Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005. március 11-14.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005. március 11-14."— Előadás másolata:

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005. március 11-14. Dr. Sükösd Csaba Nukleáris Technika Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

2 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 1934: Szilárd Leó ötlete (szabadalom): A + n B + több n + energia láncreakció a neutronok segítségével 1938: Maghasadás felfedezése (Otto Hahn, F. Strassmann) U + n hasadványok 1939: Szilárd Leó és Walter Zinn: U + n hasadványok+ 2,4 n + nagy energia

3 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 1939: Niels Bohr: csak a 235 U hasad nagy valószínűséggel Az 238 U csak „elnyeli” a neutronokat 238 U + n 239 U 239 Np 239 Pu (24400 év) A 235 U sem hasad mindig, az is elnyel 235 U + n 236 U (24 millió év) Elméletileg előre lehetett látni, hiszen Z urán = 92. Ha két egyenlő részre hasadna: Z termék = 46 (Pd) (Pd stabil izotópja: 106 Pd) (Pd stabil izotópja: 106 Pd) 2 stabil Pd atommag: 92 proton +120 neutron 1 stabil U atommag: 92 proton +146 neutron (120 +26) De: a 235 U – ra: hasadási vszínűség/elnyelés >1 238 U – ra: hasadási vszínűség/elnyelés <<1 238 U – ra: hasadási vszínűség/elnyelés <<1

4 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 2. Láncreakció: a neutron-háztartáson alapul Effektív sokszorozási tényező: két, egymást követő n-generáció számának aránya. k eff 1 növekszik (szuperkritikus >1 növekszik (szuperkritikus) =1 állandó (kritikus) <1 csökken (szubkritikus)

5 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 Hogyan változik N i a neutron-generációk során? Definíció: azonosátalakítás Legyen L a két generáció között eltelt idő : L=  t. Ebből Megszorozva „1-el” a jobb oldalt: Átrendezve: Ennek a diff.egyenletnek a megoldása: Végül:

6 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 szuperkritikus szubkritikus

7 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 A láncreakció befolyásolása (1) 2x akkora méret, 4x akkora felület, 8x annyi 235 U (térfogat), ezért a kiszökés aránya felére csökken! oldalhossz felület térfogat 1 6 1 2 4 x 6 8 x 1 Kiszökés aránya: felület felület összes 235 U térfogat A kiszökés aránya tehát a rendszer méretének növelésével csökkenthető. „Kritikus méret, kritikus tömeg” Keletkezés (hasadás): ~ 235 U atommagok összes száma Keletkezés (hasadás) KiszökésElnyelődés ~ (állandó sűrűség)

8 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 M 0 : urán kritikus tömege,  0 :az urán sűrűsége R 0 : kritikus tömegnyi gömb sugara. Hozzuk be a tömeg/felület arányt: Kritikus rendszerre: x = 1 Definiáljuk: Ahol M a rendszer tömege, F pedig a felülete Szuperkritikus eset: x > 1 (keletkezés túlsúlya) Szubkritikus eset: x < 1 (kiszökés túlsúlya)

9 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 Első példa: 2 M 0 tömegű,  0 sűrűségű gömb: Behelyettesítés után: Második példa: 2M 0 tömegű,  0 sűrűségű gömbhéj Behelyettesítés után: Robban! Nem robban!

10 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 Harmadik példa: 2  0 sűrűségnél mekkora a kritikus tömeg? Először az R sugarat lehet meghatározni: és ebből: Ennek ismeretében a kritikus tömeg: Nagyobb sűrűségre összepréselve tehát jóval kevesebb hasadóanyag is elegendő!!! (Teller Ede)

11 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 A láncreakció befolyásolása (2) Keletkezés (hasadás) KiszökésElnyelődés A keletkezés/elnyelődés arányának befolyásolása: Természetes urán: ( 235 U/ 238 U) = 0,0071 (= 0,71 %) Atomfegyverhez: ( 235 U/ 238 U) > 0,90 (= 90 %) (ekkor már a 238 U elnyelése nem tudja elnyomni a 235 U hasadását) a neutronok lassítása (atomfegyvereknél nem kell) a neutronok lassítása (atomfegyvereknél nem kell) szabályozó elemek, n-elnyelő rudak stb. (nem kell) szabályozó elemek, n-elnyelő rudak stb. (nem kell) az urán DÚSÍTÁSA: ( 235 U/ 238 U) arány módosítása az urán DÚSÍTÁSA: ( 235 U/ 238 U) arány módosítása

12 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 Dúsítás: csak fizikai módszerekkel, mert 238 U, 235 U kémiailag azonosak. Tömegkülönbséget kell kihasználni. Diffúziós módszer: (UF 6 gázzal) Hőmérsékleti egyensúlyban lévő gázkeverékben: ebből A gyorsabban mozgó 235 UF 6 molekulák gyorsabban diffundálnak. Kicsi a különbség, egy fokozatban csak nagyon kis dúsulás érhető el. 15 – 20 ezer fokozatra van szükség.

13 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 Ultracentrifuga módszer: (UF 6 gázzal) „Barometrikus magassági formula” gázkeverékben: földi „g” esetén csak elhanyagolhatóan kis dúsulás, de ultracentrifugával „g” több nagyságrenddel megnövelhető, és így nagyobb mértékű dúsulás érhető el. néhány ezer fokozat már elég Modern francia-japán lézeres módszer: (UF 6 gázzal) Lézerrel kiválasztja (gerjeszti), utána erős villanófénnyel szétbontja a már gerjesztett molekulákat.

14 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 Az uránbomba működése: Alapelv: két – egyenként a kritikus tömegnél kisebb – urándarab, majd összelőjük őket.

