Cím:

Lézeres neutronforrás fejlesztése

Development of a Laser-based Neutron Source

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Osvay Károly1, Szabó Gábor2

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

1egyetemi docens, Szegedi Tudományegyetem Nemzeti Lézeres Transzmutációs Laboratórium, Szeged

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

osvay@physx.u-szeged.hu

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

2az MTA rendes tagja, egyetemi tanár, Szegedi Tudományegyetem Optikai és Kvantumelektronikai Tanszék, ügyvezető igazgató, ELI-HU Nonprofit Kft., Szeged

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

gabor.szabo@eli-alps.hu
 
Összefoglalás
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A nagy intenzitású (1018 W/cm2), igen rövid (~10 fs) lézerimpulzusokat előállító lézerrendszerek stabilitása és megbízhatósága mára elérte az iparban használatos folytonos lézerekét, átlagteljesítményük pedig közelíti az 1 kW-ot. Az újgenerációs részecskegyorsítók egyik tervezett megvalósítási formája tisztán lézeralapú megoldásokon nyugszik. Mindezek fényében érdemes megvizsgálni a lézeren alapuló neutronforrás kísérleti megvalósításának lehetőségeit is. Dolgozatunkban a nagy ismétlési frekvenciájú, néhány optikai ciklusú lézerrel gyorsított deutérium­ionok által deutérium- vagy tríciumtartalmú céltárgyfóliában beindított DD- vagy DT-fúzióval (ún. pitcher-catcher elrendezés) történő neutronkeltés lehetőségeit járjuk körül. Egy ilyen lézeres neutronforrás – a szimulációk szerint – nagy hatásfokkal tudna előállítani olyan neutronimpulzusokat, melyek időbeli hossza a jelenlegiekétől több nagyságrenddel rövidebb. A vizsgálatok egyik fő célja annak eldöntése, hogy kísérletileg elérhető-e az a neutronhozam, ami szükséges egy olyan szubkritikus reaktor működtetéséhez, amellyel megvalósítható a kiégett nukleáris fűtőelemekben található hosszú élettartamú aktinidák (Np, Am, Cm) transzmutációja.
 
Abstract
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Stability and endurance of high intensity, short pulse laser systems have recently reached those of the industrial CW lasers, while their average power is approaching 1 kW. A class of planned new generation particle accelerators are based on lasers only. Hence, it is worth investigating the possibilities and experimental challenges of a laser based neutron source. In this paper we study the neutron generation via DD or DT fusion with deuterium ions accelerated by high repetition rate ultrashort pulse lasers (the so called pitcher-catcher scheme). According to the simulations, such arrangement would result in considerable higher efficiency neutron pulses with many orders of magnitude shorter pulse duration than the existing neutron sources. One of the major aims is to investigate whether the achievable neutron yield would be sufficient enough to feed a subcritical reactor for transmutation of minor actinides (Np, Am, Cm) of spent nuclear fuel.
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Kulcsszavak: lézeres iongyorsítás, neutronkeltés, nukleáris transzmutáció
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Keywords: laser acceleration of ions, neutron generation, nuclear transmutation
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

DOI: 10.1556/2065.181.2020.12.3
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

 

Bevezetés

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A neutronok és a neutronokon alapuló kutatások olyan szerteágazóak, hogy ezeknek csupán a felsorolása is szétfeszítené jelen dolgozat kereteit. A nukleáris fizikában, anyagtudományokban, biológiai és orvostudományokban a neutronokat elsősorban az anyag (atomi) módosítására, illetve diagnosztikájára használják. A neutron különleges tulajdonságai miatt olyan anyagi jellemzők is vizsgálhatóak, melyek más mérési eljárások számára láthatatlanok. A számtalan alkalmazás közül itt csak a nukleáris iparra koncentrálunk. Az emberiség energiagondjai és a CO2-kibocsátás drasztikus csökkentése egyidejűleg nem oldható meg a nukleáris energia intenzív alkalmazása nélkül. A ma elérhető neutronforrásokban keltett neutronokkal a jelenlegi, illetve jövőbeni fissziós, illetve fúziós reaktorok anyagai vizsgálhatók, különösen, ami az élettartam és (anyag)stabilitási kérdésköröket illeti. Szorosan a nukleáris iparhoz tartozik a nukleáris hulladékkezelés kérdésköre, azon belül is a transzmutáció, mely kapcsolatot Hózer Zoltán jelen összeállításban megjelent tanulmányából (Hózer, 2020) is ismerhetjük.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A transzmutációval kapcsolatos kutatásokról részletesen Szieberth Máté írása szól ugyanitt (Szieberth, 2020). Ehelyütt csak annyit említenénk meg, hogy jelenleg Belgiumban épül egy többcélú, kísérleti reaktor (Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications, MYRRHA), amelyet egy 400 méter hosszú lineáris gyorsítóban előállított protonnyalábbal hajtanak majd meg. A MYRRHA-projekt egyik célja – több más mellett –, hogy a gyors neutronokkal történő besugárzáson alapuló transzmutációs eljárás egyes műszaki/tudományos kérdéseire választ adjon. A MYRRHA-projekt költségvetése 1,6 milliárd €, a részleges működést 2033-tól, a teljes működést 2036-tól tervezik. Mivel dolgozatunk fő célja egy nagy átlagfluxust biztosító lézeres neutronforrás fejlesztését célzó projekt bemutatása, célszerű röviden áttekinteni a jelenlegi neutronforrások főbb jellemzőit.

