Világhíres Feltalálóink

Született :
1895 november 10-én
Páka

Elhunyt :
1979 szeptember 4-én
Budapest

Fontosabb évfordulói:

1948	Kossuth-díjat kap


1958	A Magyar Televízió 100 kérdés című műsorának főszerkesztője volt.

1964	Tata városa díszpolgárává választották



Örök álma volt, hogy tudományos játékszobákat létesíthessen, és 1995 őszén 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 kellő 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 előbb külön atomrombolás útján gyártani kell. Eddig rádium-berillium keverékkel állítottuk elő őket, de így olyan kevés neutron szabadul fel, hogy az atombomba-gyárosoknak millió évig kellene várni a kellő mennyiségre.

Szerencsére másféleképpen is lehet neutronhoz jutni, mégpedig igen sokféle módon, mert sokféle olyan mesterséges atomátalakítást ismerünk, ahol neutronok lövellenek ki a keverékmagból. Igen kitűnő 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 töltésű 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 elő is fordul a természetben. 100000 hidrogénmag között átlagban 20 ilyen nehéz hidrogénmag van. A nehéz hidrogénmag neve deuteron.

Ha a közönséges víz molekuláiban levő közönséges hidrogént ilyen nehéz hidrogénatommal helyettesítjük, akkor nehéz vizet nyerünk. A nehéz vizet a közönséges vízből választják ki, mert hiszen 100000 vízmolekula között 20 darab nehézvízmolekula is van. Ezt a nehéz vizet a háború előtt főleg Norvégiában gyártották és szállították külföldre. Ha a nehéz hidrogén magját, a deuteront egy másik deuteronnal lőjük, akkor igen érdekes atommagátalakulás történik. Nézzük az ábrát:

2H + 2H

3He +1n

Egy deuteron nekiütközik a másik deuteronnak. Keletkezik egy 4 atomsúlyú és 2 magtöltésű átmeneti mag (héliummag) és ebből kirepül egy neutron. Marad tehát 3 atomsúlyú és 2 magtöltésű elemmag. Mivel az elemet a magtöltés határozza meg, a 2 magtöltésű elem pedig a hélium, tehát 3 atomsúlyú héliummag keletkezik. (Ez a mag a természetben valóban elő is fordul, 10 millió héliummag között átlag 1 ilyen található.)

Ebben az átalakulásban a mi szempontunkból különösen fontos az a körülmény, hogy ilyen neutront termelő átalakulás aránylag igen gyakran fordul elő. 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 vízből tetszőleges számú deuteron-lövedéket tudunk előállítani 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 lőnénk, akkor a keletkező neutronok minden irányban kirepülnének a készülékből. 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 feszültségkülönbségű két lemez között nyertek volna. Ezt egyszerűen úgy mondjuk, hogy a sebességük 800 000 volt.

A neutronforrást most már csak uránnal kell körülvenni. A keletkező neutronok az uránatomokat neptúnium-atomokká alakítják, ezekből pedig magától keletkeznek a plutónium-atomok.

Hogy milyen mennyiségben keletkezik a plutónium, az attól függ, hogy milyen erős ciklotront használunk. A háború első évében már építés alatt állott Amerikában olyan ciklotron, amelynek hatása 200 kg rádiuméval ért fel. Az a kérdés, hogy egyetlen ilyen ciklotronnal mennyi idő alatt tudnánk fél kilogramm plutóniumot termelni?

1. ábra

1. ábra. A + töltésű test a + lemeztől 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 bőségben nyerjük és rádiumhatásunk is 200-szor akkora, mint 1 kg rádiumé, azért a szükséges idő 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 működött. Európában 3-4 darab. Németországban egy sem.

De vannak még bőségesebb neutron-előállítási lehetőségek 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 felérő ciklotron legyen üzemben és akkor 400-szor kevesebb idő 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 működése közben keletkező, minden irányban haladó sugárzások erősségéről. 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 jelző műszerek vannak elhelyezve, sőt a munkások is visznek magukkal apró elektrométereket, hogy a veszedelmes erősségű 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 előtt le kell a kívánt sebességre lassítani. Ez a lassítás megint igen lényeges eleme az atombombának, mert hiszen, ha nem sikerül a kellő sebességű neutronokat alkalmazni, akkor a bomba robbanásakor keletkező és a láncolatos robbanás előidézésére hivatott neutronok nem tudják feladatukat elvégezni, nem fogják robbantani az útjukba kerülő atomokat.

