Szilárd Leó, és az elsı atommáglyához vezetı út

Szilárd Leó, és az elsı atommáglyához vezetı út

Tartalom 1. Szilárd Leó életének fıbb állomásai 2. A nukleáris kutatások hıskora és az elsı atommáglyához vezetı út 3. A láncreakció és néhány sajátossága 4. A chicagói atommáglya 5. Szilárd Leó Tízparancsolata

Szilárd Leó Született: Budapest 1898. 1898. február 11. Meghalt: La Jolla (Kalifornia) 1964. 1964. május 30.

Dr. Sükösd Csaba BME Nukleáris Technika Tanszék 2012. február 16.

Szilárd Leó és az elsı atommáglya megalkotásához vezetı út

1

2012. február 16.

1898. február 11.11.-én Budapesten született


2

NÉMETORSZÁGI ÉVEK

Gyermekéveit a Városligeti fasor 33. sz. alatti házban töltötte

1920. Berlinben tanul Einstein, Planck, von Laue elıadásait hallgatja 1922. Doktori fokozatot szerez (disszertáció: Fenomenologikus termodinamika) 19241924-27 Asszisztens a Berlini Egyetem Elméleti Szilárd 1926-ban Fizika Intézetében 1927. A Berlini Egyetem docense lesz (Privatdozent (Privatdozent))

SZABADALMAK és TUDOMÁNYOS FELFEDEZÉSEK 19271927-34 Einsteinnel közös szabadalmuk az EinsteinEinstein-Szilárd pumpa 1928. Lineáris gyorsító (németországi szabadalom) 1929. Szabadalom a ciklotronra (németországi szabadalom) Cikk: "On the Decrease of Entropy in a Thermodynamic System by the Intervention of Intelligent Beings," Beings," Egységnyi információ entrópiája = k·ln2. A „bit” fogalma 1931. Szabadalom az elektronelektron-mikroszkópra Elkészül az elsı mőködı EinsteinEinstein-Szilárd hőtıgép (AEG) 1933. március 31. Az utolsó vonattal Londonba utazik.

1916 A budapesti Reáliskolában érettségizett Beiratkozott vegyészmérnöknek a BMEBME-re 1917 Behívták katonának, a frontra küldték 1918 Betegség miatt leszerelték 1919 Folytatta tanulmányait a BMEBME-n Lelkesedett a Tanácsköztársaságért Annak bukása után megverték, elhagyta Magyarországot 2012. február 16.


3

2012. február 16.


4

1

LONDONI ÉVEK

A VILÁGHÁBORÚS ÉVEK (USA)

1933. szept. 12: Times: Rutherford elıadása. A láncreakció ötlete 1934. március 12. Elsı szabadalmi kérvénye a neutronos láncreakcióra Rutherford nem engedi a Cavendish laboratóriumba. St. Bartholomew’s Hospitalban kezd kísérletezni. Keresi a megfelelı elemet.London, Southhampton Row Felfedezi a SzilárdSzilárd-Chalmers reakciót 1936. A láncreakció szabadalmát a British Admiralitáshoz adja be titkosítást kérve. Nem sikerül meggyıznie E. Fermit és N. BohrBohr-t, hogy a láncreakció megvalósítható. Pedig ha igen, akkor a kutatásokat ellenırizni kellene! 1937. James TuckTuck-al betatront tervez (elektrongyorsító) 1938. „Egy „Egy évvel távozásom után Hitler háborút indít” indít” – mondta, és áttelepült az USAUSA-ba 19381938-ban… 2012. február 16.


5

A VILÁGHÁBORÚS ÉVEK (USA) (folyt.)

Szilárd, Compton, Compton, Fermi, Wigner

1943. ReaktorReaktor-tanácsadó Grafit sugárkárosodásának megjósolása (késıbbi „wigneritisz ”, 1957 Windscale baleset) „wigneritisz”, 1944. Javasolja a „breeder ” elnevezést olyan reaktorra, amely „breeder” több hasadóanyagot termel, mint amennyit elhasznál 1945. Többször is megpróbálja a bomba bevetését megakadályozni Groves tábornok még kémügyet is próbál ellene indítani Szilárd Leó és az elsı atommáglya megalkotásához vezetı út

1939. aug. 2. Wigner Jenıvel (és Teller Edével) rábírják Einsteint a híres levél megírására F. D. Roosevelt elnöknek

2012. február 16.


6

A HIDEGHÁBORÚS ÉVEK (USA)

1940. E. Fermivel bebizonyítják, hogy U-grafit rendszerben fenntartható a láncreakció 1942. dec. 2. Chicago, elsı önfenntartó láncreakció „Metallurgical Laboratory” Laboratory”

2012. február 16.

