Új Szó - Vasárnap, 1979. július-december (12. évfolyam, 26-52. szám)
1979-11-04 / 44. szám
TUDOMÁNY TECHNIKA M integy három évtizede az atomfizika gyors fejlődésének lehetünk tanúi. Nagy haladást értünk el ebben a tudományos ágazatban, melynek új felfedezései lehetővé teszik a természet egyre mélyebbre ható megismerését. Szélesedik az elméleti és az experimentális kutatások frontja, újabb intézetek és laboratóriumok kapcsolódnak be a munkába, nagy fizikai berendezések épülnek. Ugyanakkor azt is meg kell említeni, hogy időről időre a kétkedők is hallatják szavukat, akik nem értenek egyet az atomfizika gyors és költséges fejlesztésével. A továbbiakban ezért rámutatunk az atomfizika területén végzett alapvető kutatások társadalmi jelentőségére. Az atomfizika mai fogalmán, amely jellegénél fogva az alapkutatások területéhez tartozik, az elemi részek fizikáját, valamint az atommag fizikáját értjük. Ezzel összefüggésben meg kell jegyezni, hogy az alapkutatások célja a minket körülvevő világ alapvető törvény- szerűségeinek feltárása és tanulmányozása, amíg valamelyiket eléggé meg nem Ismerjük, hogy az gyakorlati célokra is felhasználható legyen. Az elemi részek fizikája a problémák rendkívül nagy területét öleli fel, s a legkorszerűbb tudományos berendezések állnak a szolgálatában, a hatalmas méretű és rendkívül drága részecskegyorsítóktól kezdve egészen a műholdakig. Ezt a tudományos ágazatot ezért gyakran ipari tudománynak is nevezik. A nagyenergiai kutatásokkal foglalkozó laboratóriumok ugyanis számos tekintetben a nagyüzemekhez hasonlíthatók. Az anyag felépítésének megismerésére, a tér és az idő szerkezetének feltárására irányuló törekvéseik folyamán a tudósok megállapították, hogy a természetben négy alapvető kölcsönhatás érvényesül: a gravitácós, az elektromágneses, az erős és a gyenge. A gravitációs és az elektromágneses kölcsönhatás már régóta ismert. A velük kapcsolatos erők mik- roszkópikus jelenségekben is megnyilvánulnak, amelyeket az ember gyakorlatilag is kihasznál. Az erős és a gyenge kölcsönhatás azonban sokkal specifikusabb. Ezekkel csak akkor találkoztunk, amikor részletesebben tanulmányozni kezdtük az atommag felépítését, az elemi részecskéket. Az alapvető kölcsönhatások a világmindenség jelenségeinek óriási területeit ölelik fel: az égitestek mozgásától, a csillagok fejlődésétől kezdve az elemi részekben megvalósuló folyamatokig. Az elemi részek fizikája az-alapvető kölcsönhatások tanulmányozásának egyik legfontosabb irányzata. Függetlenül attól, hogy az egyes kölcsönhatások nagyon különböziiek egymástól, a tudósoknak egy nagy kérdésre kell válaszolniuk — nincs-e ezek alapjában valami közös, amely egységesíti őket, vajon nincs-e szó egyetlen alapvető kölcsönhatás különböző megnyilvánulási formáiról? Ez a kérdés a közeljövőben, de lehet hogy hosszabb távon is komoly elméleti elemzések tárgyát fogja képezni. Ebben az irányban már születtek bizonyos eredmények — meggyőződéssel beszélhetünk például a gyenge és az elektromágneses erők egységéről. A gyenge és az elektromágneses Kölcsönhatások egységesített modellje előrevetített számos olyan feltételezést, amelyeket később experimentálisán is bizonyítani lehetett. Nagy remények fűzhetők az erős kölcsönhatások elméletének megfogalmazásához Is, különböző összetett modellek segítségével, az utóbbi időben például a