Új Szó, 2018. június (71. évfolyam, 125-150. szám)
2018-06-22 / 143. szám
101 TUDOMÁNY ÉS TECHNIKA 2018. június 22. | www.ujszo.com Az atombomba készítésének elve A legnagyobb valaha létező atombombát a Szovjetunióban gyártották, hidegháborús elrettentési célzattal HORÁNYI GÁBOR Ahogy erről korábban esett szó, az atombomba félelmetes energiája abból fakad, hogy rendkívül rövid idő alatt rengeteg maghasadás történik a benne lévő hasadóanyagban, s ezen hasadások mindegyike energiafelszabadulással jár. Bár egy hasadás nagyon kevés energiát termel, de a sok, egymást követő hasadás együttes energiája már meglehetősen nagy lehet. A hasadások egymást keltik oly módon, hogy az egy hasadásban keletkező neutronok újabb atommagokat hasítanak el. Ezt nevezzük láncreakciónak. Egy hasadásban keletkező neutron akkor tud újra hasítani, ha megfelelő az energiája és eltalál egy atommagot. Egy atommagot eltalálni nem tűnik kis valószínűségű eseménynek, hiszen az anyag, melyben a hasadás zajlik, sűrű, mindenütt atomok vannak benne. De az atom és az atommag két különböző fogalom. Emst Rutherford kísérletei megmutatták, hogy az atom majd teljes tömege annak középpontjába, az úgynevezett atommagba fókuszálódik, így az atomnak (a görög atom szó eredetileg oszthatatlant jelent) van belső szerkezete, az atomok atommagra és az atommag környezetében található elektronokra oszthatók. Ha a Rutherford modelljét továbbfejlesztő Niels Bohr ma már klasszikusnak tekinthető 20. század eleji atommodelljének belső arányaiból indulunk ki, akkor inkább tekinthető az atom üresnek, mint tömőinek. Ha például focilabda méretűre felnagyítanánk egy hidrogénatom magját, úgy, hogy közben az atom egészét nagyítjuk, akkor ettől a focilabdányi magtól a hidrogén gombostűfejnél is kisebb elektronja kb. 7,5 km-re fog keringeni. A hidrogén egy nagyon egyszerű atom, atommagja egy proton, mely lényegében azonos méretű egy neutron-Az atomdóm épülete a mai Hirosimában nal, s mindössze egy elektronja van. A belső arányok összetettebb szerkezetű atomoknál sem lesznek lényegesen mások. Tehát valóban, az anyag belseje üres, miközben szilárd felszínét az anyagot alkotó atomok üres mag körüli régióját körülölelő elektronpályák jelölik ki. Létezik üresség nélküli anyag is. Ilyen alkotja például a neutroncsillagokat. Egy neutroncsillag csupa szorosan egymáshoz tapadt neutronból, vagy ha úgy tetszik tiszta maganyagból áll. Éppen ezért egy neutroncsillag rendkívül sűrű. Kávéskanálnyi darabkájának tömege a budapesti Országház tömegével vetekedik. Maghasadásos láncreakciót természetesen nem lehet hidrogénnel létrehozni, a jelölteket a hasadásra a vasnál lényegesen nagyobb tömegszámú elemek között kell keresni. Az atombomba készítése szempontjából a legismertebbek az urán és a plutónium egyes izotópjai. Ha egy adott mennyiségű tiszta urán áll rendelkezésünkre, akkor a láncreakció szempontjából felettébb fontos kérdés, milyen alakba rendezzük a rendelkezésre álló anyagot. A legnagyobb esélye annak, hogy egy hasadásban keletkező neutron újból hasít akkor lesz, ha az uránt gömbalakba rendezzük. Ilyenkor a legnagyobb a sokszorozási tényező. Ekkor lesz ugyanis az adott térfogat mellett az urán felülete a legkisebb, azaz ekkor van a legkisebb esélye annak, hogy neutronok