XI. SZILÁRD LEÓ NUKLEÁRIS TANULMÁNYI VERSENY
Beszámoló, II. rész

Sükösd Csaba
BME Nukleáris Technika Tanszék

I. kategória (11-12. osztályosok) utolsó két feladata

1. )Határozd meg a fotolemezen kialakuló y = f (x) görbét, feltételezve, hogy a mágneses mező által létrehozott irányváltozás szöge nem túl nagy! Hogyan lehet ezzel a módszerrel felismerni az izotópokat? A részecskék d hosszan haladnak az elektromos és mágneses mezőben, majd L távolságot tesznek meg az ernyőig. (d << L, és a gravitációs hatástól tekintsünk el!)

   

2. )Milyen egyéb, atomfizikával kapcsolatos dolog fűződik J. J. Thomson nevéhez?

1. )A hidrogénatom hullámmodellje segítségével értelmezzük a hidrogén-gömb sugárzását az elméleti fizikusok hipotézise alapján!
2. )Becsüljük meg, hogy évszázadonként hány százalékos az elektronok tömegnövekedése, ha a csillagászok becslése alapján tudjuk, hogy a gömbben a hidrogénatomok átlagos sűrűsége 1 mól köbméterenként!

II. kategória (9-10. osztályosok) utolsó két feladata

1. ) Határozd meg a két mag tömegeinek arányát!
2. ) Mi lehetett a második mag, ha E₂ az E₁-nek 25%-a?

Számítógépes feladat

1. ) Ismerkedj meg a szimulációs programmal! A program használatát külön útmutató magyarázza el.
2. ) Hozz létre egyetlen dúsító cellát! Vizsgáld meg az egyes paraméterek hatását a dúsításra! Az észrevételeidet rögzítsd jegyzőkönyv formájában!
3. ) Vizsgálj egy kétcellás elrendezést! Vizsgáld meg, milyen hatásai lehetnek annak, ha visszavezeted a gázt egy korábbi fokozatra! Az észrevételeidet rögzítsd a jegyzőkönyvben!
4. ) Tapasztalataid alapján építs és üzemeltess egy diffúziós elven alapuló urándúsító telepet! Maximálisan 6 db dúsító cellát használhatsz. A jegyzőkönyvben írd le, hogy milyen szempontok alapján tervezted úgy az elrendezést, ahogyan megépítetted.
5. ) Vizsgáld a megépített urándúsító működését, és próbáld úgy beállítani a paramétereket, hogy 5 perc (300 s) alatt a lehető legtöbb, és legnagyobb dúsítású uránt tudj összegyűjteni.
6. ) A rendelkezésedre álló idő utolsó 5 percében üzemeltesd a dúsítót 300 s-ra időzített üzemmódban. (A zsűri csak ennek az eredményét fogja látni.)
7. ) A futás befejezésekor mentsd el az eredményt. A fájl neve legyen az azonosítód. A fájlnévnek nem kell kiterjesztést adnod, a program automatikusan ad *.DIF kiterjesztést.

1. ) Score = N · (d/0,709-1)⁸, ahol N a 300 s idő alatt összegyűjtött ²³⁵U mólok száma a "dúsított urán" tartályban, d pedig a dúsítás százalékban kifejezett értéke.
2. ) A "Score" alapján adja a zsűri a végső pontszámod 2/3 részét. A további 1/3 rész a számítógépes "kísérletről" készült jegyzőkönyv értékeléséből adódik.

   

   Figyelem! A számítógépes feladat elvégzéséről külön "mérési jegyzőkönyvet" kell beadni. A jegyzőkönyv tartalmazzon minden olyan adatot, amelyek a "kísérlet" megismétléséhez és az eredmények ellenőrzéséhez szükségesek! Fontos, hogy a levont következtetések, megfigyelések is legyenek rögzítve a jegyzőkönyvben. A zsűri azt is figyeli, hogy az elért eredmény mennyire logikus gondolkozás és tervezés eredménye. A jobb munkaszervezés érdekében célszerű a jegyzőkönyvet akkor véglegesíteni, amíg a 300 s-os, utolsó "futás" történik. (A kiértékeléshez és a jegyzőkönyv elkészítéséhez minden segédeszköz használható - beleértve a számítógépen rendelkezésre álló eszközöket, programokat is. Ezek használata esetén azonban a programok eredményét is el kell menteni, és a jegyzőkönyvben fel kell tüntetni a nevét, hogy a kiértékeléskor a zsűri belenézhessen.)

