AtomenergiaLáncreakció, atomreaktorok,

atombomba és ezek “rövid” története

“Előzmények”

“Az energia - amiből korábban sosem volt elég - bőségesen itt van körülöttünk,

csak meg kell találnunk hozzá a kulcsot.”

- H. G. Wells, A fölszabadult világ, 1913

Az atomenergia felszabadítása - “Második tűzgyújtás”

1934. Szilárd Leó szabadalma “Egy neutronokkal működő láncreakcióra”

- pontosítás: kritikus tömeg

- hibás tömegek (Aston), Berilium, sikertelen kísérletek, majdnem vissza is

vonja

Maghasadás

→ spontán: a természetben ritkán jön létre nehéz atommagoknál (stabilitás

miatt), pl. 235U - 0,7%, többi nagyrészt 238

→ kényszerített (magfisszió) - “lövedék” (neutron) hatására hasadás

Mivel az atommag kisebb, stabilabb, alacsonyabb energiaszintű atomokra

bomlik → energia szabadul föl

Maghasadás: fontos áttörések

1939. Otto Hahn, Fritz Strassmann (német) - atommaghasadás létrehozása

- U + n → Bárium - alacsonyabb rendszám → hasadás!

(Otto Frisch és) Lise Meitner (osztrák) - elméleti megerősítés

Kísérletek és számítások indulnak - Uránnál: számos hasadványpár, átlag 2-3

neutron, kiderülnek Aston hibás mérései

Láncreakció

Ha a hasadáskor felszabaduló neutronokat újra “lövedékként” használjuk föl

→ láncreakció indulhat be, folyamatos energia felszabadulás

A láncreakció feltételei

sokszorozási tényező:

k = újabb hasadások / elhasadt magok (generációnként)

k = 1 - kritikus állapot (normális) (szabályozott - reaktor)

k < 1 - szubkritikus (leáll)

k > 1 - szuperkritikus (lavinaszerű megugrás) (szabályozatlan - bomba)

A láncreakció feltételei

Megfelelő sebességű neutronok

→ nagy energiájú, gyors neutron - 238 befogja, ritkán hasad, 235 hasadásakor

keletkezik

→ kisebb energiájú, termikus neutron a megfelelő - kezelhetőbb, 235-öt hasítja

moderátor, lassítás

A láncreakció feltételei

dúsítás és kritikus tömeg - ha kicsi a térfogat, és nagy a felület, a neutronok

“megszöknek”

A kritikus tömeg függ:

- geometriai elrendezéstől (pl. fentiek miatt gömb)

- a hasadó izotóp fajtájától

- a dúsítás mértékétől

→ Ezek különösen szabályozatlan láncreakciónál fontosak, nehezebben

megvalósíthatóak, nagyobb mértékű dúsítást is igényel

“Atommáglya”

“metallurgiai központ”

1942. chicago-i egyetem

az első önfenntartó

láncreakció

Atomreaktor

reaktor - aktív zóna

moderátor - lassító közeg,

neutronhoz hasonló méretű

atommagok

szabályozó rúd - neutron

elnyelés

Atomerőmű

Az első atomerőmű

1954. Obnyinszk

Szovjet atomprogram

keretében, kisebb RBMK

urán

grafit moderátor

vízhűtés

Reaktortípusok

http://www.paks2.hu/hu/Atomenergia/AtomeromuTipusok/Lapok/default.aspx

Paks - nyomottvizes

Csernobil - RBMK (pozitív üregtényező!)

Előnyök

1 kg U kb. 100 000 kg kőszénnek felel meg energia kinyerésben - 2,5TJ

nincs CO2 kibocsátás, sem O2 felhasználás → környezetkímélő

Paks - 40% - át adja az energiánknak (4 * 460 MW elektromos teljesítmény)

A világ atomerőművei - ~ 17% (~400 reaktor, ~400 000MW)

Német Energiewende - nem jött be (CO2, francia atomenergia)

Nehézségek: Biztonság és környezetterhelés

http://www.paks2.hu/hu/Atomenergia/AtomeromuBiztonsaga/Lapok/default.as

px

- biztonságos üzemelés, megfelelő vészleállítás lehetősége- 0,0002 mSv a megengedett (kevesebb mint 1 óra háttérsugárzás!)

- környezeti hatás: üzemelésben & atomhulladék elhelyezésben- INES - pl. Csernobil 7 - legnagyobb, 2003, Paks - 3 (nem kellett védelmi intézkedés)

- Biztonságos leszerelés nehézsége, költséges, rövid élettartamú (30-50 év) beruházás

Balesetek

1986. Csernobil (7es az INES skálán) - régi típusú RBMK reaktor, kísérlet miatt

leállított vészleállítás, felforr a hűtővíz → pozitív üregtényező →megszalad,

hulladék

A kár igazán nem felmérhető, csak a közvetlenül Csernobilt övező területen

(rákkockázat nem biztos, hogy jelentősen növekedett),

ami biztos, hogy a nem megfelelő tájékoztatás és a pánik is kár okozó volt (pl.

abortuszpánik)

2011. Fukushima - földrengés, cunami - balesetsorozat, zónaolvadás (urán rudak

leolvadnak)

→ emberi hiba, biztonsági intézkedések hiánya

Az atombomba

1940 környékén már a különböző hatalmak kezdik felfedezni az atombomba

lehetőségét

→ (Teller, Wigner), Szilárd, Einstein - levél Roosevelt-nek

“Elnök úr! Enrico Fermi és Szilárd Leó kutatásai, amikről a

kéziratban értesültem, engem arra a következtetésre

vezettek, hogy az urán nevű kémiai elem a közeljövőben az

energia új és fontos forrásává tehető…”

→ Heisenberg: A német fizikusok tudnak, de nem akarnak atombombát építeniBohr megijed, csak az első felét viszi hírül a mondatnak.Az amerikai hírszerzés később sem közli ezt a bombán dolgozó tudósokkal

A Manhattan terv

Los Alamos, Új Mexikó

Oppenheimer

Neves tudósok:

Teller, Szilárd, Feynmann, Hans Bethe

1945. Alamogordo sivatag, sikeres próba robbantás (Trinity)

Atombomba típusok

Urán - focilabdányi félgömbök összelökése → kritikus tömeg elérése

Plutónium - spontán hasadások miatt nem lehet hasonlóan → gömbhéj, implózió

Finom elektronikus gyújtás, befókuszálás

→ Neumann (mint lökéshullámok tüzérségi szakértője, Számítási csoport,

IBM gépek

Szomorú események - amikor bevetették

1945. Aug. 6 és 9 - Hirosima (Little Boy, urán) és Nagaszaki (Fat Man, plutónium)

Tudósok lobbizása ellene (Szilárd Leó, Einstein) - sikertelen

Oroszoknak erő demonstráció

Szórtak röplapokat a civil áldozatok csökentése miatt - tanácsok követése ellen

parancs

Források

11-12.-es tankönyv (jó összefoglaló!)

Marx György: “A marslakók érkezése”