Egy jó ideje megy a vita Irán és a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség között Irán urándúsítási igyekvéseiről. Most nem a vitáról lesz szó, az engem nem érdekel, viszont adott a kérdés, hogyan dönthetjük el, hogy a szomszédban atombomba készül vagy atomerőmű?

Radioaktivitás, izotóp, magfúzió, láncreakció

A radioaktivitás jelenségének felfedezése Henri Becquerel francia fizikus nevéhez fűződik. Az 1800-as években több tudós kutatott különféle sugárzások után, az egyik jelentős felfedezés a röntgensugárzás volt. ennek kapcsán Becquerel 1895-ben elkezdte vizsgálni, hogy a napsugárzásnak kitett ásványok bocsájtanak-e ki röntgensugarakat.

Egy átlagos napon, mikor az időjárás nem tette lehetővé a napsugárral folytatott vizsgálódásait, a vizsgált uránvegyületet egy fényképezőlemezzel együtt a fiókjába tette. Később előhívta a képet és láss csodát az ásvány körvonalai meglátszottak azon. Ennek a magyarázata az, hogy az uránérc magától, bármiféle külső behatás nélkül is igen erős sugárzást bocsájtott ki, elég erőset ahhoz, hogy a fényképezőpapíron áthatoljon.

A jelenséget tovább vizsgálta Pierre Curie és lengyel származású felesége Marie Curie. A kutatásuk célja, hogy az uránszurokércből eltávolítsák azt az izotópot, amely sugároz. Több éves megfeszített munka és kutatás után 8 tonna uránszurokércet felhasználva sikerült 0,1 gramm tiszta radioaktív anyagot nyerniük. Az uránon kívül további két radioaktív anyagot a rádiumot és a Marie Curie szülőhazájának tiszteletére polóniumra keresztelt elemet is előállítaniuk.

Pierre Curie halálát közvetlenül nem a radioaktív sugárzás okozta, ő ugyanis egy lovaskocsi kerekei alá esett, ennek következtében súlyos koponyasérülést szenvedett, ami később halálához vezetett. Azonban egyes híresztelek szerint szervezete annyira legyengült az őt ért sugárzástól, hogy ennek köszönhető esése. Marie Currei viszont már a radioaktív sugárzás áldozata lett. Mivel abban az időben még nem tudtak a radioaktív sugárzás veszélyes hatásairól, a Curie házaspárnak fogalma sem volt arról, milyen árat követelt kutatói munkájuk. Marie 1934 tavaszán Lengyelországba utazott. Ez volt utolsó látogatása; 1934. július 4-én leukémiában (csontvelőrák) a kelet-franciaországi Passy-ban, a Sancellemoz nevű szanatóriumban meghalt. Halálát majdnem biztosan a káros hatású, ionizáló sugárzás okozta. Marie a legkisebb elővigyázat nélkül dolgozott a radioaktív anyagokkal. Tesztelésre szánt, radioaktív izotópot tartalmazó csöveket hordozott a zsebében és tartott az íróasztala fiókjában, élvezve a szép kékeszöld fényt amit ezek az elemek a sötétben kisugároztak magukból.

A radioaktív elemek közös tulajdonsága, hogy atommagjuk nem stabilis és bárminemű külső behatás nélkül elbomlanak és radioaktív sugárzás kibocsájtása közben más atommagokká alakulnak. Az instabilis magok idővel elemi részecskék kibocsájtása közben és energia felszabadulás kíséretével más elem atommagjává alakulnak át. A távozó részecskék sugárzása elektromos és mágneses térben három részre bontható. A három részt α-, β- és γ-sugárzásnak nevezték el. Az α-sugárzás két protonból és két neutronból álló részecskéket, hélium-atommagokat, a β-sugárzás nagy sebességű elektronokat tartalmaz, míg a γ-sugárzás nagy energiájú elektromágneses hullám.

A radioaktivitás felfedezéséért Becquerel és a Curie házaspár 1903-ban Nobel-díjat kapott.

