Lézerrel ártalmatlanítanák a kiégett nukleáris fűtőelemeket

A tudományterület forró témái közül többre is meg­oldást találhat a Nemzeti Lézeres Transzmutációs Laboratórium. Ilyen lehet a kiégett nukleáris fűtő­elemek kezelése, csempészett radioaktív anyagok kimutatása a határon, illetve izotópok gyors előállítása.


A nukleáris hulladék kezelésében speciális kihívást jelent a hosszú felezési idejű komponensek tárolása. A problémára az egyik megoldás a hulladék különböző kompo­nenseinek szétválasztása, majd a hosszú felezési idejűek mesterséges transzmutá­cióval való átalakítása olyan elemekké, me­lyek felezési ideje jelentősen rövidebb. (A transz­mutáció kifejezés magátalakulást jelent, ami természetes úton is létrejöhet, például radio­ak­tív bomlással vagy a csillagokban lejátszódó nukleoszintézis során.) A mesterséges transz­mutációval az anyagot gamma- vagy részecskesugárzásnak te­szik ki. A lézeres úton előállított neutronokon alapuló, úgynevezett sóolvadékos transzmutátor létrehozására Toshiki Taji­ma és Gerard Mourou professzorok 2018-ban nemzetközi tudományos konzorcium alakítását kezdeményezték.

A lézeren alapuló transzmutátor művészi megjelenítése (a TAE Inc. engedélyével).

A magyar kormány 2019-ben döntött arról, hogy az ELI-ALPS Lézeres Kutató­intézet kihasználtságának növelése érde­ké­ben el­indítja a nukleáris hulladék (léze­res) kezelése projektet. Ennek keretében a transz­mutá­cióhoz szükséges lézeres neut­ron­forrás kifejlesztését – mint nemzeti ku­tatási programot – három éven át, összesen 3,5 milliárd forinttal támogatja, és meg­bízta Szabó Gábor akadémikus közvetítésével a Szegedi Tudományegyetemet (SZTE), hogy a projekt sikeres megvalósítása érdekében egy nemzetközi konzorcium munkáját koordinálja. A három intézmény: a párizsi Ecole Polytechnique, amelynek professzora a Nobel-díjas francia Gerard Mourou; a kaliforniai székhelyű TAE vállalat, amelynek tudományos igazgatója Toshiki Tajima professzor, valamint a Szegedi Tudományegyetem. A fő csapásirány annak meghatározása, hogy lézeres úton előállítható-e annyi neutron másodper­cen­ként, amennyivel egy szubkritikus, sóolvadék-alapú reaktorban transzmutáció hozható létre.

Az SZTE Optika Tanszék „Tewati” laboratóriuma, a nagy ismétlési frekvenciájú céltárgyfejlesztések helyszíne.

A kiégett nukleáris fűtőelemekben lévő egyes sugárzó anyagok – ilyen az amerí­cium és a kalifornium – kis mennyiségben találhatók a fűtőelemekben, de miattuk sugároznak a kiégett elemek néhány százezer évig. Ezek tárolására a mélységi tárolók jelentenek jelenleg megoldást, azonban kérdés, hogy azok valóban intaktak tudnak-e maradni a szükséges néhány százezer évig. Transzmutációval elérhető lenne, hogy a sugárzási idő ezer év körülire csökkenjen. Ez már olyan időtáv, amire van kísérleti bizonyíték, hogy ember alkotta műtárgyak képesek egyben fennmaradni – mint az egyiptomi piramisok, az ókori Athén és Róma épületei stb. Azaz ilyen időtartamra a ma élő generáció tud egyfajta garanciát vállalni az utódok előtt a mélységi tárolók időtállóságát illetően, beleértve a Magyarországon épülteket és tervezetteket is.

A mesterséges transzmutációra vonat­kozó első tanulmányok a múlt század kö­zepén születtek, akkor egy kísérleti reaktor is működött az Egyesült Államokban a kísérleti és technológiai határok feltérképezésére. Jelenleg Belgiumban épül kísérleti reaktor, amelynél a neutronokat egy néhány száz méter hosszú lineáris gyorsító segítségével állítják elő. „Mi lézerrel sze­ret­nénk ilyen részecskéket létrehozni; az amerikai partnereink számításai szerint ez­zel az eljárással nagyobb hatásfokkal és kisebb területen, azaz összességében mind a tőke, mind pedig az üzemelési költségek tekintetében olcsóbban állíthatnánk elő a transz­mutációhoz szükséges neutrono­kat” – tudtuk meg Osvay Károlytól, a Nemzeti Lézeres Transzmutációs Laboratórium vezetőjétől.

