Új Ifjúság, 1954. július-december (3. évfolyam, 52-103. szám)
1954-07-24 / 58. szám
1954. július 24. Dl IFJÚSÁG 5 A világon minden anyag a Nap éltető sugaraitól fejlődik, a növényvilág, ez élőlények és magé ez ember is. A Nap nélkül földünk élettelen, jéggel borított pusztaság lenne. A tudományok és az emberi gondolkodás fejlődésével a Nap energiája körüli „rejtélye’'” elmélyültek. A kutatók megállapították, hogy a Nap felszínén hozz; vetőlegesen 6000 fok a hőmérséklet, de a magja felé közeledve ez a hőfok 20 millió fokra rúg. Ilyen magas hőfokot mesterségesen nem tudunk előidézni, de még elképzelni is nehéz. Miben rejlik hát ekkora hőenergiának a forrása? Hiszen a nap már tízmillió éve süt és a számítások szerint még legalább tizenötmillió évig kitart az energiája. A Nap energiájának forrása óriási keli, hogy legyen. Köny- nyebb lenne, ha kivághatnánk a nap anyagából egy darabot és megvizsgálhatnánk földi laboratóriumainkban! A tudósok vágya, hogy a Napból egy darabot szerezzenek, teljesült is. Persze nem szószerint, de a természet nyújtotta lehetőségek elegendőnek bizonyultak arra, hogy felfedjék a nap energiaforrását is. Néhány tudós ugyaALEXANDER JANDERA: TUDOMÁNY ÉS TECHNIKA Tegnap még fantázia — ma már valóság Egyik legegyszerűbb atom -* a hélium. nis rájött arra, hogy a föld felszínén és nem túl mélyen előfordulnak olyan anyagok, amelyeket „földi napoknak” nevezhetnénk. Olyan anyagok voltak ezek, amelyek magukból dtokzatos sugarakat bocsa jtottak ki, bár sokkal kisebb mértékben, mint a nap. Ezzel a problémával foglalkozó tudósok közül a legjelentősebbek: a lengyel Marie Curie Sklodowská, ez angol Rutheford és a francia Becquerel. Az utóbbi már 1896-ban észrevette, hogy az uránium sója láthatatlan sugarakat bocsájt ki magából, mely nyomokat hagy a fényképlemezen. Mikor máqneses térben vizsgálta meg ezt a jelenséget, amely lehetővé tette a sugárzás irányának megváltoztatását, legnagyobb csodálatára felfedezte, hogy a láthatatlan sugárzás, mely áthatol a legtömörebb anyagon is, — három különböző részből áll. A sugárzás egyik nyalábja úgy viselkedett a mágneses térben, mint a pozitív töltésű elemek, a másik rész kitért, mint a negatív töltésű elemek, a harmadik részre pedig egyáltalán nem hatott a mágneses tér. Becquerel a sugárzás e három részét a görög ábécé kezdőbetűivel jelölte: ez első alfa, a második béta, a harmadik sugárnyaláb a gamma nevet kapta. Két évvel később Marié Curie-Sklo- dowske jelentős felfedezést tett. Rábukkant két új elemre: a poloniumre és a rádiumra, melyek még intenzívebben sugároztak, mint az urán. Mi volt e felfedezések jelentősége? Mindenekelőtt az, hogy a kutatókat további ismeretekhez vezette. A „rádióaktív kisugárzásban”, — ahogy a Cárié házaspár elnevezte, semmi titokzatos dolog nincsen, mert az az anyagnak — esetleg az atomnak — tulajdonsága. Az angol Rutheford felfedezte, hogyha csőbe kevés rádium- kioridot Ra Cl2-t tesz, bizonyos ;dő múlva két ismeretlen gáz keletkezik. Az új gázok megállapítására úgynevezett spektroskópot használtak. Ha megfigyeljük, gés közben minden gáz lángjának rajátos színe van (spektrum) mivel a kémikusok ismerik az eddig felfedezett gázok színét, könnyen megállapíthatják milyen gáz keletkezett Spektroskőppa! megállapították, hogy e csőben keletkezett egyik gáz hélium, a másik pedig még ismeretlen. Világosan látták, hogy új elemet találtak, melyet később radonnak neveztek el. A legjelentősebb tanulság az volt, hogy ez az új elem az atom természetes felbomlásakor keletkezett. A mi esetünkben a rádiumatom felbomlásakor A rádióaktív kisugárzás, amikor a rá- dióektív elemek atomjai alfa, beta és gamma részecskéket lőnek a térbe, az ember beavatkozása nélkül elemek átváltozása játszódik le. E folyamatban felszabadul a rádióektív elem atomjaiban