1. A kutatás célja
A Nukleáris Technikai Intézetben folyó kutatások elsődlegesen alkalmazott jellegűek. A kutatási irányok a következő tématerületek köré csoportosíthatók: reaktorfizika és reaktordozimetria, termohidraulika, fúziós berendezések vizsgálata, orvosi fizika, radiokémia, sugárvédelem és műszerfejlesztés.
Reaktorfizikai kutatások
A reaktorfizikai kutatások két fő irányt céloznak. Az egyik a már meglévő, jelenleg is működő energetikai, illetve kutatási-oktatási célú nukleáris reaktorok biztonsági elemzése, reaktorfizikai paramétereik vizsgálata, továbbá majdani leszerelésükkel kapcsolatos problémák tanulmányozása. E területeken a hasznosulás egyértelműen a biztonságnöveléshez köthető. A másik terület a jövő reaktortípusainak (elsősorban a IV. generációs reaktoroknak) a vizsgálata. Itt nagy jelentőségű a különböző reaktortípusok transzmutációs képességeinek elemzése. Ezen területek új reaktorkoncepciók kidolgozásához, illetve meglévők biztonsági paramétereinek feltérképezéséhez, javításához vezetnek.
Termohidraulikai kutatások
A termohidraulikai kutatások – üzemi és üzemzavari folyamatok szimulációja, CFD (Computational Fluid Dynamics) alkalmazások – szintén elsősorban atomerőművek biztonsági elemzéseihez kapcsolódnak és a biztonság fokozásában hasznosulnak. Ezen túlmenően kihasználjuk az intézetnél működő TRATEL berendezést és a PIV labort is.
Fúziós kutatások
A fúziós kutatások főképpen három berendezés vizsgálatára, fejlesztésére irányulnak. Ezek a már működő Wendelstein 7-AS, az ASDEX-Upgrade és a fúziós energiatermelés kulcslépését jelentő ITER. A kutatások egyik fő iránya számítások végzése az ITER Teszt Köpeny Modul (TMB) Héliumhűtésű szemcseágyas (HCPB) típusának tervezéséhez és kifejlesztéséhez. További kutatási irányok: sugárkárosodási vizsgálatok, magnetohidrodinamikai számítások végzése, elfutó elektronok és az ún. fütyülő hullámok kvázilineáris kölcsönhatásának vizsgálata tokamak plazmákban, plazmahullámok megjelenési formáinak vizsgálata wavelet szűrési technikával. Mindezek elsődlegesen a jövőben megvalósuló prototípus és energetikai fúziós berendezések tervezésénél, illetve építése során hasznosulnak. A magnetohidrodinamikai számítások elvégzéséhez is nagysebességű, párhuzamos architektúrájú számítógépi kapacitás szükséges.
Orvosi fizika
Az orvosi fizika területén az ipari partnerekkel szoros együttműködésben folynak a diagnosztikai, illetve terápiás módszereket célzó vizsgálatok. A diagnosztikai kutatások fókuszában új vizsgálóberendezések és –módszerek (Compton-kamera), illetve már meglévő koncepciók összekapcsolása áll (pl. PET és MRI alkalmazása kétmodalitású készülékekben). Ezen túlmenően cél a jelenlegi berendezések képalkotásának fejlesztése, elsődlegesen a GPU-k programozásában rejlő lehetőségek kihasználásával. A terápiás kutatások különböző tumorok intenzitás-modulált sugárterápiás módszerek kifejlesztésében, valamint gél- és Gafchromic-film dozimetria alkalmazásának fejlesztésében hasznosulnak. A diagnosztikai berendezések kutatása – az alkalmazott szimulációk időigénye miatt – szintén a szuperszámítógépet igénylő területek közé tartozik.
Radiokémia
A radiokémiai kutatások elsődleges célja eljárások fejlesztése nehezen mérhető radioizotópok elemzésére, valamint aktivitásuk meghatározására környezeti, valamint atomerőművi eredetű mintákban alfa-, béta- és gamma-spektrometriás mérésekkel. Ezen felül kutatások folynak környezeti, geológiai és archeológiai minták nyomelem-tartalmának meghatározására neutronaktivációs analízis segítségével.
Sugárvédelem és műszerfejlesztés
A sugárvédelem és műszerfejlesztés területein az egyik fő irány az atomerőművek és fúziós berendezések diagnosztikai célú műszereinek elméleti és gyakorlati fejlesztése. Külön kiemelendő a zajdiagnosztika alkalmazása. Nagy jelentőségűek a dózisbecslések végzésére szolgáló terjedésmodellek, melyek fejlesztése és radioaktívhulladék-tárolókra történő alkalmazása az atomerőművi hulladékok végleges elhelyezésének egyik kulcskérdése. Az NTI-nél folyó kutatások személyi dozimetriai ellenőrző rendszerek fejlesztését és nagy kiterjedésű sugárforrások speciális problémáinak feltárását is célozzák.
