2018. október: jegyzet, portré, fizika, egyetem, disszemináció, tudomány, genomika, orvostudomány, neutronkutatás, gépipar, innováció, okostechnológia, energiagazdálkodás, it, építés, közlekedés, megújuló energia, zöldkörnyezet

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.•

 
Innotéka