Új Szó - Vasárnapi kiadás, 1988. július-december (21. évfolyam, 26-52. szám)
1988-08-26 / 34. szám
szú a III. 26. TUDOMÁNY TECHNIKA A címben szereplő urán, nem az Uránusz bolygót jelenti. Azon túl jól tudjuk, a Neptunusz és a Plútó bolygók találhatók, no meg a világűr még meg nem fejtett titkai. A kémiai elemek birodalmában, az atomsúlyuk szerint az urán után következő elemeknek, a transzuránoknak is vannak titkaik. Az első mindjárt az, hogy mennyi is van belőlük? MIBŐL ÉPÍT A TERMÉSZET? Nézzünk körül, mi van a lábunk alatt, a fejünk felett, a különféle természeti tárgyak milyen tarkasága vesz körül bennünket és milyen sokféleséget mutat az ember alkotta dolgok tömkelegé. S hogy miből állnak? Sokféle vegyi elemből. Az embernek is megvan a maga vegyi „képlete": 65 százalékban oxigénből, 18,2 százalékban szénből, 10 százaléknyi hidrogénből, 2,7 százaléknyi nitrogénból, 1,4 százaléknyi kalciumból áll. Ezenkívül 0,8 a foszfor, 0,3 a kálium, 0,3 a nátrium, 0,25 a klór és 0,2 a kén százalékaránya. Található még az emberben néhány század százaléknyi magnézium és vas, néhány ezred százaléknyi cink és szilícium, tíz ezrednyi százalékokban bróm, réz, flór, jód, alumínium, mangán és a százalék százezrednyi részének megfelelő arzén, ólom, bór és titán. Változatos kép! De mennyi elem található tulajdonképpen a természetben? Hány téglából rakódik össze sokfélesége? Hogyan kötődnek ezek egymáshoz? A vegyi elemek látszólagos rendszertelenségében a múlt század közepéig szinte lehetetlen volt eligazodni, hiszen számuk egyre nőtt. A választ, illetve a megoldást Menqveleiev találta meg. A már felfedezett és a még addig felfedezetlen elemeket is egyetlen rendszerbe fogta össze, s ezt a rendszert periódusos rendszernek nevezte el. TÚL A TERMÉSZETES HATÁROKON Mengyelejev idejében a tudomány 92 elemet ismert, 11 -nek a létezését maga Mengyelejev jósolta meg, s ezeket mára már mindet felfedezték. A periódusos táblázat 92. helyén az urán állt, amely akkor az utolsónak számított. Ma már tudjuk, hogy minden órában, az urán minden grammjában 12 más elem atommagja keletkezik, amelyeknek atomszámuk 93, illetve 94. Ezek az új elemek nehezebbek az uránnál, és ezért transzuránoknak hívjuk őket. A tudósok azokhoz a planétákhoz hasonló nevet adtak nekik, amelyek az Uránusz után találhatók. A 93. elem a neptunium, a 94. pedig a plutónium nevet kapta. Sokéves keresés vezetett el a 100. és 101. elemhez, s végül a 109-hez is. Itt azonban a tudósok optimizmusa mérséklődött. Úgy tűnt, hogy egészen közel van a periódusos rendszer határa, és a 110. elem megfejthetetlen titok marad. Inkább más, már ismert transzurán elemek tulajdonságait próbálták megismerni - sikerrel. Szükségük volt azonban olyan kísérletre, amely bizonyította volna az elméletet. Ezekkel az elemekkel csak úgy ismerkedhettek meg, ha előtte „előállították" őket, az atommagfúzió során. Ez viszont nem is olyan egyszerű feladat, ráadásul az egyre nagyobb atomszámú elemek szintetizálása egyre bonyolultabb. Ezeknek az elemeknek élettartama (felezési ideje) egyre rövidült, a munka az erősebb radioaktív anyagokkal egyre veszélyesebb lett és az előállított mennyiség egyre csökkent. Nem utolsó szempont az sem, hogy ezek a kísérletek mind bonyolultabb berendezéseket kívántak meg. ÉLETÜK EGY PILLANAT A transzuránok olyanok, mint az augusztusi éjszaka hullócsillagai. Létezésük csak egy-egy ilyen felvillanás, hiszen felezési idejük (az az idő, amely alatt a radioaktívelem atommagjainak fele elbomlik - szerk.) egyre rövidül, s csak a másodperc század, ezred, sőt