Atomenergia Láncreakció, 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. 235 U - 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, 2011. hulladék Fukushima - földrengés, cunami - balesetsorozat, zónaolvadás (urán rudak leolvadnak) A kár igazán nem felmérhető, csak a közvetlenül Csernobilt övező területen (rákkockázat emberi hiba, nem biztonsági biztos, intézkedések hogy jelentősen hiánya növekedett), ami biztos, hogy a nem megfelelő tájékoztatás és a pánik is kár okozó volt (pl. abortuszpánik)
Az atombomba 1940 környékén már a különböző hatalmak kezdik felfedezni az atombomba lehetőségét Heisenberg: A német fizikusok tudnak, de nem akarnak atombombát (Teller, Wigner), építeni Szilárd, Einstein - levél Roosevelt-nek Bohr megijed, csak az első felét viszi hírül a mondatnak. Az amerikai Elnök úr! hírszerzés Enrico Fermi később Szilárd sem közli Leó kutatásai, ezt a bombán amikről dolgozó a tudósokkal kéziratban értesültem, engem arra a következtetésre vezettek, hogy az urán nevű kémiai elem a közeljövőben az energia új és fontos forrásává tehető
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