Az atomenergia magyar találmány? |
||||
A fenti hangzatos cím Alvin
F. Weinbergtől, az atomenergetika nemrég elhunyt kiemelkedő alakjától származik,
akinek magyar fordításban két ilyen című cikke jelent meg a Fizikai Szemlében
[1-2]. A cím megválasztását azonban tények támasztják alá: a nukleáris
energia felszabadításában elévülhetetlen érdemei vannak Szilárd Leónak,
Wigner Jenőnek és Teller Edének. Egyesek közéjük számítják még a zseniális
matematikus Neumann Jánost is - de ez csak erősíti a szabályt, hiszen ő
is magyar volt! A "marslakókról" könyvtárnyi irodalom található [3].
Manapság a politikai vezetők hajlamosak a tudományos kutatási tevékenységet osztályozva alap- és alkalmazott (anyagi hasznot hozó) kutatásról beszélni. Ez a szétválasztás alapvetően önkényes, hiszen egyik sem létezhet a másik nélkül. Nem nehéz konkrét példákkal alátámasztani, hogy az új tudományos felismerések teremtik meg az alapját a korszakalkotó találmányoknak, másrészt az új eredmények csak kreatív mérnöki munka révén válhatnak az emberek és a társadalom közkincsévé. Dramatis personae
Szilárd Leó Családi tanácsra valamennyien mérnöki tanulmányokat kezdtek, mivel az akkoriban biztos megélhetést nyújtott. Ennek ellenére mindhárman érdeklődtek a fizika és a matematika iránt. A budapesti Műegyetemen kezdték el a tanulmányokat, Teller fél év után a karlsruhei Műegyetem hallgatója lett. Egyetemi éveik egybeestek a kvantummechanika megszületésével, és nagy érdeklődéssel fordultak a kialakulóban levő új diszciplína felé. Szilárd Leó a berlini egyetemen szerzett doktori fokozatot a klasszikus termodinamika témaköréből Max von Laue mellett, disszertációját Einstein is nagyra értékelte. Teller Ede - a mérnöki tanulmányokat félbehagyva - először Münchenben, később Lipcsében folytatta tanulmányait, doktori disszertációját a molekulák kvantumelméletéből írta Werner Heisenberg vezetése alatt. Egyedül Wigner tért haza Budapestre mérnöki diplomájával, hogy a Mauthner Bőrgyárban vegyészmérnökként dolgozzon.
Teller Ede A hazai politikai viszonyok,
a kilátástalanság és a növekvő antiszemitizmus azonban nem volt vonzó környezet
a tudomány művelésére. Ez a körülmény és a fizika iránti érdeklődés szükségszerűen
oda vezetett, hogy mindannyian Németországban, a tudomány akkori fellegvárában
keressék a kutatómunka lehetőségét. A kvantummechanika új eredményeinek
a bűvöletében éltek, és hamarosan nevet is szereztek maguknak e témakörben.
Teller és Wigner az atomok kvantumelméletével kezdett foglalkozni. Wigner
1931-ben megjelent könyve - a csoportelmélet alkalmazásáról az atomok kvantumelméletében
[5] - megalapozta hírnevét. Teller a molekulák szerkezetének leírására
alkalmazta az új elméletet, majd egy koppenhágai ösztöndíjnak köszönhetően
Niels Bohr híres intézetében, George Gamow hatására, egy új tudományterülettel,
a magfizikával ismerkedett meg. Szilárd Leó briliáns képességeit több területen
is kamatoztatta, és az elméleti kutatások mellett egy sor találmányra jelentett
be szabadalmi igényt [6]. Említést érdemel Einsteinnel közösen megszerzett
5 szabadalma, közöttük egy hűtőgépé, amelyet az Electrolux vállalat meg
is vásárolt tőlük. Kevesen tudják azonban, hogy Szilárd elsőként jelentett
be szabadalmat a lineáris részecskegyorsítóra, valamint a ciklotronra.
