A MAGYAR TERMÉSZETTUDOMÁNYI TÁRSULAT KOZLONYE TARTALOM

,/

,

,

·TERMESIETTUDOMANY A MAGYAR

TERMÉSZETTUDOMÁNYI

TÁRSULAT KOZLONYE

TARTALOM

SZABÓ ZOL TAN: A robbanás ............ PAPP

GYÖRGY: Az atomellergiák felhasználása .......

AUjESZKY LAsZLÓ:, új hezetek

I JAKUS

,...

33

L7fSiI;ö:

,

a rádiómeteorológiában ...

A barlangokkeretkezése .......

KOZLEMENYEK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

G RO HGY

5(] 6

o

UL A KOZREMŰKODÉSÉVEL:

SZERKESZTI R A PAl C S

II. ÉVFOLYAM.

41 50

2. SZÁM.

RAY M UND

1947. FEBRUÁR.

r

,

1.

/

MAGYAR TERMÉSZETTUDOMÁNYI TÁRSULAT BUDAPEST, VIIl., ESTERHÁZY-UTCA

14--16.

é

...,

/

TERMÉSZETTUDOMÁNYI

TÁRSULAT

KOZLöNYE I

AZ ÉVI TAGDÍJ 36 FORINT. Po s r a t a ka r kp n z r r i folyószámla: 32.399. é

.

TERMESZETTUDOMANY A MAGYAR

Alapította 1841-ben BUGÁT PÁL.

"

II. ÉVFOLYAM.

2. SZÁM.

1947. FEBRUÁR.

á

A robbanás.

MEGHÍVÓ

ELÖADÁSOKRA

TÁRGY:

AZ OPTIKAI

MŰSZEREK

ELEMEI

HELY:

VilI., Esterházy-utca 11-13., Tudományegyetem kémiai intézete, földszinti előadóterem. 1.

általános

1947 március 4.én d. u.· 6 órakor BÁRÁNY

NÁNDOR,

a Gamma-gyár

tudományos munkatársa:

A SÍKTüKOR 2.

1947 március II -én BÁRÁNY

3.

d. u. 6 órakor

NÁNDOR,

a Gamma-gyár

ÉKEK

ÉS PRIZMAK

munkatársa:

1947 március 18.án d. u. 6 órakor BARABÁS

JÁNOS,

a Gamma-gyár

A KORSZERU 4.

tudományos

tudományos munkatársa:

LENCSE

1947 március 27.én d. u. 6 órakor BARABÁS

JÁNOS,

AZ

a Gamma"gyár tudományos munkatársa:

OPTIKAI

ÜVEG

FELDOLGOZÁSA

A közelrnúdt évek, sajnos, mindannyiunk számára nyujtottak tapasztalatokat a robbanás jelenségéről. A légi támadások, az utcai harcok során lakásainkba becsapódó tüzérségi lövedékek rombolásai pillanatok alatt dúlták felotthonainkat és tették semmivé egy-egy család féltve őrzött értékeit. 1944. öszén.a főváros járókelői tehetetlen dühvel nézték, hogyan helyezték el hidjairikon a robbanó töltetek kis dobozait. amelyek aztán egy gombnyomásra a Duna hullámaiba merítették a merész ívszerkezeteket. Az elmúlt hetek folyamán pedig az 'amerikai' haditengerészetnek a Biaíni-szigeteknél végzett atombomba kísérletei fordították ismét a figyelmet a robbanásole felé. Mi tulajdonképpen a robbanás? Hogyan jön létre az a jelenség, amely lidércként üli mega békére vágyó emberiség nyugalmát? Miképpen tudja az ember a természeti erőket úgy irányítani, hogy azok évek munkáját és erőfeszítéseit pillanatok alatt !képesek megsemmisíteni? Hogyan viszonylik a robbanás a természet egyéb jelenségeihez és képesek vagyunk-e a robbanási erőket' a rombolásori kívül egyéb hasznos célokra is felhasználni? Ezekre a sokakban felvetődött kérdésekre kíséreljük meg a következőkben röviden választ adni, Amikor az elektromos szikra vagy ütés ',a robbanó anyagot elrobbantja, belőle .különböző gáz- vagy füst-nemű anyagok keletkeznek. Kétségtelen tehát, hogya robbanás mindig rnélyreható anyagi átalakuIással van kapcsolatban. Úgy is mondhatnánk, hogya robbanás a kémiai változások egyik fajtája. Kémiai változás nagyon sokféle 'van. Egész életünk, a körülöttünk levő világban lefolyó jelenségek nagy része kémiai változás. Kémiai változásokon alapul testünk táplálkozása, a növények növekedése, az épületeink falába beépített mészhabarcs . kötőképessége, Iakásaink fűtese és így sorolhatnánk fel még hosszasan azokat a jelenségeket, amelyek mind az anyagi minőség megváltozásával járnak. Ha tehát ilyen sokféle kémiai változás van, kérdés, melyek azok az okok, vagy jellegzetes vonások, amelyek a robbanásoknak olyan tulajdonságokat biztosítanak, amelyek a többi kémiai jelenségtől élesen megkülönböztetik. , Legszembetűnőbb tulajdonság kétségtelenül a folyamat gyorsasága. A kiindulási, tehát maga a robbanó anyag nagy sebességgel alakul át a végső termékekké. Mégis ez az átalakulás csak akkor játszódik le, ha az a kis indító ok, az elektromos szikra vagy ütés már elvégezte feladatát, Olyan esettel vantehát dolgunk, amikor a rendszerben megvan a lehetőség, hogy benne nagy változások folyjanak Ie, de valami, so~..," .

)

34

"

SZABÓ

ZOLTÁN

szor egészen kis akadály, az egész folyamat elindulását lehetetlenné teszi. Az Ilyen rendszereket instabilis rendszernek nevezzük. A .robbanó anyag molekuláí ilyen instabhlis rendszert képeznek. A már lefolyt robbanás termékeit kitehetjük akármilyen elektromos szikrának, vagy mérhetünk rájuk akármtlyen nagy ütést, azok egy második robbanast már nem fognaikIefolytatni. A végtermék ek molekulái már stabilis állapotbán vannak. A robbanásker tehát a 'robbanó anyag instabilis ~endszere~tabiHs anyagi összeségbe megy áto És ez az átalakulás igen nagy sebess,eggel folyik Ie. , Nem ,rr,ündenkémiai folyamatról mondható el, hogy instabilis álla~otból stabilisba vezethetne áto Semmiesetre sem ilyen például az, amely a növények növekedését okozza. De ilyen,' a robbanással rokon f~lyamat az égés. Amikor az éghető anyagok a levegő oxigérijével egyesülnek, az egyesülés után a r-endszer, ami alatt ebben az eltávozó széndioxidot és vízgőzt kell értenünk, stabilisállapotba I megy át. Sem a széndioxídot, sem a vizet nem vagyunk. képesek olyan további változásokra rábírni, amelyek meleget, vagy éppen fénytünernényt szolgáltatnának, Az égés tehát szintén olyan magától lefolyó jelenség, mint a robbanás, de a kettő sebessége nagy mértékben különböző. Tudjuk viszont, hogy az égés sem folyik le mindig egyforma sebességgel. Megkülönbözt~tü~ lassú, égést, mint a korhadás, rothadás, és gyors égést, amilyen pe!d~ul a szennek a tüzelő kazánokoari történő elégese. Ha tehát így az eleg.es folyamatában különböző fokozatokat észlelhetünk akkor kézenfekvőnek. látszik az a gondolat - és erre még egyéb momentumok is utalnak -, hogyha az égés sebességet valami úton-módon nagyrnértek, ben- felfokozzuk,akkor az a robbanáshoz hasonló jelenség lesz. Ez így is van. A rnindennapi élet sok égési folyamatát lehetséges úgy alakítani, hogy az robbanássa változzen. Mi ennek a módja? " Gondoljunk most csak a tűZlhelyünkben történő: tűzgyujtásr a. Előbb,gyujtóst, ~ékony fahasábocskákat teszünk ki la papírláng hatásának" es csak aztán rakunk: vastagabb darabokat rá. Nyilvánvaló, hogy a vekonyfadarabok köm'lyebben, gyorsabban égnek el, mint a vastagabbak. Ennek oka pedig az, hogy a vékony hasábok jobban nagyobb felületen érintkeznek a levegővel, ami éppen az égés táplálója, nunt a vastagabbak Ha az érintkezést még nagyobb mértékűvé tesszük, amiko:- például a fát gyalúforgács alakjában gyujt juk meg, akkor az égés meg gyorsabb lesz. Ez az egész elgondolás abban az ismert tételben nyer kifejezést, hogy a tömegnek, a térfogatnak a csökkenésévei az ~ r n y la gos felület nő. Ha tehát a térfogatot erősen csökkentjük, pl. Igen fínom porszerűvéalakitjuk anyagunkat, akkor az aránylagos (vagyis az 1 grammanyagra eső) felületet 'az eredetinek sokszorosára növeltük meg. Ekkor pedig a levegővel, az égést tápláló anyaggal való érintkezés is bensőségesebb lévén, az égés könnyebben, 'gyorsabban folyhat Ie. Ez a, -kőrűlmény iaz oka annak, hogy a -szén nagy darabokban a Ievegőn r~ktároZ!l;lató, ellenben a szénpor, ha nagy halombanáll ,a levegőn, magátol meggyullad. Ekkor ugyanis az égési hő a gyors folyamat .következá

A

35

ROBBANÁS

tében nem képes a környezetbe kisugározni és azanyagot a gyulladás hőmérsékletére hevíti. Ha pedig a szénpor a levegőben fínoman eloszlik, akkor az érintkezes kettőjük között olyan bensőséges, hogy szikra vagy láng hatására az elégés folyamata pillanatokalatt lejátszódik: az égésrobbanássáalakul áto Másik eset, míkor az égés a finomabb eloszlás, a bensőségesebb érintkezés folytán robbanásba mehet át, a következő: nyitott edényben a benzin .meggyujtható és erősen kormozó lánggal, de nyugodtan elég; viszont benzin és levegő keveI'éke, mint köztudornású, hevesen robban. . A szénpor-levegö elegy, bár robban; még mindig nem jelenti a leggyorsabb elégesi lehetőséget. Tudjuk, hogya levegőben az égést tápláló oxigén mellett négyszeres mennyiségben nitrogén is van, ami bizony ballasztanyag, és amely nemcsak abban az irányban csökkenti -az égés sebességét, hogy csökkenti az éghető anyag ésaz oxigén közöttí érintkezes lehetőségét, hanem azért is, mert őt magát is melegíteni kell. így az égéshő nagy része nem az égés folyamatának további alátámasztására szolgál, hanem kárba vész. Még gyorsabb égést várhatunk, ha az égés levegő helyett tiszta oxigénben folyik le.* A robbanásszerű égés előfeltétele tehát az, hogy az éghető anyag az égést tápláló anyaggal a folyamat alatt lehető bensőségesen érintkezzen. Ha eza feltétel teljesűl, akkor az égést átvihetjük robbanásba, vagyís az éghető anyaget ilyen körülmények között robbanó anyagnak is tekintjük. Így például a fűrészpor cseppfolyós oxigénnel keverve, már régen használt igen olcsó robbanó anyag. Eddigi fejtegetéseink után most két kérdés merülhet fel: az egyik az, hogy az előbbiek szerint minden robbanás felgyorsított égési folyamatnak tekinthető-e, másrészről a fentiekben vázolt bensőséges érintkezés elégséges ok-e arra, hogya folyamat robbanásszerűen lefolyó legyen? Mindkét kérdésre nem-mel. felelhetünk. Vannak olyan robbanások, amikor köznapí értelemben vett égésről nem beszélhetünk. Különösen a modern robbanó anyagokban nincs külön éghető és az égést tápláló anyag, hanem egységes, egynemű robbanó szereket használnak. E Tobbanőszerek egyrészének jellemző vonása, hogy bennük egyáJ.talában nincs oxigén, másokban pedig nitro csoportok, nitregénből és oxígénből állóatomcsoportok vannak a szén- és hídregénatomokból álló csoportokhoz kötve. Ha szemléletünket kibővítjük, akkor 'ait is rnondhatnánk, hogya második csoportba tartozó robbanószereknél a molekulában elkülönítve van együtt az éghető anyag, ezek a szén- és hidrogénatomok, és az égést tápláló oxigénatomok. Hogy a molekulán belüli, az 'elképzelhető legbensőségesebb érintkezésben sem folyik Je az égés, a szénés hídregénatomok egyesülése az oxígénatomokkal, tehát ,''instabilis rendszerünk nem megy át stabilís állapotba, annak éppen a nitrogénatc" Közísmert dolog, hogy magas hőmérsékletet (pl. autogénheggesztéskor) tiszta oxígénnek a lángba való befúvásával állítanak elő. Ekkor ugyanis az égés-hő igen nagy részben az éghető anyag, a láng. hőmérsékletét emeli. . 3*

36

SZABÓ

ZOLTÁN

A

mok az okai. Ezek .közbe é1kelődnekés elválasztják az oxigénatomokat a többiektől. Ha most valami módon, elektromos szikrával vagy ütéssel, a nitrogénatomoket kilőjük ebből a közbülső helyzetből, és ezáltal módot adunk a szén és hidrogén, valamant az oxigenatomok egyesülésére. ez valóban be is fog következni, és pedig igen nagy sebességgel, robbanás alakjában. . Amikor ezekben a robbanó anyagokban az elektromos szikra a nitrogénatomot elválasztó, közbülső helyzetéböl kilőtte, akkor ez 'ter-' - mészetesen a robbanóanyag-készletnek csak egy részében történt meg, a szikra közvetlen közelében, de aztán mégis az egész robbanó anyag felrobbant. Miként táJvoznak el azok a nitrogén-atomok is a helyükböl, amelyeket a szikra közvetlenül nem érintett? Ezt a kérdést úgy is fogalmazhatnánk, hogyan terjed szét az anyagnak egyik pontján elindított robbanás az egész készlétre. Ez a probléma szorosan összefügg a fentebbi második kérdéssel, hogy a bensőséges érintkezés elégséges ok-e arra, hogy egy folyamat robbanásszerű hevességgel menjen végbe. Maga ,a bensőséges érintkezés még nem elegendő feltétel, hogy a kémiai folyamat robbanás legyen. Hiszen igen sok olyan változást ismerünk, ahol ez a bensőséges érintkezés maradék nélkül megvan, mégis a folyamat lassan folyik le. Második szükséges feltétel tehát még az is, hogy az egyik molekulán elindult reakció átterjedjen a szomszédos molekulákra is. Másszóval ne legyen szükséges minden molekulát különkülön külső behatással r eakcióra bírni. Ennek a lehetősége valóban megvan bizonyos kémiai változásokban, amelyeknek a közönséges értelemben vett robbanás is csak egyik .fajtája. Ezekben a, különleges kémiai változásokban az első molekulá 1"1 lejátszódott reakció azzal gyakorol hatást a további molekulákra, hogy a folyamat olyan termeket hoz létre, amely második, még nyugalomban lévő molekulát is reakcióra indít. Az első molekula robbanásaból kel tkezett termék ekkor ugyams megsemmisül, de az általa a második molekulán előidézett robbanás alkalmával újra keletkezik ilyen aktív termék, amely már a harmadik molekulára gyakorol hatást. És z igy megy tovább. Vázlatosan a folyamatot a következőképen írhatjuk le. A robbanás abban ábl, hogy a robbanó anyag A molekulája átalakul B molekulává, és közben keletkezik még X aktív termék is. Ha most ez az X újabb A molekulával érintkezik, akkor ebből már sokkal könnyebben, gyorsabban keletkezik a .B termék és vele egyidejűleg ter-o mészetesen ,az újabb X is, mint a folyamat első lépésénél, amikor az A magától vagy külső behatáera változott át aB-be. A . B A X

+

-+ X csak külső

behatásra folyik le, ezért lassú,

= B + X magától gyorsan végbemenő folyamat.