2. Technikai leírás
A fenti projekt a Nukleáris Technikai Intézet laboratóriumainak infrastrukturális hátterére épül: európai szinten egyedülálló az intézet oktatóreaktora. A kutatásokban egyformán szerepet kapnak a kísérleti és elméleti vizsgálatok.
A reaktorfizikai és a termohidraulikai kutatások a kiemelkedően számításigényes tudományterületek közé tartozik. A reaktorfizikában az alkalmazott Monte Carlo szimulációk, a termohidraulikában a CFD számítások szinte kizárólag nagy kapacitású, párhuzamos architektúrájú gridek vagy szuperszámítógépek segítségével valósíthatók meg emberi léptékű idő alatt.
3. A várt eredmények összefoglalása
A nukleáris technikai kutatások hozzájárulnak az atomerőművek biztonságos és gazdaságok üzemeltetéséhez, új energiatermelő eljárások kifejlesztéséhez (fúziós berendezések). A nukleáris méréstechnika orvosi alkalmazásai modern diagnosztikai és terápiás eljárásokat tesznek lehetővé.
4. Az elérni kívánt eredmények jelentősége és alkalmazásai
A BME Oktatóreaktor a magyar nukleáris ipar és a magyar nukleáris hatóság egyik független tudományos kutatói háttérintézménye. A kutatási eredmények országos jelentőségű hosszú távú döntéseket alapoznak meg.
A nukleáris technikai kutatás széles körű alkalmazásai az energetikától, a környezetvédelmen át az orvosi diagnosztikáig terjednek.
5. A tehetséggondozás formája a kutatások során
A tervezett kutatások során a doktoranduszok munkáját napi munkakapcsolat szintjén irányítják a témavezetők: a tehetséges hallgatók előtt egyéni fejlődési lehetőség nyílik meg. A hallgatók folyamatos visszajelzést kapnak szakmai előrehaladásukról a doktorandusz-beszámolók értékelése, valamint a doktori iskolán belüli szemináriumokon tartott előadásaik megvitatása során.
Nemzetközi együttműködéseinkre támaszkodva hallgatóink nívós külföldi intézményekben szerezhetnek tapasztalatokat. Előadói képességeiket nemzetközi konferenciákon való részvétellel fejleszthetik.
PROJEKT ELŐREHALADÁSI JELENTÉSEK
Időtartam: 2012. január 1. - 2012. június 30.
Gázhűtésű gyorsreaktor üzemanyagciklusának modellezése
BSc hallgató: Halász Máté
Témavezető: Szieberth Máté és Dr. Fehér Sándor
Az elmúlt időszakban jelentős előrehaladást értünk el a IV. generációs Gázhűtésű Gyorsreaktor (GFR) egyik koncepciója (a GFR2400 reaktor) üzemanyagciklusának modellezése területén. Olyan számítási eljárást dolgoztunk ki, amely az MCNP és SCALE nevű programokkal történő igen időigényes számítások helyett nagyságrendekkel gyorsabban, ugyanakkor jó közelítéssel képes meghatározni a GFR2400 reaktor üzemanyagának összetételében a kiégés során végbemenő változásokat . A kidolgozott számítási eljárást a GFR koncepció fejlesztésére irányuló GoFastR nevű EU FP7 projektben hasznosítjuk. Az eredményekről 2012 második félévében tervezünk cikket írni.
Fúziós reaktorok tenyészköpenyére vonatkozó mérési eljárások fejlesztése
PhD hallgató: Rovni István
Témavezető: Dr. Fehér Sándor
Az NTI egyik fontos részprojektje olyan optimális mérési eljárások kidolgozása irányul, amelyek lehetővé teszik az ITER termonukleáris berendezés tríciumtenyésztő moduljaiban (TBM) a kívánt paraméterek megfelelő pontosságú és gyakoriságú monitorozását. Ezen a területen az elmúlt félévben kiterjedt elméleti és kísérleti kutatómunkát folytattunk a töltött részecskékkel történő másodlagos aktivációs módszernek a tríciumtermelési sebesség mérésére való felhasználását illetően. A biztató kísérleti és szimulációs eredményekről folyóiratcikket állítottunk össze "Rovni I., Szieberth M. és Fehér S. :Secondary charged particle activation method for tritium production rate measurement in the breeding blankets of a fusion reactor" címmel, amelyet a Nuclear Instruments and Methods (A) folyóirathoz nyújtottunk be. A cikket a bírálók észrevételeinek megfelelően javítottuk, reményeink szerint hamarosan megjelenik.