újabb hasítás nélkül hagyják el az anyagot. Egy neutron minél többet tartózkodik a többi atommag környezetében, annál nagyobb az esélye annak, hogy újból hasít. Vannak olyan megoldások is, amikor a gömbalakba rendezett hasadóanyag felületén kívül „neutrontükröket” helyeznek el, ezzel késztetve az anyagból kilépő elektronokat a visszalépésre. A hasadóanyag gömbök fajták szerint összehasonlíthatók aszerint, hogy mekkora átmérőjű gömb rendelkezik az adott hasadóanyag esetén azzal a tulajdonsággal, hogy a benne meginduló láncreakció önfenntartó lesz. A legismertebb atombombaalapanyag az urán 235-ös tömegszá(Fotó: Shutterstock) mú izotópja, melyből a 17 cm átmérőjű, 54 kg tömegű gömb rendelkezik ezzel a tulajdonsággal, azaz ennyi az urán 235-ös izotópjának a kritikus tömege. Ha a dúsított, 235- ös urán mérete eléri a kritikus tömeget, akkor lényegében atombombaként felrobban. Mindez azt jelenti, hogy ha egy ország rendelkezik megfelelő urándúsító kapacitással, akkor atombombát is tudhat készíteni. Magának az atombombának a titka a kritikus tömeg jelensgében rejlik. Ha dúsított urándarabokat tartunk kritikus tömeg alatt, akkor azok önmagukban nem robbannak fel, vannak bennük hasadások, de nem indul el az önfenntartó láncreakció. Ha viszont ezeket a darabokat hagyományos robbanószerkezettel összepréseljük, s a darabok együtt már átlépik a kritikus tömeget, a láncreakció, a hasadással való energiatermelés beindul, a bomba felrobban. A Hirosimára és Nagaszakira ledobott két atombomba 15 illetve 22 kilotonnás volt, ami nem azt jelenti, hogy ekkora volt a tömegük, hanem azt, hogy a robbanásuk ereje ekkora tömegű hagyományos robbanóanyagnak felel meg. Nagaszakira a Fat Man nevű bomba hullott, amely 6,2 kg hasadóanyagot tartalmazott, s a teljes tömege 4670 kg volt, vagyis mindössze 4,67 tonna. És ez a bomba robbanóerejét tekintve 22 000 tonnányi trinitrotoluol, vagy ismertebb nevén a TNT felrobbantásával egyenértékű robbanó hatást tudott kiváltani. A TNT a legerősebb hagyományos robbanóanyag. Az atombombák mérete, valódi tömege nyilván arányos TNT egyenértékűkkel, de a robbanásban felszabaduló energiát számos egyéb tényező is befolyásolja. Például fontos szempont lehet a hasadóanyag egyben tartása, melyet egy kellően szilárd köpeny tud biztosítani. Ha azt a hasadási teret körülvevő köpenyt még neutronokat tükröző (azaz azokat visszaverő) anyaggal vonják be, akkor a robbanásban az energiafelszabadulás még nagyobb lesz. Például a neutronbomba nevű nukleáris fegyver legfőbb sajátosságai éppen ennek a köpenynek és a neutrontükömek az elhagyásából fakadnak. A bomba belsejében keletkező nagymennyiségű neutron könnyen hagyja el a hasadási teret, így a bomba energiája nem lesz túl nagy, ugyanakkor ezek a nagyenergiájú neutronok a környezetük tárgyain, így például egy páncélozott harci jármű falán is áthatolva elpusztítják az abban ülőket. A legnagyobb valaha létező atombombát a Szovjetunióban gyártották, inkább csak hidegháborús elrettentési célzattal. Ennek neve Cár bomba volt, tömege 20 tonna, illetve TNT egyenérték 50 millió tonna. Robbanásának fénye 1000 kmről is látható volt. Hőhatása pedig akkora, hogy a robbanás helyétől 100 km távolságban is harmadfokú égési sérüléseket okozhatott volna. Megdöbbentő és