rejlő energia. A „földi napok” energiaforrását felfedezték. Mindezek és a további felfedezések ahhoz a megállapításhoz vezettek, hogy a nap energiaforrását is az elemek átalakulásában kell keresni. A napnál fordított a folyamat. A nap óriási enyaganak több mint 60 százaléka a legegyszerűbb etem — vagyis hidrogén, mely nem bomlik fel, hanem a sokkri nehezebb hélium -uommagjában csoportosul. E folyamatban hatalmas mennyiségű energia szabadul fel, melyet a nap frtülete a világűrbe sugáré-. Honnan keletkezett ez ez energia? Példával válaszolunk. Ha nagyon finom mérleg egyik serpenyőjébe négy atom hidrogént helyeznénk, a másikba egy h.eltűrnetomot, amely négy atom hid- r rénből keletkezett, azt tapasztalnánk, hogy a hélium atom könnyebb, noha egyensúlynak kellene bekövetkezni. Ebből is kitűnik, hogy az atomok átalakulásakor az any g egy része eltűnt. Hová tikit? Néhány fizikus azt állította, hooy egyszerűen eltűnt — hogy „energiává alakult". Azt erősít- gették. hogy az atomok átváltozásakor keletkező energia az anyagból származik — hogy ,az anyag energiává alakul". Ez azonban, — ahogy bebizonyosodott —, nagy tévedés. Mi az energia? B. Engels már 80 évvel ezelőtt hangsúlyozta, hogy „mit a fizikában energiának nevezünk, a valóságban semmi más. mim az anyag mozgásának mértéke. A mozgás pedig szoros kapcsolatban van az anyaggal — ahogy azt Marxszal együtt — az eddigi ismeretek alapján megállapították. Minden anyag valami módon mozgásban, állandó változásban ven. ha nem is látjuk azt. „Nincs anyag mozgás nélkül és nincs mozgás anyag nélkül” ez az alapvető tanulrege Marx és Engels tanításának. így az atomban is kell mozgásnak, energiának lennie, mivelhogy anyagi. Ari atomenergia, mely a felbomlásakor keletkezik, éppen ennek a belső energiának, az atom eme belső mozgásának a része. A mozgás egymagában nem hagyhatja el az atomot, csak az anyaggal egyetemben, amely hordozója. Megállapították, hogy nemcsak az alfa, beta sugarak, de a namma sugarak és a napfény is anyagi részecskékből áll. (A napfény részecskéit „fotonoknak” nevezik). Ezek a részecskék magukkal ragadják ez atom belső mozgásának egy részét és az atom felbomlásakor e súlyfelesleg épp akkora, mint amilyen a kiröppenő fotonok súlya és amennyivel súlyosabbak a kirepülő alfa és beta részecskék, mikor elhagyják az atomot. Ezért a napfényfotonok és más sugárzások következtében a nap anyaga is egyre fogy. Óriási nagysága miatt azonban ezt észre sem vesszük. Az elmondottakból megállapítható, hogy körülöttünk a természetben és a végtelen világűrben minden jelenség anyagi jellegű, semmi sem természetfeletti csoda és az emberi ész képes megfejteni azokat. Ezekután vegyük . sorra, hogy a tudósok az említett felfedezések alapján, hogyan jöttek rá az atomenergia „titkára”. _____A természetes hasadástól ________az atombontásig.________ „Ha a természet képes az atomok átváltoztatására” — mondották a tudósok — „miért ne tudná azt megcsinálni az ember, e folyamat törvényszerűségeinek ismerője”. Ettől az elgondolástól már csak egy rövid lépés választ el az atommal, átváltoztatásával, szétbomlásával való kísérletezéstől. Bizony ez az út elképzelhetetlenül hosszú és nehéz volt. Hiszen itt a tudósok elképesztően apró tárggyal kísérleteztek. Kutatásokkal és számításokkal megállapították, hogy az atom átmérője átlag tízmliliomod része a milliméternek. A legtökéletesebb mikroszkópon sem látható. He egymás mellé sorbaállítanánk százmillió atomot, ez tenne ki egyetlen centimétert. De még az atom sem a legparányibb része ez anyagnak. Az atom szó ugyan görögül annyit jelent, hogy oszthatatlan, de a rádiöaktív kisugárzással folytatott kísérletek azt eredményezték, hogy már az anyagnak olyan csepp parányát is, mint az atomot további részecskéire tehet bontani. Mindenekelőtt az