kvantum-kromodina- mika keretei között. E kísérletek egyik alapeszméje az, hogy a hadronok szerkezeti elemeit a kvarkok képezik. Egyes tapasztalatok a korábban ismert hadronok szerkezetének tanulmányozásában, ha olykor közvetett formában is, megerősítették ennek az alapeszmének a helyességét, s bizonyították a mikrovilágban a tömeges változatlanság létezését. A vizsgált kérdések általános jellemzésére szeretném megemlíteni a mai mikrofizika egyik fő problémáját, éspedig az elemi részek rendszerezésének a kérdését. E részek száma ma már olyan nagy, hogy elkerülhetetlenül szükségessé vált a rendszerezésük valamilyen elfogadható séma alapján, másrészt pedig meg kell vizsgálni, nincsenek-e közöttük olyan részecskék, amelyek az építötéglák szerepét töltik be a mikrovilágban, s ha ezt nem sikerül kimutatni, akkor is meg kell találni a különböző típusú elemi részecskék meghatározásának, jellemzésének a módját. Az utóbbi tíz év alatt jelentős haladást értünk el ebben az irányban, de meg kell mondani, hogy inkább csak a kezdetnél tartunk, s nem a befejezésnél. Emlékezzünk csak vissza, hogy több mint ötven év telt el, amíg a kvantummechanika lehetővé tette a Men- gyelejev-táblázat fizikai lényegének a megértését. Egyeseknek néha úgy tűnik, mintha már bőséges experimentális tapasztalat állna a rendelkezésünkre, s hibát követünk el, ha az új ismeretek szerzésére irányuló törekvéseinket nem szakítjuk meg, s nem szentelünk elég időt az elért eredmények mély átgondolására, rendszerezésére. De ha jobban belenézünk a dolgokba, inkább az alapvető információk hiányával találjuk magunkat szemben, ami bizonyos egyéni felfogásokhoz vezet az elméleti fejtegetésekben. Nagy mennyiségű és új minőségű információkat leginkább a nagyenergiára való áttéréssel nyerhetünk, melynek feltételei között a térben és időben rendkívül csekély méretű, korábban hozzáférhetetlen területek kölcsönhatásai is tanulmányozhatók. Ezen az úton már eddig is jelentős eredményekhez jutottunk, s joggal bízunk benne, hogy ez a jövőben is így lesz. Az atomfizika másik területének, a magfizikának az a célja, hogy az atommag felépítését és a magreakciók mechanizmusát tanulmányozza. Az atommag a természet alapvető és meghatározható részét képezi. Az anyag csaknem teljes tömege az atommagvakban összpontosul, a mag tömege és töltése határozza meg az elekt- rongyfirűk szerkezetét, s ezzel az atom fő vegyi és fizikai tulajdonságait. A természetben mintegy 6000 izotóp létezhet, közülük a stabil izotópok száma 300-ra tehető. Eddig mintegy 1600 izotópot mutattak ki, de még távolról sem fejeződött be ezek tanulmányozása. A könnyű magvak felépítése eltérő a közepes és a nehéz magvak felépítésétől. Habár a nuklonok közötti erőhatás mindenféle atommagban egyforma, a magvak szerkezete mégis különböző, ezért csak a vizsgált magvak területének kiszélesítésével lehet újabb ismeretekhez jutni. A mag szerkezeti felépítésének tanulmányozása elválaszthatatlanul összefügg a magreakciók mechanizmusának felderítésével. A közepes és a nagyenergiájú részecskék, valamint az atommagvak közötti kölcsönhatások tapasztalatai alapján évről évre bővülnek az atommag felépítésére vonatkozó ismereteink. Ojabb lépést jelent ebben az irányban a mezongyárak üzembe helyezése, amelyek intenzív proton- és mezonnyalábokat termelnek. Sokkal nagyobb reményeket fűzünk az olyan magvak