Wigner Jenő Az atomkorszak hajnala Szilárd Leó már 1934-ben felvetette a nukleáris láncreakció gondolatát. Feltételezése alapján erre a reakció esetében lett volna lehetőség. Szilárd szerint "nem keltett lelkesedést" a kollégái között, amikor a nukleáris láncreakció lehetőségét kereste, habár Joliot és Curie nem sokkal korábban közölték a hírt, hogy alfa-részecskékkel sikerült mesterséges radioaktivitást előidézniük. A londoni egyetem fizikusa, P. M. S. Blackett is azt mondta Szilárdnak, hogy az angol tudomány nem fogad el "ilyen fantasztikus ötletek"-et. Ernest Rutherford még udvariatlanabb volt: Szilárd szerint "kidobták Rutherford irodájából", amikor a Cavendish Laboratóriumtól egy év szabadságot kért, és ehhez próbálta elnyerni a nagy kísérleti fizikus támogatását. Ennek ellenére Szilárd Leó 1934. március 12-én szabadalmi bejelentést tett a nukleáris láncreakció felhasználására. A kérelmet először elutasították, de 1936-ban Szilárd mégis megkapta a szabadalmat.
Enrico Fermi és Walter Zinn Otto Hahn és Fritz Strassmann 1939 januárjában tette közzé felfedezését, a maghasadási reakció megfigyelését. Szilárd természetesen azonnal felismerte a hasadáson alapuló nukleáris láncreakció óriási jelentőségét, s egyben az esetleges katonai alkalmazások borzalmas következményeit is. A Columbia Egyetemen Walter Zinn-nel együtt elsőként megmérte az urán-235 hasadásánál keletkező neutronok átlagos számát, amely 2,3±0,3-nak adódott, vagyis világossá vált, hogy a hasadási láncreakciónak megvannak a fizikai feltételei [9]. Később Fermivel együttműködve az urán-víz rendszert vizsgálta [10], valamint urán-szén rácsos elrendezést javasolt egy kísérleti reaktor számára. Fermit azonban akkor nem sikerült meggyőznie, hogy szükség van a kísérletek folytatására. Az események további menete
jól ismert: Szilárd, Wigner és Teller többször is meglátogatta Einsteint
Princetonban, és igyekezett rábeszélni, hogy hívja fel az elnök figyelmét
a náci atomkísérletek veszélyére, valamint a nukleáris láncreakcióban rejlő
katonai lehetőségekre. Einstein 1939 augusztusában írt levelének hatására
indult el az amerikai atomprogram, amely eleinte igen szűkmarkú támogatást
kapott, de miután 1941 decemberében a japán légierő Pearl Harborban megtámadta
az amerikai haditengerészet támaszpontját, felgyorsultak az atombomba létrehozását
célzó események [3].
A megfeszített munka sikerrel járt: 1942. december 2-án Fermi, Szilárd és munkatársaik létrehozták az első nukleáris láncreakciót abban a grafit reaktorblokkban, amelyet az egyetem Stagg Field stadionjának egyik lelátója alatt építettek fel egy teremben. A reaktor méretei óriásiak voltak, a hatméteres atommáglya 45 000 grafittéglából és a beleágyazott uránlabdacsokból állt. Ez a sikeres kísérlet fényesen igazolta Szilárd igazát Rutherforddal szemben. Kissé hatásvadászóan fogalmazva "a szellem kiszabadult a palackból". Végszóként érdemes megemlíteni, hogy 1944 decemberében született meg az atomreaktorra vonatkozó, szigorúan titkosított szabadalmi kérelem. Feltalálói Enrico Fermi és Szilárd Leó voltak, és a bejelentés részletesen ismertette a módszert, amellyel önfenntartó nukleáris láncreakciót lehet létrehozni. A szabadalmat végül 1955. május 18-án jegyezték be, majd’ 11 évvel az igény bejelentése, és 13 évvel a CP1 jelű első reaktor sikeres beindítása után. Sajnos Fermi nem érhette meg ezt az eseményt, mivel hat hónappal korábban elhunyt. Versenyfutás az atombombáért Az Új-Mexikó állambeli Los Alamosban titkos laboratórium létesült a fegyver kifejlesztésére. Tenessee államban, egy Oak Ridge nevű kis településen, Knoxville-től 30 