Így tehát az egyszer elindított folyamat önként, láncszerűleg terjed tovább. Az. ilyen változásokat ~ánc re a 1;<: c i k nak nevezzük, mivel X láncszerűleg viszi tovább a folyamatot a molekulák között. ó

\,

37

ROBBANÁS

A fentebbi képhez kapcsolódva a róbbanást úgy képzelhetjük el, hogyaz elektromos szikra vagy ütés egy nitrogénaternot kíta:szíta helyéből, az oxigériatom reagál a szén-hidrogén-esoporttal és közben valami olyan reakciótermék keletkezik, amely a szomszédos robbanószer molekulában képes ujabb nitrogénatomot a helyéről eltávolítani, és így / az "égési" folyamatot ott is elindítani. Elképzelhető azonban az is, amint erre valóban vannak kíserIeti bizonyítékaink is, hogy az A rnolekula bomlásánál a B anyagon kívül nemcsak egy, hanem két X keletkezik. A következő lépésben tehát már nem egy, hanem két A molekula fog az X-ek hatására elbomlani, természetesen újra két-két, tehát összesen négy új X-t létrehozni. A lánc tehát minden egyes tagjánM elágazik. Ezeket el á g az l á n cr e a k c i ó k nak nevezzük. A leggyorsabb kémiai változások mínd ilyen elágazó, láncreakciók alakjában folynak Ie. Ez könnyen érthető, ha arra gondolunk, hogy az olyan elemi folyamat, mint az A+ X = = B X X, végbemenéséhez szükséges idő kb. egy ezermiLliomod másodperc. Ha most minden elemi folyamat két újat indít el, akkor a. századik forduló után már 2100 C'-J 10'°, tehát egy kvintillió molekula alakult át, és ekkor
+ +

38

SZABÓ

A ROBBANÁS

ZOLTÁN

folyamat külső jelJegzetességeinek, tehát a robbanás fizikai hatásának vizsgálatára. Ezt a problémát úgy is fogalmazhatnánk, hogy miért van a gyorsan lefolyó kémiai változásoknak robbantó hatása,--'hofött ha ugyanez a folyamat lassan folydk le, akkor a velejáró erőhatások elenyészőek? Pedig a kémiai átváltozás végső termékei mindkét esetben ugyanazok. Gondoljunk csak a fűrészpor esetére, amely a levegőn füstölögve lassan ég el, míg cseppfolyós levegővel meggyújtva szikiákat 'repeszthet. E probléma értelmezéséhez először mindenesetre megállapíthatjuk azt, hogy robbanáskor, a szilárd vagy cseppfolyós robbanó anyag átváltozásakor mindig gáznemű termékeik keletkeznek. Miután pedig a szilárd vagy cseppfolyós anyag gázalakban még ugyanazon a hőmérsékleten is legalább ezerszer nagyobb térfogatot igényel, könnyen belátható, hogy a robbanás bomlástermék ei az eredeti térfogat sok ezerszeresét foglalják el, hiszen a robbanó anyag nem egy, hanem rendszerint több gázalakútermékre esik szét, továbbá azért is, mert közbena hőmérséklet is jóval 1000 CO fölé emelkedik. De ezek a' gáza,lakú bomlástermékek tehetetlenségük folytán az első pillanatban mégis csak a robbanó anyag eredeti .kis térfogatában foglalnak helyet, tehát a gáztörvények értelmében igen magas, több ezer légköri nyomáson vannak. Természetes, hogy az ilyen nagy nyomáson lévő gáz igyekszik gyorsan kiterjedniés az útjában álló akadályokat eltávolítani. A kiterjedés, gáznemű terrnékekről lévén szó, hullámokban történik és ezeknek a rob b lan s i hull m ok nak a terj edésí sebessége, a bennük uralkodó nyomás stb. több tényezőtől függ. A szerosabb értelemben vett robbanásnál a sebesség kisebb, a hang terjedési sebessége körüli értékeket - másodpercenként néhány száz métert - v,esz fel, míg a detonációnál ,a robbanási hullám sebessége jóval nagyobb ezer méternél, sőt két- háromezer méter is lehet másodpercenként. Ez az óriási sebesség magyarázza meg a robbanások pusztító hatását. Az 'az erőhatás. amelyet a
á

\

39

Iásnak ,a létrejöttébe, amikor néhány kilogramm robbanóanyag a Dunába süllyesztette gyönyörű hídjaink erőt jelképező vastartóít. Látjuk, hogya robbanás fiziikai,romboló hatása elsősorban a hatalmas gáztúlny~más létrejöttével, másrészt a robbanási .hullám igen nagy, sebességévei értelmezhető. Hogya mozgásmennyíség hirtelen változása milyen hatásolora képes', azt más példán, a puskalövedék esetében, is szemlélhetjük. Ei az aránylag kis tömeg nagy sebessége következtében fejt ki nagy hatást. Ugyanis 'a lövedék mozgási energiája 'nagyobb tömeg esetében olyan kis sebességet eredményezne, amely nem volna képes a puskalövedéktől vád hatást kifejteni. De éppen ez a példa másik fontos körülrnényre is rámutat: a .térbeli korlátozásra. Apuskalövedék is, a robba~ó anyag is térbelileg szűk környezetben fejti ki hatását és így ez le tudja győzni az ilyen hatásokra egyébként nem rnéretezett ellenállást. Ha a robbanó anyag által kitejtett összerőhatás pl. hídjai:nk egész szerkezeteín egyenletesen oszlott volna el, a rombolás másképen alakult volna. Dea töltetek csak egyes tartókra, illetve láncszemekre lévén erősítve, a robbanásker a szakítási szilárdság határán túli igénybevétel állt elő. . Eddiga robbanással, annak kémiájával és fizikájaval általánossághan foglalkoztunk. Rámutattunk e kémiai és fizikai folyamatokból következő hatásokra. Ezek a hatások, mikor szemünk előtt játszódnak le, legtöbbször romboló, pusztító eredményűek. Azonban van a robbanásnak olyan alakja is,amikor a folyamat zárt térben, az emberi akarat által szabályozva, hasznot hajtóan játszódik le. Ilyen' robbanás az, amely robbanó motorainkat pajtja . .A benzin vagy olaj levegővel való bensőséges keveréke robban el a motor hengereben és a' kifejlődő nyomás hajtja előre a dugattyút, amelynek mozgását a főtengelyen forgó-mozgássá viszik áto A hengerben lefolyó robbanás, a hajtó anyag gyors elégése a már fentebibtáTgyalt Iánemechanizmus szerint történik. Ezért hoztuk fel ,a robbanó rnotorok esetét, hogy ebbe a IÁncmechanizmusba közelebbről betekinthessünk, Ez pedig éppen azon jelenség keretében történhetik, amit a ractorok kopogásában, illetve ennek a megszüntetésére tett intézkedésben ismerünk meg. Bizonyos benzínfajták felhasználásakor tapasztaltáJk, hogy a motor sajátságos fémes kopogó haagot adott. A részletesebb vizsgálat kiderítette, hogya kopogás a benzin-levegő-keverék igen gyors, éppen ezért a viszonvoknoz mérten túlságosan korai elégésétől származik. Ez a jelenség nemcsak nem növelte a hatásfokot, hanern inkább csökkentette, és károsan igénybevette a motor a'lkatrészeit. Ezt a túlgyors elégés.t.a láncreakcióról alkotott kép segélyével úgy magyarázhatjuf meg, hogy a láncot vivő aktív részecskék száma túlságosan nagy, közülük kevés semmisül meg, és így az elágazások száma gyorsan növekszik. Tudjuk azonban egyéb láncreakciók vizsgálatából, hogy az aktív' láncvivő részecskék számát úgy szabályozhatjuk, hogy belőlük ibizonyos mennyiségűt megsemmisitünk, és igy ezeket a lánc folytatásából kizárjuk. Messze vezetne az ilyen eljárások és lehetőségek ismertetése,· itt csak annyit jegyzünk

\

\ 40

AZ SZABÓ

ZOLTÁN

_-

.meg, hogya benzin elégésekor fellépő Úncreakciók aktív terméke Ü'l'yan természetű, hogy finomari eloszlott ólom hatástalanítaníjképes.. Ezért a kopogással égő benzinben kevés ólorntetraetilt Pb (C2 H5)4, oldanak fel. amely a robbanás hőmérsékletén elbomlik és a robbanás terében ígen Iínoman eloszlott ólom felhőt ad, A láncvivő ,aktív termékek egy része ezekbe az ólomszemcsékbe ütközve megsemmisül, minek következtében 'túlgyors égés és vele együtt kopogás nem jöhet l-étre, Láttunk példát arra, hogy a .közönséges égés az éghető és az égést táplálo anyagok bensőbb érintkezése folytán robbanásba mehet át. Ennek a jelenségnek a fordítottja is előfordul a gyakorlatban. Az egyébként robbanó elegyet alkalmas berendezések segítségével csendes láng alakjában Iselégebhetjük. Ez laz eset áll fenn gáztűzhelyeinkben. A gázvezetekből kilépő gázt Ievegővel keverjük, hogy tökéletes égést érjünk el, mert ~z szolgáltatjaa legmagasabb .hőfokot, 9.e a gáznak a levegővel való és egyébként robbanó elegye mégis robbanás nélkül ég el a tűzhely alkalmasan kiképzett égőjén. A robbanás elmaradásának oka egyrészt a gáz áramlása, amely megakadályozza a lángnak vasszafelé való terjedését, másrészt iaz égőfej maga, amely alkalmasan kiképzett szűk nyílásaiban az esetleg visszafelé csapó lángot annyira Iehűti, hogy, kialszik. Ugyanilyen hűtő hatás érvényesül a Davy-féle bányászlárnpa sodronyhálójának szerepeben. A bányalég, a metán-levegő-elegy, nyílt lángtól robbarina. A lámpába 'bejutottbányalég robbanása azonban nem terjed ki a szabad térbe, mert a 'robbanási láng a sodronyon lehűl. Napjaink, rejtélyes .szenzációja, az atombomba robbanása szintén láncmechanizmus alakjában jön létre, Csakhogy ez a lánc nem a mol,ekulák közötti reakción alapul, aktív részecskéi pedig, amelyek- a láncot tovább viszik éselá.gaztatják,nem gyökök, vagy atomok, mint az eddig tárgyalt robbanások esetében, hanem az egész folyamat az atommagokon belül játszódik le, a láncvtvők is az atommag bomlástermékei. A közönséges bomba robbanásával szemben az atombomba hatása azért sokkal nagyobb, mert azok af: erők.vamelyek azatomanagon belül uralkodnak, mintegy milliószor nagyobbak, mint a közönséges kémiai ffi~~.

.

A robbanások törvényszerűségeinek, mechanizmusának tanulmányozása nemcsak ,a természettudományokat gazdagította alapvető ismeretekkel, hanem értékes útmutatásokat adott a gyakorlati élet számára is. Ezek az útmutatások azonban csakakkor lesznek valóban, értékesek, ha azokat az emberiség hasznára, nem pedig elpusztítására fogják alkaimazni.

Szabó Zoltán.

/

ATOMENERGIÁK

FELHASZNÁLÁSA

==========

.~~-=C.~·,

Az

41

atomenergiák felhasználása..

