Mintegy húsz éve született meg az első javaslat a világ egyik legfejlettebb lézerkutató központjának létrehozására, mely 2017. május 23-án nyitotta meg kapuit Szeged határában. Az ország legmodernebb tudományos nagyberendezését jelentő ELI-ALPS ügyvezető igazgatójával, Szabó Gáborral, valamint az egyik legígéretesebb lézerkutatás vezetőjével, a központ korábbi technológiai vezetőjével, Osvay Károllyal beszélgettünk.
Szeged határában a hajdani szovjet laktanya helyén egy közel százhektáros területen a jövő épül. Egy tudományos park körvonalai bontakoznak ki, ahol már áll egy orvosbiológiai nemzeti laboratórium, épül a Rheinmetall csúcstechnológiás gyára, de a létesítmény magja már messziről hívogat.
Az impozáns, magyar tervezésű, építészeti díjat is elnyert ELI-ALPS kutatóközpont épülete 24 ezer négyzetméter alapterületű, letisztult, geometrikus formavilágú és több, különálló, de összekapcsolt épületrészből áll.
Felülről nézve, a komplexum hosszúkás, kissé L-alakú elrendezésű, de nem szabályos L-betű formájú, és így szinte egy nagy lézerberendezés benyomását kelti. A lézerek, ahol a kísérletek is zajlanak, egy nagyjából 70×70 méter alapterületű, nagy belmagasságú szárnyban kaptak helyet, mely egészen különleges építészeti követelményeknek kellett megfeleljen – hangsúlyozta Szabó Gábor professzor, az ELI-ALPS ügyvezető igazgatója, aki a Szegedi Tudományegyetem rektorsága után került az amúgy lézerfizikusi szakmáját tekintve igazán megfelelő helyre.
A szerző felvétele
Elmondta, hogy amikor az amúgy nemzetközileg elismert külföldi lézergyártó cégnél tárgyalt az egyik megrendelt berendezésről, azt hitték, laikus menedzserrel állnak szemben, de hamar csalatkozniuk kellett, s mindent pontosan úgy kellett leszállítaniuk, ahogy azt Szabó Gábor szerette volna.
A különleges épület a közeli földrengést sem érezte meg
A lézereket rejtő épület már az alapozásnál különlegesre sikerült. A talajszint alatt tíz méternél kezdték, ahonnan 23 méter hosszú betonoszlopokat vertek le a mélybe, de több ilyen oszlop negyven méterre nyúlik lefelé, az összes oszlop teljes hossza pedig 14 kilométert tett ki.
E fölé egy méhsejtszerű vakpince került, ami a terhek elosztását segítette. Ezt egy parafa réteggel burkolták s arra került a beton, ami a laboratóriumok aljzatát képezte. Mindezt azt szolgálta, hogy az épület különlegesen rezgésmentes legyen, a lézerkísérleteket még legkisebb földmozgás se zavarja meg.
S amikor 2023-ban 4-es erősségű földrengés rázta meg nem túl messze lévő Szarvast, a beépített rezgésmérők szinte nem is észleltek semmit.
Az is fontos követelmény volt, hogy a szennyeződésmentes tiszta terekben a hőingadozás legfeljebb 0,5 Celsius fok lehet.
Forrás: ELI-ALPS
De az épület többi része is igen látványos. A főbejárat melletti vörös félgömbnek például szimbolikus jelentése is van. A gömb forma az összpontosított fényt, azaz a lézernyaláb fókuszát szimbolizálja.
Az ELI-ALPS-ban végzett kutatások lényege ugyanis, hogy extrém rövid, attoszekundumos idejű és intenzitású fényimpulzusokat fókuszálnak egészen apró térbeli pontokba, a gömb tehát vizuálisan fejezi ki ezt az extrém koncentrációt.
(Hogy milyen rövid idejű impulzusokról van szó, jelzi, hogy az attoszekundum a másodperc egymilliárdod részének egymilliárdod része, azaz 1 attoszekundum = 10⁻¹⁸ másodperc.) A vörös szín mindamellett a dinamizmust, az energiát és az innovációt is jelképezi.
De tekintsünk vissza a kezdetekre. Maga a projekt története az egyik francia Nobel-díjas fizikus Gerard Mourou nevével fonódik össze. Ő volt az, aki a 2018-ban fizikai Nobel-díjat Donna Stricklanddel közösen éppen a nagy intenzitású, ultrarövid lézerimpulzusok kifejlesztéséért kapta.
A lézerfizikát forradalmasító és a lézerközpont berendezéseinek alapját képező felismerés mellett Mourou volt az ELI-projekt európai kezdeményezője is. Ő vetette fel, hogy Európának szüksége van egy olyan kutatóinfrastruktúrára, ahol extrém intenzitású lézerekkel lehet vizsgálni az anyag és a fény kölcsönhatását.
De aktívan részt vett a tervezésben, lobbizott a támogatásért, és tudományos tanácsadóként is segítette a projektet, s természetesen a megnyitón is olyannyira ott volt, hogy ő nyomta meg az egyik lézert beindító gombot.