I. Neutronforrások

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A korai neutronforrások reaktorokon alapultak, mely technológia a (civil) kutatások irányában reaktorbiztonsági okok miatt nem skálázható tovább (1. ábra). Az ilyen felhasználói kutatóreaktorok csúcsa az ILL (Grenoble) és HFIR (Oak Ridge), illetve kisebb léptékben a Budapesti Kutatóreaktor (BNC – Budapest Neu­tron Centre). A neutronfluxus növelését a következő generációs források teszik lehetővé. Ezek a protongyorsítókon alapuló spallációs neutronforrások (SNF), mint például Japánban a J-PARC, az SNS Oak Ridge-ben, vagy a lundi European Spallation Source (ESS). A spallációs források beruházási (ESS: ~1,9 milliárd €) és üzemeltetési költsége egyaránt igen magas, aminek csökkenésére a jövőben sem lehet számítani, hiszen elengedhetetlen alkotóelemük egy nagy energiájú (0,5–2 GeV) protongyorsító.
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

1. ábra. Termikus neutronforrások fluxusának időbeli fejlődése. Az újgenerációs források esetén a megvalósítás kezdetének éve szerepel
(PS: particle driven sources)
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A transzmutáció szempontjából a forrásnál, még pontosabban a forrás után közvetlenül elhelyezett moderátorból kilépő neutronszámnál hasznosabb mutató a besugározni kívánt mintán létrehozható neutronfluxus. Ez az SNF-ek esetében a forrásnál mérhető fluxushoz képest két alapvető ok miatt jelentősen kisebb. Egyrészt a neutron céltárgy (amelyből a gyorsított protonok kiváltják a neutronokat) erős sugárvédelmi árnyékolása miatt távol kell elhelyezni a mintát. A legkisebb távolság az ESS tekintetében például 25 méter, de nyalábvonaltól függően akár 300 m is lehet, a neutronfluxus pedig – normál esetben – a forrástól vett távolság négyzetével fordítottan arányos. A neutronveszteségen a neutron hullámvezetők segítenek, de azok elsősorban a hideg neutronokra működnek megfelelő hatásfokkal. Másrészt, a minta besugárzásához a neutronspektrum optimális kialakítása mechanikai szaggatókkal történik, ami tovább csökkenti a tényleges neutronszámot a mintán. Azaz, a spalláción alapuló újabb generációs neutronforrásoknál a mintát elérő termikus neutronfluxust az eddigi módszerek technikai korlátai (valamint költségei) miatt várhatóan egy nagyságrenddel lehet majd növelni az elkövetkezendő évtizedekben.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A kis és közepes teljesítményű hideg, illetve termikus neutronforrások mára kereskedelmi forgalomban is kaphatóak. A jellemzően 108–1010 n/sec eszközök iránti, tipikusan ipari szintű igény folyamatosan nő. Ezt Magyarországon is láthatjuk, hiszen az évtizedek óta működő BNC, illetve a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) oktatóreaktora mellett Martonvásáron egy kifejezetten ipari-üzleti célokra használható neutronforrás épül. Egy, az IAEA (International Atomic Energy Agency) által végzett felmérésből az is kiderül, hogy ugyanakkor egyre nagyobb felhasználói igény jelentkezik a fentiektől jelentősen nagyobb fényességű és flexibilisebb neutronforrások iránt, melyek akár kisebb laboratóriumokban is elérhetőek lehetnének (kisebb, mint az ESS vagy az ILL). Megemlítendő, hogy az eddigi (termikus) neutronforrások részben folyamatos működésűek, azaz kibocsátásuk időben állandó, részben impulzusüzeműek. A neutronimpulzusok időtartama tipikusan néhány mikroszekundum, amely mechanikai szaggatókkal ns környékére csökkenthető.

II. Lézeres neutronforrások

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A lézeres iongyorsítás fejlődése napjainkra már oda vezetett, hogy PW-osztályú lézerekkel ma már rutinszerűen állítanak elő 50 MeV és nagyobb energiájú protonokat, ami azonban még elég messze van a spallációs forrásokban használt 0,8–2 GeV tartománytól. Ezért a lézeres forrásokban a neutrongenerálás nem nagy magok fragmentálásán, hanem kis magok magreakcióin – például DD- vagy DT-fúzió, illetve 9Be(p,n)9B reakció – alapszik (Roth et al., 2013). Bár neutronok kelthetők úgy is, hogy a lézert egy bulk céltárgyra fókuszáljuk, mi a továbbiakban, előnyös tulajdonságai miatt, az ún. „pitcher-catcher” elrendezéssel kívánunk részletesebben foglalkozni. Ebben az esetben a nagy intenzitású lézerimpulzus (>10^18 W/cm2) először egy „ion” céltárgyra (pitcher) esik, amelyből ionnyaláb (általában proton vagy deuteron) lép ki jól meghatározható térszögben (2. ábra). Ezt követően helyezik el a „neutron” céltárgyat (catcher), amely a proton, illetve deuteron kívánt magreakcióján keresztül neutronokat bocsát ki.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A fentebb leírt neutronkeltési mechanizmus – a spallációval ellentétben – kis Z-jű anyagokon alapszik. Ennek folyománya, hogy hasadási termék nem és általában is kevesebb radioaktív termék keletkezik, továbbá a (neutron)target jóval kisebb hőteljesítménynek van kitéve. Ezek együtt azt eredményezik, hogy a hűtő­rendszer is és a sugárzásárnyékoló védművek is jelentősen kisebbek lehetnek, így a minta közelebb kerülhet a neutronforráshoz. Ráadásul a lézerkeltett deutériumok által kiváltott neutronok – az eddigi kísérletek tanúsága szerint – a hagyományos termikus neutronforrások 4 pi térszögétől eltérően jelentősen kisebb térszögben, kvázi-kollimált nyalábként terjednek, így várható, hogy a besugározni kívánt mintán a neutronforrásból származó összes neutronszám tekintetében nagyságrenddel több neutron jelenhet meg, azaz ugyanazon neutronszámot figyelembe véve nagyobb neutronintenzitást lehet elérni, mint a spallációs vagy reaktoros neutronforrások esetén.
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

2. ábra. Egy pitcher-catcher sémájú lézeres neutronforrás elvi vázlata
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A legelső, pitcher-cathcer elrendezésű lézeralapú neutronkeltési kísérlet az angliai Rutherford Appleton Laboratoryban történt 1998-ban (Norreys et al., 1998). Az akkor és azóta végrehajtott hasonló kísérleteket szinte kizárólag több J, esetenként több 10 J energiájú, viszonylag hosszú, szubpikoszekundumos lézer­impulzusokkal végezték el (3. ábra) (Kar et al., 2016; Higginson et al., 2011; Maksimchuk et al., 2013; Roth et al., 2002). Az eddigi egy lövéssel elért neutronszám csúcsértékét a német GSI intézet PHELIX-lézerével (160 J, 600 fs) érték el 2018-ban (Kleinschmidt et al., 2018). A térszögegységre eső mért neutronszám 1,42 ± 0,25 × 1010/str volt, amely a forrástól 1 m távolságban megfelel 430 ± 50 µSv dózisnak. A neutronnyaláb nyílásszöge kb. 100° volt. Csak néhány esetben próbálkoztak eddig sikerrel 100 fs-nál rövidebb impulzusokkal (négyzettel jelölt pontok) (Zulick et al., 2013; Hah et al., 2018; Ter-Avetisyan et al., 2005).

