Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 1/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 1/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári."— Előadás másolata:

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 1/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Dr. Sükösd Csaba egyetemi docens, tanszékvezető

2 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 2/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba dec. 2. E. Fermi, Szilárd Leó, Wigner Jenő, A. Compton... Az első önfenntartó nukleáris láncreakció

3 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 3/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba Néhány kísérlet, felfedezés a sok közül, amely ezt lehetővé tette 1.A neutron felfedezése (1932 Chadwick) 2.Fermi kísérletei – lassú/gyors neutronok hatása 3.„Többlet neutronok” (1939 Szilárd Leó, W. Zinn) 4.„Késő neutronok” (1939 R.B. Roberts, R.C. Meyer, and P. Wang) 5.A chicagoi fél watt (1942), „kritikussági kísérlet”

4 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 4/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba ) A neutron felfedezése (1932) (vázlatosan) Ismert volt: természetes radioaktivitás,  -  -  - sugárzások, és áthatolóképességük Rutherford óta: fő kísérleti„eszköz” az  -sugárzás F. Joliot-Curie, és I. Curie (1932):  -sugárzás Be-ból nagy áthatolóképességű sugárzást vált ki:  -sugárzás? Rejtélyes, mert • Pb nem gyengíti eléggé (nagy energiája lenne? ~50 MeV?) • Paraffin jól gyengíti (ha  -sugárzás lenne, nem kellene) • Paraffinból nagy energiájú protonokat lök ki. (Compton??) Pl. Ra

5 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 5/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba Ködkamrában mért meglökődésekből a (feltételezett)  -sugárzás energiája meghatározható (Compton-szóráshoz hasonló) Klasszikus fizika: ütközések, energia- és lendületmegmaradás.  -fotonra: (lineáris összefüggés) További rejtély: Mindig más energia jött ki, attól függően, hogy milyen gáz volt a ködkamrában! James Chadwick megoldása: NEM  -foton, hanem M > 0 nyugalmi tömegű, semleges részecske: NEUTRON. Erre: (négyzetes). Két mérésből E és M meghatározható meglökődött atommag nyoma Láthatatlan nyomok

6 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 6/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba után a neutron a kísérletek fő „eszköze” lett, mivel nem taszítják el az atommagok (Pl. F. Joliot-Curie és I. Curie: első mesterséges radioaktivitás) Ismert volt, hogy  -bomláskor: „Neutronfelesleggel” rendelkező atommagok teszik! Enrico Fermi ötlete: az urán a legnagyobb rendszámú Vigyünk be neutront n-felesleg lesz  -bomlás Z = 93 rendszámút is előállíthatunk mesterségesen!! Honnan tudjuk, hogy előállítottuk? A radioaktivitásából. 2. Fermi kísérletei – lassú/gyors neutronok hatása (1934)

7 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 7/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba E. Fermi kísérlete: Eredmény: VAN radioaktivitás Probléma: „diákoknak jobban sikerül”!? Megoldás: különböző energiájú neutronok másképp viselkednek. •Lassú neutronok elnyelése: kadmiummal vagy bórral (hosszabb ideig van közel a maghoz, több idő van a kölcsönhatásra) több idő van a kölcsönhatásra) •n-lassítás: könnyű atommagokkal való ütközéssel (moderátor) NEUTRONLASSÍTÁS! Lassú neutronok „hatékonyabbak” !

8 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 8/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba Maghasadás felfedezése (itt nem tárgyaljuk) (Otto Hahn, Friedrich Strassman, Lise Meitner, Berlin) Kémiai Nobel-díj 1944 Megjegyzés: már 1934-ben Ida Noddack asszony (Németország) felvetette, Fermi kísérleteinek értelmezésére!!

9 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 9/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba Ez teremti meg a neutronos láncreak- ció lehetőségét ! 3. „Többlet neutronok” (1939 Leo Szilárd, Walter Zinn) Physical Review (1939) 799. oldal ”Azt várjuk, hogy ezek a gerjesztett töredék- magok azonnal kibo- csátanak neutrono- kat, és talán a hasa- dásonként kibocsátott neutronok száma egynél nagyobb...”

