Eric Rogers
Princeton University,
Fizika Tanszék
"Unokáitok élete halhatatlanságotok biztosítéka"
Janet-Tran Drummond Rogers
Bevezetés
RETTEGÉS... HARAG ... KAPZSISÁG ... Az effajta érzelmi ráhatások eltorzíthatják vagy félrevezethetik a józan ítélőképességet. Hasonlóképpen az ELŐÍTÉLET vagy a TUDATLANSÁG is, jóllehet, utóbbiak bocsánatos bűnök. Ezek helyett, úgy vélem, inkább EGY HIGGADT ELME KÖRÜLTEKINTŐ VÉLEMÉNYÉBEN kellene bíznunk. (Bárcsak volna egy olyan bűvös készülékem, mellyel megmérhetném a vérnyomását az összes forrófejűnek, aki állást foglal az atomerő mellett vagy ellen !) De még erre a higgadt értelemre sem hagyatkozhatunk, hacsak nincs meg benne a szaktudás biztosítéka is.
Az a véleményem, hogy az atomerőművek mellett és ellen szóló érveléseknek mai kavargásában arra kell nevelnünk a széles tömegeket, hogy értékelni (ugyanakkor bírálni is) tudják a szakemberek véleményét - ez mindennél előbbrevaló, előbbrevaló még az atomfizika oktatására irányuló terveinknél is.
Emlékszem, egyszer heves kozmológiai vitába keveredtem egy rendhagyó lelkesedővel. Utána hazafelé egy igen rátermett tudóssal utaztam, aki régi időkből származó iratokkal foglalkozott. Neki volt egy megjegyzése arra a bizonyítékra, a,mi azért került szóba, hogy egy meglepő elméletet támasszon alá, és azt mondta: "Ha én egy okmányt találok, első dolgom az, hogy szakértői segédlettel felmérjem a szerző szavahihetőségét."
Tegyük fel, hogy Ön (vagy, mondjuk, gazdag nagybácsikája) egy agyműtét eshetőségével kerül szembe. Vajon döntését jószándékú, de nem-orvos barátainak tanácsára alapozná, vagy inkább meggyőződne egy sebész szakértelméről és gyakorlottságáról, és a kockázatot és az esélyeket az illetékes területen működő szakemberekkel való konzultáció útján mérlegelné? A magam részéről, bevallom, három sebésszel is konzultálnék, mielőtt döntenék. A nukleáris erő kérdésében is, úgy vélem, nekünk tanároknak az az elsőrendű, létfontosságú kötelességünk, hogy a széles tömegekkel valamiképpen elfogadtassuk a szakértők véleményének értékét. De hogyan ?
Mit tud a nagyközönség
Az is lehangol - egészen addig a mértékig, hogy a bizakodásomat is elvesztettem -, hogy oly csekély a közvélemény atomfizikai tudása, még azoknak a körében is, akiknek a kezében nagyhatású döntések vannak. Némelyek úgy gondolják, hogy a felezési idő után az anyag fele, és még egy felezési idő után már egésze elbomlik. (Nehezíti a problémát, hogy a megfelelő angol szó fél élettartam jelentésű.) Azután: a "gyors tenyésztő reaktor" elnevezés nem valami rémítő masinát jelent, mely plutóniumot szülne olyan elborzasztó termékenységgel és gyorsasággal, akár egy fehéregér-család! Itt a "gyors" természetesen a gyors neutronokra vonatkozik, ellentétbe állítva őket a lassúakkal, a lefékezettekkel; és a "tenyésztő" szó is félrevezető lehet, mivel az effajta reaktor plutóniumot használ fel, és úgy lehet megtervezni, hogy visszanyerhessünk ugyanolyan mennyiségű plutóniumot vagy többet (vagy kevesebbet) - a tervező és a működtető szándéka szerint - ami nemzetileg megválasztható lehet.
Aktuális demonstrációk Hogyan kalauzoljuk el a társadalmat a megértéshez ? Ahhoz egy kis segítségként a következőkben a felezési idő és az exponenciális bomlás néhány illusztrációját ajánlom. Ezenkívül egy olyan kísérletet is, mely eloszlathatja azokat a misztikus elképzeléseket, amelyek a Geiger-számlálót veszik körül, hasonlóan a lézer körüli félreértésekhez, melyeket néhány újabb keletű népszerű film táplál.
I/a: EGY TÉGLALAP FOKOZATOS FELEZÉSE. Rajzoljunk egy téglalapot. Húzzunk egy felezővonalat keresztben, és radírozzuk ki a felette levő részt. Húzzunk most egy függőleges felezővonalat a megmaradt félbe, és radírozzuk ki az újonnan keletkezett fél-részek egyikét, és így tovább. L. 1. ábra. (Különböző felhasználásai az [1] hivatkozásban.)
