Született :
1895 november 10-én
Páka
Elhunyt :
1979 szeptember 4-én
Budapest |
Fontosabb évfordulói: |
|
1948 |
Kossuth-díjat
kap |
|
|
1958 |
A Magyar
Televízió 100 kérdés címû mûsorának fõszerkesztõje volt. |
|
1964 |
Tata városa
díszpolgárává választották |
|
|
|
|
Örök álma volt, hogy tudományos játékszobákat
létesíthessen, és 1995 õszén be is teljesült álma, megnyitották
a Csodák Palotáját!
|
|
Hogyan készülhetett az atombomba ? |
|
Az atomátalakítók csodagépe A ciklotron
segítségével így lehet plutóniumot, atombombatöltést gyártani:
Hogy az urán-alapanyagunkból plutóniumot készíthessünk, neutronlövedékekre
van szükségünk. A ciklotron azonban csak töltött részecskéket tud
felgyorsítani. A neutronnak töltése nincsen, azért a neutront felgyorsítani
nem tudjuk, hogy a kellõ energiával érje az uránmagvakat. De különben
is honnan vennénk a neutronokat? A neutron nem áll rendelkezésünkre
gázalakban; mint a hélium, vagy a hidrogén. A neutronokat magukat
is elõbb külön atomrombolás útján gyártani kell. Eddig rádium-berillium
keverékkel állítottuk elõ õket, de így olyan kevés neutron szabadul
fel, hogy az atombomba-gyárosoknak millió évig kellene várni a kellõ
mennyiségre.
Szerencsére másféleképpen is lehet neutronhoz jutni, mégpedig igen
sokféle módon, mert sokféle olyan mesterséges atomátalakítást ismerünk,
ahol neutronok lövellenek ki a keverékmagból. Igen kitûnõ neutronforrásul
szolgáló atomátalakulást fedeztek fel 1934-ben. A közönséges víz minden
molekulájában két atom hidrogén és egy atom oxigén van. A hidrogén
magja - amint tudjuk egyetlen, pozitív töltésû hidrogénmagból áll.
Ha egy neutront is sikerülne még a magba behelyezni, akkor a mag töltése
maradna 1, de az atomsúlya 2 lenne, vagyis ennek a kétszer olyan nehéz
hidrogénmagnak a jele volna.
Ez a mag, a nehéz hidrogénmag valóban elõ is fordul a természetben.
100000 hidrogénmag között átlagban 20 ilyen nehéz hidrogénmag van.
A nehéz hidrogénmag neve deuteron.
Ha a közönséges víz molekuláiban levõ közönséges hidrogént ilyen nehéz
hidrogénatommal helyettesítjük, akkor nehéz vizet nyerünk. A nehéz
vizet a közönséges vízbõl választják ki, mert hiszen 100000 vízmolekula
között 20 darab nehézvízmolekula is van. Ezt a nehéz vizet a háború
elõtt fõleg Norvégiában gyártották és szállították külföldre. Ha a
nehéz hidrogén magját, a deuteront egy másik deuteronnal lõjük, akkor
igen érdekes atommagátalakulás történik. Nézzük az ábrát:
2H + 2H 3He
+1n
Egy deuteron nekiütközik a másik deuteronnak. Keletkezik egy 4 atomsúlyú
és 2 magtöltésû átmeneti mag (héliummag) és ebbõl kirepül egy neutron.
Marad tehát 3 atomsúlyú és 2 magtöltésû elemmag. Mivel az elemet a
magtöltés határozza meg, a 2 magtöltésû elem pedig a hélium, tehát
3 atomsúlyú héliummag keletkezik. (Ez a mag a természetben valóban
elõ is fordul, 10 millió héliummag között átlag 1 ilyen található.)
