Wigner Jenő, a fizikus, aki megteremtette a nukleáris mérnöki tudományokat

2023 / 09 / 27 / Bobák Zsófia
Wigner Jenő, a fizikus, aki megteremtette a nukleáris mérnöki tudományokat
Az első atombomba kifejlesztését célzó Manhattan terv tudósai között Wigner is óriási szerepet játszott a projekt születésében és a munkálatok során is, többek között ő vezette a Hanford-telepen található, plutóniumot előállító B reaktor munkacsoportját is.

Wigner Jenő egyik legnagyobb ismertségre szert tett értekezése, az 1960-ban publikált A matematika ésszerűtlen hatékonysága a természettudományokban a matematikai formulák mindent átfogó és egészen különösnek tűnő hatását, más tudományterületekkel való szoros kapcsolatát és a legváratlanabb helyeken való felbukkanását boncolgatja, az esszé pedig számtalan tudóstársát inspirálta a témáról való alaposabb elmélkedésre és a gondolatmenet folytatására.

"[...] a matematika roppant hasznossága a természettudományokban olyasmi, ami a misztikum határát súrolja és nincs racionális magyarázat rá."

- jelentette ki a fizikus, aki karrierje és élete vége felé egyre inkább a filozófiai kérdések irányába fordult.

Wigner nevét számos kvantumfizikai jelenséggel kapcsolatos tétel is viseli:

  • a Wigner barát-paradoxon például egy érdekes gondolatkísérlet a kvantumrendszerek megfigyeléséről
  • a Wigner-effektus egy, az atomok neutronbesugárzásra adott reakciójával és átrendeződésével foglalkozó elv, amely a grafitos atomreaktorok működtetésének terén igen fontosnak bizonyult
  • a Wigner-Seitz-cella elnevezés a szilárdtestfizikában egy speciális primitív cellát takar és a kristályos anyagok tanulmányozásában használják
  • és a kvantumrendszerek szimmetriájának leírására is nagy hatású elméletet dolgozott ki, amely Wigner elmélete (Wigner's theorem) néven híresült el

A kutató már a húszas éveiben megírta azt a könyvét (Csoportelmélet és annak alkalmazása az atomszínképek kvantummechanikájára), amely a tér-idő szimmetriák kvantummechanikai szerepének magyarázatát részletezte és akkora érdeklődést váltott ki kortársaiból, hogy 1931-es megjelenése után rövid idő alatt tudományos bestselleré vált.

Bármilyen nagy hatást is gyakoroltak azonban ezek az eredmények a tudományok későbbi alakulására, a neve mégis sokáig egy baljós árnyat vető és mégis sorsfordító találmánnyal forrt össze: az atombombával.

Manhattan terv

Wigner Jenő egyike volt azoknak a prominens tudósoknak, akiket egy életbevágóan fontosnak tartott cél elérése hozott össze a múlt század derekán - akik az első atomreaktorok és atomfegyverek előállításán dolgoztak a legnagyobb titoktartás közepette az Egyesült Államokban. Az új típusú és minden korábbinál pusztítóbb bomba elkészítésének ügyét az tette igen sürgetővé a kutatók szemében, hogy a fegyver alapjául szolgáló fizikai folyamatok felfedezése a hitleri Németországban történt, mikor Lise Meitnernek a maghasadásról szóló elmélete (amit ő nukleáris fissziónak hívott) után Otto Hahn és Fritz Strassmann 1938-ban laboratóriumi körülmények között megfigyelték az urán atommagjának szakadását a neutronnal való besugárzás hatására. Az uránnal és a hasadás után létrejövő uránon túli elemekkel való kísérletezés már korábban indult, többek között Enrico Fermi is foglalkozott a kérdéssel, de ekkor vált igazán nagy jelentőségűvé, mivel egy lehetséges láncreakció megvalósításával a második világháború küszöbén álló náci birodalom kutatásai könnyen egy veszélyes fegyvertípus elkészítését eredményezhették.

Egy ilyen erőteljes, tömegpusztításra alkalmas eszköznek és általában az akkori Németországnak a többi nemzetre való fenyegetését az Európából az Egyesült Államokba távozó kutatók jól értették és a magyar tudósok olyannyira kockázatosnak ítélték a helyzetet, hogy haladéktalanul az amerikai kormány tudomására szerették volna hozni az ügyet és támogatást kérni a saját fejlesztések elindításához. Ebből az igyekezetből született meg 1939-ben a híressé vált levél, amelyet Albert Einstein aláírásával küldtek el Franklin D. Rooseveltnek, az Egyesült Államok akkori elnökének és amelyben a fizikus Enrico Fermi és Szilárd Leó uránnal kapcsolatos munkájára hivatkozva arra kéri a kormányt, hogy vegyék fel a kapcsolatot a láncreakciót kutató fizikusokkal és finanszírozzák a munkákat, valamint gondoljanak az uránellátás biztosítására.

