Találmány: Atombomba (Szilárd Leó, Wigner Jenő, Teller Ede) | Felsőfokon.hu

Találmány: Atombomba (Szilárd Leó, Wigner Jenő, Teller Ede)

Mérnöki és műszaki
találmányok
Találmány: Atombomba (Szilárd Leó, Wigner Jenő, Teller Ede)

Az atombomba egy olyan találmány, amire senki sem büszke. A második világháború lezárását és rengeteg ártatlan halálát okozta. A magyar feltalálók - Szilárd Leó, Wigner Jenő, Teller Ede - közreműködésével készült tömegpusztító fegyver működési elvét szeretném bemutatni ebben a bejegyzésben.

Az atombomba története

Egy amerikai kutatócsoport fejlesztetett ki a Manhattam-terv keretein belül az újmexikói Los Alamosban. Sziárld Leó és Albert Einstein által írt levélben tájékoztatták Rooseveltet, hogy V1 és V2-e rakétáknál jóval erősebb - közel 22000-szer erősebb - fegyvert is ki lehet fejelszteni. Teller élete végéig bűntudattal élt, mert nem szerette volna, hogy a fegyvert bevessék. Ennek ellenére neki is nag szerepe volt. Einstein is becsapva érezte magát hisz ő a fegyver ellen tiltakozott, mégis az ő levele alapján hozták létre a már említett Manhattam-tervet. Oppenheimer és Szilár kommunista nézeteket vallottak. Oppenheimer nem csak vallotta a nézeteket, hanem gyakorolta is azokat - az atombomba és hidrogénbomba terveit is ő juttata orosz kézre. Teller hidrogénbombájának tervét úgy sikerült megszereznie, hogy az oroszok készítették el először. A hidegháborúban Kennedy és Reagen a nukleáris fegyverektől elfordulva az űrkutatást és a csillagháborús projektet szponzorálta, amiben az oroszok nem tudtak versenyezni velük.  Hibásan nevezik magyarnak a fegyvert, hiszen a feltalálóknak csak a neve és anyanyelve volt magyar.

Trinity (szentháromság) tesz:  az első teszt szintén Új-Mexikóban volt 1945. július 16-án, 20 kilotonna volt a robbanás hatóereje.

Az első háborús bevetés: Az Enola Gay hívójelű B-29es bombázó szállította és dobta le az első bombát - Little Boy - Japánra. 1945. augusztus 6-án Hirosimára ledobott bomba 242 ezer embert ölt meg. Azonnal 140 ezren haltak meg, a többi 100ezer fő a sugárzás mellékhatásai miatt veszteték életüket.  Észérvekkel felfoghatatlan támadás következményeit a mai napig nyögi a szigetország. Amerikai szempontból több lehetséges magarázat is van erre a mészárlásra:

  • Az Egyesült Államok ellen Japán 1941. december 7-én hadüzenet nélküli támadást intézett, melynek során a Pearl Harbor nevű támaszpontot megsemmisítették.
  • Japán többszöri kapitulációs felhívás ellenére sem volt hajlandó a háború feladására.
  • Elsősorban a Szovjetuniónak szánt figyelmeztetés volt, ugyanis Sztálin ígéretett tett a teheráni konferencián Japán megtámadására.

A második háborús bevetés:  1945.augusztus 9-én Nagasakira is atombombát dobtak- Fat Man (a rossz látási viszonyok miatt a másodlagos célpontként feltűntetett Nagasakit támadta az amerikai légierő). Itt is hasonló pusztítást okozott. 80ezren azonnal meghaltak, közel 75ezeren sugárfertőzésben szenvedtek és haltak meg. A csapás után Japán azonnal kapitulált.

RDSZ–1:  A világháború után leghamarabb a Szovjetunió tett szert nukleáris fegyverre. Első kísérleti robbantásukat 1949. augusztus 29-én hajtották végre egy kazahsztáni kísérleti telepen.

Ivy Mike: Az első hidrogénbomba-robbantás 1952. november 1-jén a Marshall atollon történt. Az Ivy Mike nevű eszköz egy 82 tonnás szerkezet volt, hatalmas súlya miatt nem volt bevethető.

oe Ez volt az amerikai kódneve a hivatalosan RDSz–6 (Reaktivnyi Dvigatel Sztalina) nevű első szovjet hidrogénbombának, amelyet 1953. augusztus 12-én robbantottak fel. Felépítése: a fissziós és a fúziós komponensek egymásra rétegezve helyezkedtek el. Hatóereje 400 kt volt.