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A teljesség kedvéért hozzátesszük, hogy a pitcher-catcher séma mellett a neutrongenerálás úgy is megvalósítható, hogy egy (deuterizált) céltárgy van, és a céltárgyban önmagában jelen lévő deutériummal lép kölcsönhatásba a céltárgy elülső felületén képződött plazmából származó ion. Ez tipikusan folyadékjetekben (Ter-Avetisyan et al., 2005), gázjetben (Alvarez et al., 2014), illetve vastagabb deuterizált polietilénben (Pretzler et al., 1998) történhet, azonban a folyamat – a pitcher-catcher sémához viszonyítva – jóval alacsonyabb hatásfokú és nehezebben optimalizálható.
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

3. ábra. Lézeres neutronforrások. A kör alakú jelölésekkel ps-os lézerekkel elértek, négyzetekkel 100 fs-nál rövidebb lézerimpulzusokkal elért egylövéses eredmények. A keltett neutronszám a hagyományos neutronforrásokhoz való viszonyítás kedvéért a teljes térszögre számítva. A rombusszal jelzett neutronszámot a többihez képest jelentősen kisebb impulzusenergiával és rövidebb impulzussal tervezzük elérni
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A felhasználás szempontjából azonban a lövésenként előállított neutronszámnál érdekesebb az időegység alatt előállított neutronszám. Jól látható, hogy ebben az esetben a rövid impulzusú, a többi lézerhez képest nagyobb ismétlési frekvenciájú lézerekkel előállítható neutronszám a nagy impulzusenergiájú lézerekkel előállított neutronszámmal hasonló nagyságrendbe esik (4. ábra).

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Az általános áttekintés után a továbbiakban a Szegedi Tudományegyetem Nagy Intenzitású Lézerek Magfizikai Alkalmazásai Intézete (NILMAI) által koordinált, nemzetközi együttműködésben megvalósuló projekt bemutatására fókuszálunk. Bár a projekt távlati célja a hosszú felezési idejű aktinidák transzmutációjára Tadzsima Tosiki (Toshiki Tajima) és Gerard Mourou által javasolt eljárás (T–M-séma) megvalósíthatóságának vizsgálata, a részletes munkaterv a lézeres neutronforrás koncepcionális kérdéseinek megválaszolására fókuszál. Ezért a T–M-sémának csak azon elemeit kívánjuk felidézni, amelyek a neutronforrással szemben támasztott követelmények megfogalmazásához szükségesek. (Megjegyezzük, hogy a T–M-séma megvalósításához a neutronforrás csak szükséges, de messze nem elégséges feltétel, mivel számos további kritikus elem is megoldásra vár, így jelen dolgozatban nem kívánunk foglalkozni a T–M-transzmutátor megvalósíthatóságának általános kérdéseivel.)
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

4. ábra. Lézeres neutronforrásokkal elvileg elérhető másodpercenkénti neutronhozam DD-reakciót feltételezve
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A T–M-séma lényege egy sóolvadék-alapú szubkritikus reaktor, amelybe a kezelendő anyag betáplálása kvázi folytonosan történik, és a kimeneti oldalon a megfelelő kémiai szeparáció után a hasadási termékek hasonlóképpen folyamatosan távoznak. A szubkritikus rendszer folyamatos működését a lézeres neutronforrásokból származó gyors neutronok tartják fenn. A többes szám használata itt nem esetleges, mert a vezérlési koncepció lényeges eleme az, hogy több tíz lokális forrás biztosítja a megfelelően homogén neutroneloszlást és a szükséges időfeloldású neutronfluxus kontrollját. (Vegyük észre, hogy a több forrás párhuzamos alkalmazása egyúttal azt a redundanciát is biztosítja, ami egyébként egy kritikus kérdés a gyorsítóval hajtott szubkritikus reaktorok esetében is.) A szimulációk szerint a szükséges minimális neutronszám néhányszor 1014 n/s, így, ha a minimális tíz forrással számolunk, akkor egy forrásnak legalább 5 × 1013 n/s-ot kell biztosítania. A kezelendő magok esetén a fisszió hatáskeresztmetszete az alacsony neutronenergiák felé nő, így logikus lenne például termikus neutronokkal dolgozni. A probléma azonban az, hogy a 241Am esetében a néhány tized MeV-nél kisebb neutronenergiák esetén a neutronbefogás hatáskeresztmetszete két nagyságrenddel meghaladja a fisszióét, azaz ekkor a neutronok eltűnnek, mielőtt a kezelendő magokban hasadást hoznának létre. A hatáskeresztmetszetek közötti arány MeV környékén megfordul, és kb. 10 MeV-nél már a fisszió hatáskeresztmetszete nagyobb két nagyságrenddel. A 243Cm esetén ez az arány már 1 MeV neutronenergiáknál jelentkezik. Ebből következően a neutronforrással szemben elvárás az 1–2 MeV-nél nagyobb energia. Fontos megjegyezni, hogy a T–M-koncepció gyakorlati alkalmazásának az is feltétele, hogy a neutronforrás létesítési költsége a spallációs források költségszintjének töredéke legyen. Tekintetbe véve, hogy az ELI-ALPS Lézeres Kutatóintézetben tervezett kísérletekhez használt lézerrendszerek ára jellemzően az 5–10 millió euró tartományba esik, erre nézve jók a kilátások.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A magyar kormány egy kormányhatározatban döntött arról, hogy az ELI-ALPS 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 École Polytechnique (EP), amelynek professzora a Nobel-díjas Gerard Mourou; a kaliforniai székhelyű TAE vállalat, amelynek tudományos igazgatója Tadzsima Tosiki (Toshiki Tajima) professzor; valamint 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 továbbiakban ennek a projektnek a főbb lépéseit tekintjük át.
 
