A nukleáris hulladékok kezelése nemcsak műszaki-technológiai kihívást jelent, legalább ilyen fontos a társadalmi dimenzió. Azok a megoldások, amelyek nem fogadtathatóak el közvéleménnyel, nem jöhetnek szóba még akkor sem, ha műszakilag egyébként megvalósíthatóak. Ez az oka annak, hogy a nukleáris hulladék kezelésében speciális kihívást jelent a hosszú, több tíz-/százezer éves élettartamú komponensek tárolása. A problémára az egyik megoldást az ún. P&T (partitioning and transmutation) jelenti. A particionálás során a nukleáris hulladék különböző komponenseit szétválasztják (a particionálással a továbbiakban nem foglalkozunk), majd ezek közül a hosszú felezési idejűeket mesterséges transzmutációval^[1] átalakítják. A transzmutáció során az anyagot gamma- vagy részecskesugárzásnak teszi ki, aminek hatására olyan más maggá/magokká alakul, amelyek stabilak vagy gyorsan lebomlanak.

A lézeres úton előállított neutronokon alapuló, sóolvadékos transzmutátor létrehozására Toshiki Tajima és Gerard Mourou professzorok 2018-ban egy nemzetközi tudományos konzorcium alakítását kezdeményezték. Az azóta eltelt időben rendezett négy konferencián a nemzetközi tudományos közösség bevonásával az ipar érdeklődése mellett lefektetésre került a transzmutátor vázlatos koncepciója. Négy tudományos pillér létrehozásával pedig megkezdődött a főbb tudományos, illetve technológiai kihívások számbavétele is.

A magyar kormány az 1096/2019. (III.8.) kormányhatározat 8. pontjában döntött arról, hogy az ELI-ALPS Lézeres Kutatóintézet kihasználtságának növelése mentén elindítja a (lézeres) nukleáris hulladék kezelése projektet. Ennek keretén belül a transzmutációhoz szükséges lézeres neutronforrás kifejlesztését mint nemzeti kutatási programot három évre, összesen 3,5 milliárd forinttal támogatja, és megbízta a Szegedi Tudományegyetemet, hogy a projekt sikeres megvalósítása érdekében egy nemzetközi konzorcium munkáját koordinálja. A három intézmény a párizsi Ecole Polytechnique, amelynek professzora Gerard Mourou; a kaliforniai székhelyű TAE vállalat, amelynek tudományos igazgatója Toshiki Tajima professzor; és a Szegedi Tudományegyetem. A felek által 2019. április 5-én aláírt együttműködési szándéknyilatkozat célja, hogy biztosítsa a kereteket ahhoz, hogy a három intézmény – további együttműködő partnereket is bevonva – a projektet sikeresen megvalósítsa.

A módszer gyakorlati alkalmazhatóságának alapkérdése, hogy milyen módon lehetséges a szükséges energiával rendelkező neutronokat megfelelő számban és hatásfokkal előállítani. A folyamat két fő szakaszra bontható. Első lépésként a lézernyalábot egy vékony fóliára fókuszálva az ún. CAIL séma (Coherent Acceleration of Ions by Laser) kihasználásával gyorsított (~100 keV energiájú) deutériumnyalábot állítunk elő. A deutériumnyaláb ezután egy tríciummal vagy deutériummal kezelt fóliába csapódik, ahol DT vagy DD fúzió játszódik le. A transzmutáció a fúzió során keletkező neutronok segítségével végezhető majd.

Elsőként az ultrarövid impulzus keltette neutronokat szisztematikusan tanulmányozzuk alacsony ismétlési frekvencia mellett (egylövéses üzemmód – 10 Hz). Ezzel párhuzamosan K+F alprojektek indulnak a nagy ismétlési frekvenciájú céltárgyrendszerek fejlesztésére. Ezt követően a kísérleti berendezést a nagy ismétlési frekvenciájú (legalább 1 kHz-es) működésre áttervezzük és felfejlesztjük, valamint az ismétlési frekvencia további növelését is megtervezzük. A generált neutronok radiobiológiai felhasználása is tervként szerepel.

A projekt elsődleges célja (i) a DD fúziós neutronok nagy hatékonyságú generálása lézer alapú kölcsönhatások révén, valamint (ii) technológiai kutatás-fejlesztés a fúziós neutronok nagy hozamú előállítására nagy ismétlési frekvencia mellett (1 kHz vagy afelett). Ezenkívül a kiégett nukleáris hulladékok lézervezérelt transzmutátor általi korszerű aspektusainak elméleti és gyakorlati megvalósíthatóságát is megvizsgáljuk.

A projekt megvalósítása kisebb részben a Szegedi Tudományegyetem laborjaiban, nagyobb részben a szegedi ELI-ALPS lézeres kutatóközpontban már működő, illetve a jövőben beindítandó berendezések segítségével történik. Az utóbbi intézményben a Szegedi Tudományegyetem és partnerei mint kiemelt, állandó felhasználók végzik majd a kísérleteket, egyúttal hozzájárulva az ELI megvalósításához és továbbfejlesztéséhez, összhangban annak tudományos stratégiájával. A projekt során az SZTE tovább szélesíti nemzetközi együttműködését a lézer alapú részecskegyorsítás területén, valamint egy nemzetközi konzorcium létrehozását szorgalmazza a lézer alapú transzmutátor előkészítő szakaszához (ESFRI).

A projekt mint központi költségvetésből finanszírozott kiemelt kormányzati projekt 2019 júliusától kezdve valósul meg az SZTE Stratégiai és Fejlesztési Főigazgatósága koordinálásában. A Nemzeti Laboratóriumok hálózatának létrehozását követően, 2020 augusztusa óta a projekt megvalósítása a Nemzeti Lézeres Transzmutációs Laboratórium keretei között zajlik.