SZILÁRD LEÓ ÉLETMŰVE ÉS HATÁSA

Csikai Gyula
KLTE Kísérleti Fizikai Tanszék
az MTA Fizikai Osztálya alelnöke

A 20. század híres magyar származású tudósgenerációjának egyik kiemelkedő alakja, Szilárd Leó 1898. február 11-én született Budapesten. A magánúton végzett elemi után, 1908 és 1916 között a Kemény Zsigmond Reálgimnáziumba járt, ahol fizikatanára mellett famuluskodva nemcsak megismerkedett az előadási kísérletekkel, de azokból számosat önállóan is elvégzett. 1916-ban beiratkozott a Budapesti Műszaki Egyetemre, majd 1919 decemberében elhagyta Magyarországot és a berlini Műegyetemen folytatta tanulmányait. Berlinben Einstein, Laue és Planck hatására 1920-tól a fizikus szakot választotta. A Ph.D. fokozatot önálló ötletére alapozott hőtani munkájával szerezte meg 1925-ben. Eredményével elnyerte Einstein és Laue szakmai elismerését is és ennek révén 1925-1933-ig a berlini Egyetemen előbb tanársegédi, majd magántanári minőségben tanított. Kényszerűségből elhagyva Németországot 2 évig a londoni St. Bartholomew Kórházban, mint kísérleti kutató nyert alkalmazást. A változatos életút következő állomása 1935-től 1938-ig Oxfordban a Clarendon Laboratórium volt, amit 1939 és 1942 között a New York-i Columbia Egyetem követett. Innen a Chicagói Egyetem Metallurgiai Laboratóriumába került, ahol a Manhattan-terv főfizikusa volt 1942-1946-ig. 1946-ban a Chicagói Egyetem biofizika professzorává nevezték ki. 1964-ben, életének utolsó évében, La Jollába költözött, ahol a Salk Intézetben kezdeményezett új kutatási irányokat, melyeket sajnos már nem sikerült megvalósítania.

A különleges képességű tudós és történelemformáló politikus életéről számos szakcikk, könyv, kortársi visszaemlékezés jelent meg itthon és külföldön. Legutóbb, 1998-ban, az Akadémiai Kiadó gondozásában látott napvilágot Marx György "Szilárd Leó" című könyve, amely a szakmai igényesség mellett közérthető formában kíséri végig az olvasót az ötletgazdag, intuitív, sokoldalú egyén életútján. A tudomány és társadalom alapvető kérdéseivel foglalkozó tudós főbb eredményeinek csak vázlatos bemutatása is meghaladná a Fizikai Szemlében megjelenő cikkek szokásos terjedelmét, ezért a debreceni Szalay-iskola hagyományaihoz híven a jelen visszaemlékezésben Szilárd Leónak az atommagfizikával és atomenergetikával kapcsolatos úttörő kísérleteit próbálom áttekinteni.

Szilárd Leó gyakorlati érzékét bizonyítja az 1927-ben Einsteinnel közösen szabadalmaztatott, mozgó alkatrész nélküli hűtőgép, amelynek elektromágneses pumpája az 50-60-as években az tenyésztő atomreaktorok hűtőrendszerének alapja lett. Ezt követte 1929-ben a ciklotron-elv szabadalmaztatása, majd 1934-ben a neutronok láncreakciójának és a kritikus tömeg elvének felismerése és szabadalma. Ugyanebben az évben a Nature szeptemberi m számában jelent meg Szilárd és Chalmers cikke, a később e róluk elnevezett effektusról, ami egy új tudományág a "forróatom-kémia" megszületését eredményezte. Az effektus lényege az, hogy a neutronbefogást követő -sugárzás 400-500 eV visszalökési energiája kiszakítja az atommagot a kémiai kötésből, és az így szétválasztott radioaktív végtermék hatékonyan összegyűjthető. Etiljodidot egy Ra-Be fotoneutron-forrással besugározva állították elő a 128I radioizotópot a 127I(n, ) reakcióban. Szilárd felismerte, hogy a neutronok a berilliumból nagyfeszültségű elektrongyorsítóban keletkező kemény röntgensugárzással is kiválthatók. A Berlin-London közös kísérletben, amelyet a Nature 1934. decemberi számában közöltek, megállapították, hogy a 9Be(,n)2 reakciónak 1,5 ·106 és 2,0 ·106 V gyorsító feszültség között éles küszöbe van, vagyis létezik egy kritikus hullámhossz, amelynél a neutronok az atommagból kilépnek. Ma ezt a jelenséget magfotoeffektusnak nevezik.