A lézeres iongyorsítás első, ideiglenes kísérleti kamrája az ELI-ALPS-ban (2020. június).

A Laboratórium szakemberei a projekt jelenlegi szakaszában a lézeres úton előállítható neutronokra vonatkozó elméleti becsléseket kívánják kísérletileg megerősíteni. Az ELI-ALPS-ban lévő eszközzel a projekt végére másodpercenként néhány tízmillió neutron keltését remélik megvalósítani. „Az eddigi két kísérletsorozat eredményei alapján optimisták vagyunk, hiszen egy-egy impulzussal kellően nagyszámú töltött részecskét tudunk gyorsítani, ami a neutron előállításához szükséges” – mondta el Osvay Károly. A projektet az ELI-ALPS mellett a BME MOGI (Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika – a szerk.) tanszéke is segíti, amelynek munkatársai a másodpercenkénti ezer lövést lehetővé tevő cél­tárgyrendszert tervezik és építik meg, illetve a debreceni ATOMKI munkatársai, akik a lézer keltette neutronok kimutatására alkalmas detektorrendszert fejlesztik.

A lézeres úton előállított neutronnyaláb végleges kísérleti kamrája és laboratóriumi környezete az ELI-ALPS-ban (2021. szeptember).

Ha már Debrecen: a kísérletek a gyógyításban használt izotópok előállítását is segíthetik. Ezeknek az izotópoknak a jó része viszonylag gyorsan, akár húsz-harminc percen belül lebomlik. Vagyis előállításuk után nagyon gyorsan a felhasználási helyre kell szállítani őket. Ha az izotópokat lézerrel is elő lehetne állítani, az komoly áttörést jelentene, hiszen egy ilyen eszköz az izotópok előállításánál hagyományosan használt gyorsítóknál könnyebben telepíthető. Az új technológia számos más területen is hasznosítható lehet. Erre példa a határvédelem.

A Laboratórium részese egy H2020 EU-s pályázatnak, amelynek keretében a konténerek eddiginél hatásosabb átvilágítására dolgoz ki eljárást. Az átvilágítás komoly kihívás a határátkelőkön, kikötőkben. Általában röntgensugarakat alkalmaznak, de léteznek más lehetőségek is. Ebben a programban arra keresnek választ, hogy lézerrel keltett röntgen-, elektron- és neut­ron­nyaláb segítségével megoldható-e ez a feladat. Pontosabban, hogy egyetlen lé­ze­res eszközzel létrehozható-e röntgen­su­gár, elektron- és neutronnyaláb? Ha igen, akkor az ellenőrzés gyorsabb, pontosabb és gazdaságosabb lesz. A 18 tagú konzorciumban a magyarok azt elemzik, hogy a lézer segítségével előállított neutron­nyalábok megfelelőek lennének-e erre a feladatra. A hazai szakmai szereplők közül már felvették a kapcsolatot a Nemzeti Közszolgálati Egyetem által koordinált Biztonsági Technológiák Nemzeti Laborató­riummal is.

„Nem látunk olyan technológiai akadályt, hogy ne hozhatnánk létre lézerrel az előbbi két feladat elvégzésére alkalmas neutronnyalábot” – jelentette ki Osvay Károly. Ha sikerül, akkor a neutronokkal biológiai anyagokat is besugározhatnának, tesztelhetnének. Ezen az úton haladva akár terápiás célú eszközök is fejleszthetők. Izgalmas lehetőség a tárgyak átvilágítása, mert ezzel a belső szerkezet titkai, például mikrorepedések tárhatók fel.•

A publikációban szereplő kutatást az Innovációs és Technológiai Minisztérium és a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal támogatja a Nemzeti Lézeres Transzmutációs Laboratórium keretében.

 


 
Archívum
 2011  2012  2013  2014  2015  2016  2017  2018  2019  2020  2021
Címkék

Innotéka