A háború folyarnán az atomenergia felhasználásának két,' egymástól lényegileg különböző módját is kidolgozták, bár mind a kettőnek az alapja, közös: az uránhasadással megvalósított láncreakció. . A folyamat röviden abból áll, hogy az urán egyik izótópjának, a 235-ös atomsúlyú uránatomnak, U2~5, vagy a mesterségesen előállított plutoníumnak, Pu; atommagja neutron hatására széthasad két kb. félsúlyú részre. A hasadásnak ezek azonban csak főrészei; 3-4 neutront is találunk ezek mellett. A legfontosabb számunkra éppen az a kőrülmény, hogy egyetlen neutronnal előidézett maghasadás több új neutront termel. Alkalmas körülmények között ezek mindegyike újabb uránmagot hasíthat szét. így lavina"szerűen, rohamosan mind több és több uránmag hasad szét: láncreakciót valósítottunk meg. Az atommag hasadása igen nagy energiafelszabadulással jár. Nagymennyiségű urán felhasadásakor egyrészt óriási mennyiségű energia termeIődik, másfelől más módon el nem érhető bőségben kapunk neutronokat. Ezek egyikét vagy másikát hasznosítja a fentebb említett két eljárás. Az egyik esetben tiszta U235 vagy Pu atomoken végig szaladó láncreakcióval van dolgunk. Egy-egy atom hasadása-kor kiszabaduló neutronole nagy kezdősebességgel rendelkeznek. Bár ezek a sebes neutronok kisebb eséllyel robbantják fel a szomszédos atommagokat, tiszta urán- vagy plutoniurrnnagok között mégsem lehet más a neutronok sorsa, mint az, hogy valamelyik mag befogja, S az U235 vagy Pu erre csak hasadással válaszol. Eza reakció teháÚgen gyorsan megy végbe; ésa felszabaduló óriási energia. pillanatnyi keletkezése a leghevesebb robbanóanyagok hatását messze túl': szárnyaló robbanást eredményez. Ez az atombomba lényege. A másik felhasználás esetében a békés energia-gazdálkodáshoz sokkal közelebb álló tényről van szó. Ugyancsak U235 vagy Pu atomokon végbemenő láncreakcióval olyan energiafelszabadulást valósítottak meg, mely összehasonlítható a széntüzelésű kazánokban történő energia felszabadulással. Tempóját ellenőrizhetjük, szabályozhatjuk. Pusztán a háborús cél hozta magával, hogy ezt az eljárást nem mint energiaforrást hasznosították, hanem sokkal sürgősebb célra. Ebben az "uránkemencében" keletkező óriási mennyiségű neutronnal gyártották az atombomba egyik "robbanószerét" , az U235-mal egyformán használható plutoniumot. Az első eljárás lényegét látjuk, s így megítélhetjük, hogy mi szükséges a láncreakció megvaíósításához? Mint említettük, a kísérletí kutatás meg, állapította, hogy az U235 meg a Pu mag bármilyen sebességű neutronnal ad reakciót, mégpedig csak egyfélét, a maghasadást. Ilyen körülmények között az egyik atom hasadását az egész urántömegen végigszaladó láncreakció követi, ha e hasadásker kiszabaduló neutronok közül legalább egy felrobbant egy kővetkező uránmagot és így tovább. Ha tényleg tiszta U235 vagy Pu tömeg áll rendelkezésre, nincsenek közöttük szennyezés formájában idegen atomok, amelyek esetleg elfogják az uránatomok elől a neutronokat, akkor csak az kell, hogy elegendő tömegű Um vagy Pu legyen együtt, mert ilyenkor egyik vagy másik neutron hasadást idéz elő, rnielőtt kijutna az urántömegből. Az első mód tehát ennek a reakciónak megvalósítására elegendő menynyíségű szennyézésektől mentes - ilyennek számít, mint, látjuk majd, 'az

42

PAPP

GYÖRGY

urán 238-as izotópja is - U235 összehozása. Ehhez a kiinduló anyagot a természetes urán szolgáltatja. Ez lényegében éppen az U235 és az U2!18 1: 140 arányú keveréke. .Hogy az elvégzendő feladat nagyságáról, nehézségéről némi fogalmat alkothassunk, gondoljuk meg, hogy 1 kg urán szétválasztásánál kb. 1024atomot kell szétválasztani, Az atomok közt pedig nagyon kicsiny a külőnbség, a 235~ös tömege kb. 1%-kal kisebb a 238-asénál. Kémiai szempontból mindkettő -teljesen azonos módon viselkedik. Pusztán csak ez az 10f0-nyi tömegkülönbség szolgálhat a fizikai módszerekkel való szétválasztás alapjául. Az eljárást talán a szitálással, sőt a sokszor egymás után elvégzendő szitálással lehet összehasonlítani. Hogy milyen munkát kell így elvégezni ez atomi részecskéken, talán úgy szemléltethetjük legjobban, ha gondolatban minden atomot egy-egy homokszemmel helyettesítünk. Egyetlen kiló urán-o nak akkor 1000 km" térfogatú homokhegy felelne meg. Ebből kell kiválasztani többszörös átszitál ással a számunkra értékes apróbb homokszemeket. Ilyenféle feladatot kellett elvégezni az atombomba megteremtéséhez az uránatomok szétválasztásakor. A szétválasztás módszerei - legalább ís nagyon kis mennyiségű anyagok szétválasztására - tulajdonképen már rendelkezésre állottak. Elvileg a dolog nem volt tehát lehetetlen. Azonban óriási az út, a még mikrogrammokkal sem kifejezhető mennyiségektől kilós mennyiségekig. Végeredményül azonban sok fe.lmerülő új lehetőség mellett az izotóp-szétválasztásnak a már meglévő diffúziós és tömegspektrográfiai módszerének nagy méretekben való kifejlesztése adódott járható útnak. Számításba kell venni azt is, hogy az atombomba elvi kérdéseinek tisztázásához csak nagyon kicsiny mennyiségű U235, ill. Pu állott rendelkezésre. Ezen kellett a reakció minden tulajdonságát meghatározni. Mik ezek és miért oly lényegesek? .

I 1.

Mint mondottuk, elegendő' nagy tömegű tiszta, U235 esetében a láncreakció magától végbe megy. Neutron ugyanis mindig van a kozmikus sugárzás folytán. Ezek által létrehozott egyetlen uránhasadással aztán megindul a Iavinaszerű reakciól ánc. Ha a matematika. elemeit segítségül hívjuk, gyorsan áttekinthetjük a helyzetet. Tegyük fel, hogy egy atom robbanása' q további atom feirobbanását vonja maga után. Ezek mindegyike ismét. q számú atomot, együttesen tehát a második lépésben q2 atomot robbant fel. A harmadik pillanatban már q3 atom robban, v. geometriai sorozat szerint növekszik a felrobbanó atomok száma; összegezve tehát 1 + q + q2 + geometriai sorral számíthatjuk ki a felrobban6 atomok számát. Erről a sorról pedig tudjuk, hogy összege nagyon gyorsan minden határon túl nő, ha q értéke egynél nagyobb. Ilyenkor azt mondjuk, hogy a láncreakció divergens .. Ha q értéke egynél kisebb, , .' 1 akkor a sor összetartó, összege a véges 1-- szám, tehát végeredményül egy í.

-o

atom felrobbanása több más atom felrobbanását vonja ugyan maga után, de végeredményül ezen atomok felrobbanása után a reakció véget ér. Ez tehát még egyáltalán nem katasztrófálls. Az esemény sorsát az dönti el, hogy egy maghasadás hány további mag fel'hasadását vonja maga után: ez a geometriai sorunkban szereplő q tényező, Ennek kíszámításában 'a reakció pontos ismerete és az urántömeg nagysága játszik fontos szerepet.

AZ

ATOMENERGIÁÉ:

FELHASZNÁLÁSA

Meg kell határozni tehát a reakció hatáskeresztmetszetének - hasításí valószínűségének - tanulmányozásával, mekkora az a legnagyobb U2!l5 mennyiség, amely esetben a reakciólánc még megszakad (konvergens). E krítíkus nagyságnál kevéssel kísebb két urántömeget ősszehozva a reakció divergensséválik, megtörténik a robbanás. A szükséges U235 mennyiségére befolyást gyakorol az is, hogy milyen ennek alakja és hogy milyen környezetben játszódik le a folyamat. Kisebb mennyiségű uránnal is kijövünk, ha az ebből' kilépő neutronokat nem engedjük elveszni. Az uránt nehéz-hidrogén vagy széntartalmú köpenybe burkolva az urántömegből kilépő neutronok jelentős részét megnyerjük a reakció részére, mert e kőrnyezetben .az atommagokkal ütköző neutronok egy része visszaterelődik az uránmagok közé. Sőt, mivel közben sebességük lényegesen csökkent, esélyük megnövekedett a hasadás előidézésére. Ilyen tényezők figyelembevételével lényegesen kisebbiteni lehet a robbanás eléréséhez szükséges urán mennyiségét. Míndezek után világos az is, hogyan történik az atombomba meggyujtása. Elegendő két,' a kritikus nagyságúnál valamivel kisebb urántömeget . gyorsan összehozni, mire a robbanás magától bekövetkezik. Csak az összehozásnak kell megfelelő gyorsan történnie. l}iviteléről további részleteket nem tudunk, pusztán egy felmerült tervet. Az egyik urántömegbe a bombában elhelyezett kis mozsárágyúval lövik be - mint valami dugót - a másik urántőmeget. Ezek a fejtegetések nem mondanak semmit a robbanás hatékonyságá.róL A felszabaduló energia mennyisége épp' olyan jelentős, mint a reakció lefolyásának sebessége. A fejlődő óriási hőmennyiség azonban előbb-utóbb szétveti a bombát, ami természetesen a reakciót is megszakítja. Szükséges tehát, hogy ennek bekövetkezte előtt a bombában felhalmozott urárímennyiség jelentékeny része felhasadjon és leadja energiáját. Az atombomba szempontjából a számítások mind a reakció sebességére, mind az U235 hasznosítási fokára kedvező eredményt adtak. A széthasadó atomok számát megadó geoemtríai sorban Iényeges, hogy mekkora T időtél;rtamként jutunk el a sorban a következő tagig: egy atom felrobbanását mekkora idő mulva követt átlagban a következő q atom felhasadása .. A t: értékére könnyen adhatunk becslést, mert a számba jövő térfogatot a neutronok kb. 10-8 sec. alatt befutják,. csak ezalatt találkozhattak uránmaggaL T értéke tehát 10-8 sec-nél kisebb, Ha q értékét hozzávetőlegesen megbecsüljük. beláthatjuk, hogy a láncreakcióban nagyságrend ben az első száz lépésen belül a bombában felhalmozott - mondjuk 1 kg - uránnak .néhány százaléka széfhasad. Ilyen fokot ér el tehát a robbanás egy mikroszekundumon belül, Ekkora időtartam alatt pedig az urántömb még nem vetődött szét olyan mértékben, hogy a láncreakció megszakadjon. Ilyen adatokból számítva 1 kg U235 hatékonyaágra 300-2000 t trinitrotoluollal egyenlő hatású. Mindezek alapján az atombomba technikai nehézsége a ritka, 235-00 uránizotópok kellő mennyiségben való kiválasztásában áll.

Az atombomba másik robbanószere aplutonium, mely.et mesterségesen, magreakció segítségével állítottak' elő. Akiindul§'si' anyag éppen az uránnak másik izotópja, az, U238, mely neutront képes befogni, amikor is a. 239-es

44

PAPP

GYÖRGY AZ

. atomsúlyú reakció:

uránmaggá

alakul.

Az atomfizika

szok ásos jelölésével

ez a

Ez a 239-es uránizotóp a természetben nem fordul elő. Nem' is stabilis, egy fl rész emittálásával 23 perc alatt átmegy az eggyel nagyobb rendszámú, a természetben nem található transzurán elembe. A neptunium (Np) elnevezést adták neki. Jelekkel: ' 92U239 -7 93Np239

+ E-

Ez az elem a természetben megint azért nem található, mert nem stabilis. Atlagban 2'3 nap alatt újabb fl rész' emittálásával átalakul további transzuránelembe a 94-es 'rendszárnú plutoniumba (PU): 93Np239

-7

94PU239

+ E-

Ez az az elem, amely épp így viselkedik neutronokra, mint a 235-ös urán. Mondjuk el még róla, hogy ez az elem sem stabilis, hanem a-rész kilövelésével lassan a 235-ös uránba alakul vissza. Ez a körülmény is utal a plut 0nium és az U235 viselkedésében mutatkozó hasonlatosságra. Ez a módszer tehát az atombomba e másik robbanószerének gyártásához komplíkált atommagreakciósoron át visz. Itt megint megállít juk a gondolatmenetet, és épp úgy, mint az izotópok szétválasztásánál, érzékeltetni akarjuk az előállítással járó nehézségeket. . Nézzük meg ehhez, hogyan .állunk a magreakciókkal,mik azok létrehozásának Iehetőségei, mik az elért eredmények? Hiszen ereakCióknak nemcsak az elvi léte fontos: kilónyi mennyiségben kell e mostani mag-reakció termekét előállítani. Az atommagkutatás első eredményei olyanok voltak, hogy különös elektromos v:agy másféle számolóberendezésekkel sikerült egy-egy atomori létrehozott magreakció végbemenését megállapítani. A reakciók véghezviteléhez szükséges nagyenergiájú részecskéket a természet adta kezünkbe a rádióaktív a-sugarakban. Később mesterségesen gyorsított részekkel fizikusok sokkal hatékonyabb és nagyobb szárnú lövedéket tudtak atomromboláshoz felhasználni. Mind több és több magot sikerült felrobbantani, de ezek mennyisége még mindig elképzelhetetlenül csekély. Ez azonban nem jelenti azt, hogya reakciók lefolyását illetőleg bármi kétség lenne. Mert bár csak csekély. számú új atomot tudtunk létrehozni magreakciókkal, mégis ezekkel nagyon jól tudunk kísérletezni. E bizonyossághoz legfőképen a mesterséges rádióaktivitás révén jutottunk el. Kísérletezni, kémiailag azonosítani, kémiai reakciókat tanulmányozni lehet már oly kevés atomon is, melyek mennyisége szokásos súlyegységeinkkel ki sem fejezhető. Az atomok rádióaktív volta teszi ezt lehetővé, mert úgyszólván egyenként ki tudjuk ezeket mutatni a kisugárzott . fJ-részek segítségével. Ez tette lehetővé, hogy a plutoniumnak, ennek az új elemnek egész kémiáját, előállításának technológiáját előre meg lehetett állapítani, mielőtt még megfogható mennyiségű plutonium rendelkezésre állott volna. A plutonium-gyártás nehézségeit ecsetelve. azt akarjuk kiemelni, hogy a legnagyobb atomromboló berendezésekkel is csak minimális mennyiségű . új anyagót lehet az eddigi módszerekkel előállítani.

.