Ebben az átalakulásban a mi szempontunkból különösen fontos az a körülmény,
hogy ilyen neutront termelõ átalakulás aránylag igen gyakran fordul
elõ. Minden 1000 deuteron-lövedék átlag 1 neutront termel. Tehát ez
az átalakulás mintegy 33-szor kiadósabb neutronforrás, mint a rádium
+ berillium keverék. A másik igen fontos körülmény pedig az, hogy
a nehéz vízbõl tetszõleges számú deuteron-lövedéket tudunk elõállítani
és azt ciklotronnal felgyorsítani. Ez az egyik oka annak, amiért az
atombomba gyárosoknak (különösen az angoloknak) szükségük van a nehéz
vízre.
Hogyan gyártanánk tehát a ciklotronnal a neutronokat? A ciklotronba
nehéz hidrogéngázt tennénk és a felgyorsított magokkal nehéz vizet
lõnénk, akkor a keletkezõ neutronok minden irányban kirepülnének a
készülékbõl. Igen, csak itt egy kis nehézség merül fel. A ciklotronnak
a belseje ugyanis kell, hogy légritka legyen. Már most ha nehéz vizet
helyeznénk bele, az gyorsan párolgásnak indulna, ez pedig komplikációkat
okozna. Ezen úgy segítenek, hogy a nehéz vizet megfagyasztják, ezt
teszik a nehéz hidrogénmagok útjába, A nehéz hidrogénmagokat akkora
sebességre gyorsítják fel, mint amekkora sebességet 800 000 volt feszültségkülönbségû
két lemez között nyertek volna. Ezt egyszerûen úgy mondjuk, hogy a
sebességük 800 000 volt.
A neutronforrást most már csak uránnal kell körülvenni. A keletkezõ
neutronok az uránatomokat neptúnium-atomokká alakítják, ezekbõl pedig
magától keletkeznek a plutónium-atomok.
Hogy milyen mennyiségben keletkezik a plutónium, az attól függ, hogy
milyen erõs ciklotront használunk. A háború elsõ évében már építés
alatt állott Amerikában olyan ciklotron, amelynek hatása 200 kg rádiuméval
ért fel. Az a kérdés, hogy egyetlen ilyen ciklotronnal mennyi idõ
alatt tudnánk fél kilogramm plutóniumot termelni?
|
|
|
1. ábra
|
1. ábra. A + töltésû test a + lemeztõl
a - lemezhez repül.
|
|
|
2. ábra
|
2. ábra. Ha nehéz hidrogént nehéz hidrogénnel
lövünk, neutron repül ki.
Számításunk szerint a fél kg plutóniumot 1 kg rádium 8 millió év alatt
termelné, de mivel a mostani eljárásunk szerint a neutronokat 33-szor
nagyobb bõségben nyerjük és rádiumhatásunk is 200-szor akkora, mint
1 kg rádiumé, azért a szükséges idõ 33 X 200 = 6 600-szor kevesebb,
mint 8 millió év; tehát csak 8 000 000 : 6 600 = 1 200 év szükséges
egyetlen atombomba töltet plutónium termeléséhez egy ciklotronnal.
A háború kitörésekor Amerikában már több, mint 30 ciklotron mûködött.
Európában 3-4 darab. Németországban egy sem.
De vannak még bõségesebb neutron-elõállítási lehetõségek is. Így például
ha 1 000 000 voltos térben gyorsítunk deuteronokat és berilliumot
lövünk velük, akkor 3- szor több neutron keletkezik; mintha nehéz
vizet bombázunk. Ha ezt a neutron-forrást alkalmazzuk, akkor már 400
év alatt keletkeznék fél kilogramm plutónium. De eddig csak egyetlen
ciklotront vettünk számításba. Semmi akadálya sincsen annak, hogy
400 darab egyenként 2 mázsa rádium hatásával felérõ ciklotron legyen
üzemben és akkor 400-szor kevesebb idõ alatt, vagyis 1 év alatt sikerül
egy bombatöltet plutóniumot készíteni.
A halálos sugárzás. - A neutronlassítás
A ciklotronban felgyorsított lövedékeknek csak kis részét lehet a
kívánt célra felhasználni, a többi a készülék falának ütközik. Az
ütközési helyek sugárzások kiindulópontjai lesznek. Az eltalált uránmag
is sugárzik, a neptúnium megint sugárzás közben alakul át plutóniummá.
