Felvételizők figyelmébe: a BME-n valódi atomreaktoron tanítják a nukleáris fizikát

A múlt, a jelen és a jövő egyszerre jellemzi a BME Oktatóreaktorát. A múltat az eredeti fűtőelemek, a jelent a hallgatók kísérletei, a jövőt az itt folyó kutatások jelentik. Több mint fél évszázad alatt ezrek látogatták meg, szemeszterenként hallgatók százai kísérleteztek itt, kutatási projektek tucatjait szolgálta ki.

„A Központi Fizikai Kutatóintézetben 1959-ben kezdett működni egy 2 MW teljesítményű kutatóreaktor. Az ott dolgozó magyar mérnökök és fizikusok kevesebb mint 10 év alatt annyi tapasztalatot és tudást gyűjtöttek össze, hogy a mi reaktorunkat már ők tervezték, sőt a kivitelezést is magyar szakemberek végezték el" - eleveníti fel Czifrus Szabolcs egyetemi docens, a Természettudományi Kar Atomenergetikai Tanszékének vezetője, az Oktatóreaktor igazgatója a történet kezdeteit.

Eredetileg 10 kW volt a reaktor teljesítménye, de már a tervezéskor is gondoltak a teljesítménybővítésre, ami 1980-ban meg is történt. A 100 kW-os teljesítmény a gondos tervezés miatt sem biztonsági, sem sugárvédelmi szempontból nem jelentett problémát. "A reaktorunk azóta több időszakos biztonsági felülvizsgálaton van túl, a következő 2026-27-ben lesz. Takarékosan bánunk a fűtőelemekkel, ezért az eredetiek még mindig használhatók. A rendszeres karbantartásnak köszönhetően minden fontos berendezés jól működik" - mondta Czifrus Szabolcs.

Az oktatóreaktor építése

Sokan azt gondolják, az atomenergia már lejárt lemez, nincs mit kutatni, helyette az alternatív energiaforrásokat kell használhatóbbá tenni. Aki a jövő energetikai megoldásait szeretné megtalálni, jó helyen jár itt?

Abszolút jó helyen jár! A kutatások nem álltak le a nukleárisenergia-termelés fejlesztése terén sem. Mi is foglalkozunk az SMR-ekkel, azaz a kis moduláris reaktorokkal , illetve 4. generációs reaktortípusok fejlesztésében is részt veszünk. Ez ma nagyon intenzíven kutatott terület, elsősorban azért, mert ezek az erőművek kiemelkedően biztonságosak: mindennemű természeti behatásnak ellenállnak a cunamitól a földrengésig, azaz garantálható, hogy ilyen események esetleges bekövetkeztekor sem történik radioaktív kibocsátás. Bár működésük a maghasadáson alapul, a fűtőelemek anyaga, formája néhány új reaktortípusban jelentősen különbözik a hagyományos reaktorokban használttól.

Amíg nem áll rendelkezésre megfelelő mennyiségű fúziós energia, úgy tűnik, a világ nyitottabb arra, hogy a jelenlegi erőművekhez képest kisebb berendezésekben termeljen nukleáris energiát. Akad már olyan SMR, amelyet sikerült engedélyeztetni, ezzel együtt még sok a kérdés, és vannak köztük olyanok is, amelyek megválaszolásában uniós projektek keretében mi is részt veszünk.

Hogyan épül be a tantervbe a reaktor?

2023-ban indult a BME-n az angol nyelvű fizikus-mérnök képzés, amelynek tantervében szerepelnek a reaktorban végzett gyakorlatok. Az orvosi fizika képzésünk korábban a fizikusképzés egyik szakiránya volt, tavaly szeptembertől már önálló szak az orvosi fizika mesterképzés. Az orvosi fizika jelentős nukleáris kapcsolódást mutat. Egyik fő ága a nukleáris medicina, amelynek a képalkotó eljárásai során egy radioaktív izotópot juttatnak a páciens szervezetébe. Bizonyos betegségek esetében a beteg testrészben eltérő lesz az izotóp koncentrációja, így meg tudjuk állapítani, melyik szervet érinti a betegség. A talán legismertebb PET- (pozitronemissziós tomográfia) eljárás mellett jelentősebb számban alkalmazzák a gammakamerás képalkotó vizsgálatokat. Az itt használt radioaktív izotópokat reaktorokban állítják elő. Mi nemcsak az izotóp előállítási folyamatot tudjuk megtanítani az orvosi fizika szakos hallgatóknak, de azt is, hogyan kell bánni ezekkel az izotópokkal, hiszen a használatuk nagy óvatosságot és precizitást igényel.