úgynevezett „atommagra”, melyben összpontosul vonzási és tehetetlenségi hatása (A könnyebb érthetőség kedvéért mondhatjuk, hogy súlya, bár ez e megfogalmazás pontatlan). Továbbá azon részecskékre, amelyek a mag körül elképzelhetetlen gyorsasággal bonyolult módon mozognak. D. I. Mendelejev, a híres orosz tudós, aszerint állapította meg az elemek sorrendjét, hogy melyik, atom hányat tartalmazott a fentemlített részecskékből. Például a legegyszerűbb etem atomszáma: 1. A hidrogén atomja egy protonnal rendelkezik (így nevezzük az atommagot) és egyetlen, a mag körül forgó elektronja van. Meg kel! még jegyeznünk, hogy az elektrő- nok az elektromos áram hordozói és negatív villamos-töltésük ven. Azért marad meg az atomban, mert a proton pozitív töltésű. Még ez iskolából tudjuk, hogy a negatív és pozitív töltés leköti egymást és így az atom, mint egész, kifelé úgy hat, mint villamossággal töltetlen. Vagyis, ha a szénnek hat elektrőnje van, hat protonnal is • kell rendelkeznie. Az urán atomszáma 92, ami azt jelenti, hogy 92 elektronjához az atommagban 92 proton is van. Mikor ezt felfedezték a tudósok, azt hitték, hogy végre nyitva ál! előttük az út ez atom belsejébe. De micsoda meglepetés várta őket! Mikor a héliumot vizsgálták, melynek 2 az atomszáma (t«iát mindjárt a hidrogén után következik) észrevették, hogy az atomsúly négy egységet tesz ki e várt kettő helyett. És ugyanígy jártak a többi elem atomjaival is. Az urán atomszá- me 92 volt, de anyagegységeinek száma: 238. — Honnan került ez a többlet? ■ E kérdés megfejtése nélkül a nukleáris fizikusok (nukiteos-meg) soha nem tudták volna kimutatni ez atom valódi felépítését. A megoldásig csak nemrég, 1952-ben jutottak el. A kutatók rájöttek, hogy minden atom magjában (a hidrogén kivételével) a protonon kívül még egy másik részecske is van. Mivelhogy e részecske nem rendelkezik semmiféle elektromos töltéssel, neutronnak nevezték el. E 'el- fedezés kivételes jelentőségű volt. Nemcsak azért, mert választ adott az atommag súlyfeleslege körüli találgatásokra, hanem amint a későbbiek folyamán látni fogjuk, döntő a jelentősége az ember beavatkozása útján nyert atomenergiában is. Hozzunk fel újra egy példát. A hélium magjában két proton van, de négy anyagi egység. A két protonon kívül a magban két neutron is van, melynek súlya nagyjából azonos a protonokéval. Az uránban a 92 protonon kívül még 146 neutron is van, így ez eqész 238 anyagi egységet tesz ki (92 +146). Ezek alapján jelölik U 238-a! az uránt, megkülönböztetésül a kevesebb neutronnal rendelkező U 233 és U 235 uránoktól. Az atom igába hajtásának útja . Sajnos, kénytelenek vagyunk egy másik cikkre hagyni a hidrogén protonnal és neutronnal, (ami az ügyne- v zett nehéz hidrogén magja) az atommag felbontására irányuló kísértetek leírását és most részletesebben megvilágítjuk a neutron szerepét az atomenergia nyerésében. A neutronnal már csak azért is körültekintőbben <e!l foglalkoznunk, mert ebben találjuk meg, a közelmúltban a Szovjetunióban üzembeheiyezett első vfllanyerömű megértésének kulcsát Már említettük, hogy előfordul a rádióektív elemek magjának természetes ’ asadása. Az így felszabadult energia persze olyan jelentéktelen, hogy az ember a gyakorlatban soha nem használhatná fel. A tudósok tehát arra törekedtek, hogy az atom magjának mesterséges tél- bontásával, olyan mennyiségű fény és hőenergiát nyerjenek, mely pótolhatja és messze túlszárnyalhatja az eddig használatos tüzelőanyagokat. A neutron felfedezése és a vele folytatott tovább’ kísérletek helyes útnak bizonyultak. Ugyanis, he sikerül a neutront egy nagyon nehéz atom magjába juttatni, előállhat ez dg* nevezett „hasadás" — ami olyan folyamatot jelent, amikor az egész mag két részre szakad, miközben néhány elektron pattan ki, melyek további magok