TALLÓZÁS
BAY ZOLTÁN LAPUNKBAN MEGJELENT CIKKEIBEN

Az atom, a jövő energiaforrása
(Természettudományi Közlöny, 1941. november)

Az energia megmaradásának elve a múlt század fizikájának egyik átfogó elve. A tudomány fölismeri, hogy energia nem teremthető, hanem csupán átalakítható. A technika céljaira fölhasználható, de mindig csak abban a mértékben, amint rendelkezésre áll. Így nyomul előtérbe az energiaforrás fogalma: az energiát szerezni kell valahonnan. A műszaki tudományok egyes fejezetei az energiaforrások különböző felhasználási, átalakítási módjait adják. Ennek az elvnek fölismerése kétségkívül nagy horderejű haladás a tudományban, de egyúttal korlátozás is a gyakorlati életben. Robert Meyer tágította a tudomány látókörét, de egyben bezárta az emberiséget az energiaforrások korlátai közé. Ez a korlátozás adja a természetben található energiaforrások értékét, az érték körül harcok keletkeznek, ezek olykor részvények, máskor politikumok alakjában folynak le. Még egy fontos körülmény: a Földön található energiaforrások túlnyomó részben mind a Nap energiájából származnak, akár geológiai időkben érkezett hozzánk a sugárzás (szén, olaj), akár ma (vízierők, jelenleg előálló szerves világ stb.).

 A jelen század fizikája hatalmas lépéssel jutott előre: az ember fölfedezte az atomot. Beszámoltunk az atomkutatás főbb eredményeiről, (Bay Z. Az atomátalakítás elvei és eszközei. Természettudományi Közlöny 73. kötet 1941. 433. lap) s a részletek után fontos megállapításként mondhatjuk ki, hogy az atomfizika merőben új és változatos jelenségein éppúgy uralkodik az energia megmaradásának elve, mint a régi fizikában, sőt az energiaelv legjobb igazolásai éppen az atomfizikában megismert elemi jelenségek és a magreakciók…

Lassított neutronokkal számol ki Flügge egy energiaforrást: 4200 kg U₃O₈ + 280 liter víz. Ez kb. 1 m sugarú golyó, melynek középpontjában kell a reakciót megindítani néhány mg Ra + Be neutronjaival. Flügge szerint az egész reakció tízezred másodpercnél rövidebb idő alatt menne végbe s 7 ˇ 10¹⁰ kilowattóra, azaz kb. 5 ˇ 10¹³ nagykalória energiát adna. Ez kb. 1 ˇ 5 millió vagon szén energiája s ha egyszerre szabadulna fel, városokat dönthetne romba s valóságos vulkántölcsért hagyna maga után. Viszont a folyamat lelassítható kadmiummal, mivel a kadmium nagy hatáskeresztmetszettel fogja be a lassú neutronokat. 56 g kadmium elegendő volna a folyamat lelassítására, úgyhogy kazánfűtésre lehetne használni. A belőle kapható energia felülmúlná Magyarország egész évi szénfogyasztását. Flügge eme szenzációszámba menő számításai a későbbi kísérletek és elméleti meggondolások nyomán módosításra szorultak. Bohr elméleti sejtése volt, hogy a lassú neutronokkal való hasítás nem a ₉₂U²³⁸-on, hanem a ₉₂U²³⁵-ön megy végbe. Ezt a nagyhorderejű elméleti következtetést a későbbi kísérletek igazolták is. Márpedig a 235-ös uránizotóp a természetes uránnak csupán

 Részét teszi ki, tehát a reakciólánc szempontjából hatásos anyag erős “hígításban” van jelen. Ez még önmagában csupán azt hozná magával, hogy megfelelően nagyobb tömegű természetes uránra volna szükség a lánc megvalósításához, ne feledjünk két körülményt, melyek a neutronoknak lelassítás közben való elfogyását okozzák. Egyfelől a víz hidrogénje maga is befog neutront a már említett deuteron-képzés révén. Az így származó neutronveszteséghez hozzájárul másfelől a neutronbefogás a 238-as uránizotópon; ez 239-es uránt és ekaréniumot ad. Ez a nagyobbik neutronveszteség s a 238-as uránizotóp nagy gyakorisága miatt az elsővel együtt a neutronveszteség oly nagy, hogy a reakciólánc megakad. Az U²³⁸ tehát nem csupán hígítja az U²³⁵ töménységét, hanem el is fogyasztja a reakcióhoz szükséges neutronokat. A helyzet ahhoz hasonlít, mintha puskaport homokkal kevernénk.