Castle Bravo: Az első bevethető méretű amerikai hidrogénbomba tesztje 1954. február 28-án történt a Bikini Atollon (Marshall-szigetek). A fúziós fokozat lítium-deuteridből készült (l. Teller-Ulam terv).

Cár-bomba (RDSz-220): A Szovjetunió 1961. október 30-án robbantotta fel a valaha is készült legnagyobb hatóerejű nukleáris fegyvert Novaja Zemlján. A bomba 27 tonnát nyomott, 8 m hosszú és 2 m átmérőjű volt. Az eredetileg 100 megatonnás eszköz hatóerejét – a radioaktív kihullás korlátozása érdekében – 50 megatonnában limitálták.

Az atombomba működési elve

Tegyük fel, hogy a bomba gömb alakú és hogy a neutronsûrûség az anyagban állandó (ez utobbi feltétel biztosan csak közelítés)!

A gömbtérfogatban lévõ hasadóanyag tömege legyen: M.
A hasadások száma a tömeggel arányos és tegyük fel, hogy hasadásonként átlagosan 2 neutron keletkezik, így a keletkezõ neutronok száma 2aM. A láncreakció feltétele, hogy a hasadások során keletkezett neutronok száma (2aM) ne legyen kisebb, mint az új hasadást elõidézõ (aM), elnyelõdõ (bM) és a felületen kiszökõ (cF) neutronok számának összege.

Az 235U kritikus tömege körülbelül 7 kg, a 239Pu kritikus tömege körülbelül 10 kg.

Az uránbomba vázlatát mutatja a baloldali rajz. A bombában a hasadóanyagot úgy kell elrendezni, hogy az szubkritikus maradjon, ezért   két vagy több részre osztják. A láncreakció elindításához a hasadóanyagot kémiai robbanótöltettel összepréselik, így kis térfogatban szuperkritikus tömeg egyesül.Az összepréselés során a berillium olyan közel kerül a rádiumhoz, hogy együtt neutronforrásként üzemelnek. A kibocsátott neutronok hatására megindul a láncreakció. A plutóniumbomba nem valósítható meg a fenti módon, mert a 239Pu számottevõ valószínûséggel bomlik hasadás révén és termel neutronokat. Ezek a spontán neutronok a szubkritikus tömegk találkozása elõtt láncreakciót indíthatnak el, még mielõtt a rádium találkozna a berilliummal. A láncreakció megindulásakor keletkezõ hõ a bombát szétvetné, és megakadályozná, hogy elegendõen nagy reaktivitás jöjjön létre, ezért a plutóniumbomba felépítése más. Vázlatát mutatja az alsó kép.

 A plutóniumbombában a kritikus tömeget gömbhéjban helyezik el.  A gömbhéj nagy felületén sok neutron tud kilépni, megakadályozva ezzel a láncreakció megindulását. A gömbhéjat kémiai robbanóanyag veszi körül.  A gyújtószerkezetek gömbszimmetrikusan helyezkednek el.  A kémiai töltet felrobbantásával a kritikus tömeg hirtelen koncentrikusan összesajtolódik és szuperkritikussá válik, a bomba felrobban. Fontos, hogy a kémiai töltetek elektromos gyújtása szigorúan egyidejû legyen. Ha egyetlen robbanótöltet is egy pillanattal korábban robban, a szerkezetet szétdobná még a tökéletes koncentrikus összesajtolódás elött. Ezért a plutóniumbomba csúcstechnikát igényel, a gyújtások szigorú idõzítése komoly kihívást jelent.

A plutóniumbombában a kritikus tömeget gömbhéjban helyezik el.  A gömbhéj nagy felületén sok neutron tud kilépni, megakadályozva ezzel a láncreakció megindulását. A gömbhéjat kémiai robbanóanyag veszi körül.  A gyújtószerkezetek gömbszimmetrikusan helyezkednek el.  A kémiai töltet felrobbantásával a kritikus tömeg hirtelen koncentrikusan összesajtolódik és szuperkritikussá válik, a bomba felrobban. Fontos, hogy a kémiai töltetek elektromos gyújtása szigorúan egyidejû legyen. Ha egyetlen robbanótöltet is egy pillanattal korábban robban, a szerkezetet szétdobná még a tökéletes koncentrikus összesajtolódás elött. Ezért a plutóniumbomba csúcstechnikát igényel, a gyújtások szigorú idõzítése komoly kihívást jelent.

