A projekt bemutatása:

A folyamatos cseppfolyós hélium ellátás számos tudományterület hazai műveléséhez elengedhetetlen. Hely hiányában a következőkben ezek közül csak néhányat sorolunk fel (elsősorban a BME-én folyó tevékenységeket kiemelve):

• KVANTUM ÁRAMKÖRÖK: Az új EUs QUANTERA Flagship projekthez kapcsolódó tevékenység. Olyan új nanoeszközök fejlesztésére és vizsgálatára koncentrál, amik működése kvantummechanikai elven alapszik, pl. Cooper-pár szétválasztók, hybrid kvantum dot rendszerek (Vezető kutató: Sz. Csonka, BME, előzmény „CooPairEnt” ERC Starting grant),
• KÉTDIMENZIÓS ÁRAMKÖRÖK: A 2013-ban indult Graphene Flagshiphez kapcsolódó tevékenység. 2D kristályokból épített új spintronika eszközök fejlesztésére, a spin-pálya kölcsönhatás hangolására irányul. (Vezető kutató: Sz. Csonka, BME, előzmény „iSpinText” EU Flag ERA grant)
• MOLEKULÁRIS ELEKTRONIKA: A legkisebb valaha megvalósítható áramköri elemek kutatása, ahol elektromos vezetés egyedi szerves molekulákon keresztül történik. (Vezető kutató: A. Halbritter, MTA-BME akadémiai kutató csoport)
• MEMRISZTOROK: Olyan fizikai rendszerek vizsgálata, amik atomi méretű memóriaelemek kifejlesztését célozzák. A vizsgált fizikai rendszerek ellenállása függ az előéletüktől, ami az agy működési elvét követő neurális hálózatok hatékony mesterséges megvalósítását tehetik lehetővé. (Vezető kutató: A. Halbritter, Gy. Mihály, MTA-BME akadémiai kutató csoport)
• MAGNETO OPTIKAI és terrahertzes vizsgálatok új anyagszerkezeteken (erősen korrelált, multiferroikus, ill. skyrmion rendszerek mágneses tuljadonságainak feltérképezése (I. Kézsmárki, MTA-BME Lendület Kutatócsoport))
• SPINTRONIKA: Elektron spinek viselkedése grafén és dikalkogenid alapú nanoszerkezetekben (F. Simon, MTA-BME Lendület Kutatócsoport),
• ALACSONY HOMÉRSÉKLETI STM: Graphene Flagshiphez kapcsolódó kutatás. Új 2D kristályok felületi állapotainak feltérképezése, (L. Tapasztó, MTA EK Lendület, ERC Starting grant)
• SQUID: Változatos korszerű anyagok mágneses tulajdonságainak nagypontosságú vizsgálatára szolgáló eszköz működtetése (L. Kiss, MTA Wigner) - … További tevékenységek bővebben az NKFIH szakpolitikai vélemény igénylési anyagában találhatóak. A)

 A cseppfolyós hélium felhasználásának módja:

 Cseppfolyós héliumot alacsony hőmérséklet és nagy mágneses terek előállítására használják. A modern anyagtudományoktól a fizikán, kémián át az orvos tudományig számos olyan műszer üzemel egyetemeken, kutatóhelyeken, kórházakban és magán vállalatoknál, amelyek működéséhez cseppfolyós héliumra van szükség. Mivel a hélium drága nyersanyag, még a kisebb felhasználók is jelentős költségcsökkentést tudnak elérni, ha az elpárolgott héliumot összegyűjtik. Amennyiben visszagyűjtő rendszer áll rendelkezésre a hélium gázt egy cseppfolyósító berendezéssel folyékony halmazállapotba lehet hozni és ismételten újrahasznosítani. A pályázat célja, hogy ez a költség hatékony és környezettudatos felhasználás rendelkezésre álljon a közép-magyarországi felhasználók számára a következő évtizedekre. Ennek érdekében két feladatot kell megoldanunk a pályázat keretében:

• AI) Új cseppfolyósító üzem létrehozását, valamint
• AII) Visszatérő rendszer bővítését, ami ki tudja szolgálni a BME, ELTE és MTA felhasználóit.