I/b: JÁTÉK TANULÓKKAL ÉS ZSETONOKKAL VAGY PÉNZÉRMÉKKEL. Ez Marx György professzor egyik oktató-játékának egyszerű változata [4]. Kérjünk fel 32 közreműködőt, és állítsuk őket sorba. Adjunk mindegyiküknek egy korongot, melynek egyik oldala sárgára, másik pirosra van festve, ez képviseljen egy olyan atomot vagy atommagot, mely mindaddig bomlékony, amíg a sárga oldalát mutatja, és stabil bomlásterméknek tekintjük, amikor a piros felét látjuk. Tegyük fel, hogy a sárga felezési ideje 10 másodperc. Mindegyik személy forgassa kezében rendszertelenül oda-vissza a korongot 10 másodpercig anélkül, hogy megnézné, azután a STOP jelzésre dobja le az előtte levő asztalra. Ha a korong sárga oldala van felül, játékban marad újabb 10 s felezési időre. Ha a piros, elhagyja a játékot. (Habár a korongnak kézben vagy egy pohárban való rázogatása könnyebbnek látszik, rendszerint nem szolgáltatja a szükséges véletlenszerűséget 1) Miután elmagyaráztam ezt az eljárást, egy fordulót a gyakorlatban is bemutatok. Eképpen folyik a játék:
START... (10 s) ... STOP: nézd meg, tégy előírás szerint; START ... (10 s) ... stb. Mennyi ideig fog tartani ez a játék? Mit mondhatunk, amikor már csak néhány instabil atom maradt?
I/c: EGY VALÓDI RADIOAKTÍV PÉLDA. Ezután megmutattam az uránium unokájának; az 1, 2 perc felezési idejű protaktiniumnak a bomlását. Előre elkészítettem egy kis vékonyfalú műanyag palackot, kb. egyharmad részéig sósav erős vizes oldatában feloldott urániumnitráttal, és szintén kb. egyharmadrészig amilacetáttal töltve, mely az urániumoldat felett helyezkedett el. (2. ábra.) Egynegyed percig erőteljesen összeráztam, majd hagytam a folyadékokat leülepedni és szétválni, ezután a palack felső végéhez helyeztem a Geiger-számlálót, hogy regisztrálja a béta-részecskéket, melyek az amilacetát által összegyűjtött urániumszármazékból léptek ki és áthatoltak a vékony műanyagon [2]. Figyelembevéve a háttérsugárzást, hallhatjuk a csökkenő frekvenciájú impulzusokat egy vagy két percen át. Gondos mérések exponenciális lecsengést mutatnának. Ha a GM cső a palack alatt van, hallani lehet, amint a protaktinium-készlet kiegészül.
II. MEGLEPETÉS-KÍSÉRLETEK. Anélkül, hogy célomat (egészen befejezésig) kifejtettem volna, három kísérletet mutatok be, csak néhány kísérő szót szólva az ionokról ("elektromosan töltött atomok") melyek egy alkalmas feszültség által fenntartott elektromos mezőben száguldoznak.
II A: Amint ezt a 3. ábra mutatja, egy lámpát a váltóáramú hálózatra csatlakoztattam és bekapcsoltam. "Tudom, hogy most itt elektromos áram folyik, hiszen az elektromos áramról csak hatásai révén veszünk tudomást - fűtés és/vagy mágneses hatás és/vagy kémiai hatás (itt sikerült valami áramütés-szerűt elszenvednem !) - és itt van a lámpa izzószála, mely fehéren világít." Korábban már elvágtam a lámpához vezető drótszálak egyikét. Amikor~az elvágott végeket ellöktem egymástól, a lámpa kialudt (mutatván, hogy a levegő ennél a térerősségnél nem vezet észrevehető mér tékben). Aztán fogtam egy kancsó vizet, belehajlítottam a drót elvágott végeit a kancsó peremén keresztül úgy, hogy a csupasz rézvégek víz alatt legyenek. A lámpa nem világított (mutatván, hogy sem a víz, sem az üveg nem vezetett észrevehető mértékben). "Mondtam kémikus barátaimnak, hogy a vízbe nekem néhány töltéshordozó kellene, elektromosan töltött részecskék, pozitívok vagy negatívok, vagy mind a kettő. Barátaim a közönséges sót ajánlották, melynek atomjai már a szilárd fehér kristályban is töltéssel rendelkeznek (elektron-elragadás révén). No nézzük." Beleöntöttem egy marék sót a kancsóba, és a lámpa világított. "Ez nem elektrolízist demonstráló kísérlet. Ez valójában egy só-számláló. Szükség van még egy fiatal aszisztensre, aki kiönti a sós vizet és újratölti a kancsót, (bizalmasan az olvasók hívhatják őt kioltókörnek is) - azután újra beledobhatok sót. Én dobálom marékszám a sót, önök számolják a lámpa felvillanásait."