1939. A hasadás felfedezése után azonnal átlátja, hogy uránnal mehet a láncreakció láncreakció Megtalálja a neutronokat (W. ZinnZinn-el közösen) Megkísérli titkosítani az összes nyugati ilyen irányú kutatási eredményt HIÁBA! HIÁBA! Elindul a verseny az atombombáért. E. Fermivel uránurán-víz rendszert vizsgálnak. Szilárd uránurán-grafit rendszert javasol A heterogén atomreaktor ötlete is Szilárdtól származik.

7

19461946-tól Két irányú tevékenység: - „Az emberiség lelkiismerete” lelkiismerete” Pugwash mozgalom aktivistája levelek Sztálinnak, találkozás Hruscsovval, Kennedyvel „forró drót”. drót”. Atoms for Peace Award (1960) 1950. Nyilvánosan ellenzi a HH-bomba fejlesztését - Biofizika Prof. of Biophysics Univ. Univ. of Chicago, majd saját labor a Chicagoi Egyetemen, végül Salk Institute La Jolla, Jolla, California (1963) 19591959-ben hólyagrákot diagnosztizálnak nála Megtervezi saját sugárkezelését, sugárkezelését, teljesen kigyógyul. Cikkek: „Az idısödés biológiája”, „A memória molekuláris alapjai” 1964. május 30. Álmában meghal, szívroham következtében. A boncolás kimutatja, hogy a hólyagrákja teljesen gyógyult. gyógyult. 2012. február 16.


8

2

Út a chicagói atommáglyáig

1896: Henri Becquerel: Radioaktivitás felfedezése

A 19. század végére felépült a „tudomány kastélya” Kémia (alkímia):

elemek állandósága atomatom- molekula hipotézis, AvogadroAvogadro-szám

Az urán külsı forrás nélkül folyamatosan energiát ad le (kb milliószor akkorát, mint a szén égése!) Energia - megmaradás? megmaradás?

C+O2 =CO2 Energia ~10 ~10-18 J Fizika: hıtan, (ipari forradalom), Energia megmaradása

Az urán bomlásakor hélium, tórium és más elemek is keletkeznek Elemek állandósága? állandósága?

Egyszerre két erıs bástyát rombolt le!

2012. február 16.


9

Ernest Rutherford 1911: Atommag felfedezése

1919: Mesterséges magreakció

2012. február 16.


10

1932: Neutron felfedezése (James Chadwick) Chadwick) 80 éve! Neutronok: Neutronok: elektromosan semlegesek Nincs elektrosztatikus taszítás, de van vonzó magerı könnyen behatol az atommagba, magátalakulást okoz. 1933: Lassú neutronok hatékonyabbak (Enrico (Enrico Fermi) Fermi) 1933: Szilárd Leó A láncreakció ötlete: X + n → Y + 2n + energia Több évig kereste, hogy milyen anyag lehet az X 1939: Maghasadás (Otto (Otto Hahn, Friedrich Strassmann) Strassmann)

Nagyon ritka, mert a pozitív töltéső atommagok taszítják egymást 2012. február 16.


11

235

U + n → Y1 + Y2 + 2,4 ⋅ n + energia

238

U + n→

239

β − bomlás

U   →

239

β − bomlás

Np   →

0,71% Unat 239

Pu

99,29% Unat

Az 238U jelenléte miatt természetes uránban csak lassú neutronokkal valósítható meg a láncreakció! 2012. február 16.


12

3

Láncreakció neutronokkal

A láncreakció idıbeli lefolyása Két neutronneutron-generáció között eltelt idı: ∆t = l (generációs idı)

„NeutronNeutron-háztartás” háztartás” Mi történhet egy neutronnal? • Kiszökik a reaktorból • Elnyelıdik • Maghasadást okoz Neutron „generációk”

Viszonylag egyszerő számolással:

N1, N2, N3, …Ni, Ni+1, … Ni az i-edik generációban maghasadást okozó neutronok száma Neutron sokszorozási tényezı: k eff =

N i +1 Ni

(definíció)

keff < 1, a láncreakció csökkenı („szubkritikus ”) („szubkritikus”) Ha

keff = 1, a láncreakció stacionárius („kritikus ”) („kritikus”) keff > 1, a láncreakció növekvı („szuperkritikus ”) („szuperkritikus”)

2012. február 16.


13

Láncreakció megvalósításának lehetıségei (a felületen történik) (pl. 238U csak elnyel, nem hasad)

keff =

N i +1 Ni

Növelni kell az „újabb hasítás” részarányát. Ennek több módja van Neutronok lelassítása (hasadás valószínősége nı)

Kiszökés arányának csökkentése

Elnyelıdés arányának csökkentése

2012. február 16.

235U/238U

arányának növelése (dúsítás (dúsítás))


Nagy méret (felület/térfogat) arány csökken Kritikus tömeg 15

N (t ) = N 0 ⋅ e

 k eff −1    t  l 

A változás gyorsaságát a kitevıben lévı kifejezés adja meg Prompt (azonnali) neutronoknál a generációs idı l ~ 10 −4 s Nem szabályozható! pl. ha keff = 1,001, akkor 1 s alatt ~24000~24000-szeresre nı a teljesítmény Késı neutronok: töredékmagok β-bomlása után lépnek ki. Megnövelik a generációs idıt. Kevés van belılük! ~0,64% Reaktor indítható, ha 1 < keff < 1,006 2012. február 16.


