Fizikai Szemle honlap

Tartalomjegyzék

Fizikai Szemle 2005/12. 445.o.

ALAPKUTATÁS, ALKALMAZÁS, INNOVÁCIÓ
TUDOMÁNYEGYETEMEN .... MEDDIG?

Raics Péter
DE Kísérleti Fizikai Tanszék, Debrecen

Sokan és sokat beszélnek a cím első részében említett feladatokról. Jól hangzó szavak. Mi van mögöttük? Milyen értelmet nyernek a jövőben?

Egy kis történelem

Szalay Sándor professzor az atommagfizikai kutatást és oktatást az országban elsőként teremtette meg az 1930-as évek végén Debrecenben az akkori gróf Tisza István Tudományegyetem Orvoskari Fizikai Intézetében. A jogutód a Kossuth Lajos Tudományegyetem Kísérleti Fizikai Intézete volt a színhelye a híres neutrínókimutatási kísérletek kezdeteinek. 1954-ben alakult meg a MTA Atommagkutató Intézete. A KLTE Kísérleti Fizikai Tanszékének vezetését 1967-ben Csikai Gyula vette át, aki neutronfizikai kutatásokkal erősítette a tudományos életet az egyetemen. Ehhez társult 1992-től kezdődően a részecskefizika Baksay László hathatós közreműködése révén. Pálinkás József 1995-től a nagyenergiájú atomfizikai kutatásokkal bővítette a Tanszék tudományos profilját.

A fizika oktatása a kezdetektől nagy figyelmet és hangsúlyt kapott. A cél az elméleti alapok elsajátítása mellett a kísérletezés megtanítása volt. Egymásra épülő rétegei: órai bemutatás, demonstrációs laboratórium az alaptörvények feltárására, laboratóriumi mérőgyakorlatok, tudományos diákkör, szakdolgozat és diplomamunka, posztgraduális képzés. Oktatás és kutatás, elmélet és gyakorlat egysége jellemezte a Szalay Sándor által megteremtett "debreceni kísérleti fizikai iskolát". A tanítványok felkészítését a tudományos munkára, az egyetemi és közoktatásban való részvételre mindenki saját feladatának érezte.

Megfelelő műhelyháttér, valamint képzett technikusok és szakmunkások nélkül elképzelhetetlen a fenti célok megvalósítása. A "kisegítőknek" (irodai dolgozóknak, portásoknak, eljáróknak, takarítóknak) is megvan a maguk helye, feladata a csapatban.

Sok sikeres alapkutatási feladat és ráépülő alkalmazás jellemezte az általam közvetlenül átélt, közel négy évtizedet. A neutronindukált magreakciók kutatása itthon és külföldi intézetekkel közösen igen eredményes volt. Szinte kínálta az alkalmazásokat, elsősorban analitikai jellegű feladatok megoldása és sugárzási hatások vizsgálata terén. Ezek interdiszciplináris és ipari feladatok megoldását tették lehetővé. Szabadalmak születtek a cikkek és a külső kutatásról beszámoló jelentések mellett. Az időközben a részecskefizika miatt a CERN-ben és Brookhavenben kialakuló kapcsolataink közvetlen és aktív részeseivé tettek minket a legmagasabb szintű technológiának.

Izgalmas kölcsönhatásnak voltunk tanúi egy részterületen. A 80-as, 90-es években megkezdődött, kiteljesedett a modern optika és a tanszéki nukleáris elektronikai hagyományokon alapuló optoelektronika tanítása. Mindez a kutatásban rövidesen felhasználásra került (részecskefizika, szilárdtestfizika), majd magasabb szinten visszajutott a képzésbe (egyetemi és szakoktatás).

A következőkben az egyik legsikeresebb alkalmazott kutatási témában elért eredmények tükrében mutatom be egy tudományegyetemi tanszék lehetőségeit, a nem könnyű szerkezeti átalakulást, a csapatmunka fontosságát, az egyetemen rendelkezésre álló szellemi és infrastrukturális háttér mással nem pótolható értékeit. És a kétségeket a jövőt illetően ....

Alap- és alkalmazott atommagfizika

A neutronfizikai kutatások egyik legsikeresebb ágát, a maghasadás vizsgálatát az áldott emlékű Daróczy Sándor (1935-1996) új alapokon elindulva kezdeményezte 1968-ban. Csoportjával a hasadványok tömegeloszlását tanulmányozta gamma-spektrometriai módszerrel. A világszerte újdonságnak számító kísérletek több irányban ágaztak el később nemzetközi kooperációkban: a tórium-, urán- és transzurán-izotópokon végbemenő neutronreakciók, valamint ezen nuklidok bomlásának vizsgálata. Mindez a legkorszerűbb, nagy felbontású gamma-spektrometria alkalmazását, állandó fejlesztését követelte meg a megfelelő számítástechnikai háttérrel. Diplomamunkások, doktoranduszok egyenrangú félként dolgoztak a csoportban. Egy részük ma a Paksi Atomerőmű vezető beosztású munkatársa, vagy éppen még csak készül a jövő nagy feladataira.