A szerző felvétele
Kilenc lézerrendszerhez zarándokolnak el a világból a kutatók
A 2005-ben elkészült első javaslatot követő végső indítvány épp a lézerek felfedezésének félévszázados jubileumának évében készült el. Az Európai Unió nem kis pénzzel, összesen körülbelül 850 millió euróval támogatta az egész ELI (Extreme Light Infrastructure) projektet, amelyet az is indokolt, hogy a nagyteljesítményű lézerek vonatkozásában Európa már addig is relatív versenyelőnyben volt.
Eredetileg öt ország jelentkezett a központért, az akkor még tag Egyesült Királyság és Franciaország, valamint három keleti tagország, hazánkon kívül Csehország és Románia. A folyamat közben azonban kiderült, hogy míg a két nyugati országnál hiányzott a kormányzati támogatás, addig a keletieknél az eredetileg tervezett összeg felével beszálltak a kormányok is.
Összeadva ez több pénz is volt, mint az eredetileg elképzelt összeg, s így a Bizottság végül úgy döntött, három helyre osztja el a projektet, amit aláhúzott, hogy az utóbbi évek tudományos nagyberendezését miért vigyék oda, ahol már léteztek ilyen intézmények, így a végső döntés az új tagállamoknak kedvezett
mondja Szabó Gábor.
A szerző felvétele
A projekt magyar helyszínén felépült központra végül kb. uniós forrásból – a 2014–2020 közötti Európai Strukturális és Beruházási Alapokból – 280 millió eurót (akkori árfolyamon nagyjából 80–85 milliárd forintot) biztosított az EU.
A szegedi ELI-ALPS az induláskor öt lézerberendezéssel kezdett, jelenleg Szabó Gábor tájékoztatása szerint kilenc nagyteljesítményű lézerrendszer üzemel, amikhez olyan optikai és műszaki berendezések csatlakoznak, amelyek egyebek mellett részecskegyorsításra, vagy éppen attoszekundumos impulzusgenerálásra képesek.
– A legnagyobb lézerünk bivalyerős, a teljesítménye petawattos, vagyis egy lövés teljesítménye egymilliószorosa a paksi atomerőmű 2 GW-os teljesítményének, mondja a professzor. – Van egy-két olyan lézerünk, amilyen sehol másutt a világban nem létezik, s rendelkezünk néhány olyannal, ami igen, de ilyen kombinációs kialakításban biztosan nem található másutt.
Lézerfejlesztőink azt is megoldották, hogy az egyik berendezést olyannyira tökéletesítették, amire a gyártó sem volt képes. Ősszel, amikor az Ohioi egyetem is vett ettől a cégtől egy lézert, azt kérték, hogy a mi embereink menjenek el hozzájuk betanítani őket.
Forrás: ELI-ALPS
A központ befogadó intézményként működik, félévente hirdetnek meg jelentkezéseket a különböző lézerekkel végzett kísérletekre és a világból különböző kutatóhelyekről érkeznek a pályázatok, amelyeket egy független szakértői testület bírál el, de belső szakemberek is ellenőrzik, a beadott pályázatban megjelölt kísérleteket el lehet-e végezni a kért idő alatt. Jelenleg a hatodik ilyen pályázati forduló nyílik. Az érkezők rendszerint hárman-négyen érkeznek és párhuzamosan több kísérlet folyik a laboratóriumokban.
Eddig a legtöbb kutatót az Egyesült Államok, Nagy-Britannia és Németország küldte, de legutóbb még Ausztráliából is érkeztek, ami jól mutatja a központ lézerfizikában meghatározó státuszát.
Magán az ELI-ALPS-on belül 270-en dolgoznak, közülük 120-an kutatók és mérnökök. A stáb több mint egyharmada nemzetközi, így a közös nyelv a központon belül az angol. A doktoranduszok szintjén közeledik az 50 százalékhoz a külföldiek aránya, Szabó Gábor azonban különösen aggasztónak tartja a trendet miszerint 2023 és 25 között négy külföldi és csupán egy magyar fiatal kutató lépett be.
Érthető módon nagyon várnának hazai kutatókat. Jelenleg is 15 kutatói állás van betöltetlen, pedig a fizetés és a szakmai környezet hazai viszonylatban csábító.
A néhány órát ma is egyetemen oktató professzor szerint amíg a kilencvenes években a Szegedi Tudomány Egyetemen még évfolyamonként 80-90 fizikus és tanárszakos hallgató végzett, addig a három évvel ezelőtti mélyponton ez a szám húsz alá ment, s bár azóta a létszám 30 fölé kúszott, de még tavaly is csak 2 fizika-matematika szakos tanár kapott diplomát. Egyszóval a hazai utánpótlás kritikus szinten van.
Világelső neutronforrás
Amikor arról érdeklődtem, milyen területen várható leghamarább a kétségtelenül leginkább alaptudományos óriásberuházás gyakorlati megtérülése, Szabó Gábor azt a lézer keltette neutronforrást említette, amely bizonyos tekintetben már most is egyedülálló, s amelyet az ELI-Alps alapításkori kutatási-technológiai igazgatója, Osvay Károly egyetemi docens, a Szegedi Tudományegyetemen működő Nemzeti Lézeres Transzmutációs Laboratórium szakmai vezetője mutatott be a tudás.hu számára.
