1 / 19

Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt

Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt. Dr. Sükösd Csaba egyetemi docens, tanszékvezető. 1942. dec. 2 . E. Fermi, Szilárd Leó, Wigner Jenő, A. Compton... Az első önfenntartó nukleáris láncreakció. Néhány kísérlet, felfedezés a sok közül, amely ezt lehetővé tette

braith
Télécharger la présentation

Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Magfizikai kísérletek és a chicagoi fél watt Dr. Sükösd Csaba egyetemi docens, tanszékvezető Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

  2. 1942. dec. 2. E. Fermi, Szilárd Leó, Wigner Jenő, A. Compton... Az első önfenntartó nukleáris láncreakció Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

  3. Néhány kísérlet, felfedezés a sok közül, amely ezt lehetővé tette • A neutron felfedezése (1932 Chadwick) • Fermi kísérletei – lassú/gyors neutronok hatása • „Többlet neutronok” (1939 Szilárd Leó, W. Zinn) • „Késő neutronok” (1939 R.B. Roberts, R.C. Meyer, and P. Wang) • A chicagoi fél watt (1942), „kritikussági kísérlet” Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

  4. 1) A neutron felfedezése(1932) (vázlatosan) Ismert volt: természetes radioaktivitás, a- b- g-sugárzások, és áthatolóképességük Rutherford óta: fő kísérleti„eszköz” az a-sugárzás F. Joliot-Curie, és I. Curie (1932): a-sugárzás Be-ból nagy áthatolóképességű sugárzást vált ki: g-sugárzás? Pl. Ra • Rejtélyes, mert • Pb nem gyengíti eléggé (nagy energiája lenne? ~50 MeV?) • Paraffin jól gyengíti (ha g-sugárzás lenne, nem kellene) • Paraffinból nagy energiájú protonokat lök ki. (Compton??) Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

  5. Ködkamrában mért meglökődésekből a (feltételezett) g-sugárzás energiája meghatározható (Compton-szóráshoz hasonló) Klasszikus fizika: ütközések, energia- és lendületmegmaradás. g-fotonra: (lineáris összefüggés) Láthatatlan nyomok További rejtély: Mindig más energia jött ki, attól függően, hogy milyen gáz volt a ködkamrában! James Chadwick megoldása: NEM g-foton, hanem M > 0 nyugalmi tömegű, semleges részecske: NEUTRON. Erre: (négyzetes). meglökődött atommag nyoma Két mérésből E és M meghatározható Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

  6. 2. Fermi kísérletei – lassú/gyors neutronok hatása (1934) 1932 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 b-bomláskor: „Neutronfelesleggel” rendelkező atommagok teszik! Enrico Fermi ötlete: az urán a legnagyobb rendszámú Vigyünk be neutront n-felesleg lesz b-bomlásZ = 93 rendszámút is előállíthatunk mesterségesen!! Honnan tudjuk, hogy előállítottuk? A radioaktivitásából. Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

  7. E. Fermi kísérlete: Eredmény: VAN radioaktivitás Probléma: „diákoknak jobban sikerül”!? Megoldás: különböző energiájú neutronok másképp viselkednek. NEUTRONLASSÍTÁS! Lassú neutronok „hatékonyabbak” ! (hosszabb ideig van közel a maghoz, több idő van a kölcsönhatásra) • n-lassítás: könnyű atommagokkal való ütközéssel (moderátor) • Lassú neutronok elnyelése:kadmiummal vagy bórral Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

  8. 1938-1939. 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!! Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

  9. 3. „Többlet neutronok” (1939 Leo Szilárd, Walter Zinn) ”Azt várjuk, hogy ezek a gerjesztett töredék- magok azonnal kibo-csátanak neutrono-kat, és talán a hasa-dásonként kibocsátott neutronok száma egynél nagyobb...” Ez teremti meg a neutronos láncreak- ció lehetőségét ! Physical Review (1939) 799. oldal Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

  10. paraffin Cd-árnyékolás (levehető) uránoxid rádium Cd ólom berillium A Cd-borítású He-ionizációs kamra csak gyorsneutronokat detektál A Szilárd – Zinn kísérlet felépítése Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

  11. 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. (Kontroll kísérlet: urán helyett ólom. Nincs effektus) De ez még csak azt bizonyítja, hogy az urán hasadása során keletkeznek gyors neutronok !! Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

  12. 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) • Ebből a 2,3 kg uránoxidban: Nhasadás • Ismert volt a He n-szórási hatáskeresztmetszete • Ebből (geometriai korrekciókkal): Nneutron EREDMÉNY: „Megtaláltuk a neutronokat” (Szilárd Leó) (Mai, pontosabb érték: 2,4) Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

  13. 4. Késő neutronok kimutatása(1939 R.B. Roberts, R.C. Meyer, and P. Wang, USA) • A bór-bevonatú ionizációs • kamra: neutron-detektor • Gyorsító, lítium céltárggyal: • kikapcsolható neutronforrás U • 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! Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

  14. 5. A chicagoi fél watt Láncreakció neutronokkal (effektív sokszorozási tényező) a két neutron-generáció között eltelt idő: Ezzel kapjuk: Az időbeli viselkedés tehát: Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

  15. keff = 1 esetén N(t) = N0= konstans (kritikus), keff > 1 esetén N(t) exponenciálisan nő (szuperkritikus), keff < 1 esetén N(t) exponenciálisan csökken (szubkritikus). A változás gyorsaságát a kifejezés adja meg Prompt neutronoknál a generációs idő Tegyük fel, hogy keff =1,001 Példa: A neutronszám (és a reaktor teljesít- ményének) változása 1 s alatt: Nem szabályozható! (prompt-kritikus) Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

  16. 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 keff<1 legyen, de a késő neutronokkal együtt keff>1 lehessen (elindításkor) Azaz keff < 1,0064 kell maradjon mindig! keff változtatási lehetőségei: • Kiszökés arányának csökkentése(nagyobb rendszer) • Elnyelődés szabályozása (szabályozó elemek n-elnyelő anyagokból • Hasadás valószínűségének növelése(neutronok lelassítása: grafit, D2O) MEGÉPÍTENÉD? Honnan tudjuk, hogy mekkora a keff ? Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

  17. Ötlet: tegyünk oda egy neutronforrást! Ekkor: (forrás nélkül) Sokszorozás + forrás Új generáció = Azonos átalakításokkal kapjuk (mint korábban): Ennek a megoldása: keff mérhető! (keff < 1) Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

  18. Ebből kapjuk: Ábrázolva: 1942. dec. 2. Chicago „Az olasz kormányos sikeresen megérkezett az Új Világba. A bennszülöttek barátságosak” Pl. x a szabályozó rúd állása Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

  19. 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! Középiskolai Fizikatanári Ankét Békéscsaba 2008. 03.26-30

More Related