A 70-es évek elején kifejlesztésre kerültek aktív és passzív, roncsolásmentes analitikai módszerek reaktorok urántartalmú fűtőelemeinek vizsgálatára: dúsítási arány meghatározása, a kiégésmérés. Így 1985-ben nem érte felkészületlenül a Tanszéket a Paksi Atomerőmű azon kérése, hogy a reaktor primerköri csöveiben, ioncserélő oszlopain felhalmozódó radioaktív nuklidok izotópszelektív analízisét kell megvalósítani egy külső, független intézmény segítségével. A nyugat-európai példákat követő vizsgálatok később kiterjedtek a gőzfejlesztőkre is. Csikai Gyula tanszékvezető a kezdeteknél felismerte ezeknek a külső kutatásoknak, méréseknek itthoni és nemzetközi jelentőségét.

In situ gamma-spektrometria

A módszer azon alapszik, hogy a reaktorok primerkörében a korrózió, erózió miatt keletkezett anyagok a hatalmas fluxusú neutrontérben mesterséges radioaktív atommagokká alakulnak át, amelyek nagy része gamma-sugárzást bocsát ki lebomlása során (pl. Co-58, Co-60, Mn- 54, Cr-51, Fe-59, Nb-95, Zr-95, Ag-110m). A hasadási termékek megjelenése a fűtőelemköteg tömítetlenségére utal (pl. a jód-, Cs-, Sb-, Ru-, Ce-, Pm-, Eu-izotópok). A leállás után megfelelő időben elvégzett mérési sorozattal húsznál is több radioaktív atommag jelenléte mutatható ki nagy pontossággal a primerköri berendezések belső falán vagy éppen a hőhordozóban, moderátorban. A gamma-fotonok nagy áthatolóképességük folytán a berendezések vastag acélfalán, vízrétegein átjönnek, és érzékeny, hordozható detektorokkal kívülről felfoghatók.

A roncsolásmentes vizsgálatokhoz használt eszközök (és üzemeltetőik) szélsőséges sugárzási, hőmérsékleti körülményeknek, valamint elektronikus és mechanikai zajnak vannak kitéve. Az elektronika és kiértékelés szupertechnológiájú eszközök használatát igényli: HPGedetektorok, analóg elektronika 100 m kábelen történő jeltovábbításra, digitális jelfeldolgozó processzorok, vezérlés és sokezer-csatornás spektrumok feldolgozása számítógéppel. Nagyon nagy detektorterhelés (esetenként >100 000 imp/s) vagy éppen rendkívül alacsony aktivitás jellemzi a sugárzási teret.

Küzdelem az atomeromuvek biztonságáért

A helyszínen elvégzett gamma-spektrometria segítségével megállapíthatók az atomerőműben alkalmazott vízkémia paraméterei; következtetni lehet az erőmű éves működése alatti változásokra és a fűtőelemcsövek sérüléseire; kiderül a víztisztító rendszer hatásossága, előre megbecsülhető a benne használt abszorbens műgyanta élettartama; észlelhetők az "idegen anyagok" (pl. elvesztett, bennfelejtett szerszámok); kimutathatók a betáplált pótvíz elégtelen szűrés miatti magasabb oxigéntartalmának hatásai; nyomon követhetők a működés során bekövetkezett tranziens folyamatok (nem tervezett teljesítményváltozások, rövid leállások); lehetőség nyílik a radioaktív szennyezések felszaporodásának közép és hosszú távú előrejelzésére, a reaktor általános állapotának és "viselkedésének" jellemzésére, tervezhető a szerelést végzőket érő sugárdózis. Mindezek segítik a döntéshozókat abban, hogy megfelelő irányt szabjanak a biztonság további fokozását jelentő lépéseknek, az atomerőmű teljesítménynövelését és élettartam-hosszabbítását célzó műszaki teendőknek. A bécsi székhelyű Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (IAEA) a módszer alkalmazását a biztonságnövelés szempontjából "jó gyakorlat"-ként értékelte.

A Paksi Atomerőmű I. blokkjának 2. leállásától kezdve mind a négy reaktor minden évben részletes vizsgálatra kerül annak megállapítására, hogy a korrózió, az erózió és a fűtőelemek zártságának hibái milyen radioaktív szennyezést okoznak a primerkörben. Az elmúlt húsz év során mintegy 80 alkalommal végzett a Tanszék ilyen vizsgálatokat Pakson. Ez a világon egyedülálló méréssorozat egyértelműen bizonyítja a VVER-440/213 típusú reaktorok biztonságát, a paksi műszaki csapat világszínvonalú tevékenységét.