14

NeutronNeutron-lassításra olyan anyag jó, amelynek • tömegszáma kicsi (egy ütközésben sok energiát tud átvenni), • jól szórja a neutronokat (a neutronok szívesen ütköznek vele) • nem nyeli el a neutronokat Az ilyen anyag neve: moderátor. Legjobb moderátor a nehézvíz és a tiszta grafit (szén) (A könnyővízben könnyővízben a hidrogén el is nyeli a neutronokat, nemcsak lassítja) Az önfenntartó láncreakció megvalósíthatósága Üzemanyag (dúsítás)

Neutronlassító (moderátor)

Természetes urán (0,71% 235U)

Nehézvíz, tiszta grafit

3-5%-ra dúsított urán

Könnyővíz

>40%-ra dúsított urán (>90%)

Nem kell moderátor (atomfegyver)

Fontos megjegyezni: a moderátor SEGÍTI a láncreakciót! 2012. február 16.


16

4

1942. dec. 2. Elsı atommáglya (Chicago) (Enrico Fermi, Szilárd Leó, Wigner Jenı, …)

Hogyan lehet megközelíteni a kritikus állapotot? (Csak „kicsivel” szabad túllépni, nehogy promptprompt-kritikus legyen!) Kiindulás: k eff =

Üzemanyag: természetes urán (fém gömbök) Moderátor: tiszta grafit Szabályozó elemek: kadmium lemezek Hőtıközeg: nincs (max (max.. teljesítmény 2 W)

Ebbıl:

N i +1 Ni

N i +1 = keff ⋅ N i

Tegyünk be egy neutronforrást is, is, amelynek intenzitása olyan, hogy S neutront bocsát ki egy generációs idı alatt! Ekkor:

N i +1 = S + keff ⋅ N i forrásból

Amíg azaz

2012. február 16.

Amíg


17

keff < 1

elızı generációból

keff < 1 elıbbelıbb-utóbb egyensúly áll be, be, azaz N i +1 = N i = N egy N egy = S + keff ⋅ N egy amibıl S N egy = 1 − k eff Ezzel keff mérhetıvé válik!!

2012. február 16.


18

1942. dec. 2. (Decemberben lesz 70 éve!) „Az olasz kormányos szerencsésen megérkezett az Új Világba. A bennszülöttek barátságosak”

egyensúly áll be:

N egy =

akkor, ha csak n-sokszorozás van!

S 1 − keff

(Rejtjelezett távirat a Fehér Házba)

Amikor túlléptünk a kritikus állapoton, exponenciális növekedés indul be: „exponenciális kísérlet” kísérlet”

2012. február 16.


19

2012. február 16.


20

5

Szilárd Leó Tízparancsolata

Szilárd Leó Tízparancsolata (folyt.)

1. Ismerd fel a dolgok összefüggéseit és az emberek cselekedeteinek törvényeit, hogy mindig tudd, mit is csinálsz csinálsz

2. Tetteidet egy méltó cél vezérelje, de ne azt kérdezd szüntelen, hogy elérhetıelérhetı-e ez a cél. Céljaid modellek és mintaképek legyenek, ne pedig cselekedeteid mentségei. 3. Úgy szólj az emberekhez, mintha önmagadhoz szólnál. Ne szavaid várható hatásával törıdj. Embertársaidat ne zárd ki a saját világodból. Mert ha elszigetelıdsz, elsiklik szemed elıl az élet igazi értelme és elveszíted a teremtés tökéletességébe tökéletességébe vetett hitedet.

4. Ne rombold le, amit magad nem tudnál megalkotni. 5. Ne fordulj törvényszékhez, hacsak nem vagy nagyon éhes.

8. Tiszteld a gyermekeket. Tisztelettel figyeld szavaikat és végtelen szeretettel szólj hozzájuk.

9. Hat esztendın át munkálkodjál. A hetedik esztendıben vonulj el magányba vagy idegenek közé, hogy barátaid véleménye ne tartson vissza attól, hogy az légy, amivé váltál. váltál.

10. Gyengéd kézzel vezesd magad az életen át, és bármikor légy készen eltávozni belıle, amikor a hívó szó elhangzik.

Köszönöm a megtisztelı figyelmet!

(Szójáték: Gericht = törvényszék, étel)

6. Ne kívánd, amit úgysem tudsz megkapni. 7. Ne hazudj, ha nem föltétlenül szükséges. 2012. február 16.


21

2012. február 16.


22

6

Szilárd Leó, és az elsı atommáglyához vezetı út

Recommend Documents