tanulmányozásához, amelyek a nukleonok mellett biperont is tartalmaznak. A hlperon sokkal szabadabban érzi magát a magban, mint a nukleonok, rá ugyanis nem vonatkozik a Pauli-féle tilalmi elv. Ezért olyan eszközzé válhat, amely „kifürkészheti“ az atommag belső felépítését. Ennek alapján feltételezhető, hogy a magfizikát a jövőben felváltja a hipermag- ftzika. Az elméleti magfizika fejlődése több mint 30 éve kezdődött a neutron, illetve az atommag neutron-proton szerkezetének felfedezése után. Az elméleti kutatást lényegesen megnehezíti, hogy a nuklonok közötti kölcsönhatások igen bonyolultak és még eléggé ismeretlenek. Ezzel összefüggésben a magfizikai elmélet az egyszerű modellek vizsgálata irányában fejlődött, s ebben meghatározó szerepet játszottak a szupravezetés elméletével összefüggésben kifejlesztett matematikai módszerek. Ami a magfizikai alapkutatások eredményeinek gyakorlati felhasználását illeti, ma még nehéz pontosan meghatározni, hogy a jelenlegi alkalmazási területeken kívül mikor és milyen méretekben lesznek hasznosíthatók. Nem feledkezhetünk meg azonban arról, hogy a harmincas években folytatott atomfizikai kutatásokat sokan annyira elvontaknak, a gyakorlattal távolinak tartották, hogy még a szerény pénzügyi támogatást is sokallták. Néhány évvel később pedig felépült az első atomreaktor, s ma tervszerűen fejlesztik az atomenergetikát a világ számos országában. Az atomerőművek fejlesztésében nagy jövő vár az új tüzelőanyagra, a magas hőmérsékletű deutérium-tríclum plazmára. A plazma tanulmányozása megteremtette az elméleti alapokat az irányított termonukleáris szintézis megvalósításának gondolatához. A magfizika gyakorlati érvényesülésének további területei között megemlíthetjük az ipari méreteket öltő sugárhatás-kémiát, a radioaktív izotópok egyre szélesebb körű használatát az orvostudományban és számos egyéb területen. A magfizikában rejlő lehetőségek nagy szerepet fognak játszani a műszaki haladásban, valamint az egyes tudományos ágazatok fejlesztésében. N. N. BOGOLJUBOV A MAGHZKAI KUTATÁSOK lElENTŰSEGE I Oj berendezések a Dubnái Egyesített Atomkutató Intézetben Az elmúlt év végén két különleges experimentális berendezéssel gazdagodott a Dubnái Egyesített Atomkutató Intézel amelyek nagy segítséget nyújtanak a szocialista országok fizikusainak kutatási munkájukban. A Magreakciók Laboratóriumában, ahol új elemek és izotópok szintézisével foglalkoznak, december végén üzembe helyezték az U-400-as ciklotront, a nehézionok egyik legtökéletesebb gyorsítóját. Az utóbbi 10—20 év alatt végzett magfizikai kísérletek bebizonyították, hogy a nehézionokkal végzett reakciók által nemcsak nagy neutronfölöslegű vagy neut- ronhíányú új atommagvakat lehet létrehozni és tanulmányozni, hanem a magas fokon gerjesztett magvak vizsgálata is elvégezhető. A Magreakciók Laboratóriumában 1960-ban helyezték üzembe az U-300-as ciklotront a nehézionok gyorsítására, melynek segítségével többek között létrehozták a 102—10/ rendszámú transzuránelemeket, feltárták a radioaktivitás három új típusát, s számos további értékes eredményhez jutottak, többek között kifejlesztették a mikropórusú szü rők gyártási technológiáját. A 110-nél nagyobb rendszámú szupernehéz elemek létrehozásához, s a megfizikai kutatások további kiterjesztéséhez azonban szükség volt a nehézion-gyorsítók második nemzedékének