Az emissziós röntgen-spektrometria folyamatainak modellezése és analitikai alkalmazásai
PhD hallgató: Gerényi Anita
Témavezető: Dr. Szalóki Imre
Az u.n. „Alapvető Paraméterek Módszerét” alkalmazva egy új modellt dolgoztunk ki tetszőleges összetételű minták alkotóelemeinek kvantitatív meghatározására szinkrotron sugárzásra alapozott röntgenfluoreszcens konfokális leképezéssel. A kidolgozott algoritmus leírására, illetve a számítások végrehajtására egyedi szoftvert fejlesztettünk ki MATLAB környezetben. A szakirodalomban eddig még nem közölt, új eljárást fejlesztettünk ki, amely lehetővé teszi a konfokális alapproblémára vonatkozó, nagyszámú képpontból álló rendszert leíró nem lineáris egyenletrendszer szekvenciális megoldását. Az elmúlt időszakban két kísérletsorozatot hajtottunk végre a HASYLAB Beamline L nyalábcsatornánál abból a célból, hogy adatokat gyűjtsünk a röntgenfluoreszcens konfokális leképezésre vonatkozó modellszámításainkhoz. Ennek során NIST standard anyagokon és valódi biológiai mintákon végeztünk mikroelemzést, amelyek segítségével igazoltuk a modellszámításaink helyességét és bemutattuk a kidolgozott módszer gyakorlati alkalmazhatóságát. Az elvégzett munkáról két konferencia cikkben és egy, a HASYLAB által megjelentetett Annual Reportban számoltunk be. A modellszámítások részleteit a Journal of Atomic and Analytic Spectrometry c. folyóiratban megjelenő cikkben fogjuk részletezni. A cikk 90-%-os készültségben van és várhatóan még a nyáron benyújtjuk.
Gyors részecskék és kapcsolódó instabilitások fúziós plazmákban
PhD hallgató: Papp Gergely
Témavezető: Dr. Pokol Gergő
Az ITER egyik legfontosabb, máig megoldatlan problémája a plazmadiszrupciók során keletkező nagy energiájú elfutóelektron-nyaláb elnyomása. Az elnyomás egyik eszköze lehet a rezonáns mágneses perturbációt létrehozó tekercsrendszer, ami a diszrupció után a szabályos mágneses térszerkezet perturbálásával elsősorban a plazma szélén az elfutó elektronok gyors elveszését okozza. Az ANTS pályakövető kóddal ennek a mechanizmusnak a részletes modellezése történt, és előrelépések történtek az elfutó elektronok globális viselkedésének modellezése irányában is. A mágnesesen összetartott plazmák legfontosabb anyagutánpótlási módszere a fagyott hidrogén pelletek belövése. Ezen pelletek plazmával való kölcsönhatását az ASDEX Upgrade tokamakon gyors kamerákkal figyeltük meg, valamint a most épülő Wendelstein 7-X sztellarátor gyorskamera-rendszerének sugárállósági vizsgálata zárult le pozitív eredménnyel.
A projekt hasznosulása:
Osváth Szabolcs sikeresen megvédte Nehezen mérhető radionuklidok meghatározása atomerőműi hulladékokban című PhD értekezését és fokozatot szerzett.
Időtartam: 2012. július 1. - 2012. december 31.
Fúziós reaktorok tenyészköpenyére vonatkozó mérési eljárások fejlesztése
Doktorjelölt: Rovni István
Témavezető: Dr. Fehér Sándor
Az elmúlt félévben két kutatási területen értünk el jelentősebb előrehaladást. Az egyik kutatási célkitűzésünk a tríciumtermelés MCNPX programmal történő számításának kísérleti verifikálására irányult. A tríciumtermelés pontos becslése ugyanis kulcsfontosságú a fúziós reaktorok tenyészköpenyeinek tervezéséhez. A kísérlet során a BME Oktatóreaktorában sugároztunk be hermetikusan lezárt, lítium tartalmú mintákat, majd a besugárzást követően a termelődött trícium mennyiségét a debreceni Hertelendi Ede Környezetanalitikai Laboratóriumban mértük le nagy pontosságú He-3-as mérési technikával. A besugárzást MCNPX-szel szimuláltuk, így lehetőség nyílt a mérési és számítási eredmények összevetésére, amit le is publikáltunk a Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A folyóiratban.
