A láncreakciótól a hidrogénbombáig (II.)

  • |
  • 2015. Sze. 23. 13:39
  • |
  • 0
  • |
  • 0

Barangolások a magyar tudomány múltjában – 5. rész

Folytatás. A cikk első fele itt olvasható.

Roosevelt először nem is fogta fel a lényeget, de másnap, amikor ismét találkozott Sachs-szal, már jobban koncentrált és a beszélgetés eredményét egy tömör mondatban így summázta: „Alex, maga azt szeretné, hogy a nácik ne tudjanak minket felrobbanta

Ezt követően behívatta titkárát, Edwin Watson tábornokot és ezt mondta neki: „Pa (ez a titkár beceneve volt), ez itt intézkedést követel!” Az ügyek intézése ennek ellenére csak igen nehézkesen haladt. Különböző bizottságok alakultak, egyre több embert vontak be a később Manhattan Project-ként elhíresült programba, és persze minden alkalommal újból az alapoktól kellett elmagyarázni a lényeget még a fizikában járatos mérnököknek és katonáknak is.

Ezen persze nincs mit csodálkozni, maga Niels Bohr (1885–1962), a Nobel-díjas dán atomtudós és kezdetben Enrico Fermi (1901–1954) olasz fizikus is kételkedett abban, hogy az atombomba megszerkeszthető.

Roosevelt levele Einstennek
Roosevelt levele Einstennek

De Szilárd Leó, és persze Wigner Jenő és Teller Ede váltig erősködtek, hogy a neutronok által beindított láncreakció végső soron felrobbantja az uránt. Igaz, az is hamar világossá vált, hogy az urán két izotópja közül a 235-ös tömegszámú az, amely erre alkalmas, csak ebből alig 0,7 %-nyi található a természetes uránban.

A két izotóp szétválasztása komoly feladatnak bizonyult, de legalább akkora fejtörést okozott az is, hogy pontosan kiszámítsák, milyen annak a hatáskeresztmetszete, hogy a neutronok becsapódását követően egynél több neutron repüljön ki az uránmagokból. A kritikus tömeg gondolata is Szilárdtól ered, ennek pontos meghatározása mintegy másfél évet vett igénybe.

Curie is fontos eredményekre jutott

A zavaró tényezőket is ki kellett iktatni, és ezt Szilárd szerint a majdnem tökéletesen tiszta grafittal lehet megvalósítani. A másik anyag, amely számításba jött a nehézvíz volt, amely a hidrogén nehezebb izotópjának, a deutériumnak az oxigénnel alkotott vegyülete.

A maghasadás és a fenntartható láncreakció problémája természetesen nemcsak az USA-ban dolgozó fizikusokat foglalkoztatta. Párizsban Fréderic Joliot-Curie is fontos eredményekre jutott, és a Nagy-Britanniában kísérletező kutatók is lépéselőnyben voltak az amerikaiakkal szemben. Németországban néhány évig „ígéretesen” folytak a kísérletek, de amikor a norvégiai nehézvízüzemet 1943 februárjában Angliában kiképzett norvég kommandósok felrobbantották, a német atombomba-program leállt.

A Manhattan Project

Talán nem közismert, de Japánban is folytak már az 1930-as évek második felétől nukleáris kutatások és természetesen a Szovjetunióban is akadt néhány kiváló fizikus, aki ezen a területen dolgozott. Amerikában közel másfél évig tartott, mire a Manhattan Project teljes gőzzel beindult. Párhuzamosan három irányban folyt a kutatás. Chicagóban Fermi és Wigner irányításával 1942 decemberére elkészült a világ első atomreaktora („atommáglyája”), amelyben szabályozott módon keletkeztek a folyamatos maghasadást és hasznosítható energiát biztosító neutronok.

A chicagói atommáglya
A chicagói atommáglya

A másik irány maga a bomba megszerkesztését célozta meg. A kutatásokat és az uránbomba előkészületeit a mexikói határ közelében, Új-Mexikó államban Los Alamosban végezték. Robert Oppenheimer amerikai fizikus a tudományos kérdésekért felelt, a Manhattan Project katonai vezetője Leslie Groves tábornok volt.

1943 második felétől Neumann János (1903–1957) emigráns magyar matematikus is bekapcsolódott az itt folyó elméleti kutatásba, és nagyrészt az ő érdeme, hogy sikerült egy olyan bombaformát megtervezni, amely jelentős anyagmegtakarítást és hatásfoknövelést eredményezett. (Egyébként ezek a kutatások ösztönözték őt arra, hogy tökéletesítse, sőt új alapokra helyezze a modern számítógépeket.

Ezzel kapcsolatban Teller később a következőket írta: „Kétségkívül Neumann-nak az volt a legjelentősebb hozzájárulása a Los Alamos-i tervhez, hogy bemutatta az elméleti szakembereknek, hogyan lehet a jelenségeket matematikailag modellezni és az eredményül kapott egyenleteket numerikusan megoldani. A laboratóriumi probléma kezelésére egy lyukkártyás berendezésekkel fölszerelt laboratóriumot létesítettek, amely később a világ egyik legfejlettebb és legnagyobb számítóközpontjává nőtt.”).