kilométerre nyugatra létrejött a Clinton Engineering Works, amely gázdiffúziós módszerrel urán-235 izotópot választott ki természetes uránból. A létesítmény nevét egy év múlva Oak Ridge-re változtatták, ez lett később az Oak Ridge-i Nemzeti Laboratórium. Arról is döntöttek, hogy a Washington állambeli Hanfordban új reaktort építenek, amelynek feladata a plutóniumtermelés. Wigner volt az egyetlen ember az egész programban, aki tisztában volt a reaktorfizikával (ő tudta, hogy az optimalizált vízhűtésű grafitmoderátoros reaktor képes a láncreakcióra), és mérnöki szemléletmóddal is rendelkezett. Wigner nemcsak megtervezte az 500 megawattos hanfordi reaktort (később a DuPont cég 250 megawattra csökkentette a teljesítményt), hanem meggyőzte a Metallurgiai Laboratóriumot, a DuPont céget és Groves tábornokot is arról, hogy a héliumhűtés helyett vízhűtést kell használni. "Fenn a dombon" - ahogy Santa
Fében emlegették a Los Alamos-i titkos létesítményt - hamarosan megszületett
a bomba első példánya, amelynek kísérleti robbantására Alamogordo mellett,
a Jornada del Muerto-völgyben került sor 1945. július 16-án, helyi idő
szerint reggel 5 óra 29 perc 45 másodperckor. Sokan ezt az időpontot tekintik
az atomkorszak kezdetének.
Az atombombáért való versenyfutás,
azaz a Manhattan-terv sikeresen befejeződött, fináléját két dátummal lehet
röviden összegezni:
Teller és a "szuper" A helyzet gyökeresen megváltozott, amikor 1949-ben a Szovjetunió végrehajtotta első kísérleti atomrobbantását. Az eredmény felkészületlenül érte a nyugati politikai köröket. Truman elnök késedelem nélkül reagált az eseményre és 1950. január 31-én kiadta az utasítást a "szuper" kifejlesztésére. 1950-ben Teller visszatért Los Alamosba és újult erővel kezdett dolgozni a "szuper" megvalósításán. Hasonló problémák foglalkoztatták Stanislaw Ulam lengyel emigráns matematikust is. A lembergi származású Ulam a híres Stefan Banach tanítványa volt. Neumann János meghívására utazott ki Princetonba, később az ő ajánlására kezdett dolgozni a Manhattan-tervben és került Los Alamosba [11].
Stanislaw Ulam A Teller által megálmodott "klasszikus szuper" elve azon alapul, hogy a hidrogén nehéz izotópjai között végbemenő fúziós reakciók valószínűsége a részecskék közötti Coulomb-taszítás miatt igen kicsi, ezért az ütközés energiáját - más szóval a fúziós üzemanyag (deutérium és trícium) hőmérsékletét - nagymértékben meg kell növelni. Ezt a célt valósítaná meg egy hagyományos hasadási bomba, amely gyutacsként begyújtaná makroszkopikus méretekben a fúziós reakciót. Ulam és munkatársa, Cornelius Everett számításai, amelyeket Fermi is megerősített, azonban azt mutatták ki, hogy Teller eredeti elképzelése hibás, a becsült trícium mennyiségénél lényegesen többre van szükség, de még ebben az esetben is akkora lenne a fúziós energiaveszteség, hogy önfenntartó folyamat nem indulna be. A nehézségekből a kiutat az az ötlet teremtette meg, hogy a hasadási bomba által keltett robbanás következtében a fúziós üzemanyag óriási mértékben összenyomódik, és ezáltal begyújtása jóval könnyebben megvalósítható. A megoldás kulcsa a primer és szekunder fokozat különválasztásában rejlik. Bár Ulam eredeti ötlete a primer bomba által keltett lökéshullámot használná fel kompresszióra, Teller hamar felismerte, hogy ezt a primer robbanás keltette elektromágneses sugárzás jóval hatékonyabban megvalósítja. Ennek alapján született meg az ún. Teller-Ulam-design (terv), amely aztán az amerikai hidrogénbomba alapját képezte. Természetesen a részletek ma is szigorúan titkosak, ezért a témával foglalkozó irodalom csak találgatásokra hagyatkozhat.