   Kísérleti feladat

   A mérési eszközök mellé a versenyzők a következő tájékoztatót kapták:
   Elektromágneses keringető szivattyú modellje
   Szilárd Leónak és Albert Einsteinnek közös szabadalma egy mozgó alkatrészeket nem tartalmazó, elektromágneses elven működő szivattyú. A találmány lényege az, hogy elektromosan vezető folyadékon (pl. folyékony fémen) áramot hajtunk át, és olyan mágneses mezőbe helyezzük, amely merőleges az áram irányára. Az elektromos és a mágneses mező együttes hatása a folyadékot mozgásba hozza. Ezt a találmányt akár folyékony fém (pl. folyékony nátrium) hűtésű atomerőművekben is fel lehet használni a hűtőfolyadék mozgásban tartására.
   A mérés elve: A mérés során nem folyékony fémmel, hanem 0,3 mólos CuSO₄ oldattal végzünk méréseket. Az oldat vezeti az elektromos áramot, és ezzel "modellezi" a folyékony fémet. Az oldatot olyan hengeres edénybe öntjük (ábra), amelynek a szélén és a közepén egy-egy hengeres vezető van.
   Ezeknek a sugarát jelöljük R₁, illetve R₂-vel (R1 < R₂). R₁ = 2 mm, R₂ értékét mérd le. A két vezetőre U egyenfeszültséget kapcsolunk egy tápegységből, amelynek hatására a folyadékban sugárirányú áram indul meg. Ennek az erősségét jelöljük I₁-gyel. U a tápegységen beállítható. A feszültség és az áram aktuális értéke a tápegység beépített műszerén mérhető. A hengeres edényt olyan elektromágnes belsejébe helyezzük, ahol a mágneses mező iránya a henger tengelyével párhuzamos. Az elektromágnessel B indukciójú mágneses mezőt állítunk elő. Az elektromágnes adatai: menetszám: 200, belső átmérő 11 cm, a mágneses indukció kiszámításához szükséges egyéb adatokat mérd le (a folyadék relatív permeabilitását vegyük 1-nek). A tekercset egy másik tápegységből tápláljuk, a tekercsen átfolyó áram (I₂) beállítható, és a tápegység beépített műszerén leolvasható.
   A sugárirányú áramra a rá merőleges mágneses tér erőt gyakorol, amelynek hatására a folyadék forgásba jön. A folyadék azonban nem merev testként forog! Elméleti számítások szerint a középponttól r távolságra lévő folyadékrétegek körülfordulási idejére jó közelítéssel fennáll a következő összefüggés:

   

   ahol T₀ és K egy állandó (mértékegységük s, ill: m²/s).
   Feladatok:
   1. ) Állítsd össze a mérési elrendezést!
   2. ) Igazold a fenti összefüggést, és határozd meg a K állandó értékét legalább 3 különböző mágneses térerősség mellett! Tanácsok:
      1. ) Az összefüggés igazolásához mérd meg a folyadék forgási sebességét (pl. a körülfordulási időt) több különböző sugár mellett!
      2. ) Válassz olyan ábrázolási módot, hogy lineáris összefüggés legyen az ábrázolandó mennyiségek között!
      3. ) Illessz egyenest a mérési pontjaidra (grafikusan, vagy számítással), és ennek alapján határozd meg a K állandó értékét!
   3. ) A méréseid alapján rajzold fel, hogy hogyan függ a K állandó értéke a mágneses tér erősségétől!
   A méréshez rendelkezésre áll:
   • Műanyag edény, amelynek alján henger alakú, sárgaréz elektróda van;
   • sárgaréz rúd, amelyet a henger közepébe be lehet lógatni Bunsen-állványon;
   • 0,3 mólos CuSO₄ (rézszulfát) oldat;
   • egyenáramú tápegység 3 kimenettel és 2 beépített mérőműszerrel (U és I );
   • vonalzó,
   • koncentrikusan rajzolt körök (a pályasugár méréséhez).
   • Az idő mérésére használhatod a mobiltelefonod stopperóráját. (A mobiltelefont másra tilos használni!)
   Fontos!
   Beadandó a "Mérési jegyzőkönyv", amely tartalmazza
   • a mérést végző azonosítóját,
   • a mérések minden fontos paraméterét,
   • a mért nyers adatokat,
   • az eljárást (lépésenként), amellyel a végeredményhez eljutottunk,
   • a végeredményeket,
   • a végeredmények hibáját és a hiba kiszámítási vagy becslési módját,
   • az eredmények diszkutálását,
   • valamint minden olyan információt, amely a mérés reprodukáláshoz szükséges.
   A mérési jegyzőkönyvnek olyannak kell lenni, hogy annak alapján bárki a mérést megismételhesse, és (a mérési hibákon belül) hasonló eredményt kaphasson.