II.1. Lézeres iongyorsítás
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Amint azt fentebb bemutattuk, az elvárt neutronenergia minimuma néhány MeV. Ennek a DD- vagy DT-fúzió során keletkező neutronok megfelelnek, így a továbbiakban elsősorban a deutérium ionforrásokkal foglalkozunk.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Ha egy nagy intenzitású (>1018 W/cm2) lézerimpulzus néhány mikron vastag céltárgyra esik, akkor a kölcsönhatási területen sűrű plazma keletkezik. Az ebben keletkezett szabad elektronokat a lézerimpulzus nagy ponderomotoros ereje relativisztikus energiára gyorsítja. Ezen forró elektronok elhagyják a céltárgyat mind visszafelé, a lézer irányába, mind pedig előrefelé, a céltárgy maradékának irányába (Ledingham–Galster, 2010; Macchi, 2017).

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Ha a szilárdtest kellően vastag (tipikusan több mikron), akkor a forró elektronok áthaladnak a céltárgyon, és a hátsó felületen úgynevezett Debye-burkot hoznak létre. A Debye-burok a céltárgyat annak hátsó oldalára merőlegesen hagyja el. Ezen folyamatban a céltárgy hátsó oldalára tapadt, a legújabb kutatások szerint (Lécz et al., 2020) mindössze néhány nm vastag szennyeződésekből származó molekulák, illetve atomok a nagy elektromos térben (~TV/M) ionizálódnak, a keltett ionokat a Debye-elektronok mintegy maguk után húzzák, azaz gyorsítják. Ezt Target Normal Sheath Acceleration (TNSA) mechanizmusnak nevezzük (Ledingham–Galster, 2010; Macchi, 2017). Kísérletekkel kimutatták, hogy ezek a nagy időbeli tisztaságú (azaz előimpulzus-mentes [Ledingham–Galster, 2010; Batani et al., 2010]) lézerimpulzusokkal létrehozott ionok egyedülálló tulajdonságokkal rendelkeznek. Néhány J energiájú lézerimpulzusokkal akár 1013 iont lehet előállítani, melyek csúcsenergiája elérheti a 80 MeV-ot, az ionok alkotta impulzus időbeli hossza a lézerimpulzus idejével azonos nagyságrendbe esik (azaz tipikusan ps vagy ps alatti), az elérhető áramerősség akár több kA is lehet, és az ionsugár térbeli irányítottsága meglepően nagy.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Ha a szilárdtest céltárgy elegendően vékony (<1 mikron), akkor a keltett plazmában a forró elektronok töltésszeparációjából adódó TV/m tér a közvetlenül a plazmában létrejött ionokat tudja gyorsítani. Ezt sugárnyomás-gyorsításnak (Radiation Pressure Acceleration, RPA) nevezik (Esirkepov et al., 2004). A céltárgy felületi sűrűsége, illetve az intenzitás növelésével érhető el az ún. light-sail (LS) tartomány, ahol az RPA a teljes céltárgyfólia keresztmetszete mentén erősödő hatást ér el, ahogy a céltárgy vastagsága a ponderomotorikus erő evaneszcens hosszához mérhető vagy annál vékonyabb lesz. Az LS-tartományban viszonylag magas fluxusú (1012 részecske/MeV/Sr), rendkívül jól kollimált ionok – függetlenül a töltés-tömeg arányától – több tíz MeV energiára gyorsulhatnak. A fő különbség a TNSA és az RPA közt, hogy az előbbinél az ionok gyorsítását végző elektronfelhő már „szabadon”, felgyorsítva mozog, míg az utóbbi esetén az elektronok az ionok gyorsítása után is kölcsönhatnak a lézerimpulzus terével.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Ha az RPA-szerű gyorsítást létrehozó lézerimpulzus időbeli hossza néhány optikai ciklusnyi, azaz tipikusan 15 fs vagy attól rövidebb, akkor az LS-tartományban lejátszódó gyorsítást Tadzsima Tosiki javaslatára koherens lézeres iongyorsításnak (Coherent Amplification of Ions by Laser, CAIL) nevezik (Necas et al., 2020). Ebben az esetben a céltárgy vastagsága – az impulzusok időbeli hosszához igazodva – mindössze néhány 10 nm-nyi, azaz a fény hullámhosszának csak huszada. A CAIL-séma szerinti gyorsítás esetén az elméleti számolások igen magas, akár jóval 10% feletti iongyorsítási hatásfokot (a gyorsított ionok és a lézerimpulzus energiájának hányadosa >10%) jósolnak. Érdemes megemlíteni, hogy a gyorsítási hatásfok a TNSA esetén jelentősen 1% alatt marad.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Ahhoz, hogy a döntő módon lézereken alapuló iongyorsítóról, és így következő generációs neutronforrásokról lehessen beszélni, több tudományos-műszaki kihívást meg kell oldani. Egyrészt a lézeres oldalon olyan nagy átlagteljesítményű, azaz tipikusan nagy ismétlési frekvenciájú (10 Hz–100 kHz) lézereket kell kifejleszteni, melyek képesek legalább tíz órán keresztül 1%-on belüli csúcsteljesítmény-ingadozással működni. Azaz, a kibocsátott lézerimpulzusok energiájának és időtartamának hányadosa 1%-on belül kell hogy legyen.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A másik nagy kihívás az ion-céltárgy kérdése (Prencipe et al., 2017). Amikor a lézerimpulzussal egy nagy atomi sűrűségű, tipikusan szilárd ilyen céltárgyra való fókuszálással keltünk plazmát, akkor azon a helyen a céltárgy kilyukad. Azaz, a lézeres iongyorsításhoz feltétlenül szükséges a céltárgy pótlása olyan ütemben, amilyen ütemben a lézerimpulzusok érkeznek. Ha ehhez hozzátesszük, hogy a céltárgy vékony (a CAIL-séma esetében néhány tíz nanométer), valamint a pozícióját is néhány 10 mikronon belül kell tudnunk tartani, látjuk, hogy a megoldás egyáltalán nem triviális.
 