I

ATOM.l!;NERGIAK

FELHASZNALÁSA

45

Az okát is könnyen megtalálhatjuk. Csak a reakciók lefolyását kell közelebbről szemügyre venni. Elsősorban azt, hogy az atommag még az atom méreteihez képest is igen kicsiny részecske: keresztmetszetben mindössze százmilliomod részét foglalja el. Ezt a kicsiny celpontot kell eltaláini az atomrombolást előidéző részeeskének. ami ritka véletlen esemény lesz. Ez még nem tenné lehetetlenné az atommagreakció nagybani keresztülvitelét es ennek energiatermelésre való hasznosítását, ha néhányatomon keresztülhaladva a nagy munkával felgyorsít ott részek nem vesztenek el az atommagba. való bejutásnak a lehetőségét is. Márpedig ez a helyzet. Az atommag pozdtív töltése folytán taszítja a lövedékként használt a-részt, protont, deuteront (a nehéz-hidrogén atommagját) s ez óriási erőre fokozódik, mihelyt ezek a mag közelébe érnek. Csak il legnagyobb sebességű részek tudnak tehát az atommagba behatolni s ott magreakcíót előidézni. .Az atommagágyúban felgyorsított részek a bombázandó atomok kőzűl csak az első néhány atomban tudnak reakciót létrehozni, mert minden egyes atomon való keresztülhaladás jelentős energiát rabol el a részecskéktől, S' így az hamaro-san értéktelenne válik magreakció végzése s~empontjából. Ez az oka végeredményül, hogy e magreakciók folyamán felszabaduló óriási energiát nem tudjuk ezideig úgy hasznosítani, mint a kémiai átalakulások energiáját. Óriási energiát kell befektetni a reakciót megindító részecskék felgyorsitására, de e részecskéknek csak elenyésző csekély hányada hoz létre energiatermelő reakciót. Az egész folyamat energiamérlege ezért nagyon kedvezőtlenül alakul. Ezarzonban csak földi viszonyok közt érvényes. A csillagok belsejében rendkívül magas a hőmérséklet, ennélfogva ott ezeknek a könnyű részeknek a hőmozgása olyan nagymértékű, hogy ha nagyon kis valószínűséggel is, de előbb-utóbb csak bejutnak a szomszédos atommagba, reakcióra bírva azt. Számszerűleg lehet kővetni, hogy néhány jól ismert magreakció ilyen viszonyok közt éppen fedezni tudja a Nap és a csillagok hőkisugárzással leadott energiáját. Nem lehet gondolni arra, hogy ilyen hőmérsékleteket földi körülmények között megvalósitunk. és ilyen módon érjük el nagy méretekben atomenergia felszabadulását. Magától kínálkozik azonban kedvezőbb lehetőség neutronokkal létrehozott reakciók esetében. Előnyös itt az, hogy a neutron magreakció szempontjából vett hatékonysága nem csökken az atomok között való keresztülhaladás közben. Töltésének hiánya eredményezi ezt, s egyúttal azt, hogy az atommagba nemcsak a nagysebességű neutronok tudnak bejutni; hanem éppen fordítva: az atommagba való bejutásnak 'a valószínűsége nő a- sebesség csökkenésével. Végeredményben tehát neutronnak mindig az a sorsa, hogy az egyik atommaggal reakcióra lép. A hiba csak ott van, hogy maguknak a neutronoknak az előállítása is magreakció. segítségével történik, tehát végeredményül hiába ilyen kedvező a neutronok viselkedése . • Ezen a helyzeten változtat az uránhasadáshan felismert új reakció. Ez, mint tudjuk, neutron hatására indul meg, s újabb neutronokat termel. Először itt nyilt lehetőség arra, hogy földi viszonyok közt atomi energiákat nagy méretekben lehessen hasznosítani. A láncreakció gondolata felmerült mindjárt 1939-ben, a jelenség felfedezése után. Azt vélték, hogy nagy urántömeget kell venni és a reakció magától végbe megy. Ez azonban nem történt meg. .

46

PAPP

GYÖRGY

Tüzetesebben vizsgálva a reakció természetet, megmutatták,. hogy a hasadás sokkal nagyobb mértékben következik be lassú neutronok hatására. A hasadásnál viszont nagy sebességű neutronokat kapunk. A következő lépés tehát az volt, hogy a neutronokat lelassították a reakció továbbvitele céljából. Hídregéntartalmú anyag, pl. víz legalkalmasabb erre a célra. A kísérlet azonban így sem ment. Az oka is hamarosan kiderült. A hidrogén lelassítja ugyan a neutronokat, de közben tekintélyes részüket el is fogyasztja; a neutron a hídregén atommagjával egyesül és nehéz-hidrogénmagot képez. Ilyenféle oka van 'annak is, hogy tiszta - bár megfelelő tisztaságú urán abban az időben nem volt - uránban nem menta reakció. A hasadást, igen sebes neutronoktól eltekintve, csak az urán ritkább, 235-ös izotópjánál találjuk. A számban túlnyomó 238-31s urán viszont .szintén fogyasztja a neutronokat, éppen a plutoniumhoz vezető reakciósorozat első lépésében. A 238-as urán túlnyomó többsége, s főleg az a körülmény, hogy ennél az atommagnál a neutronbefogásnak igen nagy az esélye, kb. 38 eV energiájú neutronoknál _. a neutron befógásának itt rezonanciahelye van - azt eredményezi, hogy a neutronok termikus sebességre való lelassúlásuk előtt elfogynak, mielőtt a 235-ös hasítását kedvezőbb en végezhetnek. Ezért nem sikerül tehát a reakció tiszta urá,nban, ezért nem sikerül olyan keverekben sem, hol az uránhoz olyan anyagot kevertünk, mely néhány ütközés során lelassítja. a neutronokat a nélkül, hogy elfogyasztaná azokat. Erre víz helyett nehéz-hidrogén.mehéz-víz, hélium, berillium és a szén jöhet számításba. FERMIés SZILÁRDvetette fel azt a nagyon szerenesés gondolatot, hogy az U238, jelenlétének káros hatásától nagy mértékben megszabadulhatunk, ha a neutronok lelassítását 'és az uránnal való összehozását helyileg szétválasztjuk. Ezáltal módunkban van a neutronokat lelassítani termikus sebességre a nélkül, hogya lelassuló neutronokat az U238 kb. 38 eV állapotukban elfogyasztaná. Így azután ténylegesen lelassított neutronok jutnak az uránmagokhoz, s a természetes uránkeverekben az U235_re nagyon kedvezőtlen 1 : 140 arány ellenére is talán sikerülni fog a reakció: elegendő számú U235 hasad ahhoz, hogy a reakciót folytassa. , Aplutonium gyártásának keresztülvitelében FERMInek ez a gondolata volt a legjelentősebb. Megvalósítása oly módon történt, hogy térbeli rács rácspontjaiban helyezték el az urántömböcskéket és a közöttük levő teret kitöltötték a lassító közeggel. Ebben az elrendezésben tehát az urána tom hasadásakor keletkező neutronok a lassítóközegbe kerülnek. Ennek vastagsága - az elrendezés rácsállandója - úgy van méretezve, hogy a neutronokat termikus sebességre lassítsa, mielőtt még a szomszédos rácspontba helyezett urántömegecskékhez érnének. Ezáltal megszabadultunk az 1]238 neutron befogásának nagy részétől, mert az U238 a lassú neutronokkal nehezebben reagál, a U235 viszont szívesebben. . A legizgalmasabb hajsza kezdődött most az optimalis geometriai viszonyok megállapítására, az urán és a lassító közeg - ameríkaiknál nagyon szerenesés választással a szén - tisztaságának legvégsőkig való fokozására. Az előzetes kísérletek legfőbb célja volt annak az eldöntése, hogy a természetes uránban elérhető-e egyáltalán q > 1 sokszorozási tényező,' önmagát folytatódó láncreakció, A q faktor FERMJék jelentéseiben fokozatosan javult, Először 1942. júliusában érnek el 1'007 multiplikációs faktort. Röviddel előbb COMPTON

AZ

ATOMENERGIÁK

FELHASZNÁLÁSA

47

jelentette számításai alapján, hogy q oo -l'04-1"{)5 'érték elérhető, haa rendszerből a levegő nitregénjét eltávolítják. Mindezek után 1942. december 2-án született meg az első önmagát fenntartó láncfolyamat a chicagói egyetem udvarán. Először 1/2 Watt az oszlop teljesítménye; de ez fokozatosan növekszik, december 12-én már 200 Watt. így a feladat elvileg megoldódott. Természetes uránkeverékkel 'létesítettek olyan elrendezést, melyben az U235 hasadása neutronok közvetítésével önmagát folytatja. Az atombornbagyártásnál ez azért, volt létfontosságú, mert a 235-ös urán hasadásakor keletkező neutronok csak részben szolgálván a reakcíólánc fenntartására, másik részük a 238-as izotóp on megindítja a plutoníumgyártást. Végeredményül tehát ebben az uránkemencében az urán 235-ös elégetéseker mintegy melléktermék gyanánt kapjuk a plutoniumot. Értékesítettük ezzel egyfelől az urán eddig atombomba céljára értéktelen óriási többséget, másfelől megszabadulunk az izotópszétválasztás óriási munkájától, mert a plutonium nagyon jól kézben tartható kémiai módszerekkel elválasztható. a kiindulási anyagtól és a hasadásker keletkező termékektől. Kérdés azonban, milyen nehézségek merülnek itt fel, Nézzük meg ebből a szempontból a reakció energiamérlegét. Egyetlen 1]235 atom hasadásakor körülbelül 200. 106 . eV c-o 200 .4'45. 10-20 kW óra eriergia szabadul fel. A kiszabaduló )J neutron közül egy neutron kell míndössze a már stacionáriusra beállított energiatermelés esetén a reakciólánc folytatására, s így optimálisan egy felhasadó U235 }1--1 Pú atomot tud létrehozni. A JI értékére vonatkozó mérési adatok csaik 1939-ből állnak rendelkezésre, és ez értékek meglehetős en szórnak: azonban már ezek alapján is megbecsülhetjük, 'hogy mennyi energia esik egy plutóniumatom képződésére. Ebből nyomban következik, hogy pl. napi 1 kg plutoníum gyártasa esetében az állandóan felszabaduló energia üteme kb. egymillió kilówattnak felel meg. I A plutoniumgyártásnál tehát elsősorban ezt az óriási hőmennyiséget kell megfelelő módon elvezetni. A kemence óriási mérete, a grafitépítmény rossz hővezetőképessége miatt energikus hőelvezetésről kell gondoskodnunk. Áramló héliumgázzal, levegővel, vízzel való hűtés jöhetett számításba. A végleges elrendezésben áramló víz viszi el a keletkező hőt. Ezt .a hűtést azonban úgy kellett megoldani, hogy a kemencében levő víz az ezt vezető csőhálóz-attal együtt a reakcióláncot ne szakítsa meg. Minél kevesebb víz van a kazánban. annál jobb. Tehát a víz gyorsan áramöljék olyan csőhálózatban, melya neutronokra nem igen reagál. Ebből a szempontból Pb, Bi, Be, Al, Mg, Zn, Sn jöhetett tekintetbe. Nemcsak az a lényeges, hogya csőhálózat anyaga a reakciót meg ne állítsa, hanem - állandó neutronsugárzásnak lévén kitéve - a csőanyag ne alakuljon át neutronreakciók révén, Új korroziót jelent ez, újabb szempontot a csőhálózat megszenkesztésében. Maga a tüzelőanyag, az U235 a Pu 'gyártás közben elfogy, 'hiszen az 1]235 atom optimálisan )1-·1 plutoniumatomot tud létrehozni. A természetes uránkeveréknek így alig 1-2%-át alakíthatnók át plutoniummá. Azonban még ezt sem érhetjük el, mert az U235 fogyása miatt, részben a hasadásnál keletkező új atomok elnyelése miatt a reakció leállana. Az U235 fogyását pótolja ugyan a keletkező Pu, mert ez éppen úgy hasad neutronokra, azonban rögtön láthatjuk, hogy ha Pu termelése a cél, akkor a folyamatot csak bizonyos optímálís értékig folytathatjuk.

\ 48

PAPP

GYÖRGY

A kemencébe tett uránrnennyíséget bizonyos idő mulva ki kell tehát cserélni. Hogy az egész kemencét ne kelljen ezért szétbontani, az elrendezést meg kellett változtatni. Urántömbőeskék helyett uránrudakat helyeztek el a rácspontokat egyik vízszintes irányban összekötő egyenesek mentén, Ez lehetövé tette az urán kicserélését a kemence épségének megbontása nélkül. Maga az uránfém. . fő1eg nagyobb hőmérsékleten, kémiailag igen aktív. A hűtő levegővel vagy vízzel hevesen reagálna. Ennek megakadályozására, valamint a hasadás termékeként keletkező mesterségesen rádióaktív anyagok kijutásának meggátlására az' uránrudakat ellenálló köpennyel k~llett bevonni. Különös, hogy ez a technológiai feladat jelentette aplutonium .gyártásának egyik Jegnehezebb kérdését. Különleges alumíniumbevonat felelt meg végül is leginkább, ez sem a kívánt mértékben, Az alumínium ugyanis 100 CO fölött erősen korrodálódik. így kénytelenek voltak a fejlődő hőt 1000 körül elvezetni. Ez az oka, hogy az uránkemencékben termelődő óriási hőmennyiséget nem lehet egyelőre hatásosan munkavégzésre felhasználni. Említettük a hasadásker keletkező rádióaktív anyagokat. Ezek mennyisége óriási. Ha 1 kg plutoniumot termeltünk, akkor kb. ugyanennyi a keletkezett rádióaktívanyagok mennyísége. Hal ezek átlagos élettartamát e~y hónapnak vesszük, akkor aktivitás szempontjaból ez a mennyiség néhány 10.000 kg rádiummal egyenlő érték. Ennek az óriási /1) és y sugárzása élő lény kőzellétét lehetetlenné teszi. Ezért üzembehelyezése pillanatától teljesen automatikusan gépi irányítással folyhat csupán az üzem. Az égési folyamat ellenőrzése, az urántömbök kicserélése s minden elvégzendöjnűvelet csak különleges távművek segítségével történhet. Ezek azok a szempontok, melyeket 'a lassításra szolgáló grafit és az uránnak megfelelő tisztasági formában való előállítása mellett szem előtt kellett tartani a plutonium gyártásánál. A munka menetére az alábbi adatok állnak rendelkezésünkre. 1942 júliusában értek el uránreakcióknál q > 1 multiplíkációs faktort. 1942. december 2-án indult meg az első önmagát fenntartó reakciólánc, néhány hét mulva már 200 Wattos energíatermeíéssel. 1943. őszéri kerül üzembe a Tennesse Valley-ben lévő Clinton műveknél az első levegővel hűtött, 1000'kW-ra tervezett oszlop. Üzembehelyezése után mindjárt 1943. november 4-én 500 kW, rövidesen 800 kW, 194.4elején már 1800 kW teljesítménnyel dolgo.zott. I A végleges óriási kemenceket a Columbia folyó mellett Iétesített Hanford erőműtelepen (Plut o városa) kezdték építeni 1942-ben. Az első kemence 1944 szeptemberében került üzembe. Ezenkívül még két további kemencét építettek. A munka nagyságára jellemző, hogy a legnagyobb mu'nka idején 60.000 ember dolgozott a telep építésén. Aplutonium gyártásának ez csak a fizikai oldala.vA kemencéből kikerülő uránból ki kell választani a plutoniumot. Ezt kellő módon meg kell .tisztítani.. a változatlanul megmaradó uránt , visszanyerni, tisztítani s az el,fogy,asztott V235_nak Pu-mal való pótlása után a kemencébe visszajuttatni. Mind e műveleteket ismét csak emberi beavatkozás nélkül kell végezni.. A kémiai szétválasztást az óriási rádióaktivitás miatt mély canionokban el-helyezett.-helyiségekben végezték. A gázalakú rádióaktív termékek miatt még itt is a külvilágtól légmentesen elzárva. A rádióaktív anyag, az eljárás