   A verseny értékelése

   A verseny döntőjének délelőttjén a tíz elméleti feladat megoldására 3 óra, délután a számítógépes feladatra másfél óra, a kísérleti feladatra szintén másfél óra állt a versenyzők rendelkezésére. Egy-egy feladat teljes megoldása 5 pontot, a számítógépes feladat teljes megoldása 25 pontot, a kísérleti feladat teljes megoldása 25 pontot hozhatott. Maximálisan tehát 100 pontot lehetett szerezni. A legkiválóbb I. kategóriás versenyző 82 pontot ért el (tavaly 70 pont volt a legjobb eredmény). A legjobb junior versenyző 63 pontot ért el (tavaly 76 pont volt a legjobb). Az elméleti feladatok közül legnehezebbnek az I. kategóriás versenyzők 9. és 10. feladata bizonyult, de minden feladatra - még ezekre is - érkezett helyes megoldás! Az elméleti feladatok megoldásában Lovas Lia Izabella (Leőwey Klára Gimnázium, Pécs), valamint Nagy Viktor (Zrínyi Miklós Gimnázium, Zalaegerszeg) érték el a legjobb eredményt 43, illetve 41 pontot a maximális 50-ből. A mérési feladatban Gubicza Ágnes (Kazinczy Ferenc Gimnázium, Győr), valamint Tolner Ferenc (Zrínyi Miklós Gimnázium, Zalaegerszeg) volt a legjobb 24, illetve 23 ponttal (a maximális 25-ből). A számítógépes feladatra a legtöbb pontot Hartstein Máté (Leőwey Klára Gimnázium, Pécs) kapta, aki a maximális 25 pontból 24 pontot tudott megszerezni. Különösen értékelendő, hogy Hartstein Máté Junior kategóriás versenyzőként érte el ezt a szép eredményt.
   Az összesített pontszámok alapján 2008-ban a díjakat a következő diákok kapták.

   I. kategória (11-12. osztályosok)

   I. díj: NAGY VIKTOR (82 pont), Zrínyi Miklós Gimnázium (Zalaegerszeg), tanára Pálovics Róbert,
   II. díj: GUBICZA ÁGNES (77 pont), Kazinczy Ferenc Gimnázium (Győr), tanárai Nikházy Lászlóné és Berta Miklós,
   III. díj: ALMÁSI GÁBOR és LOVAS LIA IZABELLA (74-74 pont), Leőwey Klára Gimnázium (Pécs), tanáruk Simon Péter.

   "Junior" kategória

   I. helyezett: VARGA ÁDÁM (63 pont), SZTE Ságvári Endre Gyakorló Gimnázium (Szeged), tanára Kovács László,
   II. helyezettek: KOVÁCS BENJÁMIN (57 pont), Leőwey Klára Gimnázium (Pécs), tanára Simon Péter, és PÁSZTOR ÁDÁM (57 pont), Verseghy Ferenc Gimnázium (Szolnok), tanára Pécsi István.

   

   A záróülésen a tanulói díjak és oklevelek átadása után került sor az idei Delfin-díj átadására, amelyet minden évben a tanárok pontversenyében a legjobb eredményt elért tanárnak ítél oda a versenybizottság. Ebben az évben a Delfin-díjat SIMON PÉTER, a Leőwey Klára Gimnázium (Pécs) tanára vehette át, aki már 2004-ben is elnyerte azt. Az ilyen esetekre tekintettel az alapítók a következőképpen módosították a Delfin- díj alapszabályát:
   "5§. Az a tanár, aki a Szilárd Leó Tanári Delfindíjat egy alkalommal már elnyerte, második alkalommal emlékplakettet kap, amelyen feltüntetésre kerül a díj, és a díjazott neve mellett a díj elnyerésének évszámai. Harmadik és minden további alkalommal a korábban elnyert emlékplakettre az Alapítvány rávéseti a díj újabb elnyerésének évszámát. Az emlékplaketthez ugyanakkora összegű kutatási ösztöndíj is jár, mintha a díjazott a Díjat először nyerné el. Az emlékplakettel kapcsolatos szabályozás a 2008. évtől lép életbe."
   (A Delfin Díj Alapító Okirata a következő címen olvasható teljes terjedelemben: http://www.szilardverseny.hu/index.php?kp=orszagos-delfin-alapito.php)
   A Marx György Vándordíjat - amelyet minden évben a pontversenyben legkiválóbb eredményt elért iskolának ítél oda a Versenybizottság - idén a Leőwey Klára Gimnázium (Pécs) nyerte el.
   Az ünnepi beszédek után Sükösd Csaba köszönetét fejezte ki a versenyt támogató Paksi Atomerőmű Zrt.- nek és a paksi Energetikai Szakközépiskolának a verseny megrendezésében nyújtott segítségükért. A versenyt 2009-ban is megrendezzük változatlan tematikával. Ismételten bátorítjuk a határon túli magyar tannyelvű iskolák tanulóit is arra, hogy nevezzenek be az Országos Szilárd Leó Tanulmányi Versenyre. A nevezéseket a verseny megújult honlapjáról kiindulva lehet megtenni: