Az ESS nagyberendezés Európa versenyképességét hivatott növelni a kutatás és fejlesztés területén. Megépítése 13 európai ország összefogásával történik a Svédország déli részén fekvő Lundban, amelynek egyeteme nagy múltra tekint vissza. A tagországok szakértelmükkel, a berendezés részegységeinek kifejlesztésé­vel, legyártásával és üzembe helyezésével, azaz természetbeni hozzájárulással is segítik a létesítést. A feladatok összehangolása nagy kihívást jelent a résztvevőknek, de a tudomány számára építendő egyre nagyobb eszközök csak hasonló nemzetközi együttműködésekben lesznek kivitelezhetők a jövőben. A multidiszciplináris kutató­központ Európai Kutatási Infrastruktúra Konzorciumként (ERIC – European Research Infrastructure Consortium) működik.

Az ESS ERIC 13 tagországa. Svédország és Dánia közösen az ESS befogadó országai, Svédországban épül a neutronforrás, Dániában van az adatközpont. További tagok: Csehország, Észtország, Franciaország, Németország, Magyarország, Olaszország, Norvégia, Lengyelország, Spanyolország, Svájc és Egyesült Királyság. (Kép: ess.eu)

Az első lépés a részecskegyorsítás

Az ESS egy részecskegyorsító által meghajtott neutron­forrás. Minden részecskegyorsító ionforrással indul, ahol előállítják a gyorsítandó részecskéket, jelen esetben a protonokat. Ezek egy többlépcsős folyamatban nyerik el végső energiájukat a 600 méter hosszú gyorsítócsőben. A nagyenergiájú protonokat rálövik egy hatalmas, 3 tonna volfrámot tartalmazó forgó kerékre. Az elta­lált volfrám atommagokból a spallációs folyamat követ­kez­tében nagyenergiájú neutronok fröccsennek szét. Eze­­ket a neutronokat megfelelő lassítás után neutronnyalábok formájában elvezetik a mérőhelyekhez, ahol végrehajtják az előkészített tudományos kísérleteket.

Az ESS madártávlatból. A protonokat a piros nyíllal jelzett föld alatti alagútban gyorsítják, a sárga folt jelöli a volfrám céltárgy helyét, amelyben a neutronok keletkeznek, ezeket lassítás után a narancssárga nyilak mentén vezetik el a kísérleti berendezésekhez. A képen jobbra fent a fehér gyűrű egy másik kutatóhely, a MAX IV laboratórium épülete, mögötte a távolban Lund városa. (Kép: Håkan Danared)

A neutronforrásból legyezőszerűen kiinduló nyaláb­csatornák egy-egy mérőhelyben végződnek, ame­lyek műszereit adott kutatási feladatok végrehajtásá­ra tervezték. Az ESS neutronjait az élettelen és az élő természettudományokat művelő kutatók egyaránt hasznosíthatják. Induláskor öt, a létesítési fázis végére 15 mérőhely áll majd rendelkezésre, amelyeket a rá következő években továbbiak üzembe helyezése követ. A végső cél 22 mérőberendezés működtetése. Ezeknek különböző fantázianeveket adtak, a név gyakran a mérő­eszköz funkcióját leíró rövidítésből keletkezett. Ilyen például a skandináv mitológia legfontosabb istenéről elnevezett ODIN (Optical and Diffraction Imaging with Neutrons – optikai és diffrakciós leképezés neutronokkal).

Az ATOMKI feladatai

Az ATOMKI volt a legelső szerződött természetbeni beszállító partner 2015. december 1-jei indulással. Feladata: a berendezés védelme a két utolsó, összesen 120 egységből álló és 256 méter hosszú gyorsítószakaszon. Az ATOMKI korábban már beszámolt az ESS-projektről az Innotékában. A rádiófrekvenciás helyi védelmi rend­szert az ATOMKI az ESS munkatársaival közösen fejlesztette, de gyakran volt szükség az ESS által túlkompli­kált megoldások ATOMKI általi egyszerűsítésére.

A részecskegyorsító 600 méter hosszú alagútjának egy szakasza 2024 februárjában, amikor az még látogatható volt. Fehér védősisakban az ESS munkatársai, pirosban a beszállító partnerek. (Kép: Håkan Danared)

Molnár József villamosmérnök – az ATOMKI műszaki igazgatója, e projekt szakmai vezetője – nem volt könnyű helyzetben. Kikezdhetetlen szakmai tudással felvértezve, minden meggyőzőképességét latba vetve igyekezett a legoptimálisabb elektronikai eszközt megalkotni, amely mentes minden felesleges sallangtól, feladatát megbízhatóan ellátja, és hosszú távon képes majd működni.

Ezt leginkább a jelformáló egység, az SCB (Signal Conditioning Box) esetén sikerült elérnie, amelynek sorozatgyártását két alvállalkozó bevonásával és rengeteg kézi szereléssel oldottuk meg. A jelformáló egység szerelése­kor minden lépés után ellenőrzés következett, majd a tel­jes összeszerelés után ismét mindent alaposan teszteltünk. Meg kell jegyeznünk, hogy az ATOMKI által leszállított 120 + 6 darab tartalék SCB svédországi tesztelései során az ESS eddig nem talált hibát.