II.2. Lézeres neutronforrás és az ELI(-ALPS)
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A CAIL elmélete (és az eddigi néhány kísérlet [Neely et al., 2006; Steinke et al., 2010; Scullion et al., 2017]) alapján valószínűsíthető, hogy a minél rövidebb a lézerimpulzus és vékonyabb a céltárgy, annál nagyobb a gyorsítási hatásfok. Az eddig elérhető, 1019 W/cm2 intenzitást a céltárgyon előállítani képes lézerimpulzusok időtartama 35 fs és annál hosszabb volt, így a gyorsítási hatásfok csak kevéssel haladta meg az 1%-ot. A szegedi ELI-ALPS Lézeres Kutatóközpontban a jelenlegi csúcstechnológiát képviselő SYLOS-lézer <7 fs lézerimpulzusaival a szimulációk szerint a hatásfok bőven 20% fölé vihető.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A gyakorlati alkalmazásokhoz, így a transzmutációs folyamat fenntartásához az időegység alatt előállított neutronszám a mérvadó. Azaz, a rövid impulzushossz mellett a másodpercenkénti impulzusszám is egy igen lényeges gyakorlati paraméter. Mindkét feltételnek az ELI-ALPS 1 kHz ismétlési frekvenciájú SYLOS-lézere tesz eleget, melynek jelenleg nemzetközi szinten is unikális a helyzete (Toth et al., 2020).

III. A lézeres transzmutációs projekt

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A projekt megvalósításának első szakaszában, egyes lövéses üzemmódban a kívánt energiára gyorsított proton hozammaximalizálása történik, azaz alapvetően a CAIL gyorsítási séma részletes kísérleti vizsgálata és optimalizálása. A kísérleteket a NILMAI kutatócsoportja (további tagok: Dr. Sargis Ter-Avetisyan, Dr. Szon Dzsungon [Joon-Gon Son] és Párvin Farmazijar [Parvin Varmazyar]) már megkezdte (5. ábra).

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A következő lépésben a protonokon nyert kísérleti tapasztalatok alapján finomított kísérleti tervek szerint a deuteronok CAIL-séma szerinti gyorsításának optimalizálása történik. Ezt követi a DD fúzió optimalizálása, illetve a maximális neutronhozam elérésén keresztül a neutronok keltése. A célunk az egy lézerimpulzussal létrehozható neutronhozam maximalizálása. A tervek szerint ezt a fázist 2021 végére érjük el (lásd a rombusz jelzést a 3. és 4. ábrákon). A kísérletek túlnyomó részét az ELI-ALPS-ban tervezzük, ugyanakkor egyes részkísérletekre partnereinknél (a prágai ELI-Beamlines, a Párizs környéki EP és a drezdai HZDR) is sor kerülhet. A kísérleteket támogató elméleti modellezéseket és szimulációkat a partnerekkel közösen végezzük.
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

