Fúziós reaktorok rejtelmeit kutatja a díjazott fiatal műegyetemi fizikus

Rangos elismeréssel jutalmazták a BME TTK Nukleáris Technológia Intézetének szakemberét.

„Számomra a reaktorban keletkező zaj nem pusztán zavaró tényező, hanem információk sokasága” – vallja Pokol Gergő, a BME Természettudományi Kar Nukleáris Technológia Intézetének docense, aki szakmai tevékenységéért a közelmúltban kapta meg a Simonyi Károly Emlékplakettet, a Magyar Nukleáris Társaság kitüntetését a szervezet XVI. szimpóziumán, Budapesten. A díjazott hozzátette: „Egy szép, harmonikus rezgésben nincs több mint frekvencia és amplitúdó. Minél zajosabb valami, annál több információ lehet benne”.

A Magyar Nukleáris Társaság XVI. alkalommal szervezte meg éves szimpóziumát, amelyre mintegy kétszázan regisztráltak. A konferencián csaknem hetven, a nukleáris technikához kapcsolódó előadást hallgathattak meg az érdeklődők. A seregszemle elsődleges célja a hazai műszaki-tudományos eszmecsere elősegítése és fórum biztosítása a hazai szakemberek, kutatók, valamint a szakma ifjabb művelői közötti kapcsolatépítésre, információcserére.

A szimpózium alkalmat kínált arra is, hogy átadják a társasági díjakat. A BME Nukleáris Technikai Intézet docenseinek munkáját elismerve Kiss Dániel Péter Fermi fiatal kutatói díjat (A kitüntetettel a bme.hu is készített interjút – szerk.), Pokol Gergő pedig Simonyi Károly Emlékplakettet kapott. Továbbá Szilárd Leó Díjjal jutalmazták Szőke Lariszát, az MVM Paksi Atomerőmű Zrt. nukleáris üzemanyag osztályának vezetőjét.

A Magyar Nukleáris Társaság Elnöksége 2007 februárjában alapította a Simonyi Károly Emlékplakettet a fúziós plazmafizikai kutatásokban, és/vagy a fúziós technológiai fejlesztésekben kiemelkedő teljesítményt nyújtó magyar szakemberek elismerésére. A Simonyi Károly Emlékplakettre pályázni lehet, valamint bárki jelölhet arra alkalmasnak ítélt személyt. A nyertesek egy-egy előadásban mutatják be díjazott tevékenységüket, eredményeiket a Társaság konferenciáján.

Pokol Gergő egyszerű, de különleges példával illusztrálta a zajból kinyerhető információk jelentőségét. Néhány éve járta be az internetet az a felvétel, amelyet egy repülőből kieső kamera rögzített.

Az eszköz a tengelye körül egyre gyorsuló forgó mozgást végez, majd beáll egy olyan sebességű forgásra, amely eredményeképpen folyamatosan 360 fokos panoráma-mozgóképet látunk. A kisfilmet kísérő akusztikus zajt elemezve kiderült, hogy ez a kép azért lehetséges, mert a szerkezet ekkor éppen másodpercenként hatvanszor perdül meg maga körül, ami pontosan megegyezik a kamera 60 fps képfrekvenciájával. A forgási frekvencia és a képfrekvencia ily módon történő spontán szinkronizálódása teszi ezt a felvételt rendkívül különlegessé. (Az interneten viszont nem ezért terjedt el, hanem mert a képanyag végén az látható, hogy egy malac megrágja a földre hullott kamerát – a szerk.)

