Atomenergia – a kezdetek

Bevallott célom az előző, a jelenlegi és még néhány következő cikkel az atomenergia népszerűsítése, mégpedig mind gazdasági, mind geopolitikai szempontból. Gazdasági szempontból azért, mert a magyar import jelentős része energiahordozó, és az importunkat nem nagyon tudjuk feldolgozóipari termékekkel kiegyensúlyozni, ami azt jelenti, hogy az ország hajlamos az eladósodásra, és ez már száz éve így van. Ha energiából önellátók lennénk, akkor könnyebben tudnánk a külkereskedelmünket is kiegyensúlyozni. A geopolitikai szempont pedig az, hogy Magyarország egy geopolitikai törésvonalon fekszik, és emiatt túlságosan ki vagyunk téve a hol keletről, hol nyugatról bejelentkező nagyhatalmaknak (már a római időkben is hazánk közepén, a Duna vonalán volt a limes, a Római Birodalom határa). Úgy gondolom, hogy az atomenergiával mindkét szempont szerint hathatósan tudnánk javítani az ország biztonsági helyzetén.

Tekintsük először a kezdeteket. A kezdetekről azért érdemes beszélni, mert sokan félnek az atomenergiától (a német zöldek be is záratták a saját atomerőműveiket), és úgy gondolom, hogy ha jobban ismernék és értenék az atomenergia keletkezését, az azzal kapcsolatos kutatásokat, e félelem jelentősen mérséklődne, nem akadályozva az atomenergia felhasználását.

Az atomokból energiát kétféle módon lehet nyerni, a könnyű atomok, mint például az 1-es rendszámú és 2-es tömegszámú hidrogén héliummá való egyesülésével, illetve a nehéz atommagok, mint például a 92-es rendszámú és 235-ös tömegszámú urán könnyebb atomokra bomlásával. Hogy ez miért van így, azt meg lehet érteni egy az univerzummal foglalkozó előadássorozatból, amely az atomoktól a csillagokig tárgyalja a világ keletkezésével és elmúlásával kapcsolatos folyamatokat, úgy is hívják a sorozatot, hogy Atomcsil. Van egy kiváló és humoros előadója, Dávid Gyula, érdemes meghallgatni (Dávid Gyula: A kvarkoktól az atomerőműig), de a többi előadó is nagyon jó.

Történelmileg először az urán sugárzását fedezték fel, és a felfedezők között olyan ismert nevekkel találkozunk, mint Wilhelm Conrad Röntgen, a röntgensugárzás felfedezője, Henri Antoine Becquerel, aki rájött, hogy az uránsókristályok sugároznak, majd a Curie házaspár következett, akik Becquerel kísérleteit folytatva megállapították, hogy a sugárzó anyag új anyagokká (elemekké) alakul át, és két új kémiai elemet is felfedeztek: a polóniumot és a rádiumot. Az újonnan felfedezett sugárzás felkeltette Ernest Rutherfordnak, az első atommodell megalkotójának figyelmét is, aki megállapította, hogy a radioaktív sugárzás mágneses és elektromos térben kétfelé bomlik, egy gyenge áthatoló képességű és pozitív sugárzásra, ezt elnevezte alfának (később kiderült, hogy ezek héliumatomok) és egy nagyobb áthatoló képességű negatív sugárzásra, amit bétának nevezett, amiről megint csak később kiderült, hogy elektronok.

Mindez alig tíz év alatt játszódott le az 1890-es években. Rá öt évre Einstein megalkotta híres képletét, az E=m*c²-et, ami az energia és az anyag ekvivalenciáját fejezi ki, vagyis azt, hogy az anyag energiává alakulhat és viszont. Ez az elv alapozza meg a maghasadáskor (atomreaktor, atombomba) és a magfúziókor (például a Nap energiatermelése) keletkező energiát: a tömeg energiává alakul át.

A tudósok sok esetben a véletlennek és a kitartásuknak köszönhették felfedezéseiket. Becquerel például azzal kísérletezett, hogy az uránsók napfény hatására hogyan feketítenek el egy fényérzékeny lemezt. Egy alkalommal azonban sokáig borús idő volt és a kísérleti minta az asztal fiókjában hevert, unalomból mégis előhívta a lemezt, és azt tapasztalta, hogy az uránsók elfeketítették, tehát az uránsók napfény nélkül önmagukban is sugároznak. A Curie házaspár felfedezte és elkülönítette a rádiumot. Elképzelhetjük, hogy ez mekkora erőfeszítést igényelt, ha tudjuk, hogy mintegy hét tonna szurokércből több év munkájával, különböző kémiai eljárásokkal, mindössze 0,1 gramm rádiumot tudtak kivonni. Ők igazán megérdemelték a Nobel-díjat, amit 1903-ban meg is kaptak.