A másik kutatási irány a trícium által indukált magreakciók vizsgálata volt DT spektrumban. A besugárzásokat ezúttal a drezdai neutrongenerátornál végeztük (TUD-IKTP). Több magreakciót is megvizsgáltunk, azonban a 108 n/cm2s nagyságrendű neutronfluxus nem bizonyult elegendően nagynak ahhoz, hogy ezeket a magreakciókat ki tudjuk mutatni. Viszont a kísérletek melléktermékeként létrehoztunk egy olyan új csőpostavezérlő és –adatgyűjtő programot, ami képes 30 mintát párhuzamosan kezelni, és a detektoros méréseket a Lynx adatgyűjtő rendszeren keresztül automatizáltan lebonyolítani. Mindemellett megterveztünk, legyártottunk és teszteltünk 14 darab polietilén anyagú csőposta tokot, amelyeket alkalmaztunk is a kísérletek során. A kísérleti munka csúcspontjának tekinthető a 3 minta egyidejű ciklikus aktivációja előre definiált besugárzási terv alapján, amelyet az általunk kifejlesztett program hajtott végre automatikusan. A minták a besugárzás, a mérés és a tárolás helye között ciklikusan 4 percenként váltották egymást 1,5 órán keresztül problémamentesen. A minták rendre MgO, Li2CO3 és MgO+Li2CO3 anyagokat tartalmaztak és a 24Mg(t,n)28Al magreakciót próbáltuk kimutatni, de csupán a 28Si(n,p)28Al magreakciót azonosítottuk. Fontos tapasztalat volt még, hogy a kapszulába zárt ~2 cm3-nyi levegőben elegendő nitrogén volt jelen, hogy a 14N(n,2n)13N magreakcióban keletkező, tisztán pozitron-bomló 13N révén jelentős gamma-hátteret produkáljon.
Megjelent publikációk
Rovni, I., Szieberth, M., Fehér, S.: ”Secondary charged particle activation method for measuring the tritium production rate in the breeding blankets of a fusion reactor”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, Vol, 690, pp85-95, October 2012
Benyújtott publikációk
Rovni, I., Szieberth, M., Palcsu, L., Major, Z., Fehér, S.,: “High accuracy tritium measurement for the verification of the tritium production rate calculations with MCNPX”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A
Konferencián bemutatott kutatások
SOFT2012, Poster, Liége, Belgium, September 24—28, 2012, Experimental Tests of the Secondary Charged Particle Activation Method for Tritium Production Rate Determination in ITER TBMs
Időtartam: 2013. január 1. - 2013. június 30.
A Nukleáris Technikai kutatási terület a korábbi Projekt Előrehaladási Jelentésben (PEJ3) írt témák mellett kibővült orvosi-fizikai kutatásokkal is. Ezek a kutatások elsősorban az orvosi diagnosztikában és terápiában használatos eszközök paramétereinek optimalizálására, hatékonyságuk növelésére, a sugárterek tervezésének új módszereire és a beteget ért sugárdózisok csökkentésére irányultak.
Nemzetközileg is értékelt eredmények születtek a fúziós kutatási területen is, elsősorban a koreai KSTAR tokamakon.
Az európai goFastR projekt keretében tervezett, ALLEGRO nevű, Közép-Európában megépülő gázhűtésű gyorsreaktor termohidraulikai viselkedésének vizsgálatára épült az L-STAR kísérleti berendezés. Ennek modellezésére történtek vizsgálatok Computational Fluid Dynamics (CFD) módszerekkel.
A beszámolási periódusban a tématerületen dolgozó doktoranduszok 12 előadással járultak hozzá a Fizikai Tudományok Doktori Iskola PhD Konferenciájának sikeréhez. A doktoranduszok közül négyen hosszabb cikkben is összefoglalták kutatási eredményeiket, a többiek absztraktokat írtak a PhD Konferencia nyomtatásban is megjelenő kiadványában.
Publikációk:
Konferencia közelmények:
M. Lampert: Measurements with the final KSTAR BES diagnostic system
In: PhD Conference of the Doctoral School for Physics: organised by the Doctoral School of Physics of the Faculty of Natural Sciences Budapest University of Technology and Economics, in the framework of TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0009. Budapest, Magyarország, 2013.05.17
J. Lantos: First simulational and experimental test of a new SiPM based PET detector module
In: PhD Conference of the Doctoral School for Physics: organised by the Doctoral School of Physics of the Faculty of Natural Sciences Budapest University of Technology and Economics, in the framework of TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0009. Budapest, Magyarország, 2013.05.17
G. Matulik: CFD analysis of flow field in L-STAR facility
In: PhD Conference of the Doctoral School for Physics: organised by the Doctoral School of Physics of the Faculty of Natural Sciences Budapest University of Technology and Economics, in the framework of TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0009. Budapest, Magyarország, 2013.05.17
G. Náfrádi: Radiation shielding calculations of APD camera for KSTAR tokamak
In: PhD Conference of the Doctoral School for Physics: organised by the Doctoral School of Physics of the Faculty of Natural Sciences Budapest University of Technology and Economics, in the framework of TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0009. Budapest, Magyarország, 2013.05.17
| Fizika Doktori Iskola PhD Konferenciája.pdf - Letöltés |