Hans Bethe A "szuper" ötlete, a Teller-Ulam-design
szerzőségére vonatkozóan megoszlanak a vélemények. Teller 1955 februárjában
a Science folyóiratban megjelent hosszú cikkben ("The Work of Many People")
ismertette a hidrogénbomba megszületésének körülményeit, és azt hangsúlyozta,
hogy a hidrogénbomba sok ember munkájának az eredménye [12]. Mások szerint
a működő hidrogénbomba ötlete Ulamtól ered, de ezt Teller határozottan
cáfolta, sőt visszaemlékezéseiben az ötletet teljes mértékben a sajátjának
tekintette.
A Teller-Ulam-design sikerrel állta ki a próbát. Az első, 1951 tavaszán végrehajtott "Greenhouse" nevű teszt után, az Eniwetok korallzátonyon végrehajtott "Mike" nevű első kísérleti robbantás 1952. november 1-jén sikerrel járt, és a sajtó Teller Edét kezdte ünnepelni mint "a hidrogénbomba atyját". Atomreaktorok: az első atomkorszak Wigner Jenő a CP1 sikere után folytatta az új reaktorok tervezését, és mérnöki tevékenységének koronája Hanford volt. A háború hátralévő ideje alatt - és utána még néhány évig - ezen a területen dolgozott. Összesen 37 szabadalma volt. Ezek a szabadalmak magukban foglalják a legtöbb reaktortípust, amelyek az azóta eltelt ötven évben kereskedelmi sikereket értek el, és azokat is, amelyek a széles skálájú mérnöki fejlesztés bázisai voltak.
Alvin Weinberg és Wigner Jenő Wignert Alvin Weinberg "a nyomottvizes reaktorok nagypapájának" nevezte [15]. Wigner felismerései alapján született meg az első nagy fluxusú kutatóreaktor, az Anyagvizsgáló Reaktor (Materials Testing Reactor, MTR). Az MTR-t, amit Idahóban épített meg az Oak Ridge-i és argonne-i kutatócsoport 1952-ben, Wigner fejlesztette ki 1946-ban, amikor az Oak Ridge-i Nemzeti Laboratórium kutatási igazgatója volt. Az első vízmoderátoros erőművi reaktor - Rickover NAUTILUS prototípusa - az MTR nyomás alatt működő változata volt. Az eltelt ötven évben a nyomottvizes reaktor uralkodóvá vált a kereskedelmi energiatermelésben és a tengerészeti hajtóművek között, mindez pedig elsősorban Wigner érdeme. Wigner életéből - 1940-től
1947-ig - hét évet töltött a reaktorok fizikájának és technikájának fejlesztésével,
37 szabadalom is fűződik a nevéhez. 1958-ban jelentette meg Alvin Weinberggel
közösen "A neutronos láncreaktorok fizikai elmélete" című munkát, amelyben
összefoglalták mindazt az ismeretet és tapasztalatot, amit a témában összegyűjtöttek
[15]. A könyv máig a témakör alapműve maradt annak ellenére, hogy a számítógépek
megjelenése előtt keletkezett. Az első hat fejezet, amit Wigner írt, még
ma is kiválóan használható összefoglalását alkotja az atomreaktorok fizikájának.