Szilárd és Chalmers szintén 1934-ben mutatta ki, hogy a két stabil izotóppal rendelkező indiumot neutronokkal besugározva három különböző felezési idejű aktivitás keletkezik. Az egyik, ami közel 4 óra felezési idejű, nem érzékeny arra, hogy az indiumot vizes közeg veszi-e körül. Négy évvel később 1938-ban a cambridge-i Cavendish és az oxfordi Clarendon Laboratóriumok közötti együttműködésben Goldhaber, Hill és Szilárd kimutatta, hogy az észlelt 4 óra felezési idejű aktivitás az indium metastabil állapotához tartozik (115m,In), ami az (n, n') folyamatban keletkezik. Ez volt az első kísérleti bizonyíték az atommagok izomér állapotának rugalmatlan neutronszórással történő gerjesztésére (Physical Review, 1939. január). Korábban ismert volt, hogy a kadmium a 0,4 eV alatti energiájú neutronokat elnyeli. Szilárd különböző elemek kombinációjával kimutatta, hogy a Cd levágási szintje feletti tartományban sok elem erős abszorpciót mutat; ami lehetővé teszi energia szerint szűrt neutronnyalábok előállítását. Ez az eredménye, amelyet a Nature 1935, decemberi számában közölt, az atommagok rezonancia-tartományainak létezését bizonyította, ami később az első atomreaktor tervezésében is döntő szerepet játszott. Már 1937-ben felismerte a lassú neutron befogási hatáskeresztmetszet mérésék és a befogást követő -sugarak detektálásának fontosságát. Extrém tulajdonságú anyagokra több ilyen vizsgálatot végzett. Érdemes megjegyezni, hogy a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség 1998-ra meghirdetett egyik kutatási programjában olyan adatbázis létrehozása szerepel, amelynek célja a neutron-befogási hatáskeresztmetszetek és a kísérő -spektrumok pontosítása a különböző gyakorlati alkalmazások miatt.

Szilárd és Zinn 1939. március 16-i keltezéssel a Physical Review Lettershez beküldött dolgozatukban beszámoltak arról, hogy az uránból hasadásonként körülbelül két neutron lép ki, amit megerősített a Fermi és munkatársai által más módszerekkel egyidejűleg kapott eredmény. Ezen kutatásokat folytatva Zinn és Szilárd Physical Review, 1939. október) elsőként közölte a hasadási neutronok energiaspektrumát, amelyet hidrogénnel töltött ionizációs kamrával mértek meg, felhasználva Schwinger és Teller 1937-ből származó elméleti számítását a neutron-proton szórási hatáskeresztmetszet energiafüggésére. Az energia hitelesítést a 2H(d, n)3He reakcióban keletkező 2,5 MeV energiájú neutronokkal végezték el. Vizsgálataik alapján megállapították, hogyhasadásonként átlagosan 2,3 neutron keletkezik, a hasadási hatáskeresztmetszet 2 barn, míg a sugárzásos befogásé 1,2-1,3 barn. "Következtetésük szerint a természetes urán által elnyelt egyetlen termikus neutronból 1,4 újabb keletkezik, ami lehetővé teszi a nukleáris láncreakció létrejöttét." Ezen vizsgálatokkal párhuzamosan Anderson, Fermi és Szilárd kimutatta, hogy Htartalmú közeg annak neutronabszorpció miatt nem alkalmas neutronlassítónak a láncreakció létrehozásakor (Physical Review 1939. augusztus). A kísérleti eredmények és elméleti megfontolások elegendőnek bizonyultak ahhoz, hogy 1939 nyarán Fermi és Szilárd megtervezze az első atomreaktort. Ugyanezen a nyáron előkészítette és javasolta, hogy kérjék meg Einsteint, írja alá a Roosevelt elnök részére szövegezett levelet az atombomba létrehozása kérdésében.

1942. december 2-án Fermi és Szilárd üzembe helyezte a láncreakción alapuló általuk tervezett első atomreaktort. Az atomreaktor szabadalmát a háború után Fermi és Szilárd kapta meg. Szilárd olyan tenyésztő (breeder) atomreaktor létrehozását javasolta, amelyik alkalmas további hasadóanyag termelésére.

Szilárd mély humanizmusára jellemző, hogy felismerve az atomenergia háborús alkalmazásának az egész emberiségre kiterjedő veszélyét, 1944-ben abbahagyta az ilyen irányú kutatásait és a nukleáris leszerelési és nemzetközi ellenőrzési mozgalom élére állt. Híve maradt az atomenergia békés felhasználásának és minden más olyan kezdeményezésnek, amely a tudomány új eredményeivel az emberiség javát és fennmaradását kívánja szolgálni. Széleskörű érdeklődését és zseniális előrelátását mi sem bizonyítja jobban, hogy a jövő tudományát az egzakt vizsgálati módszerekre alapozott biológiában látta. Az utóbbi évek-évtizedek eredményei őt igazolták. Ugyanakkor az energia gondokkal küzdő emberiség őszintén sajnálja, hogy a szabályozott termonukleáris reaktorok létrehozásában nem vettek részt "legalább az új ötletek szintjéig" azok a kiválóságok, akik a láncreakciót és a robbanásos fúziót megvalósították.

Meggyőződésem, hogy a tudomány iránt érdeklődő és az emberiség jövőjét szívén viselő közösségek számára Szilárd Leó mindenkor eszménykép marad.