Neumann János
Neumann János

A harmadik fő kutatási terület a 238-as uránból előállítható és a 235-ös uránhoz hasonlóan könnyen hasadó, 94-es rendszámú mesterséges transzurán elem, a plutónium előállítása volt. Ez a kanadai határnál, a Csendes-óceán partján elterülő Washington államban található Hanfordban folyt. Ennek három, vízhűtéses atomreaktorát Wigner Jenő tervezte. (Azóta is ez a hűtési rendszer a legbiztonságosabb.)

Eközben – mintegy mellékesen – megkezdődtek a fúziós bomba létrehozását célzó kísérletek is. Ebben az egyik főszerepet Teller Ede játszotta, akit igyekeztek háttérbe szorítani a fissziós (a maghasadás elvén működő) bombával kapcsolatos kutatásokban. Ebben talán az is szerepet játszott, hogy Teller nem volt kapható a fárasztó és hosszadalmas számítások elvégzésére, viszont különböző elképzelésekkel és izgalmas kérdésekkel „zavarta” a többieket.

Az első hidrogénbomba

A magfúzión alapuló bombában hidrogénatomokat (pontosabban: deutérium- és trícium magokat) kell úgy „összeolvasztani”, hogy héliummá egyesüljenek, miközben hatalmas energia szabadul fel. Lényegében a csillagokban lejátszódó energiatermelési folyamat utánzásáról van szó földi körülmények között.

Teller volt az első, aki felismerte, hogy a magfúzió elindításához szükséges több millió Kelvin fok hőmérsékletet egy kis hasadó bomba felrobbantásával lehet elérni. Mindez nemcsak elméleti, hanem számos gyakorlati kérdést vet fel, így érthető, hogy az első hidrogénbombát csak évekkel később, 1952-ben robbantották fel.

Wigner Jenő
Wigner Jenő

Ez egy olyan szerkezet volt, amelyben igazából a maghasadás dominált és a hidrogénatomok fúziója inkább csak kísérőjelenség volt. A valóban „bevethető” fúziós (termonukleáris) bombában a hidrogénizotópoknak nagy sűrűségben kellene jelen lenniük, viszont hadi körülmények között cseppfolyós deutériumot szinte lehetetlen szállítani. Erre találta ki Teller a lítium-deuteridet, amely szilárd anyag és a fissziós gyutacs robbanásakor a lítium tríciummá alakul át és bekövetkezik a fúzió.

Még egy fontos dolog kellett a hidrogénbombához: egy olyan ellipszoid alakú tükör (Teller–Ulam tükör), amelynek egyik fókuszában van a hasadó bomba, a másikban pedig a fúzióban résztvevő elemek. A tükör a maghasadás során keletkező röntgensugárzást úgy koncentrálja, hogy a keletkező hőmérséklet beindítja a hidrogénizotópok egyesülését héliummá. Ezt a bombát két évvel később „próbálták ki”.

Ellenezték a szörnyű fegyver bevetését

Mint ismeretes, 1945. augusztus 6-án és 9-én az amerikaiak atombombát dobtak Hirosimára és Nagaszakira. A Little Boynak „becézett” robbanó szerkezetben 235-ös uránizotóp, a Fat Man-re keresztelt nagaszaki bombában mesterségesen előállított plutónium volt. Azok közül, akik annak idején kezdeményezték az atombomba megalkotását, illetve részt vettek benne sokan petícióban követelték Truman elnöktől, hogy ne vesse be ezt a szörnyű fegyvert. Köztük volt Einstein, Szilárd Leó és Wigner Jenő is. Teller Ede reakciója meglehetősen ellentmondásos volt ebben a kérdésben.

Atomic_bombing_of_Japan
Hirosima ös Nagaszaki. Kép: wikipedia.org

Egyébként azt az amerikai elképzelést, hogy elrettentik a világot az atombombával és az USA legyőzhetetlen világhatalommá válik igen gyorsan megcáfolták a szovjet nukleáris robbantások. Az oroszok egyrészt beépített ügynökeik révén, másrészt saját kutatásaik alapján felismerték az atombomba működési elvét, ami pedig a hidrogénbombát illeti, Tellerrel szinte egyidőben Andrej Szaharov (1921–1989) orosz atomfizikus is rájött a megoldásra.

Ma már számos európai (Nagy-Britannia, Franciaország) és ázsiai (Kína, India, Pakisztán, Észak-Korea, Izrael) ország rendelkezik atomfegyverrel. 1990-ig a Dél-Afrikai Köztársaságnak is volt bombája, de azt szétszerelték.

Lacza Tihamér

Nyitókép: angelfire.com

A sorozat korábbi cikkei:

1. A magyar régészet megalapozója (200 éve született Rómer Flóris Ferenc) 

2. A magyar egészségügy szürke eminenciása (200 éve született Markusovszky Lajos)

3. A madarak és a síelés szerelmese (150 éve született Chernel István)

4. Egy mérnök főpap: Barangolások a magyar tudomány múltjában – 4. rész

Ne maradj le semmilyen újdonságról – kövess minket FacebookonTwitteren, és Tumblren is! Ha pedig kíváncsi vagy a szerkesztőségi kulisszatitkokra, látogasd meg Instagram oldalunkat.

Megosztás:

Tetszett önnek ez a cikk?

Kattintson az alábbi gombra vagy a kommentek között bővebben is kifejtheti véleményét.

Ön lehet az első aki a tetszik gombra kattint!

Kommentek

Kövessen minket