AZ

ATOMENERGIÁK

49

.FELHASZNÁLÁSA

mellékterméke, emésztőhelyre kerül, ahol hosszabb-rövidebb idő alatt elveszti aktlvitását. A megoldandó feladat tehát a Pu kémiajának megismerése s az e1f5állítás technológiájának megoldása volt. Ennek kídnlgozásához a legnagyobb ciklotronokkal közel egy évig tartó bombázással előállított, mégis csak elenyésző csekélységű plutonium állott rendelkezésre. Megállapították, hogy a plutonium a 94-es rendszámú elem, kémiailag az uránhoz áÍl nagyon közel; az uránnal kezdődő újabb ritka földfémcsalád harmadik tagja. Több oxidációs állapotban létezhet, főleg 4 és fr vegyérték- ' kel. Éppen ezek kihasználásával történt előállítása is. Az urániumoldatból a plutoniumot4 v-egyértékű sóalakjában alkalmas ballasztvegyülettel együtt kicsapjálc. A csapadékot feloldva a 4 vegyértékű plutoniumot tovább oxidáljáko A ballasztanyagot ismét kicsapva, oldatban marad a plutonium. Ilyen műveleteket ismételve nyerik az urántól és a szennyeződésektől mentes plutoniumot. Mindezeket a kémiai műveleteket: oldás, kicsapás, centrifugálás, átszivattyúzás a föld alatt levő katlanokban pusztán gépi úton hajtják végre. A telepeket a plutoniumkemencék közelében létesítették. A végzett munka kvalitására jellemző, hogy a pár míkrogramm mennyiségű plutoniumon megállapított módszerrel sikerre is vezetett il plutonium szétválasztása. 1943. december 20-án vitték az első V-rudakat Clinton kémiai üzemébe. 1944. január végén már naponta 1'2 t V-t dolgoznak fel. 1944. február 1-én már van 190 mg Pu, március elején már néhány gramm; ami azután rohamosan növekszik. A kiválasztás hatásfoka kezdetben 50%, 1944 júniusában már 80-900/0-ig emelkedik. Emeljük ki most az elmondottakból a fizikai szempontból leglényegesebbet. A atombornbánál hangsúlyoztuk, hogy az gyors neutronokkal való reakció. Ez teszi lehetövé a, robbanást, Ezzel szemben a plutoniumgyártásnál sokkal szelídebb reakciót kívánunk, melynek sebességét meg tudjuk szabni, a reakció lefolyását állandóan ellenőrizhetjük, gyorsíthatjuk. akár meg is állíthatjuk. Ezt éppen az teszi lehetövé, hogy a reakciót lassú neutronokkal végezzük, amikor is a reakcióiánc egyes lépései az előbbivel szemben nagyságrendekkel hosszabb ideig tartanak. Ez azonban még mindig nem volna elég hatásos a sebesség olyfokú mérséklésére, hogy a műszerek jelzését követve elegendő idő legyen a sebesség mechanikus szabályozására - ami egyszerűerr a Íassú neutronokat óriási mértékben abszorbeáló kadmiumrudakkal történik -, ha még egy szerenesés körülmény ném játszana közre. Nevezetesen az, ami az uránhasadás tanulmányozásakor derült ki, hogy a kiszabaduló neutronok nem míndegyike keletkezik a hasadás pillanatápan. Időben később emittált neutronokat is találunk, neutronemisszióval járó újabb rádióaktivitást. A neutronok elég számottevő része mérhető (11100 sec - 1 perc) időkéséssel lép ki a hasadás után. Ez teszi lehetövé, hogy a regisztráló készülékekkel hajtott mechanikus szabályozó szerkezet a re akció megfutása nélkül szabályozni tudja az egész reakció sebességét. Ezzel bemutattuk az atomenergiáknak két szélsőséges jellegű hasznesitási módját, Egyben mindjárt feleletet is akartunkad'hi arra a szokásos kérdésre, hogy, mikorra remélhetjük az atomenergia gyakorlati hasznosítását. Ez már megoldott kérdés. Nagyságrendben egymillió kilówatt teljesítménynek megfelelő hő termelődik a han:Éordiplutoniumtelepen. Hogy ezt az óriási energiamennyiséget nem erőgépek hajtására használják - ez az egész energiamennyiség ma a Columbia folyót fííti -,azt csak a. történeti fejlődés 4

50

AUJESZKY

LÁSZLÓ

hozta magával, A plutonium gyártása volt a fontos. Sok ezerszer nagyobb a plutonium termelésének hatásfoka itt, mintha ugyanezt az energiát e1ektromos energia alakjában a legmodernebb atomromboló berendezéssel. a legmodernebb ciklotronokkal használnák fel plutoniurngyártásra. Ha a plutoniumgyártás helyett az energiakérdés lett volna ugyanolyan sürgős, minden bizonnyal azt is megoldották volna, és ilyen nagy kapacitású erőmű állna készen atomi energiák hasznosítására. Reméljük, hogy a békeidő, munkája mielőbb elvezet ehhez is. Reméljük azt is, hogy az uránhasadással kapcsolatos energiatermelés csak egy példája a lehetséges hasonló energiatermelő folyamatoknak, melyeknek előbb-utóbb birtokába jutunk. ' A jövő kilátásai után tapogatózva, még csak jóslásokba sem bocsátkozhatunk könnyedén. Egy azonban bizonyos. Minden nagy fizikai megismerés, az elektromosság, röntgensugárzás, drótnélküli táviratozás, rádíóaktívitás mind-mind felfedezésénél sohasem sejtett területeket nyitott meg. Az eredmények minden fantáziát megszégyenítettek. Ezt várjuk most is. És azt, hogy mindez nem a távol jövő kérdése, mert a fejlődés tempója óriási és egyre fokozódó. Az elvégzett munka nagyságára jellemző, hogy az amerikai és angol hivatalos jelentés minden lapján a modern fizika legnagyobbjainak a nevével találkozunk: BO;HR,CHADWICK, COMPTON, LAWRENOE, UREY,OPPENHEIMER, OLIPHANT, FERMI,MEITNERstb. nevei szerepelnek a legnagyobb iparvállala-' tok neveivel váltakozva. A kutatások céljára minden eddiginél nagyobb szabású magfizikai laboratórium'olmt építettek, az elképzelhető összes berendezésekkeJ::'több ezer fizikus, kémikus, mérnök, müszerész, laboráns dolgozott ezekben, mind-mind ugyanannak a feladatnak egy-egy kicsiny részén munkálkodva. A modern organizáció csodája ez. Ezekből tűnik ki az az óriási erőfeszítés, amellyel az elérendő célt kiverekedték. (Magántanári próbaelőadás a Műegyetem gépészmérnöki osztályán 1946. június 10-én.) Papp György.

Új fejezetek a rádiómeteorológiában. Évtizedek óta tudjuk, hogy az időjárásnak nagy hatása van a rádió'vételre. A rádióhullámok a levegőn át jutnak el a leadóállomástói a felvevőhöz. Minél távolabbi adóállomást hallgatunk, minél hosszabb utat kell a hullámoknak a levegőn át megtenniök. annál több alkalom nyílik arra, hogy a légkör különféle jelenségei beleavatkozzanak CI. vétel erősségébe és tisztaságába. Ezekkel a jelenségekkel foglalkozik a légkörkutatás egyik nagyon érdekes ága, az úgynevezett· rádiómeteorológia.

A legutóbbi években a rádiócélokra használt hullámtartomány lényegesen kibővült a rövid hullámok irányában. A háború kitörésekor a gyakorlatban használt legkisebb hullámhossz 2-5 méter volt. A háború folyamán a rádiótechnika roppant fejlődésen ment át és kialakult a döntő fontosságú nagy találmány, a radar, amely a közeledő repülőgépeket sötétben és borult időben is biztossággal fedezte fel, és ezzel a légitámadások meglepetésszerűségét kiküszöb ölte. A radar azonban Ú. n. ultrarövid hullámokat, másnéven

úJ

FEJEZETEK

A

5.1

RÁDIÓMETEOROLÓGIÁBAN

mikrohullámokat , használ, többek közt deciméteres és centimétéres hullámokkal is dolgozik. Éppen ezek a legrövidebb ultrahullámok (1-3 cm körüli hullámhosszal) a légkörben másképen viselkednek, mint az eddig használt -hosszabb és a régi értelemben vett "rövid" rádióhullámok. A levegőn át való terjedésük teljesen új jelenségekre ad alkalmat. A rádiómeteorológiának ezáltal új fejezetei születtek meg, amelyek érdekességben és gyakorlati fontosságban is felülmulják az. eddigieket. Hogy az időjárás nem egyformán hat a különféle hullámhosszúságú adásokra, az a hullámok eltérő terjedési módjából magyarázható. Ebből a szempontból három csoportba kell soroznunk a rádióhullámokat: a hosszú, a rövid és az ultrarövid hullámok csoportjába. A hosszú (több száz vagy több ezer méteres hullámhosszúságú) rádióadások a )'öld felszíne mentén terjednek tovább, pályájuk engedelmesen követi a föld gömbalakját és bizonyos gyengüléssei távoli országokba is eljutnak, jóllehet egyenesvonalú pályán a közbeeső földtömeg miatt oda nem hatolhatnának el. A rövid (de 10 m-nél nem rövidebb) hullámok a föld felszíne mentén már csak nagy veszteséggel terjednek. Jelentősebb távolságba ezen az úton alig érkeznek. e1. Azonban megvan az az értékes tulajdonságuk, hogy a légkörben felfelé haladó részük az igen magas légrétegekben (ú. n. ionoszféra, mintegy 100 km magasságtól felfelé) visszaverődést szenved és visszatér a földre. Ezáltal a rövid hullámok mégis felhasználhatókká válnak igen nagy távolságú, kontinensközi hírváltásra. Az ultrarövid (méteres, deciruéteres és centiméteres hullámhosszúságú) kisugárzások gyakorlatilag egyenes pályán terjednek, úgy, mint a fénysugár. A föld görbültségét semmikép sem követik, a magas lég-

körbe pedig feljutnak ugyan, de az ionoszférán visszaverődés nélkül .áthatolnak és a világűr felé eltávozva, a földi vétel szempontjából veszendőbe mennek. Ebből az következik, hogy az ultrarövid hullámok csak korlátolt távolságon belül vehetők fel: használhatóságnkat. éppen úgy a föld gömbalakjából adódó látóhatár korlátozza, mint ahogyan a földi fényforrások is csak a láthatáron belül vehetők tudomásul. Az ultrarövid rádióvételnek ezen a kor1átozottságán nem lehet segíteni azáltal, hogy az adások erősségét növéljük. A hullámok akkor is egyenes vonalban fognak terjedni és a látóhatáron- túl éppoly kevéssé lesznek láthatók, mint ahogyan bármily erős fényszóróval sem lehetne sík vidéken pl. 100 km-en túli távolságba fényjeleket 'küldení, mert a föld gömbalakja .az egyenes pályán haladó sugárzásnak útját szegi. Az erős fényforrást észlelni lehetne más égitesten, pl. a Holdon, ahova a fény. egyenes pályán akadálytalanul eljuthat, de nem Iehet észleini valamely nem is távoleső városban, mert oda egyenesvonalú sugárzás nem juthat el. Ez az oka annak, hogy a radarberendezésekkel visszhangjeleket tudunk kapni a Holdból (amint ezt egy évvel ezelőtt először DE WITT J. H. amerikai rádiótiszt, majd rögtön utána BAY ZOL'l'ÁNBudapesten is megvalósította), ellenben nem lehetne radar-jeleket váltani Budapest és Szeged között, mert a föld gömbalakja miatt a 'két város közt nem, létesíthető a levegőn át egyenesvonalú összeköttetés. Az ultrahullámok e .szerint nem alkalmasak még közepes távolságú rádióöszeköttetések céljára sem. Felfedezésük mégis nagyjelentőségű esemény, mert van egy páratlan értékű tulajdonságuk, az, hogy könnyen lehet őket irányítani és - ismét a fényhez hasonlóan - keskeny sugárkévékben lehet e sugarakat gazda4*