 AI) Új cseppfolyósító üzem Jelenleg a Közép-Magyaroroszági Régióban a BME és az MTA Wigner FK-ban található hélium cseppfolyósító, amik kiöregedtek, életkoruk és futási idejük alapján feltétlenül cserére szorulnak, alkatrész ellátásuk már nem biztosított. Néhány évvel ezelőtt egy központi elektronikai meghibásodást már a szakszerviz sem tudott teljesen kijavítani, ami akkor közel egy éves leállást okozott az érintett kutatási témákban, és a hibát azóta sem sikerült teljesen elhárítani. A pályázat fő feladata, egy olyan új cseppfolyósító üzem létrehozása, ami el tudná látni az összes közép-magyarországi felhasználót. A központosított ellátás számos előnnyel jár: elegendő egy készülék vásárlása, az üzemeltetés is fenntarthatóbbá válik az összes felhasználó részére (részleteket lsd. alább a fenntarthatóságról szóló részben). A cseppfolyósító üzemben egy korszerű új cseppfolyósító berendezés kerül beszerzésre, ami 20-25 évre el tudná látni a felhasználók igényeit. A cseppfolyósító működtetése mellett az üzem biztosítja: - a környező laborokból visszapárolgott gáz fogadását, - más telephelyek visszagyűjtő rendszereiből érkező hélium gáz átvételét, - a gáz tárolását nagynyomású tárolókban, - a gáz minőségének vizsgálatát, - a lecseppfolyósított hélium folyadék tárolását, áttöltését kisebb tárolókba, amiket ismét el lehet juttatni a felhasználókhoz. Ennek a tevékenység sornak az elvégzéséhez a cseppfolyósító berendezésen kívül számos a hélium kezelését biztosító eszköz beszerzésre van szükség (lásd. Költség csoportok részletezését a Beruházás költségei fejezetben alább).

 AII) Visszatérőrendszer kiépítése és bővítése A pályázathoz kapcsolódott felhasználókat a lágymányosi egyetemi kampusz és a KFKI telephelye tömöríti. A visszagyűjtő rendszer célja, hogy az elpárolgott héliumot ezen felhasználóktól visszajuttassa a cseppfolyósító üzembe. A BME Fizika Intézete, az ELTE valamint a Wigner jelenleg hélium visszatérő rendszer mellett használja a cseppfolyós héliumot, ugyanakkor számos felhasználó esetében (így BME VBK, MTA TTK, MTA EK MFA esetében) a hélium elpárolgást követően eltávozik a légkörbe. A pályázat másik fő feladat, hogy a meglévő visszatérő rendszerbe bekötésre kerüljenek ezek a felhasználók is és a visszatérő rendszer kibővített kapacitással rákötésre kerüljön az új cseppfolyósító üzemre. Első lépésként a legtöbb felhasználót tömörítő BME F épülete lesz összekötve az L épületben lévő a cseppfolyósító üzemhelyiséggel egy nagy átmérőjű gerincvezetéken keresztül. Erre kapcsolódnak rá az L épületben lévő új felhasználók (ESR berendezés) is. A BME VBK CH épületében lévő NMR berendezések és az L épület között is kiépül egy visszatérő vezeték átemelő kompresszor felhasználásával. A visszatérő rendszer másik fontos csomópontja az ELTE jelenleg is üzemelő visszagyűjtő állomása. Az MTA TTK Q2 épületében kiépülő visszatérő rendszer ide lesz bekötve. Az ELTE gyűjtő állomásának ehhez meg kell növelni a kapacitását, amit egy új gyűjtő ballon és nagynyomású palackkötegek beszerzésével lehet biztosítani. Végezetül az MTA EK MFA épületben is kiépítésre kerül a visszagyűjtő rendszer, ami az MTA EK KFKI-s gyűjtőállomásába viszi a héliumot. Ahhoz, hogy az ELTE-és és KFKI-s gyűjtőállomásokról a cseppfolyósító üzembe szállítsuk a gázt, nagynyomású palacktároló kötegekre van szükség, amikbe kompresszorok segítségével kerül az összegyűjtött hélium. (Részletesen lásd Jelenlegi visszatérő rendszerek bővítés és újak kiépítése című költség csoportnál). B) HELYSZINEK ALKALMASSÁGA A cseppfolyósító üzemet a BME Fizika Intézet fogja üzemeltetni, ahol sok éves tapasztalattal rendelkező személyzet áll rendelkezésre a cseppfolyósító és hélium visszatérő rendszerek üzemeltetésében, karbantartásban, fejlesztésében. A felhasználók számának növekedése, az új logisztikai feladatok ellátása, a nagyobb hélium forgalom egy új üzemhelyiség kialakítását igényli, amit a BME L épületében tervezünk létrehozni (Részleteket Lásd. alább az Új cseppfolyósító üzem helyiségének kialakítása című költség csoportoknál) . Az L épület egyrészt közel található a fő felhasználókhoz, másrészt ipari környezetet biztosítva (emelő daruk, teherautó behajtás …), lehetővé teszi a logisztikai feladatok és a nagykészülékek karbantartási munkáinak ellátását, valamint az épület nagy víztárolójának segítségével a költséghatékony hűtését a berendezésnek. A visszagyűjtő rendszer csővezetékének nyomvonalát és a gyűjtési pontok helyszínét úgy választottuk, meg, hogy minél költséghatékonyabb megvalósítást és üzemeltetést tegyenek lehetővé.