 A hasítási lánc megvalósításához tehát nem csupán 139-szer több természetes uránra van szükség, hanem e mennyiségből az U²³⁵-öt még ki is kell választani. Ez a feladat az izotópok szétválasztásának mai fejlett technikájával is nehéz, mivel az atomsúlyarány 235:238, közel van az egységhez. Tekintettel a kérdés rendkívüli tudományos, gazdasági és katonai fontosságára, a különböző magfizikai laboratóriumokban és a különböző államokban lázas munka folyik az uránizotópok szétválasztására. a háborús viszonyoknak tudható be, hogy ma nehéz a kérdésről közleményeket szerezni. A legutóbbi közlések szerint eddig csupán a gramm kis törtrészei azok a mennyiségek, melyekig a szétválasztásban el lehetett jutni.
 Gyakorlatilag tehát eddig nem sikerült atomreakcióláncokat megvalósítani. De az út meg van jelölve. Az út rögös és költséges, mert a ritka U235-ön át vezet. Az 1/139 előfordulási szám mellett még mindig 17,000 kg szén energiájának felel meg 1 kg természetes urán energiája. Árkérdéseket ma még nem kalkulálhatunk, mert nem ismerjük az U235 kiválasztásának árát, de a kérdésnek nem is ebben van a jelentősége, hanem abban, hogy példát mutatna az atomenergiák gyakorlati kihasználásának. A példát a belőle levont tanulságok alapján bizonyára olyan egyéb reakcióláncok követhetnék, melyeket nem nehezítene meg egy izotópszétválasztás, mint mellékkérdés, s melyek könnyen hozzáférhető anyagokon mennek végbe. Az is lehetséges, hogy az egyszer megindított magreakciólánc nagyenergiája más magreakciókat indít majd meg. Persze rögtön föltolul ezzel kapcsolatban a kérdés: rendelkezhetik-e az ember egy merőben új területen azzal a szükséges óvatossággal, mellyel meg tudja akadályozni a nem várt és nem kívánt további reakciókat? Nemcsak a “tűzgyújtást”, hanem a “tűzoltást” is fel kell találni annak, aki a természet elképzelhetetlen bőségű energiaforrásai között kísérletezik. Az egyenértékegyenlet szerint puskaporos hordó tetején táncolunk, onnan kell megszereznünk jövő gazdasági életünk legóhajtottabb kincseit. Forradalmi újítást jelentene polgári és katonai téren egyaránt, ha a továbbiakban az atomenergiák csillagászati számai vennék át a szerepet a szén és olajmezők mai értékelése helyett.

 Mikorra tehető az idő, amidőn az atomenergiák felhasználása nem lesz álom többé? Azt felelhetjük: ilyen jóslásba nem bocsátkozhatunk, mert a tudomány fejlődése nem folytonos, hanem ugrásszerű! A tudományt a spontán felfedezések viszik előbbre, a szorgalom csak megépíti az összeköttetést az előretörés után. De mondhatjuk, hogy ma már megvan az alapja az előretörésnek s így jogos a hitünk és reményünk az atomenergiák kihasználása s az emberiség szebb jövője iránt.

Az ember és világa
A kozmológia mai problémái
(Természet Világa, 1981. május)

Hogyan jött létre a Föld? Honnan származtak az ég csillagai? Mikor indult el mai útjára a világ? Mi mozgatja, kormányozza történéseit?
 Az ember törekvése, hogy e kérdésekre választ adjon, hogy a körülötte látott világot, a kozmoszt rendezett, egységes képbe foglalja, olyan régi, mint maga az ember. De kozmológia, ahogy ma értjük, csak azóta van, amióta természettudomány van. Mert a modern kozmológia természettudomány. Fizika, nem pedig metafizika.