tízezred részével mérhető. Ráadásul a magreakciók miatt az új elemnek csak néhány atomja keletkezik, és a tudósoknak nincs lehetőségük nagyobb mennyiséget összegyűjteni. És még egy nehézség. Az atomszám növeléséhez a magoknak egyesülniük kell. Ez normális körülmények között elképzelhetetlen, s nagy erejű összeütközésre, tehát nagy sebességre van szükség. A neon és az urán magjainak egyesítéséhez például az uránatomot 90 millió kilométeres óránkénti sebességre kell felgyorsítani. Ez harminc- ezerszer nagyobb, mint a sugárhajtású vadászrepülőgép sebessége! Dubnában a Ú 400-as részecske- gyorsítóban folytak a kísérletek. Az elektronmágneses erőtér láthatatlan falával előrenyomott részecskék elképzelhetetlen sebességgel rohantak előre megsemmisülésük felé, hogy „tragédiájukból" új ismeretek szülessenek, melyek nélkülözhetetlenek a tudomány fejlődéséhez. Mivel a naprendszerben csak 9 nagy bolygót ismerünk eddig, így a felfedezett további elemek „földi" neveket kaptak. A 100-ot fermium- nak, a 101-et mengyeleviumnak, a 104-et kurcsatoviumnak, a 105-et nielsbohriumnak nevezték el, az ismert tudósok tiszteletére. A száztizedik elemnek eddig még nincs neve, de tulajdonságai már ismertek. Élettartama - emberi mértékkel mérve pillanatnyi sem - azonban, az atomok világában szokatlanul hosszúnak mutatkozik, körülbelül egyszázad másodperc. MEGFOGHATATLAN Hatvan évvel ezelőtt érdekes megfigyelést tettek a fizikusok: az atommagok, melyekben a protonok vagy a neutronok száma 2, 8, 20, 28, 50, 82 vagy 126 volt, nagyon nagy stabilitást mutattak. Ezt különböző kísérletekkel is bebizonyították. Akkor erre a jelenségre nem találtak magyarázatot, és az ilyen proton és neutronszámot „mágikusnak" nevezték. Később az elméleti szakemberek arra következtettek, hogy léteznie kell a magasabb atomszámú vegyi elemeknél is stabil övezetnek, s az újonnan felfedezett elem is egy ilyen övezetben lehet. Ha a legyártott mennyiség kerül szóba, óhatatlanul köbméterek, tonnák, millió darabok jutnak az eszünkbe, pedig vannak kisebb méretű eredmények is, mondjuk egy év alatt egymilliomod grammnyi meny- nyiség. Ezért azután csalódniuk kell azoknak, akik látni vagy megfogni szeretnék az új elemet. Ebből ugyanis Dubnában a tudósok eddig csak negyven atomnyi mennyiséget állítottak elő. A fizikusok szempontjából azonban ez óriási siker. így a tudomány további lépéseket tett a periódusos rendszer határai felé. „Ez egyenes bizonyítéka az olyan szupernehéz elemek létezésének, amelyek stabilak a radioaktív bomlással szemben" - mondja G. Florov akadémikus. Az elmélet ilyen övezetet a 114. elem körül feltételez. Az új elem tehát tulajdonképpen a csoport első tagja lehet, és előrevetíti a még nehezebb atomok szintézisének lehetőségét. Most kezdték meg Dubnában a 111 -ik elem keresését. VÍZ ALATTI TURBINÁK Nem a szokásos gépteremben, hanem a víz alatt fog dolgozni a kaukázusi Kúra folyón épülő Jenikeni Vízerőmű első turbinája. A Harkovban már össze is szerelt turbinát sajátos szkafanderben - acéltokba helyezték. E kapszulákba épített turbinák és generátorok sorozatgyártása itt kezdődött meg világviszonylatban először. Ugyanilyen berendezést gyártottak már a norvé- giai Closter Foss erőműhöz, valamint a Dnyepr folyón működő Kijevi és a Ka- nyevi Vízerőmű számára is. Ezeknél az erőmüveknél nem kellett külön épületet emelni a gépterem számára, mivel az aggregátokat közvetlenül a vízáteresztő gátak testébe építették. Ilymódon a gátak magassága jóval kevesebb a szokásosnál, ami mérsékelte e hidrotechnikai csomópontok