Pokol Gergő MSc hallgatóként témát keresve 2002-ben ismerkedett meg Zoletnik Sándor csoportjával, amely a hazai fúziós kutatások megújítását tűzte ki célul, és jelenleg az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont keretein belül működik. „Korábban volt hazánkban egy ún. tokamak típusú berendezés (ld. következő keretes részt – a szerk.), de az ’áldozatul esett’ egy pénzügyi karcsúsításnak” – emlékezett a fiatal díjazott. „Effajta eszközök hiányában bekapcsolódtunk az összes jelentősebb, kapcsolódó témákkal foglalkozó európai kutatásba. Emellett szoros az együttműködésünk Koreával, Kínával és alakul Japánnal is. Az Egyesült Államokban mostanában ugyan kevésbé támogatott a téma, de például a neves Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) plazmafizika kutatóintézetét majdnem húsz éven keresztül Porkoláb Miklós vezette, így amerikai összeköttetésünk is van. Nagyon jó a kapcsolatunk vele, oktatott nálunk, és bizottsági munkákban is támogat minket.”

Pokol Gergő a reaktoros zajdiagnosztikában úttörő Pór Gábor segítségéért is hálás, mert az ő témavezetésével kezdett zajdiagnosztikával foglalkozni, később már kifejezetten csak fúziós reaktorokban. 2015-ben friss doktoranduszként került Fülöp Tünde professzorasszony kutatócsoportjához Svédországba, ahol főként a fúziós vizsgálatok elméleti hátterét tanulmányozta. „Itthon hagyományosan a kísérleti rész az erős: a mérőberendezések építése, és a kísérletezés kerül a fókuszba a göteborgi Chalmers Egyetemen pedig inkább az elmélet. Az ott töltött idő nagyon sokat hozzáadott a fizikusi szemléletemhez. Komolyan motivál, hogy az elmélet és a kísérlet között kapcsolatot teremtsek” – hangsúlyozta Pokol Gergő.

A fúziós kutatások egyik legnagyobb akadálya, hogy a fúziós reakciókhoz szükséges 100 millió °C hőmérsékletet is elérő plazma halmazállapotú üzemanyag a hagyományos tárolókban nem helyezhető el, mivel nincs olyan szilárd anyag, amely kibírna ekkora hőmérsékletet. A tokamak és a hozzá hasonló elven működő sztellarátor olyan berendezések, amelyek elektromágnesek által létrehozott mágneses mezőben képesek a magas hőmérsékletű plazma tárolására.

A sztellarátor elnevezés a csillagokéhoz hasonló energiatermelés lehetőségére utal. A modern sztellarátorok közül a legjelentősebb a németországi Wendelstein 7-X. Ennek látható fény kamerarendszerét a Wigner Fizikai Kutatóközpontban fejlesztették.

A tokamak szó a „tóruszkamra mágneses tekercsekkel” elnevezés orosz megfelelőjének a rövidítéséből ered. A legmodernebb ilyen típusú berendezésen az ITER-en (International Thermonuclear Experimental Reactor – Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor) nemzetközi együttműködés keretében munkálkodnak, amelynek célja a jövőbeli villamos erőművek technológiájának kifejlesztése és a mai plazmafizikai ismereteink továbbgondolása. A franciaországi Caradache-ban jelenleg is épülő szerkezet tervezésében is részt vállalnak a magyar kutatók, akiknek legnagyobb projektje a vákuumkamrán belül található diagnosztikai rendszerek kiszolgáló egységeinek tervezése.

Az ITER-t teljesen újszerű tudományos együttműködés keretében építik: a résztvevők nem a pénzügyi forrásokat, hanem az alkatrészeket biztosítják. Ennek célja, hogy a fúziós szakterület országonkénti saját ipari hátterét megteremtsék. A világméretű összefogásban az Európai Unió, Oroszország, India, Kína, Dél-Korea, Japán, és az Egyesült Államok vesznek részt.