 Az ember kultúrája kezdetén mitológiai képekhez folyamodik, ha a szűk környezetében látott rendet a világra akarja kivetíteni. Szellemeket és isteneket hív életre, akinek akarata vagy éppen szeszélye kormányozza a világot. A természettudomány ott kezdődik, amikor az ember felismeri, hogy a természet jelenségei között összefüggések vannak. A szeszélyt és egyéni megnyilvánulást a jelenségek lefolyásában jelentkező matematikai rend, tehát a természet törvényei helyettesítik. Az ember ezáltal veszített is, nyert is. Veszített, mert feladta a dolgok mögötti titkok keresését, nem azt kérdezi: “mi” és “miért”, hanem csak azt: “hogyan”. Másfelől nyert, mert abban, ami megmaradt, megbízható ismereteket kapott, melyeket most már szeszélytől és érzelmektől átitatott kép helyett értelmi képbe foglalhat. A régi kép talán szebb volt. Mint ahogy szép a vadvirágos mező. De a gazda jobban szereti a tiszta búzát. És jobban is gyönyörködik benne.

 Aztán jött a nagy felismerés: a Földön tapasztalt természeti törvények az ég tüneményeire is érvényesek. Newton éppen a bolygómozgások segítségével alkotta meg a földi testek mechanikáját. Azóta sincs egyetlen olyan tapasztalat, amely azt mondaná, hogy kétféle fizika van, egyik a Földön, másik az égben. És azóta sem szűnt meg az ember törekvése, hogy a Földet és eget egységes természettudományi képbe, fizikai elméletbe foglalja.

 A kozmológia ezek szerint a világegyetem fizikája. Egyfelől igyekszik a világnak mint egésznek a rendjét, szerkezeti törvényeit felismerni, másfelől leírni a világ történéseit a múltban és a jövőben. A program kétségkívül nagy igényű, de egyben szerény is, mert a tapasztalható világegyetemre korlátozódik. Nem rejti magában a megismerhetetlennel való foglalkozás ellentmondásait. Ezért vezethet sikerre.

 A newtoni mechanika s a múlt században reá épített elektrodinamika és termodinamika ellentmondásokba keveredett, valahányszor megkísérelte a földi tudást a végtelen statikus világegyetemre általánosítani. De azóta három nevezetes dolog történt.

 Egyik: az észlelhető világegyetem azelőtt soha nem sejtett méretekre tágult. Az új megismerésben új törvényszerűségek, a meglepetésnek olyan halmaza tárult fel, hogy mellettük eltörpül és lemarad minden fantáziaregény.

 Másik: a fizika közben gyökeresen átalakult. A relativitáselmélet kitágította a tér, az idő, a tömeg, az energia fogalmát és megengedi a világegyetemre való általánosítást. A kvantumelmélet behatol az atom és az atommag rejtelmeibe, és képessé teszi az embert, hogy megértse a csillagok energiaforgalmát és evolúcióját.

 Harmadik: egészen a legújabb időkig a csillagászat volt az egyedüli természettudomány, mely pusztán megfigyelésekre támaszkodott és nélkülözte a kísérletezést. A fizika, a kémia, a biológia stb. mind laboratóriumi kísérleteken épül; a csillagászatban a tárgyak, történések messze vannak, míg az ember műszereivel a Földhöz van kötve. A jelen század közepe óta az örvendetesen változik. A mikrohullámú technika kifejlesztette a radarcsillagászatot. Tetszés szerint választott frekvenciával tudjuk “megtapogatni” a Naprendszer bolygóit, behatoltunk azok felhőrétegei alá, mérhetjük azok anyagi sajátságait. Azelőtt nem remélt pontossággal tudjuk mérni a bolygók pályaelemeit, kísérletileg vizsgálhatjuk a téridő-rendszer relativisztikus sajátságait. Mérőműszereket, laboratóriumokat küldünk az űrbe; infravörös-, ultraibolya-, röntgensugár- és gammasugár-teleszkóppal tudjuk nézni a világ energiafolyamatait, műszereinket eljuttatjuk a bolygók felületére, hogy ott hőmérséklet, mágneses teret, gáznyomást, anyagi összetételt stb. mérjenek vagy életet keressenek.