Ú.T

/

szabad elfelejtenünk, hogy a legröságosan, JO kihasználási fokkal kividebb ultrahullámoknak még minvetíteni. Ez tette lehetövé, hogy pondig kereken tízezerszer nagyobb a tos radar-visszhangokat tudunk léhullámhosszuk, mint a látható fényé. tesíteniakár földi tárgyakról vagy A nagyon kis cseppekből álló felhők repülő gépekről, akár a légkörön és ködök még egészen "átlátszónak" messze túl fekvő Holdunkról. bizonyulnak az ultrahullámokkal Egyenesvonalú terjedésük miatt szemben. Ellenben a nagyobb csepaz ultrahullámoknak igen hasonló pekbőlálló felhők, valamint a nagy optikájuk van, mint a szernmel látvízcseppekből álló záporok lényeges ható fénynek. A fénysugarak a leakadályt képviselnek az ultrahullávegőben bizonyos eltorzulásokat mok pályáj án. A sugárzás egy fésze szenvednek és: érdekes légköri fényszétszóródik rajtuk és a centimétejelenségeket szolgáltatnak: ezzel foglalkozik a meteorológiai optika. Az res hullámokkal dolgozó radarkészülékekben jól kimutatható rádióvisszultrahullámú rádiókisugárzások a hangot szolgáltat. levegőben hasonló sorsra jutnak és Ezek az újonnan felfedezett rádióe közben igen érdekes, a többi rámeteorológiai jelenségek nemcsak dióadáson nem észlelhető jelenségek elméleti szempontból érdekesek, hamutatkoznalk rajtuk: ezzel foglalkonem gyakorlati téren is igen haszzik a rádiómeteorológiának az az új nosak. Mivel a ködök és a legtöbb fejezete, amelyet a továbbiakban isfelhő a radar számára még átlátszók, mertetni óhajtunk. megoldhatóvá válik a repülés egyik A meteorológiai optika egyik alaplegfontosabb biztonsági kérdése: a vető jelensége, hogya levegő az átködben való látás. A mai radarhaladó fénynek egy részét elnyeli, más részét pedig szétszórja. Ez idézi készülékek a ködön át éppen olyan tökéletes tájékozódást tesznek leheelő a nagyon távoli tárgyak fátyolos tővé, mintha tiszta időben szábad képét, valamint az, égbolt kék színeződését. Közeli tárgyak szemlélésészemrnel néznénk körül. :be nagyon hasznos az is, hogy a nagy záporoben a. fényelnyelés és a fényszórás kat adó felhők radar-visszhangot nem okoz zavart addig, amíg a leszolgáltajnak. Ezáltal a záporok és vegő tiszta. Ha ellenben idegen anyagok vannak benne jelen,' pl. füst, zivatarok közeledése órákkal előbb por, a felhők kis vízcseppjei és jég- . megállapítható és előhaladásuk nyomon követhető. A radar tehát az kristálykái, akkor ezek a jelenségek időjelző szolgálatoknak is fontos új a közeli tárgyakról érkező fény megeszközt ad a kezébe. Sokat jelent ez látását is nagyon megnehezíthetik, sőt sűrű felhőkben és ködökben lekivált olyan vidékeken, ahol kellő sűrűségű :tnegfigyelőhálózat nem léhetetlenné tehetik, vagyis a levegő tesíthető,' pl. lakatlan területeken ,gyakorlatilag átlátszatlannáválhat. vagy a nyilt tengeren. Meglehetősen hasonló jelenségeUgyancsak megmutatja a radar a ket találunk a rádió-mikrohullámok porviharok és tornádók közeledését meteorológiájában is. Amíg a levegő tiszta, addig olyan keveset nyel el és is. Mindezek az alkalmazások annak a két igen szerencsés körülménynek olyan keveset szór .szét a mikrohulköszönhetők, hogy a ködök és a kőlámú sugárzásból. hogy a radar használatában semmiféle zavart nem . zönséges. felhők a radar számára átlátszók, ellenben a veszedelmesebb okoz. A felhők azonban már akafelhők, a nagy záporok és porvihadályt jelentenek amikrohullámok rok kimutatható radar-visszhangoútjában. Nem olyan fokú akadályt, kat nyujtanak. mint a fény számára, hiszen' nem

FEJ"EZETEK

A

ltÁDIÓl\iETEOROL6GIÁBAN

Most forduljunk megint a légköri optika jólismert jelenségeihez. Tudvalevő, hogy a látható fény ,a 'légkörben sokszor" eltér az egyenes úttól: a különféle hőfokú legrétegeken áthaladó fény pályája elgörbül, az úgynevezett .légköri sugártörés jelensége lép fel. A légköri sugártörés egyik legérdekesebb jelensége az ú. n. látóhatártágulás; amikor foglal helyet, akkor délibáb keletkezik. A látóhatártágulás tüneményének is megvan a párja az ultrahullámok birodalmában. Az ultrahullámok pályája is elgörbül, amikor más hőfokú légrétegekbe hatolnak be. Bizonyos napokon olyan tárgyak is rádióvisszhangot tudnak szolgáltatni, amelyek messze a látóhatár alatt

53

fekszenek és közönséges időj árás a - . kalmával a radar számára teljesen , elérhetetlenek volnának. ~nnek a fontos jelenségnek a keletkezését más meteorológiaí tényezö is erőteljesen támogatni szekta. A rá: dióhullámok terjedését nemcsak a levegő hőmérséklete szabályozza, hanem a levegő vízpáratartalma is. A levegőben mindig és mindenütt van vízpára, de nagyon változó mennyiségben. Ha két egymás felett fekvő légréteg közül az alsóban 'sokkal több a vízpára, mint a felsőben, akkor ez a különbség is elgörbíti a radarsugár pályáját. Ezért bizonyos napokon az ultrahullámok sugártörése még sokkal nagyobb mértékű IS lehet, mint a fénysugaraké. A radarlátóhatár tágulása gyakoribb és nagyszabásúbb sugártorzulással járó jelenség, mint a fény-Iátóhatáré. A . radar-Iátóhatárkibővülésének gyakorlati jelentősége abban van, hogy alkalmas időjárású napokon igen kitágíthatja azt a távolságot, amelyen belül a földi tárgyak radar:" visszhanggal kimutathatók. Ennek néhány meglepő példáj a vált ismeretessé az angol meteorológiai társaság és az angol fizikai társaság 1946. április 8-án rendezett együttes értekezletén, amely a rádiómeteorológia körébe tartozó új jelenségek tárgyalásával foglalkozott, Az értekezleten ApPLETONEDWARD, a radar feltalálója, a következő kivételes radar-visszhangokról számolt be. Az angol sziget déli partján 1941. július havában 10 cm hullámhosszori delgozó radar-állomás működött, amelynek mértani Iátóhatára 70 km volt, Látóhatártágulás nélkül tehát csak 70 km-en belüli tárgyakról nyujthatott visszhangot. Mégis néhány napon át, amikor különleges időjárás uralkodott, Franciaország belsejébe majdnem 300 km távolságig "látott" be a radar készülék. Még meglepőbb arányú látóhatár-tágulások lépnek fel időnként a trópu~ tengerek fe-

54

J.A.XUCS LÁSZLÓ

lett. Bombay közelében másfélméteres hullámon működő radarállomás j80 m magas toronyban volt elhelyezve, és a tenger felett mintegy. 40 km távolságból tudták 'vele a közeledő hajókat kimutatni, amint a hajóka látóhatár, fölé emelkedtek. A kedvező légállapotú napokon azonban összehasonlíthatatlanul nagyobb lett a berendezés hatáskörzete: megmutatott tízszer nagyobb távolságban levő hajókat, sőt egy kivételes alkalomma! 1500 krn-ből, v. i. messze a látóhatár alól jelzett egy hajót és ismételten rajzolta meg az IndiaiÓceán másik partján, 1800-2000 km távolságban pihenő arábiai partvonulat, képét. A mikrohullámok birodalmában tehát olyan arányokat öltenek a látóhatártágulási jelenségek, aminőket a látható fény láthatárbővülése még csak meg sem közelíthet. Ultrahullámokat nemcsak a radarberendezésekben használnak, hanem a távolbalátás céljaira is. Itt nagyon .kellemetlenné válik az ultrahullámoknak az a sajátságuk, hogy közönséges időjárás alkalmával csak a Iátóhatáron belül lehet őket fel-

fogni. Még magas adótornyokról is csak 50-60 krn távolságig lehetne a távolbalátást közvetíteni, és ezt is csak olyan állomások vehetnék fel, amelyek antennája az adóállomás irányából nem esik valami kiemelkedésnek, háznak vagy hegynek az árnyékterébe. Ezen a bajon azáltal segíthetünk, ha a leadóállomásokat nem a földön helyezzük el, hanem a magas légrétegekben, pl. a sztratoszférában. Az amerikai Westinghouse-társaság most olyan repülőgépekről végzi távolbalátó adásait, amelyek a sztratoszféraalsó határán, 10 km körüli magasságban időznek. A 10 km magasságú pontnak a látókörzete a gömbalakú földön mintegy félmillió négyzetkilométer, tehát egész orsaágokban zavartalanul lehet felvenni a sztratoszférából kiinduló ultrahullámú adásokat. Amerikában ezt a rendszert stratovisionriak nevezik, kifejezéséül annak, hogy a sztratoszféra magasságaiból adódó hatalmas látókörzetet használják ki, amely szemünkre ható fényben és ultrahullámokban egyaránt gyümölcsőztethető, AU.ieszky László.

A barlangok keletkezése .. Az ember érdeklődési köre mínden időben a misztikusnak vélt ismeretlen felé irányult. Amit nem ismert, arról költött képeket, fantasztikus meséket szőtt magának, s rendszerint, mire a való meglátásáig eljutott, agyában már az előre felépített elképzelések oly erős befolyással voltak a tapasztalatairól szerzett benyomásokra. hogy azok magyarázását, értelmezését és összefüggéseit a legtöbbször helytelen irányokba is terelte. így volt ez a barlangtudomány terén is. Mikor a jégkorszak végén az ősember újabb Iakóhelyékker cserélte fel eddigi barlangtanya-

ját, egész lelkivilágában eltávolodott attól. A Homo sapiens novusnak már misztikum volt a barlang sötét szája, és ha be is merészkedett a középkor gyermeke ősei _egy-egy hűvös sziklamenedékébe, ösztönös borzadály fogta el lelkét, és nem volt képes nyugodt, higgadt megfigyeléseket téve, az eléje kerülő jelenségeket helyesen értelmezni. Ezért találkozunk még a XVIII. században is olyan nézetekkel, hogy a barlangból előkerülő ősmaradványok a természet játékai. Csak nehezen és igen későn, mondhatnók, csak a XIX. század derekán

A BARLANGOKXELETXEZÉSE

jutot,t el a tudomány arra a fejlődési fokra, amelyen már legyőzték egyesek ídegenkedésüket va sötét és ismeretlen, babonákkal át- meg átszőtt barlangok iránt, s felismerve azok, sa bennük talált ősmaradványok való értékét, végre belyes irányban megindulhatott a komoly, tudományos barlangkutatás. Ettől kezdve mind több és több kutató érdeklődő és turista kereste fel a barlangokat, leírások, ismertetések, ásatási beszámolók jelentek meg munkájuk nyomán. így ma már ott tartunk, hogy Európának eddig feltárt barlangjait majdnem kivétel nélkül részletesen ismerjük, s a bennük ta, lált csontok alapján faunájuk összetételéről is világos képet kapunk. A barlangok megismerésével párhuzamosan fejlődtek ki azoka magyarázatok és elméletek is, melyek.kel keletkezésükre igyekszünk fényt deríteni. A tudományos barlangkutatás legfóntosabb feladata az, hogy pontosan tisztázza, hogyan, mikor és miért keletkeztek a barlangok, mílyen azoknak fejlettségi foka, s mik azok a földtani tényezők, melyek a barlang kialakításában szerepet játszanak. Mindenekelőtt tisztáznunk kell a \ barlang pontos fogalmát. A természetben míndenhol találunk kisebbnagyobb kőzetüregeket, lyukakat, melyek különböző módon keletkeztek. Ezek közül azonban csak az, ember számára is járható nagyságúak at nevezzük bar1angnak. Tág fogalmazásban: a barlang olyan termész:e
55

nek nem felel meg, akkor az már nem is tekinthető barlangnak Ez a meghatározás r morfológiaílag minden létező barlangot magába foglal, tekintet nélkül azok származására. Keletkezési körülmények, a kőzet anyagi minősége szerint azután osztályozhatjuk is barlangjainkat: vannak magmatikus eredetű kőzetekben és üledékes kőzetekben keletkezett barlangok. Az előbbi csoport gyakorlatílag szinte elhanyagolható fon'tosságú, elég, ha csak annyit mondunk róla, hogy barlangkialakító tényezői közőtt a víz nem játszik szerepet. Az üledékes kőzetek között is barlangképződés szempontjából csak azok jöhetnek elsősorban számításba, melyek a víz számára' hozzáférhetők és oldhatók. ígyelsősorban a mészkő, de a dolomitban, sőt gipszben, kősóban is - ha azok kőzetalkotó tömegekben mutatkoznak megvannak a feltételek akioldásos, korróziós barlangok keletkezéséhez. Mivel a mészkő az a kőzet, mely általános felszíni elterjedése mellett a legjobban oldható, természetesen a barlangok zömét és Iegnagyobbjaít is benne találjuk. Ezúttal tehát, mint legáltalánosabbal, csak a mészkő ben képződött és a víz által létrehozott barlangok keletkezési körülményeivel fog1alkozunk. E barlangok kiépződési körülményeikaJlapján két főcsoportra oszthatók. Éspedig szivárgó víz és hévforrásvíz által kioldott típusokat ismerünk. A szivárgó víz barlangképző műkődése és hatása ma már közismert, a hévforrásos barlangokról azonban .még keveset beszél a tudomány. Pedig ez a barlangtípus, mint azt a Iegújabb felfedezések és megfigyelések is igazolják, csaknem olyan általános, mint az előbbi, és főképen töréses szerkezetű hegységeínkben, mint amilyen pl. a Buda-Pilisi-hegység, majdnem kizárólagosnak mondható. Meg' kell azonban jegyeznünk, hogy ezeken kívül vannak olyan

