Órákon át működött a lézeres neutronkeltés

Órákon át működött a lézeres neutronkeltés - Dr. Osvay Károly (SZTE) csoportjának sikeres kísérlete az ELI ALPS-ban

A Szegedi Tudományegyetemen működő Nemzeti Lézeres Transzmutációs Laboratórium kutatócsoportja Dr. Osvay Károly vezetésével igazolta, hogy kis energiájú lézerrel is lehet neutronnyalábot kelteni – tájékoztatta szerkesztőségünket az oktatási intézmény. Az úgynevezett ELI ALPS lézeres kutatóközpontban órákon át keltett neutronsugár 2023 júniusában orvosbiológiai alkalmazást is kiszolgált.

A neutronok lövésenkénti számát egy nagyságrenddel sikerült növelni

Az egyetem tájékoztatójából megtudtuk, hogy a Szegedi Tudományegyetemen működő Nemzeti Lézeres Transzmutációs Laboratórium kutatócsoportja Dr. Osvay Károly vezetésével nemzetközileg

egyedülálló módon igazolta, hogy kis energiájú lézerimpulzusok is alkalmasak neutronsugárzás előállítására.

A Nature Portfolio által kiadott Scientific Reports-ban megjelenésre váró tanulmányban a szerzők az ELI ALPS SYLOS Experiment Alignment ultrarövid impulzusú lézerén 2022 nyarán végrehajtott kísérletsorozat eredményeit foglalták össze.

Dr. Osvay Károly, a Szegedi Tudományegyetemen működő Nemzeti Lézeres Transzmutációs Laboratórium kutatócsoportjának vezetője Forrás: Picasa/SZTE

2022-ben megtaláltuk a technikáját annak, hogy másodpercenként 1-1 lézerimpulzust folyamatosan lőjünk egy maguk fejlesztette céltárgyrendszerre, és ebből impulzusonként 1200-1500 neutront tartalmazó nyalábot hozzunk létre

– mondta Dr. Osvay Károly. – A 2023-ban befejezett új céltárgyrendszer-fejlesztés segítségével pedig idén júniusban napi 6-8 órán át tudtak másodpercenként 10 lézerimpulzussal lőni.

Hozzátette: ezzel a neutronok lövésenkénti számát egy nagyságrenddel sikerült növelni, vagyis százszorosára emelkedett a nagy energiájú neutronok száma a nyalábban.

Ez a neutronsugár már alkalmas volt arra is, hogy az ELI ALPS orvosbiológiai kutatócsoportja biológiai mintákon végezzen kísérletet vele.

Dr. Osvay Károly kutatócsoportja a neutrongenerálási kísérletek során időben nagyon rövid, és nagy csúcsintenzitású impulzusokat fókuszál egy elsődleges céltárgyra. A lézer plazmát kelt a céltárgy felületén, e plazmából a lézerimpulzus elektromágneses tere kigyorsítja az elektronokat, amelyek osztott töltésmezőt hoznak létre, és maguk után gyorsítják a céltárgyból származó deutériumionokat.

Lézerimpulzusokat bocsátottak a céltárgyra az ionok gyorsításához

E közlemény szerint ezek az egyszeres nehéz hidrogénionok belecsapódnak a másodlagos céltárgyba, amelyben deutérium atomokkal találkoznak, és közöttük magfúzió következik be, ennek során pedig úgynevezett gyors neutronok (2,5MeV energiájú részecskék) lépnek ki.

A legelső neutronkeltési kísérletet a livermore-i NIF-ben végezték, amely ma már fúziós lézerként üzemel

– emelte ki Dr. Osvay Károly. – A mi 20 millijoule-nyi energiánkhoz képest százezerszer nagyobb, több kilojoule-os energiájú lézerimpulzusokat bocsátottak a céltárgyra az ionok gyorsításához.

Hozzáfűzte: emiatt a további kutatások is azt az utat követték, hogy nagy lézereket kell használni a neutronkeltéshez, mert azzal működik a dolog.

Órákon át működött a lézeres neutronkeltés - Dr. Osvay Károly (SZTE) csoportjának sikeres kísérlete az ELI ALPS-ban Forrás: SZTE

Mi pedig gondoltunk egyet, és megnéztük, hogy egy másik paradigmával, „kis" lézerekkel megy-e, és ha igen, mennyire

– magyarázta a kutató. – Az eredményünk azt igazolja, hogy energiában tízezerszer kisebb impulzusokkal is lehet neutronokat kelteni

A neutronkeltési folyamat technikailag egyik legnagyobb kihívása a deutériumion gyorsításához használt elsődleges céltárgy fejlesztése volt.

Ahol ugyanis az érkező lézerimpulzus plazmát keltett a céltárgynak használt 200 nanométer vastagságú fólián, ott az anyag kilyukadt, és mire a következő impulzus odaért, valahogyan fel kellett újítani.

Céltárgyként tavaly egy programozható forgótárcsát használtak, amely az új lézerimpulzusra tovább léptette a fóliát. Ezzel sikerült proof of principle, vagyis alapelvi módon igazolni a kis energiájú lézerrel való folyamatos neutronkeltést. 2023 nyarán pedig egy 200 nanométer vastagságú folyadékhártyára másodpercenként 10 impulzust lőttek, és ezzel jelentősen megnövelték a neutronszámot.

A jelenleg végzett kísérletek közeli célként az orvosi, anyagtudományi és ipari alkalmazásokhoz szükséges másodpercenkénti 108 – 1010 számú neutron elérését tűzték ki.

Dr. Osvay Károly kutatócsoportja az év végén 1 KHz-es ismétlési frekvenciájú (másodpercenként 1000 impulzus) lézeren fog kísérletet végezni az ELI ALPS-ban, amivel karnyújtásnyira kerülhet ahhoz, hogy alkalmazásokban lehessen használni a kis energiájú lézeren keltett neutronnyalábot.