10 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 10/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba A Cd-borítású He-ionizációs kamra csak gyorsneutronokat detektál rádium berillium paraffin ólom uránoxid Cd-árnyékolás (levehető) A Szilárd – Zinn kísérlet felépítése Cd

11 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 11/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba A mérés ötlete: Összehasonlítjuk a detektált neutronok számát, amikor az uránt gyors (Cd-árnyékolás), ill. lassú neutronok (Cd-nélkül) érik. Eredmény: lassú neutronokkal: ~ 50 beütés/perc gyors neutronokkal: ~ 5 beütés/perc. gyors neutronokkal: ~ 5 beütés/perc. (Kontroll kísérlet: urán helyett ólom. Nincs effektus) De ez még csak azt bizonyítja, hogy az urán hasadása során keletkeznek gyors neutronok !!

12 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 12/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba A neutronok számának a megállapítá- sához uránoxiddal bevont ionizációs kamrát tettek ki lassú neutronoknak. A hasadásokat detektálták. A számítás menete: -Hasadások száma/perc az urán bevonatban (a hasadványok szabad úthossza alapján) bevonatban (a hasadványok szabad úthossza alapján) -Ebből a 2,3 kg uránoxidban: N hasadás -Ismert volt a He n-szórási hatáskeresztmetszete -Ebből (geometriai korrekciókkal): N neutron EREDMÉNY: „Megtaláltuk a neutronokat” (Szilárd Leó) (Szilárd Leó) (Mai, pontosabb érték: 2,4)

13 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 13/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba Késő neutronok kimutatása (1939 R.B. Roberts, R.C. Meyer, and P. Wang, USA) •A bór-bevonatú ionizációs kamra: neutron-detektor kamra: neutron-detektor •Gyorsító, lítium céltárggyal: kikapcsolható neutronforrás kikapcsolható neutronforrás Eredmény: •Urán nélkül: a gyorsító kikapcsolása után nincs neutron •Ha van urán, akkor a gyorsító kikapcsolása után is vannak neutronok T~ 12 s felezési idővel! U

14 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 14/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba A chicagoi fél watt Láncreakció neutronokkal a két neutron-generáció között eltelt idő: Ezzel kapjuk: Az időbeli viselkedés tehát: (effektív sokszorozási tényező) tényező)

15 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 15/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba k eff = 1 esetén N(t) = N 0 = konstans (kritikus), k eff > 1 esetén N(t) exponenciálisan nő (szuperkritikus), k eff < 1 esetén N(t) exponenciálisan csökken (szubkritikus). A változás gyorsaságát a kifejezés adja meg Prompt neutronoknál a generációs idő Tegyük fel, hogy k eff =1,001 A neutronszám (és a reaktor teljesít- ményének) változása 1 s alatt: Nem szabályozható! (prompt-kritikus) Példa:

16 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 16/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba A késő neutronokra azonban (Roberts és társai) Sajnos csak kevés késő neutron van! A részarányuk ~0,64% Úgy kell megépíteni, hogy a késő neutronok nélkül k eff <1 legyen, de a késő neutronokkal együtt k eff >1 lehessen (elindításkor) Azaz k eff < 1,0064 kell maradjon mindig! k eff változtatási lehetőségei: •Kiszökés arányának csökkentése (nagyobb rendszer) •Elnyelődés szabályozása (szabályozó elemek n-elnyelő anyagokból •Hasadás valószínűségének növelése (neutronok lelassítása: grafit, D 2 O) MEGÉPÍTENÉD? Honnan tudjuk, hogy mekkora a k eff ?

17 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 17/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba Ötlet: tegyünk oda egy neutronforrást! Ekkor: Új generáció = Sokszorozás + forrás Azonos átalakításokkal kapjuk (mint korábban): Ennek a megoldása: k eff mérhető! (forrás nélkül) (k eff < 1)

18 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 18/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba Ebből kapjuk: Ábrázolva: Pl. x a szabályozó rúd állása dec. 2. Chicago „Az olasz kormányos sikeresen megérkezett az Új Világba. A bennszülöttek barátságosak”

19 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 19/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba Összefoglalás: •Neutron felfedezése (J. Chadwick) •Neutronlassítás (E. Fermi) •Többlet-neutronok (Szilárd-Zinn) •Késő neutronok (Roberts és tsai) •Kritikussági kísérlet (Fermi-Szilárd, Chicago) Köszönöm megtisztelő figyelmüket!


Letölteni ppt "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Nukleáris Technika Tanszék 1/19 Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Középiskolai Fizikatanári."

Hasonló előadás


Google Hirdetések