5. ábra. Az ELI-ALPS-ban megkezdett első mérési kampány. A) A kísérleti vákuumkamra belseje; B) A gyorsított ionok Thomson-spektrométerrel felvett képe (12 fs, 30 mJ impulzus és 5 nm vastag szénfólia)
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Külön kihívást jelent az időben rövid neutroncsomagok detektálására szolgáló mérőrendszer kifejlesztése, melyen az ATOMKI munkatársaival együttműködve a projekt elejétől kezdve dolgozunk.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Az egylövéses protongyorsítási kísérletekkel párhuzamosan fizikai-műszaki alprojekteket indítottunk nagy ismétlési frekvenciájú céltárgyrendszerek kifejlesztésére, amelyben Magyarországról a BME, külföldről az EP, illetve az Ohio University vesz részt. Jelen tudásunk szerint a megoldást a nagy nyomású (critical density) gázjetek, vékony (<100 nm) folyadéksugár jetek, illetve speciá­lis vékonyfilmek (<100 nm) jelenthetik. Amint a céltárgyfejlesztés megfelelő fázisba ér, úgy a tervek szerint a projekt harmadik évében a proton-/deuteronkeltést folyamatos üzemben, 1 Hz, 10 Hz, és nagyobb ismétlési frekvenciával teszteljük.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A további összehasonlítás kedvéért a projekt eredményeképpen megvalósítható célkitűzést a 4. ábrán tüntettük fel (háromszög). A számítás gondolatmenete a következő. A szimulációk szerint a CAIL-séma szerinti deutériongyorsítás hatásfoka 6 fs impulzusokra meghaladhatja a 20%-ot is, azaz egy lézerimpulzus energiájának 20%-a a gyorsított ionok összenergiájába konvertálódik. 1 J lézer­energiát, illetve 100 keV D-ionenergiát feltételezve ez 1,25 × 1013 D iont jelent. A DD-fúzió hatáskeresztmetszete ezen az energián 3,7 × 10–2 barn. A deuterontartalmú target sűrűségét 3 × 1022 cm–3-nek, vastagságát 0,2 mm-nek véve, a fúzió valószínűsége egy D-ionra vetítve 2,2 × 10–4-nek adódik, azaz egy J impulzusenergiára eső neutronszám 2,75 × 108 n/J. Az ELI-ALPS-ban a tervek szerint egy éven belül installálják azt a fs-os lézerrendszert, amelynek átlagteljesítménye 500 W, amely teljesítmény egy további év alatt megduplázódhat. Azaz, a projekt eredményeképpen létrejövő know-how-n alapulva 2025-re 1 kW lézer (átlag)teljesítménnyel számolhatunk, ami a fentiek szerint 2,75 × 1011 neutron/s hozamot jelent. Megjegyezzük továbbá, hogy a DT-fúzió hatáskeresztmetszete 75 keV gyorsított D-energián két nagyságrenddel nagyobb, ezért tríciumos catcher targetet feltételezve a várható neutronhozam 3 × 1013 n/s lehet. Azaz, egy lézeren alapuló neutronforrás valóban néhány év karnyújtásra lehet. Természetesen ehhez meg kell oldani a nagy ismétlési frekvenciájú, túlnyomó részben deutériumot tartalmazó vékony céltárgy kérdését, valamint a gyorsított deutériumok 50–100 keV közti közel monoenergiás eloszlását is.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Itt érdemes röviden áttekinteni, hogy mi várható középtávon a lézerek fejlesztésének a területén. A lézerek csúcsintenzitása az elmúlt két évtizedben több mint három nagyságrenddel nőtt, míg az átlagteljesítmény két nagyságrendet növekedett. Jelenleg nem ismeretes olyan fundamentális fizikai, illetve technológiai akadály, amely gátat vethetne a 10 kW átlagteljesítményű, rövid impulzusú lézerek tíz éven belül való megjelenésének. Ezt mind Európában, mind pedig az USA-ban (kBELLA-projekt) felismerték, és jól megtervezett menetrendet alakítottak ki a lézereken alapuló, újgenerációs elektrongyorsítók kifejlesztésére (EUPRAXIA-, KALDERA-, illetve a kBELLA-projekt). Ez azt is jelenti, hogy középtávon akár 3 × 1012 n/s-ot (tríciummal 3 × 1015 n/s-ot) meghaladó hozamú források is elérhetővé válnak.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Bár a neutronforrás főbb elvárt paramétereit a T–M-transzmutátort alapul véve határoztuk meg, de egy megbízható, rugalmas neutronforrás egyéb alkalmazásokat is lehetővé tesz. Ezért további partnerekkel (a francia CEA és IPNO, JRC Karlsruhe, illetve BME, BNC, Energia Kutató Intézet [EK]) együttműködve előzetes vizsgálatokat kívánunk folytatni a lézerrel keltett neutronok radiobiológiai felhasználására, továbbá a lézerrel keltett pontszerű betatronforrás anyagtudományi alkalmazásaira (például nukleáris hulladékokat tartalmazó tárolóedényeinek szerkezeti vizsgálatára), valamint a lézeres transzmutátor egyéb elemeinek vizsgálatára, mint például a megfelelő reaktorfal kiválasztására, illetve a sóolvadékon alapuló nukleáris kémiára.
 
III.1. A projekt megvalósítása
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

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.
 
III.2. A projekt fő mérföldkövei
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A projekt lezárultával választ kapunk két, az esetleges további folytatás szempontjából meghatározó kérdésre, nevezetesen:
  1. Lehetséges-e néhány ciklusú lézerimpulzussal, nagy hatásfokkal annyi neutront előállítani, amennyi a T–M-transzmutátor megvalósítását – legalábbis a neutronforrás oldaláról – lehetővé teszi?
  2. Lehetséges-e néhány ciklusú lézerimpulzussal olyan neutronimpulzusokat előállítani, melyek egyéb tudományos, illetve ipari felhasználásra alkalmasak lehetnek, netán új távlatokat nyithatnak?
    A fenti két kérdésre adott válasz magában foglalja egy fontos tudományos-műszaki dilemma eldöntését:
  3. Az optimalizált lézeres neutronforrást milyen lézeres bázison érdemes kifejleszteni: kis energiájú, nagy ismétlési frekvenciájú lézereken (~100 mJ, 100 kHz), vagy nagy energiájú, kisebb lövésgyakoriságú (ún. PW-osztályú) lézereken (~100 J, 10 Hz)?
 
 
III.3. A projekt lehetséges hatásai, szinergiák
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Hosszú távú gazdasági-társadalmi hatás. Amennyiben a III.2. 1. kérdésére „igen” a válasz, úgy az eljárás továbbfejlesztésével valós út nyílik meg a T–M-transzmutátor kifejlesztése felé. Ez azt jelenti, hogy belátható időn belül – ez néhány évtizedet jelent, mivel a transzmutátor tényleges megvalósításához igen komoly technikai problémákat kell még megoldani – lehetővé válhat az eddig felhalmozott és a jövőben még keletkező, használt fűtőelemekből a hosszú élettartamú aktinidák transzmutációval történő kezelése. Ez fontos hozzájárulást jelentene a radioaktív hulladékok jövő generációk számára is elfogadható tárolásának a megoldásához. Ennek a jelentőségét aligha lehetne túlbecsülni, hiszen a nukleáris energetikával kapcsolatos negatív társadalmi attitűd – ami napjainkra olyan irracionális mértéket öltött, hogy olyan politikai döntések születnek, amelyek a szén-dioxid-kibocsátás révén valóban veszélyeztetik az emberiség jövőjét – főleg a nukleáris hulladékok kezelésével kapcsolatos fenntartásokon alapszik.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Ismét hangsúlyozzuk, hogy a transzmutátor kifejlesztése egy szokásos tudományos projekthez viszonyítva hosszú folyamat lesz. Amennyiben a neutronforrás rendelkezésre áll, úgy az első kísérleti, laboratóriumi lézeres transzmutátor akár tíz év múlva elkészülhetne, az ipari méretekben használható lézeres transzmutátor prototípusa huszonöt-harminc év múlva lehet működőképes.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Rövid távú hatások. A III.2. 2. kérdésre elvárásaink szerint igen lesz a válasz. Ez azt jelentheti, hogy néhány (három–öt) év további fejlesztéssel lézeren alapuló, energiahatékony és kis méretű berendezéseket lehet létrehozni. Ezek használhatóak lehetnének például áruszállításnál a rakományok átvilágítására, de akár hozzájárulhatnának a PET-technika szélesebb körű elterjedéséhez vagy újabb radioterápiás módszerek kifejlődéséhez is.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Tudományos diszciplína kialakulása. Az ultrarövid lézerimpulzusokon alapuló neutronkeltés egyik alapvető sajátossága, hogy mivel az ioncsomag időben igen rövid, továbbá a fúzió során keletkezett neutronspektrum meglehetősen monokromatikus, ezért a neutronok által alkotott „impulzus” is várhatóan időben nagyon rövid, legfeljebb néhány pikoszekundum lehet. Ez a jelenleg elérhető, impulzusüzemű neutronforrásoktól (µs) hat nagyságrenddel rövidebb.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Ez az óriási impulzushossz-csökkenés, egyrészt komoly kihívást jelent a neutrondiagnosztikára, hiszen az ilyen rövid neutronimpulzusokra jelenleg nem létezik mérési eljárás. Másrészt, a rövid impulzushossz miatt, figyelembe véve még azt is, hogy a neutronnyaláb viszonylag kollimált, a forrástól néhány cm-re 1023–1024 neutron/(m2.s) nagyságrendű fluxus hozható létre. Ilyen viszonyok ma legfeljebb a csillagokban léteznek, így várható, hogy ezekkel a forrásokkal eddig ismeretlen jelenségek válnak a kísérletek számára hozzáférhetővé. Ha kísérletileg bizonyítható ez a hatás, akkor az tízéves távlatban akár egy új diszciplína kialakulását jelentheti.

