Mínusz 250 fokos hidrogén a neutronok útjában

A HNF Technologies Kft. a hidegneutron-források (HNF) világpiacának meghatározó szereplője. Olyan berendezéseket gyártanak, amelyek lelassítják a kutatóreaktorokban létrejött neutronnyalábokat, ezáltal azok sokkal jobban használhatók a legkülönfélébb kutatási és vizsgálati célokra. Nemrégiben csaknem 180 millió forintos támogatást nyertek el a VEKOP-2.1.1-15 pályázaton, projektjükben minden eddiginél tartósabb, ebből következően olcsóbb, megbízhatóbb és biztonságosabb neutronlassító berendezésproto­típust fognak kifejleszteni. A cég ügyvezetőjével, Grósz Tamás fizikussal beszélgettünk.


A hidegneutron-források tervezése, gyártása és tesztelése még a nukleáris reaktorok piacán belül is igen speciális ágnak számít. Hogyan került erre a területre?

– Fizikusként 1990-ben jöttem haza Dubnából, az Egyesített Atomkutató Intézetből. Itthon a KFKI (Központi Fizikai Kutató­intézet – a szerk.) kutatóreaktorában folytattam a munkát, főként a reaktorból kivezetett neutronnyalábokkal, amelyeket a legváltozatosabb atomfizikai és anyagtudományi kutatásokra lehet használni. Ott én kaptam a feladatot, hogy a reaktor kiegészítéseképpen létesítsünk egy hidegneutron-forrást. Nagyjából tíz évet vett igénybe, de végül az ezredforduló táján sikeresen működni kezdett, és azóta is remekül működik a KFKI berendezése. Az előkészítés során megismerkedtem azokkal az orosz és más nemzetiségű mérnökökkel és fizikusokkal, akikkel azóta is együtt dolgozunk, immár a HNF Technologies Kft.-ben.

Hőcserélő szerelése
Hogyan alakult át a neutronkutatás spin-off vállalkozássá?

– A hidegneutron-források nagyon kevés kutatóreaktorban üzemelnek világszerte. Talán néhány tucat berendezés működhet a világon, ebből ötöt mi építettünk és üzemeltünk be. A terület kutatói szinte személyesen ismerik az összes kollégát. Így találtak ránk 2000 táján az épülő új ausztrál kutatóreaktor munkatársai, akik HNF-et terveztek beépíteni az új reaktorukba, és felkértek minket, hogy építsünk nekik is egy berendezést. Kezdetben csak ennek az egy projektnek a megvalósítására alakult a cég, de aztán azt vettük észre, hogy egymást követik az újabb megrendelések. Mára nem csak Ausztráliában üzemel az általunk tervezett és elkészített berendezés. Tavaly például Pekingben helyeztük sikeresen üzembe a HNF-et egy 60 megawattos kutatóreaktorban.

Optikai beállítás (az összeállító berendezés precíziós méretellenőrzése)
Mitől hidegek ezek a neutronok, és miért fontos lehűteni őket?

– A reaktorban minden maghasadáskor két-három nagy energiájú neutron keletkezik, amelyek közül csak egy vesz részt a láncreakció folytatásában, a többi távozik a reaktorból. Ezeket csak akkor lehet atomi szintű szerkezetkutatásra használni, ha lehűtjük, és ezáltal lelassítjuk őket. A reaktor víztartályában lelassuló úgynevezett termikus neutronokhoz képest az elvégezhető vizsgálatok felbontása, pontossága nagyságrendekkel megnő, ha a reaktor aktív zónájához közel hűtött lassítóközeggel töltött tartályt helyezünk el. Az ebből kilépő lassú, megnövelt hullámhosszú neutronok sokkal szélesebb körben használhatók.

Hogyan működik ez a „neutronhűtő”?