megkerülhetetlen tény, hogy az anyag kis darabkájában hatalmas energia lakozik. De hogyan lehet ezt az energiát békés célokra fordítani? Egész ökoszisztémákat semmisített meg a Kilauea-vulkán MTl-HlR Ritka élőhelyek és egész ökoszisztémák semmisültek meg a Hawaii szigetén kitört Kilauea-vulkánbél áramló lávától, ám a kutatók szerint, noha emberi szemszögből tragédia, ami történik, tudományosan nézve azonban csak a természet „brutális" körforgásáról van szó. A nagy sziget Puna kerületének erdőségei korábban fontos élőhelyként szolgáltak az őshonos fák, madarak és rovarok számára - olvasható a The Guardian című brit lap honlapján. „A kitöréseket megelőzően valószínűleg ez volt a legnagyszerűbb erdő Hawaii államban” - mondta Patrick Hart, a Hawaii Egyetem biológusa, hozzátéve, hogy az erdőnek voltak részei, ahol az őshonos fák egészen az óceánig elértek és ehhez hasonlót sehol máshol nem lehetett látni Hawaii-n. A tér-A szakember szerint legkevesebb száz évnek kell eltelnie, mire a lávával betemetett erdőségek elkezdenek újjászületni, és azután 150 évbe is telhet, mire visszanyerik egykori külsejüket (Fotó: Shutterstock) séget most 20-30 láb (6-9 méter) láva borítja. A szakember szerint legkevesebb száz évnek kell eltelnie, mire a lávával betemetett erdőségek elkezdenek újjászületni, és azután 150 évbe is telhet, mire visszanyerik egykori külsejüket. Ez a folyamat azonban már többször megismétlődött Hawaiion. „Emberi szemszögből nézve, ami most történik, az igazi tragédia” - mondta David Damby, az amerikai földtani intézet (USGS) vulkanológusa. „Ám a vulkán szemszögéből nézve, neki ez a dolga: új területeket építeni és átalakítani a tájat. így működik a bolygó” - tette hozzá a szakember. Ryan Perroy, a Hawaii Egyetem vulkanológusa ugyancsak arra emlékeztetett, hogy geológiai szempontból korántsem volt váratlan esemény a vulkán kitörése, és hajdanán maga a Puna is vulkanikus tevékenység nyomán jött létre. A térségben több más drasztikus változás is történt: június 2-án forró láva ömlött a sziget 400 éves édesvizü tavába, a Zöld tóba, kevesebb, mint két óra alatt elpárologtatva azt és betemetve a helyét lávával. Mindössze néhány nappal később óriási lávafolyamok zúdultak a szomszédos Kapoho-öbölbe, otthonok százait elpusztítva és beszennyezve a türkizkék, korallokban gazdag öböl vizét, valamint a dagálytócsákat, gyakorlatilag élve megfőzve azok tengeri élővilágát. „Nincs még egy olyan hely Hawaiion, mint amilyen Kapoho volt” mondta John Bums, aki egy évtizeden át tanulmdányozta a korallokat a dagálytócsákban. „Az egész élőhely odalett” - jegyezte meg a kutató. A szakemberek szerint amint a vulkanikus részecskék elosztónak és a víz pH-értéke, valamint hőmérséklete visszaáll a normálisra, a virágállatok elkezdenek visszanőni. „A tengeri organizmusok és koraitok szemszögéből nézve gyakorlatilag az elejéről kezdődik minden” - mondta Bums. Az emberek tragédiája, hogy elveszítették az otthonaikat, számunkra pedig, hogy elveszítettük a kutatási helyszínünket. A környezet szempontjából azonban ez egy természetes körforgás. Sokkal inkább nézem végig, ahogy egy korallzátony a láva áldozatává válik, mintsem, hogy az óceánok melegedése okozta korallfehéredés végez vele, ahogy az Hawaii több területén is megtörtént.
