Születésnap - 70 éves az atomreaktor

1942. december 2-án a Chicagói Egyetem futballstadionjának alagsorában, egy természetes urán-grafit rendszerben megvalósították az első, ember által létrehozott, szabályozott atommaghasadás láncreakciót.

A közvéleményt csak évek múlva tájékoztatták arról, hogy megoldódott az uránba zárt energia felszabadítása. Az előzmények és a következő munkálatok is szigorúan titkosak voltak.

A hetven évvel ezelőtt történt fizikai kísérlet nem csak tudománytörténeti, hanem az egész emberiség sorsára kiható eseménynek tekinthető.

Előzmények

Az atomreaktor megvalósításához vezető folyamat egyik lényeges lépése volt, amikor James Chadwick 1932-ben felfedezte a neutront.
A következő lépés Enrico Fermi az a felismerése volt, hogy a semleges neutron akadálytalanul behatolhat az atommagba. Fermi 1934-ben egy kórházi rádiumforrásból kilépő radont berillium-porban felfogva neutronforrást alakított ki. Ezzel kezdett kísérletezni, neutronnal sugározva be a különböző elemeket. A fluor volt az első átalakított elem, amelynek radioaktív izotópját ilyen módon sikerült előállítania.
Fermi fedezte fel a neutronlassítást is, illetve kidolgozta az elméletét. Ez szintén lényeges lépés a termikus reaktor létrehozásához. A lassú neutronok sokkal nagyobb valószínűséggel hoznak létre atommagreakciót.

James Chadwick	Enrico Fermi	Otto Hahn	Fritz Strassmann

Újabb lépésként az atommaghasadást 1938-ban fedezte fel Otto Hahn és Fritz Strassmann. Az elméletét Lise Meitner dolgozta ki. Ekkor vált nyilvánvalóvá, hogy az atommaghasadásnál felszabaduló energia hat nagyságrenddel nagyobb, vagyis milliószorosa a kémiai reakciókban (pl. égésnél) nyerhető energiának.
Fermi Szilárd Leóval közösen dolgozta ki és szabadalmaztatta az energiatermelő atomreaktort.
1942-ben Wigner Jenő meghatározta a természetes urán-grafit rendszer kritikus méretét. Grafit helyett nehézvizet is használhattak volna, de nem állt rendelkezésre megfelelő mennyiség.

Lise Meitner	Szilárd Leó	Wigner Jenő

A kísérlet megvalósítása

Fermi irányításával ötven fizikus, kémikus és mérnök kezdte el a kísérlet megvalósításának munkálatait.
10 x 10 x 30 cm méretű grafittéglákba fúrtak két-két üreget. A téglákat egy 6 x 6 méter alapterületű hasábban helyezték el. A hasábban elhelyezett grafittéglák furataiba uránhengereket helyeztek. A rendszerről nem készült fénykép (a nyitó képen a később Oak Ridge-ben épült hasonló rendszerű radioaktív izotópokat termelő reaktor látható).
Az épülő grafitoszlop másik furatában neutronelnyelő kadmium-rudakat helyeztek, nehogy a láncreakció idő előtt beinduljon.
Amikor a számítások szerint a rendszer meghaladta a kritikus tömeget, a grafittömb belsejébe neutronforrást, oldalára pedig neutronsugárzás-mérőt helyeztek.
Az indításhoz óvatosan, fokozatosan kihúzták a neutronelnyelő rudakat és közben figyelték a neutronsugárzás mértékét.
A "biztonsági rendszer" egy a csarnok fölötti korlátra felkötött kadmium-rúd volt. Az itt várakozó fizikus ennek felfüggesztését vágta volna el egy baltával. Ez a rúd a grafittömb közepébe esve leállította volna a láncreakciót.
A másik biztonsági rendszert két fizikus alkotta, akik kadmium-oldatot tartalmazó edénnyel a kezükben az egész kísérlet alatt a máglya tetején ültek. Baj esetén az oldatot a grafitra kellett volna önteniük.
Amikor mindenki a helyén volt Fermi jelzésére elkezdték az egyik kadmium-rudat feljebb húzni és a neutronsugárzás-mérő jelezte a neutronok számának növekedését.
Ekkor kivették a neutronforrást, de a műszer továbbra is neutronokat jelzett, a láncreakció önfenntartónak bizonyult.
A máglya nagyjából annyi energiát termelt, ami egy zseblámpaizzó működtetéséhez elegendő.

A kísérlet végén Wigner Jenő elővett egy üveg Chiantit és mindenkinek öntött egy ujjnyit. Koccintottak, majd az üvegre ráírták a nevüket.

A reaktor építése a Manhattan-terv része volt.
A következő évben (1943) elkészítették a reaktor másolatát vízhűtéssel majd később egy nagy teljesítményű plutóniumot termelő reaktort építettek és megépültek az urándúsító rendszerek.

Felhasznált irodalom