Összefoglalás

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Dolgozatunkban röviden áttekintettük a ma működő neutronforrások tulajdonságait. Megfogalmaztuk azokat a paramétereket, amelyek a Tadzsima Tosiki és Gerard Mourou által a használt nukleáris fűtőelemekben jelen lévő hosszú felezési idejű transzurán magok transzmutációjára javasolt rendszerhez szükséges neutronforrásnak teljesítenie kell. Bemutattuk, hogy a szimulációk alapján melyek azok a pontok, ahol a jelenleg ismert eljárásokhoz képest a neutronkeltés hatékonyságát várhatóan javítani lehet. Ezek közül különösen kiemelendő Coherent Amplification of Ions by Lasers (CAIL) séma, ami az iongyorsítás hatásfokában egy-másfél nagyságrendű növekedést hozhat. Ehhez kapcsolódóan felvázoltuk annak a magyar kormány által zászlóshajóprojektnek nyilvánított, és három évre 3,5 milliárd forinttal támogatott projektnek a főbb mérföldköveit, amelynek fő célja a transzmutáció gyakorlati megvalósítására alkalmas neutronforrás kifejlesztése.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Ezen fejlesztések azt jelentik, hogy a lézeres neutronforrás projektben már most egy nagyságrenddel nagyobb másodpercenkénti neutronfluxust tudunk majd várhatóan előállítani, mint a jelenlegi technológiákkal. A már megvalósulás alatt lévő, kW-os átlagteljesítményű lézerfejlesztésekkel ezt a szintet is egy nagyságrenddel meg lehet néhány éven belül haladni (4. ábra), míg a 10 kW-os lézerekkel egy további bő nagyságrendet lehet lépni. Hangsúlyozzuk, hogy mindez lézeren alapuló deuterongyorsítást és DD-reakciót tételez fel. Egy célberendezésben azonban a trícium körültekintő használata is lehetséges lehet, amivel egy lézeres neutronforrás által szolgáltatott fluxus egy évtizeden belül a 10^13 n/s értéket is bőven meghaladhatja. Egy ilyen lézer költsége – az elmúlt évtized trendjét figyelembe véve – mai áron kb. 100 M€ lenne, amely csak tört része egy hasonló neutronfluxus előállítására képes lineáris gyorsítónak.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

A rövid és középtávú fejlesztéseket tekintve ugyanakkor nehéz lenne túlbecsülni egy kvázi hordozható, flexibilis, nagy hozamú és rövid impulzusú neutronforrás fejlesztésének tudományos és gazdasági hatásait.

Irodalom

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Alvarez, J. – Fernandez-Tobias, J. – Mimaa, K. et al. (2014): Laser Driven Neutron Sources: Characteristics, Applications and Prospects. Physics Procedia, 60, 29–38. DOI: 10.1016/j.phpro.2014.11.006, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1875389214005537

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Batani, D. – Jafer, R. – Veltcheva, M. et al. (2010): Effects of Laser Prepulses on Laser-induced Proton Generation. New Journal of Physics, 12, 045018. DOI: 10.1088/1367-2630/12/4/045018, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/12/4/045018/pdf

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Esirkepov, T. – Borghesi, M. – Bulanov, S. V. et al. (2004): Highly Efficient Relativistic-Ion Generation in the Laser-Piston Regime. Physical Review Letters, 92, 175003. DOI: 10.1103/PhysRevLett.92.175003, https://arxiv.org/pdf/physics/0405083.pdf

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Hah, J. – Nees, J. A. – Hammig, M. D. et al. (2018): Characterization of a High Repetition-rate Laser-driven Short-pulsed Neutron Source. Plasma Physics and Controlled Fusion, 60, 054011. DOI: 10.1088/1361-6587/aab327, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6587/aab327/pdf

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Higginson, D. P. et al. (2011): Production of Neutrons up to 18 MeV in High-intensity, Short-pulse Laser Matter Interactions. Physics of Plasmas, 18, 100703. DOI: 10.1063/1.3654040, https://www1.psfc.mit.edu/research/hedp/Home%20Page/Papers/Higgonson_PoP_2011.pdf

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Hózer Z. (2020): Az atomerőművekben keletkező radioaktív hulladékok jellemzői és kezelésük, Magyar Tudomány, 181, 12, 1603–1608. DOI: 10.1556/2065.181.2020.12.4

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Kar, S. et al. (2016): Beamed Neutron Emission Driven by Laser Accelerated Light Ions. New Journal of Physics, 18, 053002. DOI: 10.1088/1367-2630/18/5/053002, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/18/5/053002/pdf