– Általában hideg héliumgázzal hűtött cseppfolyós, nagyjából 20 Kelvin-fok hőmérsékletű hidrogént vagy deutériumot használnak lassítóközegként. A hidrogénnel töltött tartályt behelyezzük a neutronok útjába, és a rajta áthaladó nyaláb máris lelassul. A dolog azonban a valóságban korántsem ennyire egyszerű. Noha a tartály maga legtöbbször csak néhány liter térfogatú, ahhoz, hogy valóban működőképes legyen, komoly hűtőkapacitást és több köbméteres hidrogéntartályt kell beépíteni, amely ellensúlyozni tudja a folytonos sugárzás melegítő hatását.

Az összeállított hűtési teszt
Itt van az asztalon egy modell, amely a laikus számára csak egy dupla falú tartály, csövekkel a belsejében. Miért jelent mégis akkora mérnöki kihívást a tervezése, hogy alig néhány cég képes ilyen neutronhűtőt építeni az egész világon?

– Még ha minden szükséges forrás a rendelkezésre áll is, egy ilyen HNF tervezése és beépítése minimum négy-öt évet vesz igénybe. A tervezés rendkívül magas szintű reaktorfizikai, termohidraulikai és szilárdságtani ismereteket feltételez, majd a tervek alapján szimulációkat kell futtatni. Az alkatrészek legyártása is nagy precizitást igényel. Az alumínium-magnézium ötvözetből készült kettős falú moderátorkamrát hősokknak tesszük ki: azt vizsgáljuk, hogy a hegesztett kötések hogyan reagálnak a hirtelen 300 fokos hőmérséklet-ingadozásra.

Hősokkolás cseppfolyós nitrogénnel

A hegesztéseket magas színvo­nalú minősített hegesztőüzemünkben végezzük, majd nagy érzékenységű hé­liumos lyukkereső technikával vizsgáljuk át, amely kimutatja az akkora tömörtelenséget is, amelyen keresztül például egy futball-labda száz év alatt sem engedne le teljesen.

Hegesztés

A sugárzás hatására anyagi átalakulás is végbemegy az ötvözetben, amely ugyancsak hatással lehet az anyag homogenitására, ezáltal strukturális megbízhatóságára. A körülmények tehát egy reaktoron belül olyan extrémek, hogy ezekkel csak a kifogástalan atomfizikai, anyagtudományi és mérnöki tudás együttes alkalmazásával lehet szembenézni.

Tartályfedél
Miért van szükség ilyen szigorú minőségbiztosításra?

– Noha a berendezés hidrogénnel van megtöltve, a robbanás lehetőségét éppen a rendkívüli pontosság miatt gyakorlatilag teljesen kizárhatjuk. A tartály két fala között hélium van, így az esetlegesen kijutó hidrogén először ezzel az inert gázzal találkozik, az üzemeltetők pedig azonnal érzékelik a problémát. A minőségbiztosítás legfőképpen az üzembiztonság miatt fontos, és ennek növelését szolgálja a tavaly elnyert VEKOP-pályázatunk is. Minthogy ezek a berendezések egy reaktor belsejében működnek, a teljes rendszer akár több hónapig tartó leállítása nélkül gyakorlatilag javíthatatlanok. Ha meghibásodás lépne fel (bár ilyenre a mi eszközeinkkel még nem volt példa), akkor az egész berendezést cserélni kell. Eddigi eszközeinket tízéves élettartamra terveztük, és az első ausztráliai hidegneutron-forrásunk már lassan cserére szorul. Ha meg akarjuk tartani eddigi megrendelőink bizalmát, a fejlesztéssel nem állhatunk le. Ezért új projektünkben már egy tizenöt éves élettartamú berendezés kifejlesztését tűztük ki célul. E prototípus megvalósítása minden eddiginél pontosabb tervezést, ellenállóbb anyagokat és kikezdhetetlen gyártástechnológiát igényel. A prototípus elkészült első példányát a debreceni VTMT Kft.-vel együttműködve alapos, mindenre kiterjedő hűtési tesztsorozatnak vetettük alá, amelynek eredményei igazolták az új HNF megbízhatóságát.•


 
Archívum
 2011  2012  2013  2014  2015  2016  2017  2018  2019  2020  2021  2022
Címkék

Innotéka