3. ábra

3. ábra. A ciklotronban felgyorsított hidrogén- magok a nehéz vízből 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 verődnék vissza, mint nekiütközött, tehát nem lassulna. Ha egy másik nagytömegű, mondjuk 500 grammos acélgolyónak ütköztetnénk, akkor is ugyanez lenne az eredmény. A kis golyó egyszerűen 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 számbavehetően a 238 grammos nagy acélgolyóba ütköző 1 grammos acélgolyó sem. De ha a neutron olyan magba ütközik, amelynek tömege a neutronéval egyenlő, vagy nem sokkal nagyobb, akkor ütközés után a neutron sebessége kisebb lesz, sőt egészen meg is állhat.

A neutronokat tehát úgy tudjuk lelassítani, hogy útjukba könnyű atommagokat állítunk. Ilyen könnyű atommagok: a hidrogén, a nehéz hidrogén és a kis atomsúlyú, úgynevezett könnyű elemek magjai. Tehát az uránba vizet, nehéz vizet vagy más könnyűelemet tartalmazó anyagot kell keverni. Hogy milyen mértékű 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 lőtt uránban - az előzőek szerint - megindul a plutóniumképződés. De a következő neutronok már nemcsak uránmagot találhatnak el, hanem eltalálhatják a képződött plutóniummagvakat is. Mi lesz ennek a következménye? Az, hogy a plutóniummag széthasad és újabb neutronokat lő ki magából. Ha ezek a neutronok 238U magba ütköznek, akkor újabb plutóniummag keletkezik, ha pedig plutóniummagba ütköznek, akkor még nagyobb lesz a magátalakulást előidéző neutronok száma. A plutóniummagok száma szaporodik, a plutóniumatomok hasadásából származó neutronok mennyisége pedig lavinaszerűen nő. Röviden fogalmazva: A ciklotronnal keltett neutronok munkáját elősegítik és lavinaszerűen támogatják a keletkezett plutóniummagok széthasadásakor kilövellő neutronok. Végeredményben tehát: sokkal gyorsabban keletkezik plutónium és sokkal nagyobb mennyiségben, mint az előző 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 nagymennyiségű uránt keverünk könnyű 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 belőle. Ezeket a neutronokat lelassítja az uránba kevert anyag, ezáltal a neutronok alkalmassá lesznek az 238U magok neptúniummá alakítására, ebből pedig plutóniummagvak keletkeznek. De ezek a plutóniummagvak újra hasadnak és újabb neutronokat termelnek és így tovább, végeredményben egyre több plutóniumunk lesz. Ha időközben a bomlási termékeket eltávolítjuk, megvan a lehetősége annak, hogy az egész urántömeg energiája felszabaduljon.

Ennek az energiafelszabadulási folyamatnak a sebességét az uránba kevert könnyű 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 előzőkben megismerkedtünk azokkal a tudományos eredményekkel, amelyeken az atomenergia felszabadítása, az atombomba működése és a bomba gyártása alapszik. Most összefoglalásul lássuk még egyszer sorban azokat a műveleteket, amelyek nyomán az atombomba megszületik. Lássuk, hogyha ránk bíznák a gyártási eljárás megszervezését, milyen berendezésekről kellene gondoskodni. Mi lenne feladata az egyes üzemeknek. Ebből 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 első feladat az uránércek beszerzése, a színurán kiválasztása és lehető 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 lőni az uránt: Természetesen egy ciklotront tartalmazó telep még kísérleti célokra is kevés lenne, legalább 100-1000 óriás ciklotronnak kellene üzemben állani a különböző telepeken, hogy a kellő mennyiségu plutónium keletkezzék. Ennyi gép roppant sok elektromos energiát fogyaszt. Hogy mást ne említsünk, egy-egy gép muködtetéséhez 150-200 lóeronyi teljesítményű elektromos rezgéseket kell kelteni, tehát minden egyes ciklotronban csak az elektromos rezgések elegendők egy nagy rádió-leadóállomás működtetéséhez. A 100 ciklotron létesítése legalább annyit jelent, mintha az illető országban 100 nagy rádió-leadóállomás épülne és muködnék.