A BME egyetemi docense kifejtette: „szakterületem a plazmafizika. A fúzióhoz szükséges 100 millió °C körüli hőmérsékleten az üzemanyag plazma állapotban van, amelyet speciális geometriájú mágneses térrel tartjuk össze. A plazma – némileg leegyszerűsítve – olyan anyagot jelent, amelyben az atomról leszakadó szabad elektronok és az így kialakuló szabad ionok áramolhatnak; ez viszont szintén mágneses tereket kelt, és így befolyásolja a plazmát összetartó mágneses térszerkezetet. A folyamat egy izgalmas nemlineáris fizikai probléma – vélekedett a kutató, hozzátéve, hogy a plazmahullámok területe is rendkívül szép és szerteágazó. „A hétköznapok során csupán hang- és fényhullámokkal találkozhatunk, a plazmában viszont rengeteg mással is. Mi például azt vizsgáljuk, hogy az eszköz mágneses hullámai hogyan mozgatják a részecskéket a plazmában, és fordítva: hogyan hatnak a részecskék a hullámokra.”

A fúziós területtel foglalkozó műegyetemi szakemberek csoportja nagyon kicsi, de szorosan együttműködik a Wigner Fizikai Kutatóközponttal. „A kutatáson túl pedig az oktatásban van kiemelt feladatunk – osztotta meg a bme.hu-val a fiatal kutató, aki a részletekről szólva elmondta még: 22 kreditnyi kimondottan fúziós tematikájú tárgyból választhatnak a hallgatók. Pokol Gergő hozzáfűzte: „a környező országokban még nem annyira kiforrott az infrastruktúra és az elméleti oktatás, így az EUROfusion program értékelése is azt szorgalmazza, hogy az intézményünk regionális képzési központ legyen a fúziós területen. Jelenleg ehhez keresünk erőforrásokat.”

„Rengeteg tehetséges hallgatóval találkozom: ez az egyik legfőbb ok, ami itt tart a Műegyetemen” – vallja a díjazott. „Sokan elsőévesen nagy tervekkel jönnek ide a fúziós kutatások nyújtotta lehetőségek miatt. Megismerik a terület szépségét, és rendkívül színvonalas TDK munkákat készítenek. Három Pro Scientia aranyérmesünk is van: Papp Gergely, Kómár Anna és Guszejnov Dávid. Nem ritka, hogy a diplomamunkából akár több nemzetközi elsőszerzős folyóiratcikk születik. Ez ellentmondásos helyzetet teremt: nyilvánvalóan büszkeség számunkra, hogy ilyen eredményeink vannak, ugyanakkor ha egy MSc hallgatónk megjelentet a témában egy cikket, akkor ott folytatja a doktori kutatásait, ahol akarja. Mivel fúziós kísérleti berendezés nincs Magyarországon, ha valaki kísérleti témára jelentkezik, akkor bizony érdemes Angliába, Németországba vagy akár még messzebb mennie.” Megjegyezte: „ha egy fiatalt az elmélet érdekel komolyabban, nehéz tartóztatni, mert itthon jóformán egyedül én foglalkozom ezzel, és az is igaz, hogy általában jobb egy nagyobb elméleti csoportban a munkavégzés. A kialakult helyzet előnye, hogy óriási kapcsolati hálóm van, mindenhol vannak tanítványaim, hátránya viszont, hogy kevesen vagyunk itthon: legtöbben tanulmányaik végeztével külföldön ragadnak”.

Pokol Gergő 2009-ben kapcsolódott be az ITER-programba; a munka a terveit is befolyásolja. A Wigner FK-s kollégáival együttműködésben egy olyan, nagy időfelbontású mérés megvalósításán dolgozik, amit majd a későbbiekben is a magyar kutatók tartanak kézben. Az ötletet a közeljövőben bírálják el Franciaországban. „Végső soron az ITER-nemzedéket, azaz az első ipari méretű fúziós reaktorral dolgozó generációt próbáljuk kinevelni, ami hosszú távú elképzelés” – ecsetelte a szakember, kiemelve, hogy a program célja: 2025-re már rendelkezésre álljon a plazma tárolására alkalmas berendezés. „Bízunk abban, hogy a jövőben is lesznek tehetséges hallgatóink, akik részt tudnak venni a fúziós kutatások nagy nemzetközi csapatmunkájában ” – adott hangot reményének az oktató-kutató.

HA - GI

Fotó: Takács Ildikó

Illusztrációk forrása: ITER