építésének költségeit. Ezenkívül sikerült többször csökkenteni az erőműveket övező elárasztott zóna területét is. Mai mércével e turbinák nem nagy teljesítményűek - a legnagyobbak is csak 50 megawattosak. Az aggregátok kapacitásának növelését elsősorban az akadályozza, hogy hatalmas acél kapszulákat kell készíteni számukra. A szakemberek most e probléma újszerű megoldásán dolgoznak és már folynak az előkészületek még nagyobb teljesitményű energetikai „víz alatti" gépek kibocsátására. (APN) A MEGISMERÉS HATÁRAI A második száz elem kutatása és szintetizálása tehát folytatódik. Persze, ez nagyon aprólékos és kevésbé hatékony munka. Az ilyen kísérletek során a tudósoknak bonyolult műszaki és tudományos feladatokat kell megoldaniuk. A 110. elem kutatása közben például a keletkezett könnyebb elemek eltávolítására dolgoztak ki hatékony módszert. Az új elem atomjainak felbomlását nagyon érzékeny új berendezésekkel vizsgálják, amelyek egyesítik magukban a fizikai, kémiai és radiokémiái módszereket és a maximálisan elérhető pontosságra törekednek. A nagy természeti törvény - Mengyelejev periódusos rendszere - sok tudományos rejtély feltárását tette lehetővé, segített megoldani az anyagszerkezet nem egy talányos összefüggését. Valóra vált a zseniális tudós jóslata: „Az urán kutatása még sok felfedezést eredményez." Minden új elem szintézise a fizikai laboratóriumokban, egyre nagyobb mélységeket tár fel az atomok kölcsönhatásában, bővíti ismereteinket az atommagok szerkezetéről, a világűrben lejátszódó jelenségekről amelyek az új elemek megszületését eredményezik. S még valami. Az alapkutatás tapasztalatai azt is mutatják, hogy a maximálisan igényes feladatok megoldása új elméleteket is eredményez, új módszerek, műszerek, eljárások kifejlesztéséhez vezet, amelyek azután éreztetik hatásukat a tudományos kutatás egészében és segítik minden típusú kérdés megoldását. Ml JÖHET MÉG? A transzurán elemek megismerése természetesen nem csupán a tudósok dicsőségét szolgálja. Izotópokként gyakorlati hasznuk is van. Különleges a jelentősége a plutónium 239-nek. Ez nagyon hatékony fűtőanyaga az atomenergia iparnak. Ma már tudjuk, hogy minden eleme - a Földön vagy a legtávolabbi csillagrendszerben - egyféle modell szerint épül fel: a nehéz pozitív töltésű mag körül, amely protonokból és neutronokból áll, keringenek az elektronok. (A szerző itt nem veszi figyelembe az antianyagot, amelynek szerkezete azonos, csak a töltések elrendezése fordított - szerk.) A magban lévő töltések száma megegyezik az elektronok számával, és meghatározza az elem vegyi tulajdonságait. Képzeljük el tehát, hogy minden, ami körülvesz bennünket, három elemi részecskéből tevődik össze. A 110. elem tehát megszületett, és mi megkérdezhetjük: merre tovább - tudomány? m. REBROV HIDROGÉN ÉS HÉLIUM KEVERÉKÉVEL MÉLYEBBRE MERÜLHET A BÚVÁR A búvárok ma a mélymerülések során a heliox nevű gázkeverékeket lélegzik be, hogy elkerüljék a nitrogén okozta mélységi mámort és a gyors fölemelkedés során fenyegető keszonbetegségeket. A heliox héliumnak és oxigénnek a keveréke. Már az 50 méter alatti merülések során is ezt használják. Vele a búvárok mintegy 450 méterig merülhetnek le, de 400 méteren túl már csak nagyon rövid ideig végezhetnek hasznos munkát. Magasabb nyomáson ugyanis a hélium és az oxigén keverékének annyira fokozódik a belső súrlódása, viszkozitása, hogy az már erősen nehezíti a légzést. Francia búvárok most Marseille mellett 530 méteres merüléssel kísérleteznek. Ehhez a hidreliox nevű új gázkeveréket használják. Ebben - a