II B: "Ezúttal a 200 volt helyett, mely a nátrium és a klór töltéssel rendelkező atomjait mozgatta az egyik illetőleg másik irányba, 3000 voltot kötök ehhez a két gömbhöz." (L. 4. ábra.) "A két gömb közti elektromos mező által kifejtett erő már elég nagy ahhoz, hogy 'eltörje a teve gerincét'." (Itt - illusztrálandó az 'elektronok' sorozatos ütközésekkel keletkező lavináját - keresztülrohantam az ülő hallgatóság egyik során, közben mind több és több sárga elektront gyűjtöttem be tőlük, valahányszor nekiütköztem valakinek, vagy amikor az általam már korábban megszerzett (- és folytonosan eldobott - a ford.) korongok, valamelyike eltalált valakit. Végül egész korong-kollekciómat (mintegy lavinaként) egy nagy vödörbe zúdítottam. Végezetül megkértem a hallgatóságot, képzeljék el, hogy eközben két nagytöltésű - egyik pozitívan töltött, másik negatívan - fal között ültek. Ezután bemutattam a kísérletet, hangsúlyozva a nagy kondenzátor, mint töltéstároló szerepét). "Feltöltjük a két gömböt és a tárolót, 'amíg a teve háta már majdnem beleszakad'. Amikor éppen roppan, - egy szikrát kapunk, egy ahhoz hasonló lavinát, mint amilyet korongokkal láttak." Feltöltöttem a berendezést, fogtam egy égő gyufát. A láng elég iont biztosított ahhoz, hogy elinduljon a lavina, - egy fényes, izzó, hangos szikra. "Ez valójában nem szikra-bemutató. Ez most egy gyufa-számláló. Én meggyújtom a gyufákat. Önök számolják a szikrákat."
II C: "Ez itt egy hasonló berendezés, melyben 4000 volt vagy még több is mozgatja a töltött részecskéket egy nagyon vékony drótból készült rács és egy fémlemez között, mely kb. egy milliméterre van a háló mögött. Ezúttal valami másra van szükségem ahhoz, hogy ebben a szűkre szabott térben biztosítani tudjam az ionok kezdőadagját. Ha ez meglesz, akkor - mivel a drótrács pozitív az elektronok, melyek itt a negatív ionok, keresztülrohannak rajta, útközben több elektront kiütve a levegőatomokból -, és egy kis szikra keletkezik. Most éppen egy kis rádióaktív forrást használok, mely alfa-részecskéket (hélium atommagokat) bocsát ki, - azért, hogy előállítsam azokat az ionokat, melyek a szikrákat indítják. Figyeljük a szikrákat, amikor közel viszem a sugárforrást ! Most az egyes atomi szintű események következményét látják! Valójában ez egy nyitott Geiger-féle számláló. Már látták a só-számlálót, a gyufa-számlálót, és most a Geiger-számlálót, mely lehetővé tette önöknek, hogy 'lássák' vagy megszámlálják az alfa részecskéket." (L. 5. ábra.)
Ezzel vége a fő demonstrációnak. Még egy kis megjegyzést fűzök a nagy olajtartalékok kérdéséhez.
A földi olajmennyiség végleges felső becslése
Képzeljék el, hogy a földgolyó egy teljesen olajjal töltött szférikus hártya. Mennyi ideig tartana ki ez az olaj mennyiség, ha az egész világ jelenlegi ütemben vagy valamilyen előrelátott ütemben használja az olajat?
A válaszhoz lásd a 6. ábrát!
HIVATKOZÁSOK
[1] Albert A. Barlett, American Journal of Physics
46/Sep. 1978, - 876, 880. A szerző az 1. ábra egy speciális felhasználását idézi Mario Iona a Physics
Teaching 15/1977 számában megjelent cikkéből. 324. o.
[2] R. A. Naumann és E. M. Rogers, Nuffield O-Level Physics Teachers'Guide (revised) (Year V) 1981.
Az urániumoldat elkészítéséhez az oldat minden 10 ml-ére oldjunk fel 1 g urániumnitrát-kristályt 3 ml
vízben, majd adjunk hozzá 7 ml koncentrált sósavat (FONTOS!) Szerves oldószerként amilacetátot
vagy di-izopropilketont használjunk. Olyan vékonyfalú műanyag palackot válasszunk, mely nem lágyul
meg vagy oldódik fel a szerves oldószer hatására.
[3] E. M. Rogers: Physics for the Inquiring Mind (Princeton Univ. Preas & Oxford Univ. Press) 642.
[4] Marx György, Physics Education 16 (1981) 162, 212, - valamint az ezen a konferencián tartott
műhelyfoglalkozás is.
________________________
Fordította: Vantsó Erzsébet