A tórium alapú energiatermelés a néhány évtizeddel ezelőtti amerikai és a német kísérletek után Ázsiában már a gyakorlati alkalmazás küszöbén áll. Dr. Osvay Károly szerint a tórium-alapú nukleáris reaktorok előnye, hogy azok „megszaladása” nem lehetséges. Azaz, majdhogynem bármilyen üzemzavar esetén a maghasadás (és energiatermelés) leáll. Ugyanakkor tórium alapú erőművek akkor működnek, ha a tóriumot kívülről neutronnal besugározzák. Ehhez kiváló lehetőséget biztosítana a lézeres alapú neutron- előállítás. Amellett, hogy ez valószínűleg költséghatékonyabb lenne, mint a gyorsítókon alapuló úgynevezett szpallációs neutrontermelés, még üzembiztonságban is sokat javítana.
2019-ben kötött szakmai együttműködési megállapodást a Szegedi Tudományegyetem, a párizsi École Polytechnique és a kaliforniai székhelyű Tri Alpha Energy (TAE) vállalat. A nemzetközi projekt célja egy olyan lézeres technológia kifejlesztése, amely könnyebbé teszi a nukleáris erőművek üzemanyagainak használatát.
A paksi blokk garantálja Magyarország ellátását, de az erőmű biztonságos és stabil működése mellett legalább olyan fontos a keletkező hulladék kezelése is. Ennek megoldásában segíthet a lézeres úton előállított, neutronokon alapuló transzmutátor. A használt fűtőelemekben jelenlevő, hosszú felezési idejű nukleáris hulladékot stabil vagy gyorsan lebomló magokká alakító lézeres neutronforrás kifejlesztését Magyarország Kormánya, mint nemzeti kutatási programot három évre, összesen 3,5 milliárd forinttal támogatja.
„A használt fűtőelemekben sugárzó anyagok nagy többsége erősen sugároz, éppen ezért viszonylag gyorsan lebomlik. Körülbelül 500 év tárolási idő után a mérhető sugárzásnak több mint a fele már a kezdetben csak elenyésző százalékban (1 tonna kiégett fűtőelemben, amely egyébként 3-5 évig működtet egy reaktort, mindössze 2,5 kg!) jelen lévő hosszú élettartamú elemektől, úgynevezett aktinidáktól származik, amelyek sokkal tovább sugároznak, akár évmilliókig is. Az, hogy jóval hosszabb ideig kell tárolni ezeket a fűtőelemeket, csak az aktinidák miatt szükséges” – mondta el Prof. Dr. Szabó Gábor, aki a kutatás kezdetekor még a projekt szakmai vezetője volt, azóta a szegedi lézerközpont éléről koordinálja a kutatást.
A kutatók tehát nem a radioaktív hulladékot semmisítik meg, hanem annak kezelésének egy jelentős problémájára keresik a megoldást.
A megoldást a particionálás és a transzmutáció jelenti, vagyis az, hogy a nukleáris hulladék különböző komponenseit szétválasztják, majd a hosszú felezési idejűeket transzmutációval átalakítják. Ezzel az eljárással elérhető, hogy a sugárzó atommagok olyan magokká alakuljanak, amelyek gyorsabban bomlanak le, vagy egyáltalán nem sugároznak.
A szegedi központtal zajló nemzetközi projektben arra a kérdésre keresik a választ a kutatók, 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 az SZTE adminisztráció hathatós segítségével hatékonyan lefolytatni, de az ELI-ALPS-ban két elő-kísérletet is végezni. Ezekben kimutattuk, hogy az ELI-ALPS-ban lévő nagyon rövid lézerimpulzusokkal azok energiájához képest meglepően nagy energiájú protonokat tudunk gyorsítani, nagyon jól összetartó nyalábokban” – emelte ki az eddigi kutatási eredményeket Dr. Osvay Károly, a projekt végrehajtására alakult, SZTE Nemzeti Lézeres Transzmutációs Laboratórium szakmai vezetője.
Az együttműködés folyamatos a Nobel-díjas Gérard Mourou, az École Polytechnique professzora révén, aki párizsi egyetemi munkatársaival együtt vesz részt a kutatásban. Az amerikai partnercégnél pedig a szegedi mérési eredmények alapján aktualizálják a szimulációkat, modellezéseket. Minden résztvevő elégedett az eddigi munkával, és reményeik szerint folytatódik a közös projekt.
„A legutóbbi, 2021 decemberében lezajlott kísérletsorozatban nagyon fontos mérföldkőhöz érkezett a csapat. Az ELI-ALPS-ban megépített, immáron végleges nyalábvonalunkon végrehajtott első kísérletsorozatban sikerült kimutatnunk, hogy a lézerrel gyorsított deuteron ionokkal neutronok kelthetők. Sőt, az ATOMKI munkatársai által kifejlesztett detektor rendszerekkel azt is kimutattuk, hogy lézerlövésenként legkevesebb 1500 neutron keltődött. Ez többszöröse annak, amit három évvel ezelőtt a University of Michigan-en, hasonló lézerrendszerrel elértek. Ez a projekt életében egy óriási eredmény, az első mérföldkő a lézeres transzmutáció és egyéb alkalmazások felé. Hiába számolja ki ugyanis az ember, hogy neutronoknak kell keletkeznie, amikor ez egy kísérletben valóban kiderül, az olyan, mint amikor Kolumbusz először megpillantotta a földet Amerika felé hajózva. Ott kellett lennie, de, hogy valóban ott van, az egy kisebb katarzis. Az elkövetkezendő két évben azon dolgozunk majd, hogy a lövésenkénti neutronszámot megsokszorozzuk, illetve a másodpercenkénti lövések számát a jelenlegi több milliószorosára emeljük” – tudtuk meg Dr. Osvay Károlytól.
A nemzetközi összefogásban megvalósuló projekt Szegedet, az ELI-ALPS-t és egész Magyarországot reflektorfénybe helyezheti a tudományos világban. Gérard Mourou úgy fogalmazott az ELI-ALPS Fókusz interaktív látogatóközpontjának megnyitó ünnepségén, fontos, hogy fizikusnak menjenek a fiatalok, mert lehet, hogy ők fogják megmenteni a bolygót.