Ezek közben az átalakulások közben kisugárzott elektronok energiája
pedig ütközés után röntgensugarakká alakul át. Ha tekintetbe vesszük
a ciklotronok hatalmas teljesítményét, fogalmunk lehet a gép mûködése
közben keletkezõ, minden irányban haladó sugárzások erõsségérõl. Ez
ellen a sugárzás ellen a munkásokat és a környék lakosságát védeni
kell. A védekezés ólomfalakkal történik, ugyanúgy, mint a röntgenkészülékek
körül. A gyárban helyenként sugárzást jelzõ mûszerek vannak elhelyezve,
sõt a munkások is visznek magukkal apró elektrométereket, hogy a veszedelmes
erõsségû sugárzást azonnal felfedezhessék és elkerülhessék.
A berilliumból kiszabaduló, avagy egyéb módon nyert neutronokat nem
bocsáthatjuk azonnal az uránba. Ugyanis a berilliumból kiszabaduló
neutronok sebessége igen nagy, egészen 4 millió 200 ezer voltig terjed.
Már pedig a vizsgálatok azt mutatták, hogy az urán-atomot neptúnium-atommá
az úgynevezett lassú neutronok alakítják át. Ezeknek a lassú neutronoknak
a sebessége csak néhány százezer volt. Ezért a neutronokat alkalmazásuk
elõtt le kell a kívánt sebességre lassítani. Ez a lassítás megint
igen lényeges eleme az atombombának, mert hiszen, ha nem sikerül a
kellõ sebességû neutronokat alkalmazni, akkor a bomba robbanásakor
keletkezõ és a láncolatos robbanás elõidézésére hivatott neutronok
nem tudják feladatukat elvégezni, nem fogják robbantani az útjukba
kerülõ atomokat.
|
|
|
3. ábra
|
3. ábra. A ciklotronban felgyorsított
hidrogén- magok a nehéz vízbõl neutronokat szabadítanak fel.
|
|
|
4. ábra
|
4. ábra. A berilliumból kisugárzó neutronok
az uránból plutóniumot készítenek.
Hogyan lassítanánk le egy nagy sebességgel haladó, például 1 grammos
acélgolyót? Ha acélfalat állítanánk eléje, akkor a falról ugyanakkora
sebességgel verõdnék vissza, mint nekiütközött, tehát nem lassulna.
Ha egy másik nagytömegû, mondjuk 500 grammos acélgolyónak ütköztetnénk,
akkor is ugyanez lenne az eredmény. A kis golyó egyszerûen visszapattanna
változatlan sebességgel a nagy golyóról. Ha azonban egy másik ugyanakkora
golyót vagy néhányszor nagyobb golyót állítanánk útjába, akkor ütközés
közben meglódítaná a megütött kis golyót, mozgási energiájának egy
részét átadná neki, maga pedig minden ütközés után lassabban haladna.
Az uránmag tömege 238, a neutroné 1. Ha a neutron uránmagba ütközik,
akkor nem lassul, amint nem lassul számbavehetõen a 238 grammos nagy
acélgolyóba ütközõ 1 grammos acélgolyó sem. De ha a neutron olyan
magba ütközik, amelynek tömege a neutronéval egyenlõ, vagy nem sokkal
nagyobb, akkor ütközés után a neutron sebessége kisebb lesz, sõt egészen
meg is állhat.
A neutronokat tehát úgy tudjuk lelassítani, hogy útjukba könnyû atommagokat
állítunk. Ilyen könnyû atommagok: a hidrogén, a nehéz hidrogén és
a kis atomsúlyú, úgynevezett könnyû elemek magjai. Tehát az uránba
vizet, nehéz vizet vagy más könnyûelemet tartalmazó anyagot kell keverni.
Hogy milyen mértékû legyen ez a keverés, az már megint a kutatás feladata
és az eredmény hadititok. (A neutron azért nem hatol át a parafinfalon
sem, mert a parafin hidrogénvegyület.)
