni környezeteket is.

A csapat és nemzetközi együttműködések

Csapatunk a műszerek kutatás-fejlesztése, a részecskefizika, a földtudományok és a mérnöki tudományok területén szerzett sokrétű szakértelmet és tapasztalatot egyesíti. A Nagyenergiás Geofizika Kutatócsoport a Wigner FK Nagyenergiás Fizikai Osztályának része. Kutatásainkat műszerfejlesztésre, vulkanológiára, geológiára és légkörfizikára szakosodott partnerekkel folytatott interdiszciplináris együttműködések erősítik. Ipari és kormányzati partnereinkkel együttműködve arra törekszünk, hogy kutatási eredményeinket és technológiai fejlesztéseinket a társadalom javát szolgáló gyakorlati alkalmazásokká alakítsuk.

Elérhetőségünk: Cím: 1121 Budapest, Konkoly-Thege Miklós út 29-33. 2. épület, 1. emelet, 129. iroda. Levelezési cím: 1525 Budapest, Pf. 49.