hasadását idézik elő. A bontás Így folyamatossá lesz. Ez az úgynevezett ..láncreakció”. A legmegfelelőbb etem erre a célra az urán. A legnagyobb nehézség abban rejlett, hogy az urán természetes állapotában 99.3 százalék U 238 tartalmaz (vagyis olyan urán atomot, amely 92 protonnal és 146 neutronnal rendelkezik) és csak 0.7 százalék U 235-os, (amelyiknél három neutronnal kevesebb ven). Miért jelent ez akadályt? Azért, mert az U 238-al nehéz hasadást elérni, inkább elnyeli a neutronokat. Ez megakasztja a láncreakciót. Ha nem sikerül láncreakciót létrehozni, az urán atomok hasadása megéli így most már világos, miért nem előnyös az urán természetes összetétele, ahol az U 238 van túlsúlyban, amely elnyeli e neutronokat. Ha el akarjuk kerülni, hogy az U 238 elnyelje a neutronokat, a legrövidebb ú- ton ki kell vezetnünk az uránból és annyira le kell lassítanunk e sebességet. hogy az U 235 hasadását előidézhesse. de tudjon ugyanolyan mértékben az U 238 magjába is behatolni. He mégis előfordul, hogy ez U 238 elnyeltek néhány neutront, ez nem jelent hátrányt, sőt előnnyel jár. Az Ü 238 atommagjában ugyan nem következik be hasadás, de előidézi unnak átalakulását U -39-re és a további úton mesterséges elemmé, neptun-ná alakúi, majd újabb átalakulás révén plutonium nevű elem lesz belőle. A plutonium viszont kitünően hasad, tehát olyan tulajdonságokkal rendelkezik, ami az U 238-ban hiányzott. így fokozatosan nemcsak az U 235 használhatjuk fel. hanem az összes U 238-at. Elméletileg mindez világos tett. A kérdés most már az volt, hogyan lassítható mesterségesen a neutron, — amely az urán rudat elhagyta és óriási sebességgel zúdult a másik urán rúdra? Ezt a kérdést ragyogóan oldották meg a szovjet tudósok és technikusok. A repülő neutronok elé akadályokat állítottak. Ez az akadály rendszerint grafit, vagy az úgynevezett „nehéz” viz (a hidrogén izotropjának és az oxigénnek a vegyülete. A hidrogén izot- róp magjában a protonon kívül egy neutron is van). KÍ6 mennyiségben a közönséges vízben is előfordul és ebből nagyon nehezen és nagy költséggel vonható ki. Mindkét anyag olyan tulajdonsággal rendelkezik, meiyek a fékezés szerepére teszik alkalmassá. Nem sokat éme azonban, he a neutronok fékezésére szánt an„ agok ei is nyelnék azokat. A nehéz víz, vagy a qrafit a repülő elektronokkal szemben egész közöniyteen viselkedik. Mikor lefékezték azokat röptűkben, tovább engedik a következő urán rúdba. A lelassított neutron beleütközik az U 235 atommagjába és hasadást okoz. Ezt az egész berendezést, — a grafitba, vagy nehéz vízbe helyezett uránrudakat — heterogen reaktornak nevezzük. E láncfolyematben óriási mennyiségű energia szabadul fel. Simán elvtárs, a Rudé Právoban írt cikkében megemlíti, hogy egy kilogramm uránból annyi meleget nyerünk, mint hatmillió kilogramm jóminőségű szénből. Ez a hőenergia olyan nagy. hogy egy 2500 lóerős gőzturbina hajtásához csaknem Az atomenergia felszabadítására szerkesztett berendezés vázlata iyt v«’<c Baloldalon egy urán reaktor rajza látható. Ebben játszódik le az uránmagban rejlő mergie felszabadításának folyamata. A Reaktorba uránrudak nyúlnak, amelyeket aluminimburok véd a rozsdásodástól. Ezek a rudak a gyors neutronok lassítására szolgáló tiszta grafitban hálót képeznek. A grafitblokkben helyezték- el a csúsztatható kadmiumrudakat. A kadmium elnyeli a lassú neutronokat és ezzel csökkenti az urán felbomlásának gyorsaságát. Az egyik kadmium Délce az egész folyamat szabályozására szolgál és mozgásával önműködően egy bizonyos állandó szinten tartja az urán hasadását, a másik kadmium pálca a reaktort biztosítja a fel robbanástól, he a szabályozó felmondaná a szolgál Jtot és ha a hőmérséklet veszélyesen emelkedne. A pálca hatására az egész bomlási folyamat megakad. A reakto elindításánál fordított