Mire számíthat, aki ebben a tudományágban mélyed el?

A Nukleáris Technikai Intézet profilját az orvosi fizika és a nukleáris technikák mellett a fúziós tudományokkal foglalkozó képzések, kutatások alkotják. Ha valaki nálunk ennek az elméletével kezd el foglalkozni, nagyon hamar kapcsolatba kerül az itthon és a világban működő kutatócsoportokkal. Kutathat például Japánban, az Egyesült Királyságban vagy Franciaországban, ahol most épül a nagy termonukleáris fúziós kísérleti berendezés, az ITER, amelyhez nekünk is van kapcsolódásunk, mivel tagja vagyunk az EU fúziós hálózatának, az EUROfusion-nak. Az elmúlt két évtizedben tanítványaink közül sokan a fúziós együttműködésben dolgozó külföldi partnerintézményeknél helyezkedtek el és végeznek komoly tudományos munkát. A fúziós energia ipari méretű használatáig még hosszú út áll előttünk. Nagyon sok kutatás, elméleti, gyakorlati és technológiai kérdés vár megoldásra. Az ITER megépítése az első lépés, időbe telik, mire felépül az első nagy teljesítményű fúziós erőmű.

Czifrus Szabolcs

Mit köszönhetnek a hallgatók a reaktornak?

A reaktor és laboratóriumainak célja mindig az volt, hogy a gyakorlatban lehessen nukleáris ismereteket oktatni a hallgatóknak. Járnak hozzánk fizikus, energetikai mérnök, villamos- és vegyészmérnök hallgatók is. Amit egy ilyen reaktor adni tud a hallgatóknak, az a valóság élménye. Átélhetik azt az érzést, hogy amit csinálnak, annak a valóságban következménye van. Teljesen más egy szimulátor előtt ülni, mint akár egy ilyen kicsi, de működő atomreaktorban kísérletezni, méréseket végezni. A reaktort mint munkakörnyezetet, az ebben való tevékenység szabályait, a biztonságnak a mindenek felettiségét, az odafigyelést csak a gyakorlatban lehet elsajátítani. Kicsit olyan ez, mint a repülőgép-vezetés: aki kisgépen megtanulja az alapokat, megtapasztalja, mi és hogyan történik, az könnyebben tanul meg utasszállító gépekkel repülni. Bár a méretek nagyságrendileg eltérők, a maghasadás itt is ugyanaz a fizikai jelenség, mint a Paksi Atomerőműben. Elsősorban a fizikus és az energetikai mérnök alap- és mesterszakos, orvosi fizikus és villamosmérnök mesterszakos hallgatókat oktatjuk. Közülük a nukleáris specializációkon részt vevők tanulmányaik nagyon jelentős részét folytatják intézetünk kurzusai keretében, szakdolgozatukat, diplomamunkájukat nálunk készítik.

Hány hallgatót szolgál ki a reaktor?

Szemeszterenként százas nagyságrendben vannak olyan hallgatók, akik méréseket végeznek nálunk, a doktoranduszaink száma évek óta 15-20 között van. Fontos területünk emellett a szakmérnökképzés, több mint 550-en végeztek reaktortechnika, illetve nukleáris menedzsment szakmérnöki képzésen, köztük Kovács Antal olimpiai bajnok dzsúdósunk. A reaktorban elsősorban az egyetemisták és a szakmérnökök képzéséhez kapcsolódó laboratóriumi gyakorlatok zajlanak, de immár 40 éve járnak hozzánk reaktoros mérési kurzusokra a Pozsonyi Műszaki Egyetem hallgatói. Időről időre hirdetünk ilyen képzéseket más külföldi hallgatóknak is, hiszen kiterjedtek a nemzetközi egyetemi kapcsolataink. Részt vettünk és veszünk több uniós projektben a műszaki-fizikai-technológiai tervezés, sugárvédelmi tervezés, nukleáris biztonság területén. A legújabb projekt tavaly szeptemberben indult. Ennek keretében az egyik célunk rendkívül precíz mérések tervezése és elvégzése az Oktatóreaktorban: ezek alapot nyújthatnak arra, hogy nagy pontosságú számítógépes programok által végezhető számításokat validálni lehessen, azaz megbizonyosodhassunk arról, hogy ezek a programok jól működnek és pontos eredményeket adnak.