A Quantec céggel külföldön

A bécsi Quantec Technologies GmbH szervezésében a Tanszék munkatársai a 90-es években három alkalommal Németországban végeztek a paksihoz hasonló vizsgálatokat a Biblis-A atomerőműben. Itt volt először igény a gőzfejlesztők mérésére, amely azóta itthon is bevezetésre került. A külföldi kitekintés több szempontból nagyon hasznosnak bizonyult. Egyrészt közvetlen tapasztalatok szerezésére nyílt lehetőség a "nyugati típusú" erőművi reaktorokkal kapcsolatban. Másrészt össze lehetett hasonlítani a "keleti"-ekkel mind műszaki-technikai, mind emberi-felkészültségbeli, biztonságfilozófiai szempontból. Nos, ez az összevetés egyáltalán nem a "keleti" rovására dőlt el ....

A Quantec és a Tanszék munkatársai több külföldi atomerőműben tettek látogatást, tartottak előadásokat és konzultációkat, végeztek szakértői munkát (Bulgária, Csehország, Szlovákia, Németország, Franciaország, Svájc, Románia, India). Ezek során tanácsot adtak a reaktorblokkok karbantartásával, továbbfejlesztésével, későbbi leszerelésével kapcsolatban végezhető mérésekre és a szükséges műszaki felszerelés beszerzésére, üzemeltetésére, az adatfeldolgozás módszereire. Nemzetközi tudományos fórumokon számoltak be az elért eredményekről (Anglia, Csehország, Szlovákia, Magyarország, Kanada, Ausztria).

A Debrecen-Paks-Bécs háromszög

A Paksi Atomerőműben az évek során hatalmas adatmennyiség halmozódott fel a primerkör radioaktivitásával kapcsolatban mind az in situ, mind pedig az ottani radiokémiai laboratórium mérései révén. Ezek feldolgozását a Tanszék és a Quantec Technologies együttesen végezte el. A munka során a különböző reaktor-állapotjelzők és a primerköri radioaktivitás között korrelációkat sikerült kimutatni, amelyekkel a biztonságos működés feltételeinek javítását lehet elérni.

A fűtőelemek vegyi tisztítása közben 2003 tavaszán súlyos üzemzavar lépett fel Pakson a II. blokk melletti 1. aknában elhelyezett dekontamináló tartályban a külföldi vállalkozó súlyos mulasztásaiból eredően. A reaktor primerköri rendszere részlegesen elszennyeződött. Az újraindításhoz a radioaktivitás szintjének alapos feltérképezése vált szükségessé. A Quantec Technologies és a Tanszék teljesen újszerű módszereket alkalmazva sikeresen vett részt a nemzetgazdasági szempontból is rendkívül fontos munkában. A már jól bevált in situ gamma-spektrometriát különleges körülmények között a fűtőelemek felületi tisztaságának ellenőrzésére sikerült alkalmazni. Ugyanilyen célra először történtek in situ alfa-spektrometriai mérések atomerőműben. Kölcsönzött, különlegesen nagy hatásfokú, úgynevezett kesztyű- (clover) detektorral vált lehetővé a gőzfejlesztők hőcserélő csöveinek belső falán megtapadt hasadási termékek biztonságos kimutatása.

A külföldi partner segítségével megoldható volt a nem tervezett, hirtelen felmerült feladatokra való azonnali és sikeres reagálás a rugalmas ügyintézés, a gyors beszerzés és fejlesztés révén. A kísérleti technika elve az alapkutatásból minden feladathoz rendelkezésre állt már a tapasztalatokkal együtt. "Csak" a különleges helyzetre való alkalmazás maradt.

Egyetem és kisvállalkozás közös laboratóriuma - állami és saját tokével

Itthon és külföldön nyert tapasztalatok azt mutatják, szükség van olyan gyors reagálású műszaki-technikai csapatra, amelyik a radioaktív szennyezettség legkülönbözőbb formáit szélsőséges körülmények között képes nagy megbízhatósággal kimutatni, a szükséges lépésekhez segítséget nyújtani, az elvégzett mentesítés hatásfokát meghatározni. A már kiválóan üzemelő környezet- és sugárvédelmi laboratóriumokhoz hasonló műhelyre van szükség, amely viszont egységes felszereltséggel sokoldalú szolgáltatást tud nyújtani itthon és külföldön egyaránt. Saját tapasztalatait mind a méréstechnikában, mind a műszerezettségben meg tudja osztani a hasonló szervezetekkel. Széles körű, állandó kutatás-fejlesztési tevékenységet végez. A legmodernebb eszközöket, eljárásokat tudja beszerezni a szolgáltatásaiból származó bevételei révén. Képes arra, hogy a megfelelő szakembereket kinevelje a képzés-továbbképzés széles skáláján: PhD, egyetem, közoktatás, technikus- és szakmunkásképzés. Ezt a célt ösztöndíjakkal is segít megvalósítani.