A radioaktív anyagokkal végzett vizsgálódások bebizonyították, hogy a sugárzás közben sokkal nagyobb energia szabadul fel, mint a hagyományos kémiai folyamatok során, ilyen pl. az égés is. Egyetlen gramm urán 235-ös izotóp maghasadása során annyi hő szabadul fel, mint 2,5 tonna tiszta, kiváló minőségű szén elégetésével. Nem meglepő tehát, hogy nagy erőkkel kezdődtek a kutatások, hogy lehetne hasznosítani és felszabadítani ezt a hatalmas energiát. Az alapelvet a láncreakció elvét Szilárd Leó ismerte fel.

Azokat a reakciókat nevezzük magreakcióknak, melyekben maga az atommag alakul át, az ebből felszabaduló energia az atomenergia.

A láncreakció lényege a következő: ha a hasadásra képes urán 235-ös izotópot neutronbesugárzás éri, az átalakul urán 236-os izotóppá. Ez azonban nem stabilis így azonnal kettéhasad egy 92-es kriptonná és egy 142-es báriumizotóppá. Melléktermékként újab szabad neutronok is keletkeznek (szám szerint 2). Ezek a reakciók mindaddig folytatódnak, amíg van hasadásra képes urán izotóp. A kritikus tömeg az a mennyiségű anyag, melyben beindul a láncreakció. Ezt a folyamatot nevezzük láncreakciónak.

A maghasadás felfedezése adta az izotópokban rejlő energiák kiaknázásának lehetőségét. Az uránmag és a neutron együttes tömege nagyobb, mint a hasadási termékek tömegének össze. A hiányzó tömeg alakul át energiává. A felszabaduló energia mennyisége óriási, a szabad neutronok pedig újabb reakciók beindításával tartják fent a láncreakciót.

Urán

Az uránnak a természetben a 234-es, 235-ös és 238-as tömegszámú izotópjai fordulnak elő. Mindegyik előfordulásnál döntően 238-as izotóp található, kis mennyiségben (0,72%) 235-ös, és nagyon kis mennyiségben 234-es izotóp, a pontos arányokat ld. a táblázatban. A jelenlegi atomerőművek szempontjából a ritkább 235-ös izotóp hasznosítható, a kis előfordulási arány miatt dúsítani kell (jellemzően néhányszoros koncentrációra).

A Föld keletkezésekor a 238-as izotóp kétszeres, a 235-ös mintegy százszoros mennyiségben fordult elő, így arányuk kiegyenlítettebb volt.

Az urán elszórtan az egész földkéregben megtalálható. Átlagos koncentrációja 3-5 gramm/tonna (3-5 ppm). A földkéreg urántartalma - 25 km mélységig számolva - 100 milliárd tonnára becsülhető, míg az óceánoké 10 millió tonnára. Gyakorlatilag sokkal kisebb mennyiség használható: csak azok az előfordulások, ahol az urán koncentrációja három nagyságrenddel magasabb. A talajok urántartalma 0,7-11 ppm között alakul (foszfor-műtrágya használatakor előfordul 15 ppm is). Egyes baktériumfajok testükben felhalmozzák az uránt, annak koncentrációja 300-szor magasabb lehet a környezeténél.

Legfontosabb érce az urán-szurokérc, amely jellemzően 0,5-0,8% (5-8 ezer ppm) uránt tartalmaz. Bányásznak 0,1-0,25% urántartalmú ércet, és előfordul (Kanadában) több tíz százalék urántartalmú érc is, amit meddővel keverve bányásznak ki. A Föld uránkészletének 40%-a Ausztráliában található.

A becslések szerint a világon 35 millió tonna uránérc termelhető ki, ebből műrevaló (gazdaságosan kitermelhető) mennyiség 5 millió tonna uránérc (ez a piaci ártól is függ). Az elmúlt években az árak erősen emelkedtek. A dúsított urán ára 2007-ben elérte a 130 USD/kg-ot (urán-hexafluoridra számolva).