Egy érdekes megjegyzés. Plutóniumgyártás ciklotron nélkül
A lassú neutronokkal lõtt uránban - az elõzõek szerint - megindul
a plutóniumképzõdés. De a következõ neutronok már nemcsak uránmagot
találhatnak el, hanem eltalálhatják a képzõdött plutóniummagvakat
is. Mi lesz ennek a következménye? Az, hogy a plutóniummag széthasad
és újabb neutronokat lõ ki magából. Ha ezek a neutronok 238U magba
ütköznek, akkor újabb plutóniummag keletkezik, ha pedig plutóniummagba
ütköznek, akkor még nagyobb lesz a magátalakulást elõidézõ neutronok
száma. A plutóniummagok száma szaporodik, a plutóniumatomok hasadásából
származó neutronok mennyisége pedig lavinaszerûen nõ. Röviden fogalmazva:
A ciklotronnal keltett neutronok munkáját elõsegítik és lavinaszerûen
támogatják a keletkezett plutóniummagok széthasadásakor kilövellõ
neutronok. Végeredményben tehát: sokkal gyorsabban keletkezik plutónium
és sokkal nagyobb mennyiségben, mint az elõzõ számításunk alapján
várható.
Ha ezt a megjegyzést átértettük, akkor azonnal látjuk, hogy nem lehetetlen
olyan plutóniumot gyártó berendezést kigondolni, amely ciklotron nélkül
gyártja a plutóniumot. Képzeljük el, hogy nagymennyiségû uránt keverünk
könnyû elemmel, például szénnel vagy kadmiummal. Ismeretes, hogy a
közönséges uránban mintegy 1 %-ban 235U magok vannak. Egy kóbor neutron
eltalál egy ilyen magot. Neutronok repülnek ki belõle. Ezeket a neutronokat
lelassítja az uránba kevert anyag, ezáltal a neutronok alkalmassá
lesznek az 238U magok neptúniummá alakítására, ebbõl pedig plutóniummagvak
keletkeznek. De ezek a plutóniummagvak újra hasadnak és újabb neutronokat
termelnek és így tovább, végeredményben egyre több plutóniumunk lesz.
Ha idõközben a bomlási termékeket eltávolítjuk, megvan a lehetõsége
annak, hogy az egész urántömeg energiája felszabaduljon.
Ennek az energiafelszabadulási folyamatnak a sebességét az uránba
kevert könnyû elem mennyiségével lehet szabályozni. Ez az eljárás
megoldja azt a kérdést, hogy miként lehet az urán-atomenergiát lassan
felszabadítani, hogy békés célokra felhasználható legyen.
Így építenénk atombombagyárakat
Az elõzõkben megismerkedtünk azokkal a tudományos eredményekkel, amelyeken
az atomenergia felszabadítása, az atombomba mûködése és a bomba gyártása
alapszik. Most összefoglalásul lássuk még egyszer sorban azokat a
mûveleteket, amelyek nyomán az atombomba megszületik. Lássuk, hogyha
ránk bíznák a gyártási eljárás megszervezését, milyen berendezésekrõl
kellene gondoskodni. Mi lenne feladata az egyes üzemeknek. Ebbõl azonnal
látható az is, hogy mi a munkaköre az ott dolgozó tudósoknak, alkalmazottaknak:
Így tehát még azt is meg tudnánk mondani, hogy milyen irányban képzett
kutatókra, milyen szakmunkásokra lenne szükség.
1. Mivel az uránbomba és a plutóniumbomba alapanyaga is az urán, tehát
az elsõ feladat az uránércek beszerzése, a színurán kiválasztása és
lehetõ tökéletes megtisztítása. Az uránércek csak 10-60 %-ban tartalmaznak
uránt.