viszkozitást csökkentő - a hélium egy részét a ritkább (bár robbanásveszélyes) hidrogénnel cserélik föl. A hidrelix 49 százalék hidrogénből, 49 százalék héliumból és 2 százalék oxigénből áll. Az oxigén csekély részarányának köszönhető az, hogy a hidreliox nem robbanásveszélyes de emiatt a búvárok a merülést nem kezdhetik el vele, hanem csak akkor térhetnek át reá, amikor a nyomás már elég nagy. Ezért a merülés ideje alatt 250 méterig a megszokott heliox keveréket használják, azután a hélium egy részét addig cserélik le fokozatosan hidrogénre, amíg el nem érik a végleges keverési arányt. (Megjegyzendő: 400 méteres mélységben - az ottani nyomáson - a hidreli- oxban lévő 2 százalék oxigén hússzorta annyi oxigénmolekulának felel meg, mint amennyi oxigénmolekula a tengerszinten lévő levegőben van, amelyben - köztudomásúan - az oxigén részaránya 21 százalékos. - A szerk.) A mélyebb merülésekre főképp a tengeri olajbányászatnak van szüksége, mert nem minden munkaművelet végezhető el robotokkal. De szükség lehet mélymerülésekre mentési és katonai célokra is, például amikor szerencsétlenül járt tengeralattjáróból kell menteni. Azt remélik, hogy a búvárok az új gázvezetékekkel 700, sőt talán még 1000 méteres mélységig is lemerülhetnek. (New Scientist) Kirándulás a pokolba A Galileo kozmikus szonda 1986-ban startolt volna az eredeti tervek szerint, hogy alaposan megvizsgálja a Jupitert. A Challenger katasztrófája és az amerikai űrprogram egyéb problémái azonban három évvel elhalaszttatták a startot. így a szondának valamikor ez év októberében, legkésőbb novemberében kell útnak indulnia, az egyik űrrepülőgép fedélzetén. Mivel az eredetileg tervezett Centaur G motor helyett a kisebb teljesítményű IUS motort használja majd, útja a Jupiterig öt évet igényel és egy nagyon bonyolult vonalú kóborlás lesz majd, a bolygók és más égitestek között. A szonda a bolygók vonzerejét is kihasználja ahhoz, hogy célba érjen. Ha októberben startol, akkor 1990 februárjában repül el a Vénusz mellett, aztán még kétszer a föld közelébe kerül (1990-ben és 1992-ben), 1991-ben halad el a Gaspra és 1993-ban az Ida aszteroidok (kisbolygók) közelében. Felbocsátása pillanatában a Galileo már eléggé elöregedett kozmikus vándor lesz a sokszor elodázott rajtnak köszönhetően. Megépítése óta kilenc év telt el, s ez a kozmikus technikában legalább egy generációnyi hátrányt jelent. így a rajt előtt sok mindent kénytelenek lesznek kicserélni a szakértők. Ebben a biztonsági szempontok is szerepet játszanak, hiszen elöregedett már például az ejtőernyőt nyitó rendszer és a radiometrikus berendezések nagy része is. A Galileo szonda két részből áll, az első az óriásbolygó körül kering majd, a másik pedig alámerül annak titokzatos atmoszférájába. A műhold-rész 1995 decemberében kezdi meg a Jupiter körüli keringést, miután már júliusban különvált a légkört vizsgáló szondától. Az december 7-én merül majd alá 160 ezer kilométeres óránkénti sebességgel, s csupán két perce lesz arra, hogy a hangsebesség alatti gyorsaságra lefékeződjön. Ez olyan megterhelést jelent, amely a földi vonzerő 350-szeresének felel meg. Az alámerülő szonda homlokzati része a földön csak az atomrobbanáskor keletkező hőmérsékletnek megfelelő hőfokra melegszik fel. Ha mindezt a szonda kibírja - a szakemberek remélik, hogy igen akkor az atmoszférában még 240 kilométert repül majd. Hetvenöt perc után a környező nyomás, amely 15-20-szorosa a földi nyomásnak, a szondát összeroppantja. -TAz uránon túl A 110. elem titka • A dubnai U 400-as részecskegyorsító