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Kleinschmidt, A. – Bagnoud, V. – Deppert, O. et al. (2018): Intense, Directed Neutron Beams from a Laser-driven Neutron Source at PHELIX, Physics of Plasmas, 25, 053101. DOI: 10.1063/1.5006613, https://www.researchgate.net/publication/324937235_Intense_directed_neutron_beams_from_a_laser-driven_neutron_source_at_PHELIX

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Lécz Zs. – Budai J. – Andreev, A. et al. (2020): Thickness of Natural Contaminant Layers on Metal Surfaces and Its Effects on Laser-driven Ion Acceleration. Physics of Plasmas, 27, 013105. DOI: 10.1063/1.5123542, https://www.researchgate.net/publication/338519950_Thickness_of_natural_contaminant_layers_on_metal_surfaces_and_its_effects_on_laser-driven_ion_acceleration

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Ledingham, K. W. D. – Galster, W. (2010): Laser-driven Particle and Photon Beams and Some Applications. New Journal of Physics, 12, 045005. DOI: 10.1088/1367-2630/12/4/045005, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/12/4/045005/pdf

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Maksimchuk, A. et al. (2013): Dominant Deuteron Acceleration with a High-intensity Laser for Isotope Production and Neutron Generation. Applied Physics Letters, 102, 191117. DOI: 10.1063/1.4807143, https://www.researchgate.net/publication/236953853_Dominant_deuteron_acceleration_with_a_high-intensity_laser_for_isotope_production_and_neutron_generation

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Necas, A. – Tajima, T. – Mourou, G. et al. (2020): Unification of the Radiation Pressure Acceleration and the Coherent Acceleration of Ions by Laser. Megjelenés alatt: Physical Review Accelerators and Beams

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Neely, D. – Foster, P. – Robinson, A. et al. (2006): Enhanced Proton Beams from Ultrathin Targets Driven by High Contrast Laser. Pulses. Applied Physics Letters, 89, 021502. DOI: 10.1063/1.2220011, https://portal.research.lu.se/ws/files/2880205/2425827.pdf

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Norreys, P. A. et al. (1998): Neutron Production from Picosecond Laser Irradiation of Deuterated Targets at Intensities of 1019 W/cm-2. Plasma Physics and Controlled Fusion, 40, 175–182. DOI: 10.1088/0741-3335/40/2/001, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0741-3335/40/2/001/pdf

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Prencipe, I. et al. (2017): Targets for High Repetition Rate Laser Facilities: Needs, Challenges and Perspectives. High Power Laser Science and Engineering, 5, e17. DOI: 10.1017/hpl.2017.18, https://bit.ly/2GUUEW4

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Pretzler, G. – Saemann, A. – Pukhov, A. et al. (1998): Neutron Production by 200 mJ Ultrashort Laser Pulses. Physical Review E, 58, 1165. DOI: 10.1103/PhysRevE.58.1165, https://portal.research.lu.se/portal/en/publications/neutron-production-by-200-mj-ultrashort-laser-pulses(6b23b3cd-7790-4598-816b-0583e6b9a888).html

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Roth, M. et al. (2002): Energetic Ions Generated by Laser Pulses: A Detailed Study on Target Properties. Physical Review Special Topics – Accelerators and Beams, 5, 061301. DOI: 10.1103/PhysRevSTAB.5.061301, https://journals.aps.org/prab/pdf/10.1103/PhysRevSTAB.5.061301

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Roth, M. – Jung, D. – Falk, K. et al. (2013): Bright Laser-Driven Neutron Source Based on the Relativistic Transparency of Solids. Physical Review Letters, 110, 044802. DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.044802, https://www.semanticscholar.org/paper/Bright-laser-driven-neutron-source-based-on-the-of-Roth-Jung/6124454061aca272ce64528d4229a0a5fc5807ee

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Scullion, C. – Doria, D. – Romagnani, L. et al. (2017): Polarization Dependence of Bulk Ion Acceleration from Ultrathin Foils Irradiated by High-Intensity Ultrashort Laser Pulses. Physical Review Letters, 119, 054801. DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.054801, https://bit.ly/3lwQOBe

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Steinke, S. – Henig, A. – Schnürer, M. et al. (2010): Efficient Ion Acceleration by Collective Laser-driven Electron Dynamics with Ultra-thin Foil Targets. Laser and Particle Beams, 28, 215–221. DOI: 10.1017/S0263034610000157, https://kopernio.com/viewer?doi=­10.1017%2Fs0263034610000157&token=WzIyODkxMjIsIjEwLjEwMTcvczAyNjMwMzQ2MTAwMDAxNTciXQ.BV_PchXKf4TjlRSRb8ETMmTgDIA

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Szieberth M. (2020): A transzmutáció mint a nukleáris hulladékok kezelésének egy lehetséges útja. Magyar Tudomány, 181, 12, 1609–1620. DOI: 10.1556/2065.181.2020.12.5

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Ter-Avetisyan, S. – Schnürer, M. – Hilscher, D. et al. (2005): Fusion Neutron Yield from a Laser-irradiated Heavy-water Spray. Physics of Plasmas, 12, 012702. DOI: 10.1063/1.1815001, https://www.researchgate.net/publication/40829077_Fusion_neutron_yield_from_a_laser_irradiated_heavy_water_spray

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Toth, Sz. – Stanislauskas, T. – Balciunas, I. et al. (2020): SYLOS Lasers ‒ The Frontier of Few-cycle, Multi-TW, kHz Lasers for Ultrafast Applications at Extreme Light Infrastructure Attosecond Light Pulse Source. Journal of Physics Photonics, 2, 4, 045003. DOI: 10.1088/2515-7647/ab9fe1, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2515-7647/ab9fe1

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépjen be!

Zulick, C. et al. (2013): Energetic Neutron Beams Generated from Femtosecond Laser Plasma Interactions. Applied Physics Letters, 102, 124101. DOI: 10.1063/1.4795723, https://www.researchgate.net/publication/255702191_Energetic_neutron_beams_generated_from_femtosecond_laser_plasma_interactions
Lézeres neutronforrás fejlesztése • Development of a Laser-based Neutron Source