2. A tiszta uránt át kell alakítani plutóniummá. Erre a célra óriási
ciklotronokat kell építeni és az alkalmas módon kiszabadított neutronokkal
lõni az uránt: Természetesen egy ciklotront tartalmazó telep még kísérleti
célokra is kevés lenne, legalább 100-1000 óriás ciklotronnak kellene
üzemben állani a különbözõ telepeken, hogy a kellõ mennyiségu plutónium
keletkezzék. Ennyi gép roppant sok elektromos energiát fogyaszt. Hogy
mást ne említsünk, egy-egy gép muködtetéséhez 150-200 lóeronyi teljesítményû
elektromos rezgéseket kell kelteni, tehát minden egyes ciklotronban
csak az elektromos rezgések elegendõk egy nagy rádió-leadóállomás
mûködtetéséhez. A 100 ciklotron létesítése legalább annyit jelent,
mintha az illetõ országban 100 nagy rádió-leadóállomás épülne és muködnék.
|
|
|
5. ábra
|
5. ábra. Az atombombagyártás szakaszai.
-1. Uránt kiválasztó és tisztító telep - 2. Ciklotronnal plutóniumot
elõállító gyár - 3. A plutóniumot kiválasztó telep - 4. Az atombombát
összeszerelõ gyár
3. Ha ismerjük a ciklotron teljesítményét, könnyû kiszámítani, hogy
bizonyos ideig tartó besugárzás után mennyi plutónium keletkezik.
Egy 200 kilogramm rádium sugárzásával felérõ ciklotron havonta tizedgrammnyi
plutóniumot termel. Ezt a mennyiséget havonta ki kell választani az
uránból, tehát a besugárzott urántömböt egy másikkal kell helyettesíteni.
Tekintettel arra, hogy a ciklotron néhány mázsányi uránt lõ neutronokkal,
elgondolhatjuk, hogy ebbõl a több mázsa uránból azt a tizedgrammnyi
plutóniumot kiválasztani megint szép feladat. De ez már tisztára kémiai
mûvelet, a kiválasztás eljárása már régen ismeretes.
A kiválasztott plutóniumot nem szabad nagy mennyiségben együtt tartani,
mert minden pillanatban fennáll a robbanás veszélye a kóbor neutronok
miatt. Az amerikaiak azt állítják, hogy ez a veszedelem elkerülhetõ
úgy, hogy a plutóniumot vagy a 235-ös uránt - csak kicsiny mennyiségben
tartjuk együtt, mert akkor sorozatos robbanások nem következhetnek
be. A felrobbanás veszélye a láncolatos robbanások miatt csak a nagyobb
mennyiségben összegyûlt anyagot fenyegeti. Ez az elõzõk alapján nagyon
valószínûen hangzik, csak még azt kellene tudnunk egész határozottan,
hogy mennyi az a nem robbanó kis mennyiség és mekkora mennyiségben
fenyeget már az önrobbanás veszélye. A kíváncsi nemzetek ezt kipróbálhatják.
De ha valaki ezt a veszélyes kísérletet nem akarja elvégezni, akkor
teljes biztonságot nyújtó módon úgy jár el, hogy a kiválasztott plutóniumot
szennyezi valamivel, például vízzel vagy könnyû elemekkel.
4. Az utolsó telep arra szolgál, hogy a kész robbanóanyagot felhasználja
és atombombát gyártson. Az atomenergiát szolgáltató töltést alkalmas
módon el kell helyezni és gondoskodni róla, hogy a kívánt pillanatban
meginduljon a robbanás. Már az elõzõkbõl is nyilvánvaló, hogy a robbanóanyagot
nem lehet csak úgy helyezni el a bombában, mint a dinamitot vagy az
egyéb közönséges robbanóanyagokat, az állandó robbanási veszély miatt.
A robbanó-anyagnak tehát olyan formában kell a bombában lennie, hogy
a láncolatos robbanásokra alkalmatlan legyen. Erre két mód van.
|
|
|
6. ábra
|
6. ábra. Az atombomba szerkezete.
Az elsõ mód az, hogy a bombában egymástól elválasztva itt-ott kis
mennyiségben helyezik el a töltést. Így lehetetlen, hogy a kis töltésben
sorozatos gyújtás induljon meg. De hogy egyik töltésbõl az esetleg
keletkezo neutronok a másik töltéskamrácskába át ne juthassanak, lehet
alkalmas szigetelõ falra (például parafinból) gondolni. Amikor aztán
a bombának robbannia kell, abban a pillanatban egy helyre ömlenek
a | |