56

OT

AKUCS LÁszL6

ezáltal tágítja saját útját is. Így csak az első vízcseppeknek nehéz a' feladatuk, ha ezek m§.r kidolgozták a repedéshálózatot, él:zegyre nagyobb tömegű csapadékvizet képes elny,=lni, mind gyorsabban és gyorsabban mozog a hálózatban lefelé a víz, annyira, hogy egyszer csak a szénsavtartalmú víznek a gyors leszivárgás miatt nincs ideje arra, hogy egész C02-mennyiségét a repedések tágítására használja fel, hanem aktív, oldásra képes víz jut le addig a szintig, ahol már a víz nem vízszintes irányokban mozog tovább, hanem vízszintes vagy ferde útra kényszerül. A vizet vagy egy vízzáró(agyag)réteg felső réteglapja, vagy az állandó talaj vízszint, karsztvízszint tükre kényszeríti ilyen irányváltozásra. Ezt a szintet nevezzük a karszt bázisának. Az irányát változtatott víz azután széndioxidtartalmánál fogva megkezdi a repedéshálózatok kidolgozását, de most már horizontális irányban, és próbál valamerre lefolyni. Magától értetődő, 1. kép. Patakbarlang kialakulásának hogy ha ez egy helyen sikerül, akkor yázlata: M a mészkő fínom repedésa szivárgó víz egész hálózata úgy hálózata ; V főbb vízgyüjtő repedések; kezd tovább fejlődni, hogy az összes A a karszt bázis színtje; F forrás. lefelé haladó víz a vízzáró réteglapon (Szerző rajza.) irányt változtatva a levezető hely valószínüleg még lehullása közben. felé irányul, és ezentúl errefelé tágulnak, dolgozódnak a repedések. Az ilymódon preparálódott vízcsepp Most már az idáig rendszertelenűl aztán lassan beszivárog a sziklába, szivárgó vizeknek közös céljuk van: kikeresi a számunkra láthatatlan mikrotektonikai repedéseket és azo- haladni a felszín, a forrás felé. Az apró vizek egyesülnek, a repedések kon keresztül a nehézségi erő irányámár csak meghatározott irányban ban, tehát lefelé igyekszik. E repedéseknek azonban legalább 0·2 mm fejlődnek tovább, s mivel az egyirányú mozgás bizonyos szívó hatást széleseknek kell lenniök, mert kíséris gyakorol a repedések vizeire, leti tapasztaLatok alapján' ennél szűegyre jobban nő a forrás vízhozama. kebb hasadékon, közönséges nyomávagy ami ezzel egyértelmű, egyre son a víz nem tud. lejjebb szivárognt. nagyobb és nagyobb lépésekkel köHa ugyanis it rés szűkebb, akkor zelednek a fővízvezető hasadékok a ugyanolyan tömegű víznek nagyobb földalatti ér, majd patak elnevezést a tapadó felülete is. Ha ez a tapadás is megérdemlő vízfolyasok felé. A nagyobb, mint amit a nehézségi erő még le tud győzni, a víz nem mozog barlang kialakulása most már csak egy lépés. A hegyben már megvan tovább. A lefelé hatoló víz útközben természetesen oldj a a mészkövet és a kísebb-nagyobb alagút, mely a víz-

mészkőbadang0k is, melyek tisztán tektonikai úton, tehát mondjuk hegycsúszamlással, keletkeztek (Barkaijégbarlang), ezek azonban most nem érdekelhetnek bennünket. A mészkövet tehát oldja a víz. Ez az oldás természetesen nagyon lassú folyamat, és csak akkor megy végbe, ha a víz széndioxidot (C02) is tartalmaz: CaC03+ C02+ H20 = Ca(C03)2. A csapadékvíz a szükséges széndioxidot a levegőből veszi magába,

I

A BARLANGOKXELE'.rKEZÉSE

Jőlyások főgyüjtőere .. Ez vízzel, van tele és nem egyéb, mint patakmeder a hegy belsejében. (1. kép.) Közben azonban telik az idő. A Föld. külső erői végzik lepusztító munkájukat. ~ táj képe az évezredek folyamán az idő vaskezében .egyre alakul, a Föld korosodik. lVIélyebbek lesznek a ráncok az arcán.. mélyülnek ;;,völgyek az erózió mun~ kája nyomán. Forrásunk kibukka-

;2. kép.

Pálmaliget

57

vegővel érintkezve, leadja annak C02-tartalmát, s a fenti egyenlet megfordíthatósága értelmében: Ca(HC03)2 = CaC03 + H20 + C02, - kiválik belőle a rnész. A ví~ let cseppen. s a cseppkő ottmarad, hogy hosszú ezeréveken át, az ismétlődő parányi jelenségek hatalmas cseppkőfüggönyökké és orgonákká rakják össze, melyek szépségükkel es monumentális formáikkal méltán csodá-o

az Aggteleki-csepköbarlangban.

(KESSLER HUBERT felvétele.)

nási szintjének is követni kell a mé- latba ejtik a jámbor halandókat lyülést. A völgyfenék süllyedésével '(2. kép). A barlangképződésnek ezt a móda hátráló erózió továbbterjed a földalatti patakmederre is. A meder méját azonban, .bár olyan barlangok is, lyül. a víz szint je fokozatosan sülymint az aggteleki Baradla, vagy az Iyed. A víz felett most már üres teamerkiai Mammut-barlang, így képrek támadnak, lassan ezek összefügződtek, nem lehet kizárólagosnak gővé válnak, s megszületík a bartartanunk, mert szintén szépszámú lang. Neve: patakbarlang. és tekintélyes barlangok esetében Eddig terjed a szivárgóvizes -bar- éppen hazánk területén is - nem a felszíni' víz volt a kialakító tél,angok képződésének első' szakasza. A továbbiakban most már a patak nyező, hanem a geológiai multba~ működő hévforrás-tevékenységek. egyre mélyíti medrét, mechanikailag Ezek közé tartoznak, nálunk, hogy is erodálva azt. Közben azonban megindul a cseppkövesedés is. A csak a legnagyobbak és legközelebb barlang mennyezetére ugyanis egy- fekvők közül említsünk néhányat, a solymári Ördöglyuk-barlang,' Pálmásután érkeznek a hasadékokból kibújó vízcseppek. És itt a Ca(HC03)2, völgyi (c~ak másodlagosan) cseppkömely idáig oldva volt a vízben, a leves barlang, és talán az egész világ

58

J AKUds

egyik legérdekesebb barlangcsodája, az újjonnan felfedez.ett Sátorkőpusztai gipszes-barlang (Esztergom vm.). , Azt, hogya barlangot vruób~m a hévforrás-tevékenység hozta-e létre, kissé gyakorlott szemmel könnyen

3, kép, Függőleges kürtő átmetszete hévforrásbaclangban . G gömbfülke. (Szerző rajza.)

el tudjuk dönteni. A hévforrás-barlangoknak mások a formái. alakzatai, más a szerkezetük, sőt alaprajzaiknak' is vannak olyan jellemző vonásai, melyek alapján a megkülönböztetés még térképről, a barlangot magát nem ismerve is könnyűvé válik. A hévforrás-barlangot mindig alulról felfelé áramló forró víz, vagy forró víz .és gőz, esetleg gőz- és gázfeltörések hozták létre. Kioldasi formái éppen ezért mások, minta közőnségesen ismert cseppkőbarlangokéi, 'míndig a gömbalak jellemző reájuk. Általános ismertető jellegük a függőleges kiterjedés, Magasra felnyúló, de a tetejükön többé-kevésbbé mindig szabályos félgömbben végződő' kürtők, ezeknek csodálatosan gömbalakú, csaknem zárt kis fülkéi, uralkodók az ilyen barlangokban,

LÁ.-SZLÓ

(3. kép.) Igen jellemző ezenkívül, hogy a járatok minden rendszer 'nélkül, egymás alatt, felett, össze-vissza, keresztbe-kasul húzódnak, néhol egyegy leirt kürtön át 10 m-eket ereszkedve juthatunk egyikből a' másikba. Legfeljebb annyi rendszeresség van bennük, hogy' nagyjából a mészkő, ben levő fővetősíkok irányával párhuzamosan fejlődtek 'ki (Ferenchegyi-barlang), ami érthető is, hiszen az ezek ,'mentén erőhatások .által igénybevett és meglazított .közetet könnyebben tudta marni" oldani, kilúgozni a forró víz vagy gőz,' mint a máshol tömör, repedésmeates mészkőzetet. E" barlangokban patak nem folyik: hiszen az egész barlangrendszer olyan, mint 9- szivacs," vagy a sajt, ahol az egyes fülkék, gömbtermek igen hasonlók egymáshoz. Ilyen helyen folyóvizet természetesen még , elképzelni sem lehet. De leülönben is ezek a barlangok nem a mai karsztbázis színtjén képződtek. Ez, 'al hévforrások működésének reg! korát bizonyítja, ugyanezt bizonyítja többek között az is, hogy 'néha .majdnem a hegy, 'tetején ta1áljuk a hévforrás-badang bejáratát, E helyen' pontosabb kermeghatározási fejtegetésekbe nem bocsátkozhatunk, csak arinyit, hogy' e 'barlángokat a legmerészebb eddigi elképzeléseknél (pliocén) is idősebbeknek kell tartanunk. ' A hévforrás-barlangok keletkezési körülményeiből önként adódik, hogy nem cseppkő-barlangok. Cseppkövek ugyan vannak bennük néhol, azonban ezek csak másodlagosak, a barla:ng keletkezésévei össze nem függőek, s jóval kisebbek, mint a másik típus leirt cseppkőképződményei. Ez világos, ha meggondoljuk, hogy a hévforrásbarlangoknak nincsenek meg azok akidolgozott repedésháló.zataí, melyek a cseppkőképződéshez ,szü~séges vizet ~zállítjáik a barlang mennyezetére, Hiszen az egész barlang .nem a felülről származó' víz

A BARLANGOK

KE'LETKEZÉSE

59

4. kép. Csillogó gipsskrist.álv -bevonat- a Sátorkőpusztai-barlang falán. (VÉRTES

LÁSZLÓ

felvétele. )

5: kép. Gipszcseppkö-osalopok a Sátorkőpusztai.barlang Kövirág -termében. (VÉRTES LÁSZLÓ felvétele.)

60

KÖZLEMÉNYEK

Iassú, fokozatosan tágító oldásából szűletett, hanem amikrotektonikai repedések kitágítása nélkül oldotta ki üregeit a mélyből feltörő hévvíz. így tehát be kell látnunk, hogy csak az a vízcsepp rakhat le mészkövet a barlang falán, amely véletlenül odatévedt. A hévforrásbarlangok kőzelében, ellentétben a cseppkőbarlangokkal, a mikrotektonikus repedéshálózat cseppet sincsen jobban kifejlődve, mint bárhol máshol a kőzetben. És végül még van egy 'jelenség, amely nagyon szepen bizonyítja a hévtorrások működését. Ez a barlang falaira lerakódott aragonit, gipsz, kalcit és barit. Ezek az ásványok meleg vízből szoktak kiválni, s némelyik barlangunkban oly töme-

gesen vannak, hogy mindent beborítanak és vastag, rózsás, vagy kristályos kérgükkel ragyogó-csillogóvá teszik a barlang terrneit (4. és 5. kép). A Sátorkőpusztaí gipszes-barlangban pl. a látvány oly 1enyügöző , hogy amikor először látja az ember, sokáig csak dermedten néz és nem hiszi el szemének. hogy az a sok-sok gyémántként ragyogó aragonit-sündisznó, ·a millíárdnyi szivárványosan sziporkázó gípse-kristályfel.űlet és a méltóságteljesen, hatalmas hóemberekként egymásmellett álló gipszpillérek, nem mind csak csodálatos .álrnok, hanem a legszebb valóságok, 'a földtörténeti multnak fenséges, a hozzáértök számára még némaságuk- • ban is' báj osan beszélő emlékei, tanúi. . Jakucs László.

KÖZLEMÉNYEK Az 1946. évi fizikai Nobel-díj. Az 1946. evi fizikai Nobel-díjat BRlDGMANNP. W. amerikai egyet. tanár kapta az igen magas nyomáson tartott anyagok tulajdonságaira vonatkozó átfogó kutatásaiért, E, kutatásait már 1906-ban kezdte el és mind mai napig folytatta töretlen erővel. Az önmagukban egyszerű alapelvek szellemes alkalmazásával és az új acélok felhasználásávai az AMAGATáltal elért 3000 atmoszféra nyomáshatárt kiterjesztetfe 12.000 atmoszférára. így lehetővé vált igen sok elem és vegyület különböző tulajdonságaira vonatkozó rendszeres mérések elvégzése az eddiginél lényegesen magasabb fenti nyomás értékig. Ilyen tulajdonságok: az összenyomhatóság, súrlódás, elektromos vezetöképesség, hőelektromotoros i,erő stb., melyek mindegyikére nagy érdeklődéssel fogadott eredményeket kapott. Mindez természetesen maga után vonta még a magas nyemások

meresere alkalmas új módszerek kidolgozását is. Fenti munkái megtalálhatók A mag a s n y o más f izik á j a című 1931-ben megjelent angolnyelvű könyvében, mely e tárgykörben azóta szinte klasszikussá vált. Később azután BHIDGMANN' ismét kiterjesztette a nyomáshatáa-t, KülönIeges acéledények megépítése érs a legnagyobb nyomások elérésére szolgáló speciális módszerek alkalmazása által, mint 'amilyen pl. a nyomás alatt álló edénynek 30.000 atmoszféra nyomás alatt álló folyadékba való bemerítése, elérte a 100.000 atmoszférát. Rendszeres méréseket végzett a polimorf átmenetekre és az összenyomhatóságra vonatkozóan egésaen 50.000 atmoszféráig. Van egy rendkívüli műfogása a nyomás értékének harmincszorosára való emelésére, melyet kezdetben alkalmazott nagy sikerrel. Világos, hogy az így elért nyomások nemcsak