5. ábra

5. ábra. Az atombombagyártás szakaszai. -1. Uránt kiválasztó és tisztító telep - 2. Ciklotronnal plutóniumot előállító gyár - 3. A plutóniumot kiválasztó telep - 4. Az atombombát összeszerelő gyár

3. Ha ismerjük a ciklotron teljesítményét, könnyű kiszámítani, hogy bizonyos ideig tartó besugárzás után mennyi plutónium keletkezik. Egy 200 kilogramm rádium sugárzásával felérő 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 lő neutronokkal, elgondolhatjuk, hogy ebből a több mázsa uránból azt a tizedgrammnyi plutóniumot kiválasztani megint szép feladat. De ez már tisztára kémiai művelet, 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 elkerülhető 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 összegyűlt anyagot fenyegeti. Ez az előzők alapján nagyon valószínűen 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 könnyű 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 előzőkből 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 első 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 töltésből az esetleg keletkezo neutronok a másik töltéskamrácskába át ne juthassanak, lehet alkalmas szigetelő falra (például parafinból) gondolni. Amikor aztán a bombának robbannia kell, abban a pillanatban egy helyre ömlenek a töltések. Amerikai hírek azt mondják, hogy ezeket a kis plutóniumdarabkákat a bombába épített apró fegyverek lövik a gyűjtőhelyre.

A második megoldás az, hogy az atomtöltést szennyezett állapotban teszik a bombába. Ez a töltés robbanásra alkalmatlan. Az atombombát leejtő gépnek igen nagy, 8-10 km magasságban kell leejtenie a bombát, hogy önmagát ne veszélyeztesse. Amíg ilyen magasból leér a bomba, elmúlik legalább 2 perc. Ez a két percnyi idő bőven elegendő ahhoz, hogy ezalatt egy önműködő szerkezet, amely a bomba kioldása után lép működésbe, kémiai úton elválassza a plutóniumot vagy a 235-ös uránt a szennyező anyagtól. A szennyező anyagot éppen erre a könnyű elválasztásra való tekintettel választják meg.

Amikor a bombatöltés a sorozatos robbanásra alkalmas állapotban vagy a kellő mennyiségben együtt van, akkor rádium + berillium gyújtószerkezet a rádiumot tartalmazó cső összetörésével robbantja a bombát. Ha még parafinréteggel is körülveszik a bombát, akkor biztosítva vagyunk az ellen is, hogy még az alatt a néhány pillanatnyi idő alatt se következzék be a robbanás, ami esetleg a tisztítás és a gyújtás közé ékelődhetnék.

Az atombombát nem úgy készítik, hogy ütődésre robbanjon, hanem úgy, hogy a levegőben 100 méternél jóval magasabban következzék be a robbanása. Ekkor a pusztító hatása - mint ez könnyen érthető - sokkal nagyobb. Kell tehát a bombában egy olyan berendezésnek is lennie, amely a kellő magasságban gyújt.

Gondoltak ezen kívül az angolszászok arra is, hogy a bomba nem robbanik fel és a földön az ellenség zsákmánya lesz. Ezért a bombába érintésre robbanó erős közönséges töltést tettek, amely elpusztította volna, ha az ellenség kezébe kerül.

Mivel legalább ennyi szerkezetet kell a bombának tartalmaznia, érthető, hogy bár a töltése csak fél kilogramm, a súlya nem néhány kilogramm. Az amerikai szakértők szerint néhány mázsa és néhány tonna között volt a két Japánra hullott bomba súlya. Maguk a pilóták sem tudták, hogy atombombát ejtenek le.

A Japánra hullott bombákat szétszedett állapotban szállította az egyik csendes-óceáni szigetre az Indianapolis nehézcirkáló. Érdekes, hogy a cirkálót a következő napon, július 29-én japán tengeralattjáró süllyesztette el. 880 amerikai tengerész veszett oda.

A fentiekben részletet olvashattunk a szerző 1946-ban megjelent az "Atombomba" című könyvéből. Öveges József akkor nem ismerte még az atomreaktort, amelyben neutron-láncreakció fut, és a neutronok egy része 238U-t plutóniummá alakítja át. Írását annak bemutatására közöljük, miként akarta magfizikai tudásával ötven esztendővel ezelőtt megfejteni az atombomba készítésének titkát.

1.	Öveges féle tanítás

2.	Példa 1
3.	Példa 2

A professzor Úr álma:

1.	Csodák Palotája

Kapcsolódó linkjeink:

Csodák Palotája

Az oldalak megtekintéséhez minimum 800x600-as felbontásra és 16bit-es színmélységre
van szükség !
Ajánlott felbontás
1024x768 pixel
24bit-es színmélység!

Támogatott
böngésző típusok:
IE , NS, Mozilla, Opera