Molnár József azt vallja: „Ami fontos, ne bízd másra. Csak a tökéletes munka elfogadható.” (Kép: Király Beáta)

Ez azért is volt meglepő az ESS-nek, mert az elmúlt csaknem tíz évben tartott megbeszéléseken egyre-másra sorolták az általuk észlelt hibákat, amelyeket a beszállító partnereknek nem lett volna szabad elkövetniük. Nemegyszer előfordult, hogy hatalmas, nehezen szállítható egységeket kellett visszaküldeni a távoli partner műhelyébe javításra vagy cserére.

Ezért az ESS folyamatosan szorgalmazza a hibák és a tanulságok gyűjtését és bemutatását a többiek számára okulásként. A legutóbbi megbeszélésre az ATOMKI is csokorba szedte, milyen hibákat tapasztalt az apró elektronikus alkatrészek nyomtatott áramkörökre automatával történő beültetésének eredményeként. Ezek a hibák szerencsére nagyon ritkán fordultak elő, és ter­mé­szetesen nem maradtak észrevétlenek a szerelés so­rán végzett tesztek miatt.

Mivel a hibás beültetésekről nem készültek fényképfelvételek, szimbolikusan végeztük a bemutatást. Képzeljük el, hogy a nyomtatott áramkör egy zöld színű falevél, amelyen az alkatrészek kis bogarakként ülnek sorban. 

A nyomtatott áramkörökön tapasztalt hibajelenségek szimbolikusan megjelenítve. (Kép: Király Beáta)

Az A sor egy katicabogarak által reprezentált ellenállásokból álló tökéletes sor. Mi a baj a B sorral? Egy harlekinkatica került bele; szintén ellenállás, csak más értékkel (pöttyszámmal). A C sorban az ellenállások között megjelent egy kapacitás, amelyet a krumplibogár szimbolizál. A valóságban a két alkatrész között alig észrevehető a különbség. A D sorban első ránézésre talán nem is vesszük észre, hogy két ellenállást egymásra ültetett a gép. Az E sorban a rózsabogár már komolyabb alkatrészt jelöl: IC, azaz integrált áramköri elem. Az egyik bogár azonban a hátán fekszik, a lábai nincsenek a levélhez forrasztva. De hogy nem esett le eddig?! Így persze nem fog működni. Az F sor vajon milyen rovar lehet? Szentjánosbogár. Ám az egyik ellentétes irányba néz. Mi lesz a következménye, ha egy LED-et fordítva kötünk be? Kapcsoljuk le a lámpát és kiderül: nem világít.

Hosszú az út, de látszik már a cél

Az intenzitás, pontosabban a fényesség szempontjából a spallációs neutronforrások a legerősebbek, melyekből világszerte több is működik. Közülük magasan kiemelkedik majd az ESS, amikor eléri a tervezett célt, és előállítja a 2 GeV (gigaelektronvolt) energiájú, 5 MW (megawatt) teljesítményű protonnyaláb által keltett spallációs neutronokat.

A nagy mérföldkövek elérésekor érdemes egy kicsit megpi­hen­ni és visszatekinteni, hogyan sikerült eljutni idáig, milyen buktatók és zsákutcák kerültek elénk a hosszú úton. A 2025. május 19-i egész napos rendezvényen az ESS megünnepelte, hogy a protonnyaláb végigfutott a gyorsítóberendezésen és megjelent a nyalábnyelőn (beam dump). 

A protonnyaláb megjelent a nyalábnyelőn. Az első vizuális bizonyíték arra, hogy a gyorsítóberendezésen rendben végigfutnak a protonok. (Kép: ess.eu)

A szakmai és történeti visszaemlékezések mellett kegyelettel megemlékeztek a gyorsítórészleg vezetőjéről, Mats Lindroosról. Az ő töretlen lelkesedése nélkül nem valósulhatott volna meg ez az eredmény, de egy évvel korábban bekövetkezett halála miatt ezt sajnos már nem érhette meg.

Visszatekintés: az ESS delegációja 2017 márciusában ellátogatott Debrecenbe. Balról jobbra: Håkan Danared, az ESS gyorsítórészlegének helyettes vezetője; Roland Garoby, az ESS műszaki igazgatója; Molnár József, az ATOMKI műszaki igazgatója; Mats Lindroos, aki a kezdetektől az ESS gyorsítórészlegének vezetője volt, ezt megelőzően a CERN-ben dolgozott, 2024 májusában hunyt el. (Kép: Király Beáta)

A következő nagy mérföldkőnek az számít majd, amikor a protonnyalábot már a volfrám céltárgyra engedik a rendes üzemmódnak megfelelően. Ennek tervezett ideje 2026 februárja. A nagyberendezés teljes elkészülte 2027 végére várható, a kutatók ekkor vehetik majd igazán birtokba a neutronokat szolgáltató nyalábvégeken a mérőhelyeket.•

Az ESS ERIC számára az ATOMKI a fejlesztési és gyártási feladatokat az AIK 8.4 számú, RF-LPS (Radio Frequency Local Protection System) tárgyú szerződése keretében teljesíti.

Címlapkép: Håkan Danared