Milyen karrierlehetőségeik vannak az itt diplomázóknak?

A nukleáris területen szerzett diplomával kapcsolatban természetesen kézenfekvő a Paksi Atomerőmű, mint munkahely. Az Országos Atomenergia Hivatalban is sok egykori hallgatónk dolgozik, a kutatás iránt érdeklődők egy része pedig a HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpontban helyezkedett el. Itt magyar vagy külföldi finanszírozású projekteken vagy a 10 MW teljesítményű reaktoron végeznek komoly kutatásokat. Vannak olyan cégek is, ahol egykori műegyetemisták dolgoznak, ilyen például a Nukleáris Biztonsági Kutatóintézet. A szakmérnöki tanfolyamokra általában azért jönnek hozzánk, mert az iparban dolgozó mérnököknek a munkahelyükön szükségük van a nálunk megszerezhető tudásra. Az elsajátított elméleti és gyakorlati tudást sokan hasznosítják nagy európai projektek keretében. Ilyen például a világ legnagyobb neutronforrásaként most épülő ESS vagy a már említett ITER.

Az eredeti 10 kW-os teljesítményt 1980-ban 100 kW-ra növelték. Milyen új lehetőségeket jelent ez?

A 100 kW-os teljesítmény lehetővé teszi bizonyos kísérletek elvégzését. Ilyen például, hogy egy ismeretlen mintában kisebb mennyiségű vagy kisebb arányban jelen lévő elemeket is ki tudjunk mutatni. Ha nem ismerjük egy anyagminta összetételét, akkor az egyébként nem sugárzó mintát a reaktorban radioaktívvá tesszük, majd az általa kibocsátott sugárzást mérjük speciális detektorokkal, így azonosítani tudjuk az alkotóelemeit, azok minőségét és mennyiségét. Az egyik alkalommal szerettük volna színesíteni a minták megszokott körét, ezért néhány 1 cm hosszúságú hajszálat vizsgáltunk meg. A minta tömege 1 milligramm körüli lehetett. Legnagyobb meglepetésünkre alumíniumot mutatott ki a mérés. De hogy kerülhetett a hajszálra? Kiderült, hogy a mintaadó hölgy hajlakkot használt, így az abban lévő minimális mennyiségű alumínium kerülhetett a hajára. A lényeg, hogy az 1 milligramm tömegű minta kb. egymilliárdod részéről is ki tudjuk mutatni, hogy milyen anyag, vagyis a 100 kW nagyobb pontosságot tesz lehetővé kisebb mintamennyiség mellett.

Február 15-ig tart a felsőoktatási jelentkezési időszak. Miért érdemes ma nukleáris technológiát tanulni?

A BME pályaorientációs programjainak egyik fő attrakciója vagyunk. A Kutatók Éjszakáján, a Lányok napján és a BME Nyílt napjain is megnyitjuk a reaktort az érdeklődők előtt. A középiskolások kíváncsisága szerencsére élénk. A mostani felvételi időszakban arra szeretném felhívni a fizika iránt érdeklődő középiskolások figyelmét, hogy a reaktor egy rendkívül inspiráló környezet, amelyben egy jól bevált technológiára építjük a jövő megoldásait, széleskörű nemzetközi kapcsolatrendszerünket kihasználva, amit már az alapszaktól kihasználhatnak. Hallgatóink ebbe a kutatási vérkeringésbe kerülhetnek be, érdekes, jövőbe mutató, komplex projektek feladatainak megoldásán keresztül. 

KJ