A Debreceni Egyetem Kísérleti Fizikai Tanszéke és a bécsi cég által Magyarországon alapított Quantechnologies Fejlesztő és Kivitelező Kft. szerződésben vállalta az oktatás-kutatás-fejlesztés-szolgáltatás egységének megvalósítását. Ehhez az egyetem épületéből a vállalat által bérelt helyiségben laboratóriumot hoztak létre, melynek induló eszközkészletét a Tanszék által korábban OMFB-, OM-, PHARE-, IAEA-pályázatokon nyert támogatásból beszerzett és a bécsi cég által vásárolt berendezések alkotják.

A Quantechnologies az NKTH-tól pályázat útján nyert 50 millió forinthoz saját részként ugyanennyit hozzátéve korszerű eszközökkel továbbfejleszti a közös Nukleáris Biztonsági és Technikai Laboratóriumot, piackutatást végez, "üzletet szerez", adó- és járulékköteles bevételhez jut itthon és külföldön, pályázatokon vesz részt. Az Egyetem hatalmas szellemi tőkéjét, az évtizedek során felgyűlt kutatási-fejlesztési tapasztalatait, oktatási potenciálját, a Tanszék mechanikai, elektromos és elektronikus műhelyeit, nukleáris technikáját viszi a "házasságba".

Az első eredmény a Paksi Atomerőmű felkérésére végzett, víz alatti aktivitásmérés a II. blokk 1. aknájának falán. Ehhez két "tengeralattjáró" kifejlesztésére és sikeres alkalmazására került sor. A bennük elhelyezett gammadetektorok 7 méter mélységig feltérképezték a felület radioaktivitását. A száraz részeken alfa-spektrometriával kiegészített analízis először került alkalmazásra atomerőművekben. A rendkívül szigorú biztonsági szabályoknak eleget tevő, eddig mások által nem alkalmazott, piacképes eszközök a tanszéki műhelyek technikusaival szoros együttműködésben készülhettek csak el.

Modern forma, korszerű tartalom - megszűnő egyetemi háttér mellett?

Sikertörténet vagy nekrológ? Ha a súlyos és értelmetlen, de tudatos pusztításnak látszó, amúgy a "nagy" költségvetésben kerekítési hibával egyenértékű megszorításokból eredő anyagi gondok miatt Akkor a válasz a "Halotti beszéd". Ilyen feltételek mellett a legkorszerűbb forma is elhal, mert pár év múlva elfogy az éltető tudásmegújulás háttere. Egyetem nélkül, csupán vállalkozói pénzzel ez nem pótolható! Hiába az EU-s pályázatok sokasága(?), ha nincs hozzá ember.

A fizikával foglalkozó "egyszerű" egyetemi polgár kínlódik, megpróbálja felemelni a szavát. De ki hallja azt meg? A politikus? Az akadémikus? Még a saját közvetlen és/vagy magasabban székelő, elefántcsonttoronyban (jól) élő egyetemi főnökei sem! Vagy legalábbis nem tesznek semmit. És itt a baj! Mert mit is mondott a haza bölcse, Deák Ferenc: " .... amit erő és hatalom elvesz, azt idő és kedvező szerencse ismét visszahozhatják, de amiről a nemzet, félve a szenvedésektől, önmaga lemondott, annak visszaszerzése mindég nehéz s mindég kétséges." [1]

Ébresztő!

Irodalom

1. DEÁK F.: Válogatott politikai írások és beszédek, II. kötet, VIII. fejezet, "Második felírati javaslat, Pest, 1861. augusztus 8." - Deák Ferenc munkái (elektronikus dokumentum), CD, ISSN 1589-9691, Arcanum Adatbázis Kft., Budapest, 2004.

_________________________________

Csikai Gyulának ajánlva 75-ik születésnapjára.
A Fizikai Szemle szerkesztő bizottsága 1972-ben hirdette meg Vélemények rovatát. A szerkesztő bizottság állásfoglalása alapján "a Fizikai Szemle feladatául vállalja, hogy teret nyit a fizika kutatására és oktatására vonatkozó véleményeknek, ha azok értékes gondolatokat tartalmaznak és építő szándékúak, függetlenül attól, hogy egyeznek-e a lap szerkesztőinek nézetével, vagy sem". Ennek szellemében várjuk továbbra is olvasóink, a magyar fizikusok, fizikatanárok leveleit.