kifejlesztésére, ami eléggé bonyolult feladatot jelentett. Az Intézet Tudományos Tanácsa 1974-ben hozott határozatot az U-400-as ciklotron megépítéséről a Magreakciók Laboratóriumában. Célul tűzték, hogy az új ciklotron alkalmas legyen a Mengyelejev-táblázat első íoléoen szereplő elemek intenzív nehézion-nyalábjainak létrehozására. A terveket az U-300 ciklotronnal szerzett húszéves tapasztalatok alapján dolgozták ki, s az új be rendezés G. N. Frelov és J. G. Oganyeszjan irányítása alatt három év alatt épült fel. A világ legerősebb nehézion gyorsítója 2000 m* alapterületű, elektromágnesének súlya 2000 tonna. Az új ciklotron sikeres próbaüzemeltetése során argonnal végezték az első kísérleteket. Az érdekelt szocia lista országok közös programot dolgoztak ki az új szink rociklotronban rejlő lehetőségek kihasználására. Az Egyesített Atomkutató Intézet másik újdonsága az IBR-2-es impulzusreaktor, amelyet a Neutronfizikai Laboratóriumban helyeztek üzembe gyorsneutronok fejlesz tése céljából. A neutronokat a magfizikai alapkutatáson kívül az ipar, a biológia és az orvostudomány számos ku tatás! területén alkalmazzák, ezért nagy szükség volt egy nagy neutronhozamú és gazdaságos forrás kifejlesztésére. Mivel az-energiatermelő atomreaktorok felhasználása erre a célra a bonyolult neutronelnyelő és folyamatszabályozó megoldások miatt igen költséges, a szovjet szakemberek már 1960-ban kifejlesztették az impulzus üzemű reaktort, melynek korszerűsített változata, az IBR-30 1969 óta működik Dubnában. Ai á] U-400-as iiinkrociklotron a Dubnái Egyesített Atom- kutató Intézetben Az új IBR-2-es impulzusreaktor neutronnyalábja az impulzus ideje alatt a legerősebb lesz a világon, mintegy százszorosán felülmúlja az IBR-30 teljesítményét. Működési elvének lényege az, hogy nem folyamatosan működik, tehát éppen hogy csak megindul a láncreakció, de azonnal meg is szakad. Az IBR-30 impulzusreaktornál a hasadóanyag egy részét ezért tárcsára erősítették, amely nagy fordulatszámmal forog a reaktor mellett. A reaktor csak abban a pillanatban működik, amíg a tárcsán elhelyezett hasadóanyag a reaktor közelében van. Az IBR-2 berendezésnél ugyanezt a hatást egy neutronvisszaverő tükör segítségével érik el, amely szintén tárcsán forog, s a reaktor mellett elhaladva a neutronok számát a reaktor működéséhez szükséges mértékig növeli. Az impulzusreaktoroknak számos előnye van a hagyományos reaktorokkal szemben. Neutronnyalábjukból a fel- használás céljának megfelelően különválaszthatók a kis és a nagy energiájú részecskék, amelyek segítségével különböző gyors folyamatok is tanulmányozhatók. Az új berendezésnek nagy szerepe lesz a neutronfizikai és egyéb irányzatú kutatások további eredményes fejlesztésében. Az új gyorsítási eljárások szakosztályán jelenleg egy új típusú gyorsító kifejlesztésén is dolgoznak. Ezt kollektív gyorsítónak fogják nevezni, melynek lényege az, hogy egy mágneses térben gyorsított elektrongyürűbe különböző nehézionokat vezetnek, amelyeket az. elektronok vonzó hatása sodor majd magával. Már működik a kollektív gyorsító mintapéldánya, amely az elektronokkal együtt a nitrogén, a xenon, a kripton, az argon és más elemek ionjait is gyorsítja. Az új berendezések lehetővé teszik majd a magfizika számos elméleti és gyakorlati kérdésének megoldását. (B. PUSZTYILNYIK V. SZTANYICIN) 1979. XI. 4. I ozsrn * M