Bár Teller Ede munkásságában az alapkutatás mellett a nemzetbiztonsági kérdések domináltak, pályafutásának második részében többek között az atomenergia alkalmazásának egyik támogatójává is vált, és alapvető fontosságú szerepet játszott az atomerőművek biztonsági kérdéseinek minél szélesebb körű ismertetésében. Alvin Weinberg, az Oak Ridge-i Laboratórium egykori igazgatója, az atomreaktorok elméletének kiemelkedő kutatója a következőképpen összegezte Teller szerepét e fontos kérdésben [16]: "Teller Ede volt az első ember, aki hangoztatta, hogy a reaktorbiztonság abszolút követelmény, mert anélkül az atomenergia nem terjedhet el, és Reaktorellenőrző Bizottság megszervezését javasolta, aminek ő lett az első elnöke. Teller egy összefüggés elfogadását ajánlotta a reaktor teljesítménye és a reaktor körüli biztonsági zóna kiterjesztése között. Hogy a Teller által lefektetett biztonsági elvek szerint épült reaktorok közül egy sem követelt emberáldozatot, az nagy megelégedéssel töltheti el az atomenergia ma már öreg úttörőit." Sokak szerint az első atomkor végét a csernobili reaktorbaleset jelentette, amelynek nyomán megrendült a bizalom az atomenergiában, és az atomerőművek biztonságosságában. Erre vonatkozóan Alvin Weinberg John Wheeler szavait idézte [16]: "Az atomenergia újjászületéséhez a nukleáris közösség szigorú és aprólékos figyelmére van szükség a minőségi és biztonsági követelmények tekintetében és arra az intellektuális felelősségérzetre, ami az atommérnöki szakma megalapítóját, Wigner Jenőt jellemezte." A rendszerváltás után Teller többször is hazalátogatott, és az ilyen alkalmakat felhasználva mindig megosztotta véleményét a hazai szakemberekkel a reaktorok biztonsága, illetve az atomenergia felhasználása terén [17-18]. Fontos még megemlíteni, hogy Teller szószólója volt a színvonalas természettudományos oktatásnak is. Már 1957-ben a Time magazinnak adott egyik interjújában hangsúlyozta, hogy a modern társadalmakban alapvető fontosságú a tudomány alapjainak az ismerete, és kemény kritikával illette az amerikai társadalmat [19]: "Nem tudok olyan középiskoláról az országunkban, ahol a tanuló alapos matematikai és tudományos alapképzésben részesülhet - akkor sem, ha ő akarja, akkor sem, ha egy esetleges Einsteinről lenne szó." Az amerikai viszonyok ismeretében Teller azt is hozzátette: "A baseball szurkolók nélkül nem tudna létezni, de hol vannak a tudomány szurkolói?" Érdemes lenne elgondolkodni erről napjainkban is. Epilógus Vajon a véletlenek különös
egybeesése, hogy e három, azonos környezetből származó, igen hasonló szakmai
pályafutással rendelkező, kiemelkedő tudós ilyen fontos szerephez jutott
nemcsak a magfizika, hanem az Amerikai Egyesült Államok történetének alakulásában
is? Mi lehetett sikerük titka? Ezzel a kérdéssel sokan foglalkoztak, és
többféle magyarázattal is előálltak. Ezzel kapcsolatban érdemes idézni
két külföldön élő és kiemelkedően sikeres magyar tudós véleményét. Békésy
György Nobel-díjas biofizikus szerint: "Ha egy utazóról külföldön kiderül,
hogy magyar (hiszen különleges kiejtésünket egy bizonyos életkoron túl
nem tudjuk levetkőzni), majdnem mindig fölteszik a kérdést: «Hogy lehet,
hogy egy ilyen kicsiny ország annyi intellektuálisan kimagasló tudóst adott
az emberiségnek?» Vannak olyan magyarok, akik erre megpróbáltak felelni.
Magam részéről nem tudok választ, de valamit azért megemlítek. Amikor Svájcban
éltem, ott minden békés volt, nyugodt és biztonságos. Magyarországon más
az élet. Mindnyájan folyamatos harcot vívtunk majd’ mindenért, amit el
kívántunk érni. Volt, amikor nyertünk; volt, hogy vesztettünk, de végül
is túléltük. Nem vetett véget életünknek, legalábbis az én esetemben nem.
Az embereknek szükségük van az ilyen kihívásokra, és ez mindig megadatott
Magyarország hosszú történelme során."
Anélkül, hogy megkísérelnénk
válaszolni a fenti kérdésre, észre kell venni a három tudós pályafutásában
a közös tényezőket:
Irodalom 1. Alvin M. Weinberg: A magyar
maffia Chicagóban, Fizikai Szemle, 40 (1990) 93.
|
||||