15 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 n-forrás:  -forrás + Be lapka (  -részek hatótávolsága ~ mm), ekkor már k eff >1 és a láncreakció gyorsan kiterjed. Számoljunk egy kicsit! L ~ 10 -7 s (gyors neutronok!) k eff ~ 1,2 N(t) ~ 10 23 Ezekből : t ~ 4,5·10 -6 s A láncreakció a másodperc milliomod része alatt makroszkopikus anyagmeny- nyiségre terjed ki! A puskagolyó sebessége ~ 1000 m/s, ezért ennyi idő alatt a két félgömb kb. 4,5 mm utat fut be. Probléma: állandó neutronforrás a láncreakció már akkor beindul, amikor a két félgömb még messze van atompukkanás

16 Hiroshima 1945. aug. 6. (8 óra 15 perc 17 s) Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 Az Enola Gay kioldotta az első atom- bombát („Little Boy”) kb. 9000 m magasan. A bomba 40 s-el később felrobbant kb. 1000 m magasságban. Robbanóereje kb. 12000 t TNT-nek felelt meg. A láncreakció mindössze az urántöltet 1 %-ra terjedt ki

17 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 A plutóniumbomba működése: Hasadóanyag: tiszta 239 Pu Előállítása atomreaktorokban: 238 U + n 239 U 239 Np 239 Pu Használt üzemanyagban felgyűlik, és onnan kémiai módszerekkel elválasztható (Nemzetközi Atomenergia Ügynökség szerepe a felügyeletben) szerepe a felügyeletben) Uránbomba alapelve nem használható, Pu spontán hasad (kis valószínűséggel) állandó n-forrást jelent atompukkanás Megoldás: implózió (befelé robbantás) (Neumann, Teller) (Neumann, Teller)

18 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 A 239 Pu előállítása: a hanfordi atomreaktorokkal (Wigner Jenő) (vízhűtésű, grafittal moderált). 1945-re két bomba alapanyaga készült el. Trinity: 1945. július 16, Alamogordo (hegyekkel övezett sivatag, USA) hajnalban

19 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 Nagaszaki 1945. aug. 9. (11 óra 02 perc) A Bock’s Car kioldotta az első Pu- bombát („Fat Man”). A bomba kb. 503 m magasságban robbant fel. Robbanóereje kb. 22000 t TNT-nek felelt meg. A láncreakció kb 1 kg plutóniumra terjedt ki (a kb. 10 kg-nyi töltetből)

20 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 Az atombomba hatásai (1): Tűzgömb (középpontban néhány millió fok) Tűzgömb (középpontban néhány millió fok) Rtg- gamma- és neutron- sugárzás a robbanáskor Rtg- gamma- és neutron- sugárzás a robbanáskor Intenzív hősugárzás (gyújt,éget) Intenzív hősugárzás (gyújt,éget) Gombafelhő és „fekete eső” Gombafelhő és „fekete eső”

21 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 Az atombomba hatásai (2): Lökéshullám (rombol) Lökéshullám (rombol) Környezet radioaktív szennyezettsége, Környezet radioaktív szennyezettsége, Inkorporált radioaktivitás, Inkorporált radioaktivitás, Sugárbetegség Sugárbetegség Sugárzások késői hatásai (leukémia, rák) Sugárzások késői hatásai (leukémia, rák)

22 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 Az atombomba halálos áldozatai különféle adatok jelentek meg különféle adatok jelentek meg pontos számadatunk máig sincs. pontos számadatunk máig sincs. (a hivatalos okmányok szinte teljesen megsemmisültek) (a hivatalos okmányok szinte teljesen megsemmisültek) Mai becslések: Hiroshima: kb. 350 000 ember tartózkodott ott a robbanáskor, ebből kb. 43 000 katonai személy és kb. 50 000 koreai. kb. 350 000 ember tartózkodott ott a robbanáskor, ebből kb. 43 000 katonai személy és kb. 50 000 koreai. kb. 140 000± 10 000 halt meg az 1945. év végéig, kb. 140 000± 10 000 halt meg az 1945. év végéig, ebből 20 000 a katonai személy és kb. 20 000 koreai. ebből 20 000 a katonai személy és kb. 20 000 koreai. Nagaszaki: kb. 270 000 személy érintett, kb. 270 000 személy érintett, ebből kb. 70 000± 10 000 halt meg 1945 végéig. ebből kb. 70 000± 10 000 halt meg 1945 végéig. ezekből kb. 2000 koreai. ezekből kb. 2000 koreai.

23 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005 március 11-14 Szilárd Leó: 1945 májusa (!): „Ne használják az atomfegyvert emberek ellen. Ha okvetlenül szükséges, „mutassák meg” a japánoknak: robbantsák fel szükséges, „mutassák meg” a japánoknak: robbantsák fel 10 km magasan éjszaka Tokió fölött, hogy mindenki láthassa a 10 km magasan éjszaka Tokió fölött, hogy mindenki láthassa a szörnyű erejét, de senkinek a haja szála se görbüljön meg” szörnyű erejét, de senkinek a haja szála se görbüljön meg” Teller Ede: „Azt, hogy Hiroshimára le kellett-e dobni az atombombát, én nem tudom. Én azt hiszem, hogy ez hiba volt. De hogy Nagaszakira ledobni hiba volt, abban egészen biztos vagyok! ”

24 Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Dr. Sükösd Csaba BME Köszönöm a megtisztelő figyelmüket ! Százezernyi gyertya úszik a Motoyasu folyón minden év aug. 6-án


Letölteni ppt "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Az első atombombák, Hiroshima, Nagaszaki Középiskolai Fizikatanári Ankét Székesfehérvár 2005. március 11-14."

Hasonló előadás


Google Hirdetések