2005-ben 17 ország állított elő több, mint 39 655 tonna uránércet. A legnagyobb termelő Kanada (a világtermelés 27,9%-ával) és Ausztrália (22,8%). Nagyobb termelők még: Kazahsztán (10,5%), Oroszország (8,0%), Namíbia (7,5%), Niger (7,4%), Üzbegisztán (5,5%). [forrás]

Atombomba vs. atomenergia

Ahhoz, hogy valaki atombombát- vagy éppen atomerőművet építsen sok pénz, idő és persze nyersanyag szükséges. Lássuk, hogy megy ez:

1. Bányászd ki! Ahogy az előzőeben olvashattátok a nyers uránérc bányászása leginkább Kanadában, Ausztráliában és Kazahsztánban történik. Az uránérc kis százalékban tartalmaz felhasználható uránt. A bányászat után porrá zúzzák, ekkor sárgás por keletkezik, amit yellowcake-nek is neveznek. Ez a por 60-70%-ban urán-dioxidot tartalmaz. Ezt a por állagú anyagot fluorral keverik össze, így az urándúsítás alapanyagául szolgáló urán-hexafluorid gázt kapják.
2. Dúsítsd! Az urán dúsítása nagy technikai nehézségekbe ütközik, mivel kémiailag a 235-ös identikus a 238-as izotóppal, így olyan eljárásokhoz folyamodnak, amik a tömegkülönbségen alapszanak. Ilyenek a diffúziós, a centrifugás, és a fúvókás módszer. Ehhez az uránt gázosítani kell (urán-hexafluorid UF₆), majd csak ezután következik a dúsítás. Az urán-hexafluorid gázt bevezetik egy centrifugába, ennek mérete és felszereltsége csak pénz kérdése. A centrifuga mintegy 100,000-szer fordul meg egy perc alatt, aminek hatására a nehezebb urán 238-as izotópok a centrifuga falához közelebb kerülnek és lesüllyednek, míg a könnyebb urán 235-ös izotópok a centrifuga közepéhez közelebb esnek és felfelé mozdulnak el. A felfelé mozgó urán 235 dúsítottnak tekinthető. Az atomerőmű felépítésétől, valamint a moderátor anyagától függően a természetes urán 235-ös tartalmát 3-4%-ra kell növelni (összehasonlításképpen az atombombában 85% fölött kell hogy legyen a 235-ös urán részaránya).A lesüllyedő urán 238-as izotópot a katonaság használja fel lövedékek előállítására. Ennek a felhasználásnak semmi atomenergiai oka nincsen, hanem egyszerűen a lövedék tömegét növelik vele, hogy a lövedék mozgási energiáját, így áthatolóképességét, rombolóerejét növeljék.
3. Sűrítsd össze és használd! Az előállított tiszta urán 235-ös izotóp használatra kész. Mint láthattuk csupán természetes urán 235-ös tartalma határozza meg mi hez is lesz. Azért megemlíteném, hogy egy atombombányi mennyiség előállításához egy évig közel 1500 centrifuga folyamatos működése szükséges! Az atomerőművi néhány %-os dúsításhoz ugyanazon gépek szükségesek, mint a fegyvertisztaságú (90 %-os) dúsításhoz, ezért mikor Irán dúsító centrifugatelepet helyezett üzembe, joggal nem lehetett tudni, hogy milyen mértékű dúsítást tervez vele. Az atombombák felépítéséről itt olvashatjátok, az atomreaktorokéról pedig itt.

Elvben tehát ilyen egyszerű atombombát létrehozni. Azonban mint láthatjátok ez korántsem olcsó. Az előállításhoz szükséges időről, infrastruktúráról és nyersanyag mennyiségről nem is beszélve. Az, hogy Iránban mire megy ki a "játék", nos majd kiderül. Azért remélem előbb, mint utóbb. Mindehhez azért hozzátartozik, hogy vessünk egy pillantást a nukleáris fegyvereket birtoklók névsorára. Az USA 9400 összes nukleáris fegyvere közül 2623 aktív, míg ez a szám Oroszországot nézve 13000-ből 4718. Továbbá Franciaországnak, Nagy-Britanniának, Kínának, Izraelnek, Indiának, Pakisztánnak és Észak-Koreának van nukleáris fegyvere, mint azt a lenti térképen is láthatjátok.

Itt kipróbálhatjátok, ha egy (általatok választott) atombomba mondjuk Budapesten robbanna mekkora pusztítást végezne.

Forrás volt

• Paksi Atomerőmű