A 20. század első felében az anyag legkisebb részeivel kapcsolatban szinte minden évtizedben sor került egy vagy két jelentős, Nobel-díjat érdemlő felfedezésre. Az elektront még az 1890-es években fedezték fel, erre is építve Ernest Rutherford 1911-ben alkotta meg híres atommodelljét, miután kísérletei folytán rájött, hogy az atom belül tulajdonképpen üres, tömegének legnagyobb részét kitevő magja a közepére koncentrálódik, körülötte az elektronháló nagy távolságban van. Az arányokat érzékelteti, hogy ha az atommagot egy 40 cm átmérőjű dinnyének képzeljük el, akkor a körülötte keringő mogyoró nagyságú elektronok 40 kilométer távolságra vannak!

Rutherford atommodellje egy kis naprendszer volt, egyszerű és világos. Később sokat módosítottak rajta, de mégis megadta azt az alapvető képet, amin azután a tudósok tovább dolgozhattak. Rutherfordhoz köthető még a proton felfedezése is az 1910-es évek végén.

A magfizika terén a következő nagy áttörés a neutron felfedezése volt, ami Sir James Chadwick nevéhez fűződik. Chadwick Irène és Frédéric Joliot-Curie kísérleteit folytatta, akik az 1930-as évek elején berilliumot bombáztak alfa-részecskékkel, és egy addig ismeretlen semleges sugárzást figyeltek meg. Chadwick rájött, hogy az észlelt sugárzás nem a korábban már felfedezett gamma-sugárzás, hanem egy új, semleges részecske – a neutron –, amely nagy energiával ütközik más atommagokkal. Mindez 1932-ben történt, úgyhogy az 1930-as évek közepére a tudósoknak már eléggé kielégítő ismereteik voltak az atom szerkezetéről.

De gondolom, itt az ideje, hogy összefoglaljuk, az urán bomlásakor milyen sugárzások is keletkeznek. Tehát van az alfa-sugárzás, ekkor egy két protont és két neutront tartalmazó héliumatommag repül ki, és a 238-as tömegszámú uránból 234-es tömegszámú tórium keletkezik. A kirepült héliumatommag erősen ionizáló hatású, ami annyit jelent, hogy a környező atomokból leszakítja a neki szükséges elektronokat, és így héliumatommaggá alakul át. Nem hosszú életű, a levegőben egy-két centimétert tesz meg, azután az elektronok felvételével héliumgáz lesz belőle. A béta-sugárzás elektronokból áll, ezek levegőben néhány tíz centiméter út után bekérezkednek egy atom elektronfelhőjébe. Végül vannak a gamma-sugarak, ezeket 1900-ban fedezték fel, és jellemzőjük, hogy áthatolóképességük szinte végtelen, ezek nem részecskékből, hanem elektromágneses sugárzásból állnak, mint a fény, csak a hullámhosszuk sokkal rövidebb. A röntgen-sugarak is a gamma-sugarak körébe tartoznak.

A neutron felfedezése alapvetően megváltoztatta az atomról alkotott képet, és elengedhetetlen volt a magfizika fejlődéséhez – például megmagyarázta az atommag tömegét és lehetővé tette a mesterséges atommag-reakciók végrehajtását.

A következő szintáttörés az atommaghasadás felfedezése volt 1938-ban, ami több ember kutatómunkáján alapult, de alapvetően Otto Hahn és Fritz Strassmann német kémikusok nevéhez kötik. A két német kutató uránt bombázott neutronokkal, és azt várta, hogy az urán a neutronokat befogadva nehezebb atommá alakul át, de a nehezebb atommagok mellett könnyebb atomokat, báriumot is találtak. Ennek alapján rájöttek, hogy az urán neutron-besugárzás hatására bomlik és közben jelentős energia keletkezik. Ez a felfedezés azután megnyitotta az utat az atombomba és az atomreaktorok megalkotása felé.

A következő cikkek e kutatómunkát és annak eredményeit mutatják be.

A szerző közgazdász, a Nemzeti Fórum tanácsadója