A szerző felvétele
Ennek megismeréséhez némi alapvető fizikai ismeretek kellenek.
A transzmutáció nevű folyamat során egy instabil izotópot neutronokkal bombáznak, így az egy másik, kevésbé sugárzó vagy rövidebb felezési idejű izotóppá alakul át. Ennek például az akár több százezer évig sugárzó, hosszú felezési idejű izotópokat tartalmazó kiégett atomerőművi fűtőelemek kezelésénél lehet fontossága.
Ma e fűtőelemek biztonságos tárolására még sehol nem találtak végleges megoldást, bár sok helyen gondolkodnak ezen, s Finnországban is csak 2026-ban tervezik üzembe helyezni az első ilyen bunkert.
Amennyiben azonban megfelelően célzott és nagyon erős neutronforrást alkalmaznának és a fűtőelemeket behelyeznék egy olyan szubkritikus (vagyis láncreakciót beindítani nem képes) reaktorba, ahol a neutronokkal besugároznák ezeket, a fűtőelemek izotópjai rövidebb élettartamú, mondjuk pár száz, vagy ezer évig sugárzó izotópokká alakulhatnának át, s ezeket már jóval könnyebb biztonságos helyre temetni.
Lézerekkel intenzív, rövid idejű neutronimpulzusokat lehet létrehozni, s ez potenciálisan olcsóbb és rugalmasabban elhelyezhető neutronforrást jelent, mintha ezt egy nagy részecskegyorsítóban oldanák meg, amivel persze szintén előállítható a neutronforrás. Ez nagyon ígéretes kutatási irány, és a korábban az ötletadónak is tekinthető Gerard Mourou-val együtt dolgozott Osvay Károly az ELI Kutatási Technológiai igazgatói posztja után 2019-ben Szabó professzor javaslatára elvállalta a transzmutációs lézeres kutatások vezetését, amit a kormány is támogatott.
Osvay Károly csoportja nagyon sok és bonyolult technológiai lépést oldott meg, mire eljutottak ahhoz, hogy másodpercenként és egy négyzetcentiméternyi felületen sikerült 108 folyamatos neutronhozamot elérniük, ami lézeres neutronkeltésben világrekordnak számít.
Ez azonban ma még nem elég erős a nagy mennyiségű kiégett fűtőelemek transzmutációjához, mert egy e célra alkalmas ipari méretű reaktor meghajtásához 1015 másodpercenkénti neutronszám kell, de a magyar fizikus szerint 10-12 év múlva elérhető a kitűzött cél. Jelenleg a 1010 szint elérésén dolgoznak.
Az itt elért technika az űrutazásoknál is hasznos lehet, ahol szintén erős neutronsugárzás éri az űrhajósokat. A Szegeden fejlesztett eszközök alkalmasak lehetnek az űrbeli viszonyok szimulálására, hiszen, ha az űrbe tervezett elektronika működik a lézeres reaktorból való kivétel után is, működni fog az űrben is.
Bizonyos neutronhozam hasznos lehet az orvosi célú izotóptermelésre is. A tumorok kimutatásánál, kezelésénél fontos a minél rövidebb felezésű idejű izotópok használata. Magyarországon jelenleg csak Debrecenben és Kaposvárott állítanak elő orvosi célú izotópokat, de mivel az igazán rövid felezésű idejű izotópokkal még a futár sem ér oda mondjuk egy budapesti, vagy szegedi klinikára, így csak közepes felezésű idejű izotópokat gyártanak.
A lézeres technológiával viszont akár a klinikákon is elő lehetne állítani az izotópokat, így a betegeket jóval kisebb dózissal lehetne terhelni – mondja Osvay Károly.
De olyan lehetőségek is körvonalazódnak, amikor izotópot itatnak a beteggel, az felhalmozódik a mélyebben fekvő, például agyi tumoros szövetben, s amikor neutronnal sugározzák be a beteget, a részecskék lokálisan „beindítják” az izotópokat, amelyek helyben keltenek daganatpusztító sugárzást.
Egyszóval a lézeres kutatások messze nem csak elméleti jelentőségűek, ahogy a lézer ma már mindennapjaink része a vonalkód leolvasóktól a DVD lejátszókon és lézernyomtatókon át a lézeres szemműtétekig és bőrkezelésekig, hogy a számtalan technológiai alkalmazásról ne is beszéljünk.
A szegedi lézerkutatók a következő években ezekhez adnak további adalékokat. S hogy a lézertudomány milyen ütemben halad, jól szemlélteti az ELI-ALPS bejárata előtti lézertudományi sétány, ahol a lézerfizikát megalapozó kapott Nobel-díjasok neve szerepel a betonba öntve Albert Einsteintől kezdve a 2023-as díjazottakig, akiknek munkája közvetlenül kapcsolódik az ultrarövid fényimpulzusokhoz, így Pierre Agostini, Anne L’Huillier és nem utolsósorban Krausz Ferenc.