Bár mind az atombomba, mind az atomreaktor hasadásos láncreakción alapul, hangsúlyozni kell, hogy mûködésük között több alapvetõ különbség is van. Az egyik lényegi különbség, hogy az atomreaktorban a keletkezett gyorsneutronokat le kell lassítani ahhoz, hogy a láncreakció létrejöhessen, míg az atombombában a gyorsneutronok hozzák létre a láncreakciót. Ennek az a következménye, hogy az atomreaktorban a folyamatok sohasem  mehetnek végbe olyan sebességgel, mint az atombombában. Azaz egy atomreaktor sohasem  válhat atombombává. A bombában a láncreakció a másodperc milliomod része alatt megszalad, a hõmérséklet több millió fokra emelkedik. Ezzel szemben, az atomerõmûben még a legsúlyosabb esetben sem emelkedik a hõmérséklet egy-kétezer fok fölé, s ekkor a neutronlassítás megszûnés miatt a további láncreakció leáll. A csernobili atomreaktor robbanása is inkább egy túlfûtött kazán robbanásához hasonlítható, semmint egy atombombáéhoz. A csernobili robbanáskor kialakult legnagyobb hõmérséklet - ami a grafit meggyulladása miatt alakult ki - 2500 oC volt.

Feltalálók:

Szilárd Leó:  (Budapest, Terézváros, 1898. február 11. – La Jolla, Kalifornia, USA, 1964. május 30.) magyar zsidó származású fizikus. Az első, aki felismerte, hogy nukleáris láncreakció (és az atombomba) létrehozható. Mivel félelmetes lehetőségnek tartották, hogy először a náci Németország fejlessze ki az atombombát, meggyőzték Franklin D. Rooseveltet, hogy nekik kell elsőnek lenniük. Részt vett az erre irányuló Manhattan-tervben.

Teller Ede:  (Budapest, 1908. január 15. – Stanford, Kalifornia, 2003. szeptember 9.) magyar zsidó származású amerikai atomfizikus. Legismertebb a hidrogénbomba kutatásokban való aktív részvétele, ezért az USA-ban mint „a hidrogénbomba atyja” vált közismertté.

Wigner Jenő:  (Budapest, 1902. november 17. – Princeton, New Jersey, 1995. január 3.) Nobel-díjas magyar zsidó származású amerikai fizikus. 1963-ban fizikai Nobel-díjat kapott „az atommagok és az elemi részecskék elméletének továbbfejlesztéséért, különös tekintettel az alapvető szimmetriaelvek felfedezéséért és alkalmazásáért.” [1] 1972-ben elméleti fizikai eredményeiért Albert Einstein-díjat kapott.

Fogalmak:

nukleáris fegyver: olyan fegyver, amelynek az energiája atommag-átalakulásból származik. Két típusa kétféle magátalakulást használ fel: az atombomba esetén maghasadás következtében, a hidrogénbomba esetén magfúzió következtében az atommag kötési energiája szabadul fel.

atombomba: Az atombomba energiáját urán vagy plutónium hasadása szolgáltatja. Egy neutron által eloidézett hasadás során átlagosan 2-3 neutron szabadul fel, és ezek a neutronok újabb hasadásokat idézhetnek elő. Annak a feltétele, hogy egy láncreakció önállóan fennmaradjon az, hogy a reakcióban keltett neutronok átlagosan legalább egy újabb hasadást idézzenek elő. A hasadás során felszabaduló neutronok újabb hasadást kelthetnek, elnyelodhetnek a bomba anyagában és kiléphetnek a felületen. Ez a három folyamat meghatároz egy kritikus tömeget, mely alatt a kilépo és elnyelodo neutronok miatt nem tud önfenntartó láncreakció kialakulni.

Forrás:

Írta: Sipőcz Norbert


Hozzászólások

Hirdetés

Felsofokon.hu v4.1 BETA © 2010-2013 Felsőfokon.hu Nonprofit KFT

Facebook

Google+

LinkedIn

Youtube

Twitter