Áttörést értek el a szegedi lézerközpontban

A nukleáris hulladék kezelésének megoldásához kerültek közelebb az SZTE-n dolgozó kutatók.

Szegedi Lézerközpont, ELI-ALPS, transzmutáció, nukleáris hulladék Fotó: SZTE Nemzeti Lézeres Transzmutációs Laboratórium

Egy olyan lézeres technológia kifejlesztésén dolgoznak Szegeden, amely könnyebbé teszi az atomerőművek hulladékának lebontását. A kutatók mérföldkőhöz értek a nemzetközi projektben, amelyről 2019-ben állapodott meg a Szegedi Tudományegyetem (SZTE), a párizsi École Polytechnique és a kaliforniai székhelyű Tri Alpha Energy (TAE) vállalat. 

A nukleáris hulladék megfelelő kezelése az egész emberiség számára kiemelten fontos. A magyar energiapolitika egyik fő kihívása és célja, hogy 2030-ra az országban a villamos energia döntő többségét szén-dioxid-kibocsátás nélkül állítsák elő. Ezt a célt nukleáris energia nélkül nem lehet teljesíteni. A paksi atomerőmű jelenleg működő négy blokkja, majd az azok kapacitását kiváltó két új blokk garantálja Magyarország áramigénye egy részének karbonmentes ellátását, de a létesítmény biztonságos és stabil működése mellett legalább olyan fontos a keletkező hulladék kezelése is. Ennek megoldásában segíthet a kutatás:

a használt fűtőelemekben jelenlevő, hosszú felezési idejű nukleáris hulladékot stabil vagy gyorsan lebomló magokká alakító lézeres neutronforrás kifejlesztését a kormány mint nemzeti kutatási programot három évre összesen három és fél milliárd forinttal támogatja.

– A használt fűtőelemekben sugárzó anyagok nagy többsége erősen sugároz, éppen ezért viszonylag gyorsan lebomlik. Körülbelül ötszáz év után a mérhető sugárzásnak több mint a fele a kezdetben csak elenyésző százalékban jelen lévő hosszú élettartamú elemektől, úgynevezett aktinidáktól származik, amelyek akár évmilliókig is sugároznak (egy tonna kiégett fűtőelemben, amely egyébként három–öt évig működtet egy reaktort, mindössze két és fél kilogramm aktinida van jelen) – mondta el Szabó Gábor, aki a kutatás kezdetekor a projekt szakmai vezetője volt, azóta a szegedi lézerközpont éléről koordinálja a munkát.

Vagyis az, hogy néhány száz évnél jóval hosszabb ideig kell tárolni ezeket a fűtőelemeket, csak az aktinidák miatt szükséges. A kutatók a radioaktív hulladék kezelésének egy jelentős problémájára keresik a megoldást a particionálásban és a transzmutációban.

Ez azt jelenti, hogy a nukleáris hulladék különböző komponenseit szétválasztják, majd a hosszú felezési idejűeket átalakítják. A transzmutációval elérhető, hogy a sugárzó atommagok olyanokká alakuljanak, amelyek gyorsabban bomlanak le vagy egyáltalán nem sugároznak.

Arra is keresik a választ, hogy a transzmutáció beindításához szükséges neutronok előállítása megoldható-e lézeres gyorsításon alapuló eljárással. Ha igen, akkor az a költség- és energiahatékonysága miatt az eredeti transzmutációs elképzelést a gyakorlatban is megvalósíthatóvá tenné.

– A projekt első két évében, a koronavírus-járvány keltette nehézségek ellenére sikerült nemcsak a teljes nyalábvonalat megtervezni, és a közbeszerzéseket lefolytatni, de két előkísérletet is végezni. Ezekben kimutattuk, hogy az ELI-ALPS-ben (Extreme Light Infrastructure Attosecond Light Pulse Source) lévő nagyon rövid lézerimpulzusokkal azok energiájához képest meglepően nagy energiájú protonokat tudunk gyorsítani, nagyon jól összetartó nyalábokban – emelte ki Osvay Károly, a projekt végrehajtására alakult, SZTE Nemzeti Lézeres Transzmutációs Laboratórium szakmai vezetője. – A legutóbbi, 2021 decemberi kísérletsorozatban nagyon fontos mérföldkőhöz érkezett a csapat. Sikerült kimutatnunk, hogy a lézerrel gyorsított deuteron ionokkal neutronok kelthetők, illetve, hogy lézerlövésenként legkevesebb ezerötszáz neutron keltődött. Ez többszöröse annak, amit három évvel ezelőtt a University of Michiganen, hasonló lézerrendszerrel elértek – mondta Osvay Károly, hozzátéve, hogy a következő években azon dolgoznak, hogy megsokszorozzák a lövésenkénti neutronszámot, illetve a másodpercenkénti lövések számát a jelenlegi több milliószorosára emeljék.

A lézeres alapú iongyorsítás és neutron-előállítás alapjain a következő hónapokban

radiobiológiai kísérletek indulnak Szegeden, a munkák a protonterápia mint az egyik leghatékonyabb rákterápia forradalmasításához vezethetnek. 

Borítókép és forrás: SZTE Nemzeti Lézeres Transzmutációs Laboratórium