Atomerőmű, 2018 (41. évfolyam, 1-12. szám)
2018-07-01 / 7. szám
ATOMENERGETIKAI MÚZEUM 39 a legegyszerűbben úgy írhatunk le, hogy pontszerűnek tekintjük mindkét testet és a tömegközéppontjaik közötti távolságot tekintjük. Ugyanez nagyjából megfelel az égitestek közötti erők leírására, és még a pályák is egészen jól magyarázhatók ezen erők segítségével. Az atomoknál azonban már nem ennyire egyszerű a helyzet. Amíg az előbb említett testeknél a tömegek relatív nagysága miatt nem igazán foglalkozunk a töltésekkel, addig az atomoknál a töltések sok nagyságrenddel nagyobbak, mint a tömegeik. Az elektronok kötött helyzetét még így a pozitív töltésű atommagok által kifejtett vonzás és kisebb részben a tömegvonzás magyarázná is, ha mindent nem is ad meg, azt azért biztosan elhisszük, hogy az elektron kétféle azonos irányú erő esetén valamilyen módon az atommaghoz kapcsolódik. A nehézségek sokkal jobban kicsúcsosodnak, amikor továbbmegyünk, és még kisebb részecskéket, az atommagokat kezdjük vizsgálni. Az atommagok pozitív töltésű protonokból és semleges neutronokból állnak, amelyek távolsága a milliméter billiomod (1000 milliárdod) része. Ekkora távolságban már a tömegvonzásnál lényegesen nagyobb lesz a Coulomb-erő, ami a protonok közötti taszítóerő. így az eddig tárgyalt két erő mellett szükséges egy lényegesen nagyobb vonzóerő, amely az atommag alkotórészeit öszszetartja. Ezt az erőt magerőnek hívjuk, és fontos jellemzője, hogy csak nagyon kicsi hatótávú és minden esetben (töltéstől függetlenül) vonzóerő. így már érthető, hogy miért marad egyben az atommag. Az erők után érdekes lehet az energia vizsgálata is. Ismét érdemes a különböző nagyságrendeket külön áttekinteni. Az égitestek, naprendszer, galaxisok energiaviszonyaiban a forgásból származó energia is jelentős, míg az iskolai vagy hétköznapi mozgásokban általában a kerekek forgási energiáját elhanyagoljuk a mozgási energiák mellett. Ha a mechanikai energiákon túllépünk, akkor sokat bővül a fogalom használhatósága, aminek alapja valahol mégis valamilyen mozgás, így például a hő és az elektromos energia is mozgásokkal is értelmezhető, azonban az adott témakörhöz tartozó fizikai mennyiségekkel is leírható. Az atomok, atommagok energetikai vizsgálata sok olyan összetevőt tartalmaz, ami logikus és könnyen értelmezhető, ha lépésenként végigvesszük a fizikai jellemzőket. Ehhez kapcsolódik a mindenki által ismert E=mc2 egyenlet. Ezt mindenki ismeri, sőt azt is tudjuk, hogy Einsteintől származik, azonban a jelentése nem feltétlenül ismert. Ez a tömeg-energia ekvivalenciaegyenlet, ami leegyszerűsítve annyit jelent, hogy a tömeg és az energia ugyanazt jelenti. Nyilván a kettő nem ugyanaz, azonban atomi szinten vagy a fotonokat vizsgálva már tekinthetjük egyformának a két mennyiséget. Azaz, ha valaminek van energiája, akkor van tömege is, és fordítva. Az atommagok alkotóelemeinek (protonok és neutronok) össztömege kisebb, mint az atommag tömege, ezt tömeghiánynak hívjuk. Ez a tömeghiány az előzőek szerint energiaveszteséget jelent, és ezt az energiát nevezzük kötési energiának. A tömeghiány miatt ez negatív mennyiség, így az atommagok kötési energiája is negatív. Ismét leegyszerűsítve, ez annyit jelent, hogy energiát kell közölni egy atommaggal ahhoz, hogy alkotóira bontsuk azt. A kötési energiák alapján határozhatjuk meg azokat az elemeket, amelyek maghasadások során energiát adnak le vagy fúzióra képesek, és éppen az egyesülés lépései járnak energiafelszabadulással. Ha az elektronokat és az elektronpályákhoz tartozó energiaszinteket vizsgáljuk, szintén negatív értékekkel számolhatunk, viszont az elektronpályák közti átmenet energialeadással vagy -felvétellel járhat, ami fénykibocsátást vagy fényelnyelést eredményez. Összegzésképpen kimondható, hogy a látható világ leírása a newtoni fizikával könnyedén megérthető, azonban a nagyon kicsi és nagyon nagy méretek esetén a newtoni fizika nagyon jó alap, viszont már nem elegendő. Mindenesetre mindennek oka van, és ez az ok leggyakrabban a fizika.