 A tapasztalatok és elméletek e tágulása biztató, de a tudomány legfontosabb ismérve az, hogy nem tekinti magát véglegesnek, megoldottnak. Egyaránt áll ez a tapasztalati anyagra és az elméletre. Mai napig hiányzik a két nagy elmélet, a relativitás- és a kvantumelmélet összhangba hozatala. De a világnak az észlelésekből szerzett jelenlegi ismerete és a fizika, ahogy jelenleg áll, már megengedi a fizikusnak, hogy a világról egységes, ellentmondás nélküli képet, kozmológiát alakítson. A hangsúly egyelőre azon van, hogy a képben, bár az még nem végleges, nincs belső ellentmondás, ami az első választóvíz-próbája minden fizikai elméletnek…

 Az ember kicsiny lett a világ az elképesztő méreteiben. De vajon kicsinységét, vagy nagyságát geometriával kell-e mérnünk? Nem jobb-e az a skála, hogyan fogja fel értelmével a világot?

 Jobb osztályzatot kap az ember, ha úgy vizsgáztatjuk, hogyan tud eligazodni a tejutak és a csillagok e képzeleten felüli sokaságában? A felelet az, hogy sokkal jobban, mint azelőtt a szűkebb világban. A világ látott képéből ma már föl tudja vázolni a világ történéseit, nagy vonalakban el tudja gondolni a világ múltját és jövőjét.

 A csillagász és fizikus, miközben a világ történéseit akarja megérteni, olyan feladat előtt áll, mint valaki, akinek egyetlen filmkockát adunk, s azt kívánjuk tőle, fejtse meg a drámát. A csillagász valóban csak egyetlen filmkockáját kapja meg a világnak, mert élete, de még az összes eddigi csillagászgenerációk élete is csak egy pillanat a csillagok életéhez képest. Hogy mégsem tehetetlen feladatával szemben, annak köszönheti, hogy a szereplők “jelleme” itt viszonylag egyszerű, mert a tejutakat és a csillagokat a fizika törvényei kormányozzák. Eddington angol csillagász írta 1926-ban: “…bizonyára nincs messze az idő, amikor meg tudunk érteni olyan egyszerű valamit, mint a csillag.”’ A világ filmkockái kauzális láncban követik egymást. Aki tudja a törvényt, meg tudja írni a cselekményt.

 Az elmélet feladata kétfelé ágazik. Egyik a tejutak és a csillagok evolúciós kérdéseinek megértése. Másik az összes tejutakat magában foglaló rendszer, tehát a világegyetem nagy drámájának megfejtése…

 A természettudós nem bűvész, kiveszi a nyulat a kalapból, de nem állítja, hogy nem volt benne. Vizsgálati módszereit nem titkolja, ellenkezőleg: kihívja maga ellen a kritikát. Elgondolásai, míg megtalálja a választ, lehetnek antasztikusak, de egyben biztosak lehetünk: a megoldások, amiket a feltett kérdésekre a természet nyújt, fantasztikusabbak lesznek, mint minden emberi elképzelés.

 Még néhány évvel ezelőtt lehetett hallani és olvasni jeles fizikusoktól és csillagászoktól, hogy a csillagászat a befejezéshez közeledik, mert a Palomar óriás távcsöve már ellőt a világ kiterjedésének felére. S íme, most a csillagászat és fizika új feladatokkal küszködik. Új feladat mindig lesz a jövőben is. Azokat megoldásával jut el az ember a természettörvények és a természet egyre bővülő megismeréséhez. Mert amit a természetben jellemzők, lényegesnek gondolunk, nem a változó megjelenési formáiban (anyag, energia, tér, idő stb.) nyilvánul meg, hanem a törvényeiben.

 Ezt mutatja a kozmológiai kép is. Gondoljuk el, hogy a világ valamely nagy térfogatát ma hidrogéngáz tölti ki. Néhány milliárd év elteltével ebből a gázból tejutak, csillagok, nehéz elemek, planéták állanak elő. A biológus azt is hozzáteszi: a rajtuk végbemenő életjelenségekkel. Higgyük el. Hogy áll elő mindez az egyszerű hidrogéngázból? Igaz, a csirke is megszületik a tojásból, de a tojás nem egyszerű, a csirke teljes tervrajza benne van a tojás egyetlen sejtjében. Hol van a bonyolult világ tervrajza az egyszerű hidrogéngázban? A nyilvánvaló felelet az, hogy az “egyszerű” hidrogéngáz olyan bonyolult, mint ami lehet belőle, tehát a tervrajz és így a világ lényege a természet törvényeinek összefüggő, koherens rendszerében van.
 S a világ méreteiben oly kicsiny ember már valóban jelentős utat tett meg e törvények megismerése felé.