KÖZLEMÉNYEiK

-61

a fizikusok, kémikusok és mérnökök tonnal kevert el, s a keveréket jégszámára a legnagyobb fontosságúak, szekrényben -megszűrte. Pár órai álhanem a geológusole számára _ is. lás utána szűredékből gyönyörű BHIDGMANN munkái szolgálnak alaszíntelen' oktaéderes kristálykák válpul az utóbbi évek magas nyemásoktak ki, amelyek kristályos ureáznak kal foglalkozó munkáinak. A magas bizonyultak. riyomások területén 1930-tól végzett Míkor SUMNEHelőször közölte, hogy értékes kutatásairól 1946. év elején ily egyszerű módon, .krístályos álla- összefoglaló beszámoló 'jelent meg potban sikerűlt izolálnia egy enziBHIDGMANNtól a Reviews of Modern met, bizony alig akartak hitelt adni Physics 18. kötetében. BRJl)G;MANNközleményének. WILLSTATTEHés a a magas nyomásokkal foglalkozó legnevesebb enzim-kémikusok igen munkáin kívül még írt néhány ki- szkeptikusan fogadták az első hírváló könyvet is, melyek nemcsak a adást a nagy 'eseményről. De SUMNER kutatásaival kapcso1atban álló termoelső közleménys a későbbiek során dinamikai folyamatokat tárgyalják, mindenben megerősítést nyert, sőt a hanem olyan témákkal is foglalkoztapasztalatokon okulva néhány é~ nak, mint pl. dimenzió-analízis és a mulva, 1930., 1931. és 1933-ban modern fizika' filozófiai kilátásai. NOHTHRopnakés KUNITzI}akfehérjebontó enzimeket: pepszint, trypszint Korxícs István. és chyrnotrypszint is sikerült kristáIyosítarria. Ma már több mint 20 enAz 1946. évi kémiai Nobel-díj. zimet ismerünk tiszta kristályos állaAz 1946. évi kémiai Nobel-díj felét potban. A katalázt ugyancsak Sm'lNEH SUMNEH . J. B.-nek, az ithacai Corállította elő kristályosan Donxcn-szal nell-egyetem biokémia tanárának együtt 1937-ben. ítélték, másik felét pedig STANLEY SUMNERnek igen érdekes enzimW. M. és NOWl'HROP J. H. biokémikukinetikai tanulmányai is jelentek sok, a príncetoni Rockefeller-intézet meg, nevezetesek továbbá az antitagjai kapták. enzimekről való, főleg immunológiai SUMNEIl ;J. B. 1887-ben született. módszerekkel folytatott vizsgálatai. A Harvard-egyetemen folytatta taígy váltak SUMNERmunkája nyo.nulmányait. Doktorátusa óta több mán az enzimek kristályos alakban munkájában foglalkozott a karbaa biokémiai és fizikai-kémiai kuta.midnakl a szervezetben való képzőtás számára hozzáférhetőkké. Az, désével, majd az ureum bontó enzimhogy az enzim-kémia mai színtjén jével, az ureázzal, amelyet elsőként áll, ilyenformán SUMNERkezdemésikerült kristályosan előállítani a nyezésének és alapvető munkájának 1926-ban. Ezzel nagy Iépéssel sikeköszönhető. . rült előbbr vinnie az enzim-kémlát STANLEYW. M. legfiatalabb a há.s hozzájárulnia az. azt körülvevő köd rom kutató közül: 1904-ben szüleeltávolításához. tett. Nevét mégis nemcsak a szűkebb Ez a n vezetes felfedezése a kardsz·aik:körök ismerik, hanem a nagybab (Canavalia ensiformis) alkatréközönség. is 1935 .óta, amikor közzészeinek, különösen fehérjéinek résztette nagy feltűnést keltő felfedezéletes tanulmányozása közben úgysét: a dohány mozaikbetegségét okozó szólván véletlenül született meg. Az vírusnak kristályos alakban való elureáznak e nővényből való elkülöníkülönítését. STANLEYezzel megnyitését erendkívül egyszerű módszerrel totta az utat a virusok intenzívebb ·érte el a következő módon: 100 g tanulmányozása számára, s ez az kardbab-liszt t 500 cm" 32%-os aceutolsó 10 évben valósággal \forradal-

.

ö3

KÖZLEMÉNYEK

62

KÖZLEMÉNYEK

bözőbb enzimek működési mechanizmasitotta a biokémiának ezt a terümusával, de leülönösen a fehérjeletét. bontó enzimekkel. 1930-ban sikerült STANLEYnem volt az első azok pepszint szép hexagonális kristáközött, 'akik a virusok~t inkább mint kémiai anyagot, vegyületet fog- lyok alwkjában ízolálnia s részletes vizsgálatával bebizonyítania fehérjeták fel, semmint élő szervezetet. Előtte már mások is - így VINSONés PETRE voltát. 1932-ben KUNITZ]\IL-el együtt már másik leg:l'ontosa'Qbtehérjebontó _ nyilvánított ak hasonló nézeteket, enzimnek: a trypszinnék elkülönítéde mindenesetre STANLEyneksikerült először kristályos virus-fehérjét izo- sét és kristályosítását is megoldotta, sőt később még néhány hasnyálIálnia s a kutatók kezébe adnia mint mirigy-enzimét is. élő valóságot, amelynek létet már Igen érdekesek azok a vizsgálatai, nem pusztán hatásaiból kell többé amelyekben ezen enzimek néhány kikövetkeztetni. A felf~dezést ugyan inaktiv proenzimjét izolálta és becsakhamar a világ minden tájáról bizonyította, hogy a trypszin és a megerősítették a kutatók, megrs eleinte kétkedéssel fogadták azt a pepszin ezekből az inaktív anyagokból képesek sajátmagukat felépíteni. felfogást, hogy a krístályos fehérje egyben maga a virus. A biológus a Ez az autokata,Jiti!kus szintézis összehasonlítaató a virusok szaporodásávirust inkább valami picinyke orgaval, ámbár nem annyira specifikus, nizmusként képzelte el, s nem szímint az, úgyhogy pl. más állatfaj vesen fogadott eme elképzelés hepepszinje szintén katalizálja a reaklyébe egyszerű kristályos fehérjét, ciót. Érdekes ezzel kapcsoLatban amely megfelelő körülmények között önmagát valósággal leképezve sza- megemlíteni, hogy legújabban a dohány-mozaikvirusnak is megtalálták porodni képes. A kémikus sem éppen rajongott a szaporodó molekula esz- inaktív állítólagos előfutárját. NORTHROP teljesítményei közül emméjéért. STANLEYazonban bebizonyította, lítésre méltó még számos enzimhogy ez a virus-protein olyan növékinetikai és különböző fehérjéken nyekből is nyerhető, amelyek botavégzett fiziko-kémiai tanulmánya. nikailag igen messze állnak a doSzarvas PáL. hány tól, de csak: akkor, ha ezeket a növényeket a dohány mozaikbetegA kőzetfajták száma és elneveség-virusáv,al beoltották. Azt is sikeI ' zése. Az ősi népies kőzetneve k. szarült kimutatnia, hogy a dohány moma minden nyelvben meglehetősen zaikbetegség-virusához sok tekintetpen hasonló .egyéb fehérjék is hasonló • kevés. Ilyen pl. mészkő, homokkő, módon izolálhatók. Ma már egy nö- agyag stb. Ezekhez sorolhatók a bányászok és követ megmunkáló szakvényi viruskutató sem kótelkedik munkásoktól használt nevek, mínt benne, hogya virus és a kristályos gabbró, ponfir, márvány. Ezeket a fehérje azonos. Azóta már több víneveket a tudományos irodalomban rust sikerült kristályosan elkülönÍteni és mindegyikről kiderült, hogy ils használják, de szabatosabb értelemben .. A tudományos kutatás nem lényegé9en nem más, mint fehérjeérhette be a népnyelvből vett kevésfajta: ú. n. nuklec-proteín. NOHTAROPJ. H., a Journ. gen. .számú kőzetnévvel, minthogy finoPhysiology szerkesztője, aki STANLEY- mabb. vizsgálati módszerekkel egyre több kőzetet sikerült megkülönbözvel osztozott a fél-díj on, ugyancsak tetni és a leírások szabatossága megaz' enzimek kémiai természetét kutatta. Sokat foglalkozott a legkülön- ,kívá~ta új nevek képzését. Ezeket a á

neveket többnyire az előfordulási hely. nevébő • alkotják, pl. tonalit, alnöit, andezit, dacit, essexit. nevadit. Néha személynevekből képezik, pl. nelsonit. Az állat- és növénytanban használt faj nevek a LINNEtőlbevezetett kettős nevezéstan alapján ma már százezres nagyságrendű számokra nőttek. A kőz,etelnevezések' nem binér nomenklatura alapján készülnek, számuk jóval kisebb, A kőzetfajok a növény- és állattanban használt magasabb rendszertani egységeknek, leginkább agenusoknak és famili áknak felelnek meg. A kőzetek közül az üledékes kőzetek neveinek és fajainak száma . aránylag csekély, MILNER.mindössze 40 nevet használ kézikönyvében. Az eruptív kőzetek neveinek és fajainak száma a. legnagyobb és állandóan nő, mivel mikroszkópi vízsgálattal ezekben a természetes szilíkát-olvadékokban a jellemző ásványasszociációk könnyen felismerhetők. 'TRÖGER 1935-ben. kompendiumában mintegy 1000 kőzetfajt ír le és szerinte 1600 névvel az eruptív kőzetek megnevezhetők. 1938-ban kompendiuma 1. pótlékában újabb 140 eruptív kőzetfajt írt le. JOHANNSEN 1938ban kézikönyvében mintegy 1350 eruptív kőzet nevét említi, 1939-ben 781 eruptív kőzetfaj pontos defíniciój átadj a' meg. A metamorf kőzetek Jajainak és neveinek számáról nem lehet egyelőre. tiszta képet alkotni, mivel ennek a kőzetcsoportnak a vizsgálata éppen napjainkban halad rohamlépésben előre. Ma még az elnevezés szabályai és az egyes fajok elhatárolása sincs tisztázva. NIGGLl1924-oen mintegy 420 metamorf kőzetfajt definiál. Azóta úgyszólván egyetlen új dolgozat sem jelent meg, mely ne közöln é új metamorf kőzet nevét. Természetesen ezek nagy, része szí,noni~n
Jégvirágok

I

a szoba ablakán.

Az ablakon keletkező jégvirág vagy, a dérrel, vagy a zuzmarával rokon jelenség, a szerint, hogy a szoba Ievegőjéből tisztán pára, vagy vízcseppek rakódnak le az ablakon. Az előbbi fínomabb, az utóbbi durvább jégképzödésre ad lehetőséget. AbI a k d é r r l akkor beszélünk, ha a külső levegő által lehűtött üvegen a szoba levegőjének párája kikristályoscdik. Az üveget érdekes, sőt kísérteties rajzok lepik el, melyek az utcai lámpa fényében ide-oda imbolyognak. SEI.IGMAN megfigyelte. hogy reggel, felkelés előtt a hálószoba ablaka rendesen még tiszta. Az ágyban fekvő ember lélekzetéből származó pára már a levegőben kikristályoscdík és nem éri el az ablakot. Amint azonban felkelünk, gyenge köd lepi be az üveget. Míkroszkópon nézve, a köd apró jégszemesélere bomlik. A következő lépés a gyors átkristályosodási folyamat. HUMPIlR<EYS említi először, hogy a kristályoscdás valami kis üveghiba vagy karcolás mentén indul meg. Innen gyorsan terjednek szét ágas-bogas vagy csillagalakú képződmények. A kisebh kristályok elpárolognak és anyagukkal hozzájárulnak a nagyobbak nö-' veléséhez. A, finomrajzú jégkristályok növekedését mikroszkóp alatt is meg lehet figyelni. Célszerűaránylag gyenge nagyítású, de nagy látószögű. optikát választanunk. A Iátómezőbe helyezett' hideg üveglapra rálehelünk és máris feltűnnek a tűalakú kristályok. Az egész kristályképződés a szemünk előtt játszódik le. A nagyobb kristályok fokozatosan elszigetelődnek. A köröttük látható sötét térből minden, anyag eltűnt, eifogyott: megette a nagy kristály növekedése közben. Az egy rendszerhez tartozó ágak gyakran alkotnak 60 és 90 fokos szögeket. Ablakdérre példát mutattunk be a Természettudományi Közlöny 1942 januári számában. ő

64

KÖZLEMÉNYEE

1. TABLA.

figyeltem meg. hasonló képződméA jégvirágok másik típusa a z ti zmar a jel ens é g gel rokon. Ha a nyeket. A patak egy h~lyen kiszéleszoba levegőjében a bőséges párán sedett, a limány lassúbb vize megkívül lebegő vízcseppek ts vannak fagyott és felszínen. lapos dérkristá(pl. a mosókonyha "gŐzölög", amint lyok keletkeztek. A természet játékos kedvében' sok ilyen kedves láthétköznapi nyelven' hibásan moridják), akkor a hideg ablakon -sokkal -vánnyal lepi meg a nyitott 'szemmel járó megfigyelőt. több jég ratkódik le, és vaskos alakKunfalvi Rezső. zatok állnak elő. A tűnemény egyáltalában nem olyan fínomrajzú, szagtalanításaházilag. Sajrnínt az ablakdér. A köznyelvben '~laj tolás előtt az olajtartalmú magokat. inkább ezek ismeretesek jégvirág előbb fel szokták melegíteni, .mert néven. Az pdafagyott vízcseppek a így a magokban lévő olaj hígabban méreteket erősen növelik. Ezek a folyó lesz, a sejtekbőr jobban kipréjéglerakodások hidegben sokáig megselhető és kevesebb szilárd alkotómaradnak és nem egyszer szemre rész kerül az olajba. Á régebbi módú igen szépek. (1. tábla.) Gyakori a közvetlen előmelegítés vagy pörköpáfrány- és pálmalevél-alak, sokágú lés korunkban csak egyes vidékek kis csillag, ágas-bogas fa, vrrag és olajsajtoló üzemeiben szokásos, Heagancs gyönyörködteti a szernlélőt. lyes keresztülvitelekor a magok nem Felcsigázott képzelettel egész tájat égnek oda, és az olajnyeredék igen v1agy jelenetet vélnénk látni. Élelmimagas. Rendesen azonban ma már szerüzletek, mosókonyhák, más neda magokat közvetve melegítik elő ves levegőjű helyiségek ablakán téli forró víz vagy gőz segitségével. időben óriási méretű lerakodások állA szagos' olajat a pörkölés kelnak elő. A jégréteg vastagságát az is lemetlen szagú termékeitől csak gyári növeli, hogya magasabban álló réúton (desodorizáló készülékekben) szek megolvadnak, a víz. lecsepeg és lehet megszabadítani magas hőmérlenn újból megfagy. sékleten és nagyfokú légritkítás A jégvirágokkali rokon még a tamellett, különben az- olaj meghornvak és befagyott patakok jegéri képlik. Egyszerű forralás nem elégséződő dér is. Gyönyörű kr istályok, ges. Minthogy azonban a nyers burapró csokrokban ellepik á jég repegonya sütés közben igen' jól abszordéseinek vonalát. Itt ugyanis a pára beálja a zsírokban és olajokban lévő fel túd szivárogni, és' a hideg fel. kellemetlen szagú i1ló anyagokat, színre érve szilárd alakban kiválik. meg lehet próbálni az olaj szagtalaA f.ehé;szirmú jégvirágok igen szénítását házilag olyformán, hogy pek. Világszerte ismertek az eng,adi~másirányú felhasználás előtt burvölgyi STElNEU ALIlEUT gyönyörü gonyaszeletek sütésére használjuk. felvételei a st. moritzi tó jegéről. Magam a hargittai Vargyas-patakon Kieselbac/;t Gyula.

.

I

,) -Iógvirágok

Kiadásért 47.568.

Egyetemi

ablakon.

(KUN.Ji·AI.VI

1,,j·:ZS() felvétele.) 3

felelős ~ Rapaics Raymund.

.Nyom/da , Budapest,

Múzeum-körút

6. (F.: Tirai

Richárd.) (

/

I