a folyamat. A biztosító pálcát teljesen k, szik. amire lessen . melkedik a szabályozó pálca is. A szabályozást az ionizációs kamra irányítja, mely a reaktorban ven. A reaktoron áthaladó neutronok a ritkított gázzal telt csöbet ionizálják a«, atomokat. Ezzel elérjük, hogy a kamrán áthaladó áram megváltozik a felszabadult elektronok sűrűsége szeréit. Az áram erősödésével, a műszert át Ián leolvasható a reaktorban a haladás és működésbe h. :ze a kedmiumos szabályozó készüléket. A reakciós kamara belső fala beriliumma! vagy tiszta grafittal bélelt, mely visszaveri a neutronokat. Ezzel elérhető, a kihasználatlanul elszökő neutronok számának csökkenése, «mi a teljesítmény növelését jelenti. Az urán hasadásakor ke’etkezett meleget a reaktorból qázzal vezetik el. A forró qáz a qózkizánba árad. itt átadja melegét a csövekben elhelyezett víznek, gőzzé vált jztatje azt és visszatér a reaktorba A qöz turbiná' hajt, amelyet villamos generátorra! kapcsoltak össze. A turbinából kikerülő gőzt vízzel hütik. amely feiforrv- a szomszédos épületek fűtésére szolgál. Az uránreaktort erős betonburok takarja, amely a rádióaktív sugárzástól védi a berendezés kezelőit. Az uránreaktorban lejátszódó láncreakció vázlata, amely az atomvillany- eröműben az energia forrásait képezi. A kijelölt akadályokat grafitból készítik, vagy pedig a rudak között nehéz víz van. A mozgatható rudak meggyorsítják, vagy lassítják a láncreakciót. egy évre ^égendő lenne. Egyetlen ramm urán hasadásakor annyi hőenergiát ad, mint három tonna feketeszén, vagy 1600 liter benzin. Még egy kérdésre kel! réleszolnunk, amely ez első utomvilianyerőmú szovjet konstruktőreinek is fogas kérdést jelentett. Ez a probléma pedig a láncreakció irányítása. Az atombombák robb aása bizonyít je. hogy micsoda károkat okozhatna a nem megfelelően ellenőrzött atom. A reaktorban ilyen robbanásra nem ' érül hét sor, mer* ahogy ez urán elolvadt és kifolyt a grafit nyílásaiból, vagy amint a meleg következtében elpárolgott a nehéz viz, a lánc reakció önmagától leáll. De a reaktor drága berendezés és óvni kell az ilyen eshetőségektől. A láncreakció megszakítására a reaktorba kadmium rudakat szereinek, melyeknek az a nagyszerű tulajdonsága, hogy úgy fogdossa a repülő neutronokat, akár a légyfogó a kellemetlenkedő legyeket. A kadmiumrudak szabályozása önműködően történik, vagyis úgy, hogy a reaktor magától a repülő neutronok útjába állítja azt, ennek következtében e láncreakció megáll, csökken a magas hőmérséklet és eltűnik a veszély. Amint a neutronáramlás csökken. a reaktor önműködő szabályozója kiemeli a rudat, mire a láncreakció folytatódik. így győzedelmeskedtek a szovjet tudósok a természet felett. Most például Anglia fölé kerekedtek, noha hosz- szú évekig az angol atomkutetást tartották a legfejlettebbnek. Az emberiséget óriási energiaforrással ajándékozták meg, mely a szén, a benzin és más tüzelőanyag millió tonnáinak megtakarítását eredményezi. Bebizonyították, hogy 'ez atomenergia teljes mértékben képes szolgálni az embert. Az atomenergia segítségéve! ez ember átalakíthatja a világ arculatát és képes behatolni a világűr végtelenjébe. Milyen alapvetően különbözik a szovjet tudósok munkája amerikai kollégáik munkájától! Mennyire más az SzKP és a szovjet kormány politikája az atombombára alapozott politikától! A gazemberek nem változnak! He a becsületes ember kezébe fegyvert adsz. tudja, hogy élelmet szerezhet vele. A rabló azon töri a tejét, hogyan gyilkolhat azzal jobban. Ugyanígy viselkednek az atombomba lova gok is. Az em- beriséq történetének legnagyobb felfedezését a népek pusztításéra szeretnék felhasználni. A Szovjetunió a béke és az építés szolgálatába állította. * Ing J. Celeda, a Tudományos Ismereteket Terjesztő Társaság fizokémiai oszálya vezetőjének konzultációja.