A levél megírásának körülményei nem tisztázottak pontosan és bizonyos részletek a múlt homályába vesztek, mivel minden szereplő egy kicsit máshogy emlékezett vissza a történtekre, de annyi biztosnak tűnik, hogy Einsteint Szilárd Leó és Wigner Jenő vonta be az eseményekbe, mint korának legismertebb és nagy hatású fizikusát, akinek szavára adnak a legfelsőbb körökben is.

Magát a levelet valószínűleg részben a magyar kutatók, részben Einstein fogalmazta meg. Wigner például egy 1964-es interjúban úgy nyilatkozott, hogy maga Einstein diktálta le az egész szöveget, miután felkeresték őt. Az amerikai kormány bevonásának ötlete Wigner visszaemlékezése szerint tőle (Wignertől) származott, míg Einsteint Szilárd szerette volna együttműködésre kérni.

Akárhogy is történt, hamarosan megindultak az urán-kutatások nagyobb mértékű támogatására szolgáló első lépések és 1942. augusztus 13-án hivatalosan is kezdetét vette a Manhattan terv megvalósítása. A program a nevét a New York-i Manhattanben található irodákról kapta, a projekt vezetőjének Robert Oppenheimert nevezték ki, az igazgató pedig a Hadsereg képviseletében Leslie Richard Groves Jr. volt. Wigner Jenő nem elhanyagolható szerepet játszott a projekt kivitelezésében: az első atommáglya és az első vízhűtéses atomreaktor megteremtésében is vezető helyet kapott.

Chicago Pile-1

Az első valóban működő atomreaktor, pontosabban atommáglya, amelyben először demonstrálták az önfenntartó nukleáris láncreakció működőképességét, 1942. december 2-án lépett működésbe. A létesítményt a chicagói Stagg Field Stadion alatti teremben építették meg fáradalmas munkával, aminek során időnként még Enrico Fermi is pakolta a máglyát felépítő csúszós grafitblokkokat. A Metallurgiai Laboratórium fedőnév alatt futó CP-1 programot tartják számon az Atomkor kezdeteként és jelentősége valóban nagy volt, a kísérlet után indulhattak ugyanis a bomba fejlesztésére szolgáló további projektek.

A 6 méter széles és 7,5 méter magas reaktor az elérhető legtisztább grafitból álló egységekből épült fel, amelyek némelyikébe urán üzemanyagot helyeztek el. A reakció kontrolljára szolgáló eszközt fából készült, kadmiummal borított rudak képviselték, amelyeket Fermi kezelt a reaktor beindításakor. A létesítmény 1942. december 1-jén készült el és december 2-án már ki is próbálták: a teremben 38 amerikai, egy olasz (Enrico Fermi), egy kanadai (Walter H. Zinn) és két magyar (Szilárd Leó és Wigner Jenő) résztvevő gyűlt össze, hogy tanúja legyen a demonstrációnak.


A Chicago Pile-1 modellje, ami az 1942. december 2-ai eseményeket illusztrálja (Kép: Bettman/Getty Images)

Wigner feladata az építés során az elméleti elemzés volt, amellyel folyamatosan ellenőrizte a mérési eredményeket és modellezte a reaktor várható működését. A máglya begyújtása csendben zajlott és a sikeres láncreakciót csak elszórt tapssal és egy üveg borral ünnepelték, amelyet Wigner már jóval korábban beszerzett a kísérlet sikerének biztos tudatában. Későbbi visszaemlékezésében a fizikus így írt az eseményről:

"Amikor a kontrollrudat teljesen kihúzták, a számláló minden korábbinál szaporábban ketyegett, ekkor tudtuk: a nukleáris láncreakció megvalósult!

Kiszabadítottuk és sikeresen ellenőrzésünk alatt tartottuk az atommag energiáját. Az emberek mosolyogtak, egy-két taps is elhangzott. De mintegy 30 percen keresztül főként figyeltünk. A jelenet egyáltalán nem volt teátrális. Fermi a reaktor működését alacsony szinten tartotta, ezért nem fenyegetett, hogy kárt tesz bennünk. De a reaktor itt volt előttünk és működött! [...] Ezt a pillanatot előre látva, tíz hónappal korábban Princetonban vettem egy üveg olasz vörösbort: chiantit és azt magammal hoztam Chicagóba. Azért vettem meg ilyen hamar, mert föltételeztem, hogy a háború meg fogja akadályozni az olasz bor behozatalát. [...] A chiantit egy barna papírzacskóban tartottam a hátam mögött. Most előhúztam a zacskóból, előreléptem és a palackot Ferminek adtam."

Hanford B reaktor

Az atombomba létrehozásának további szakaszában az egyik rendkívül fontos fázist a plutónium generálása jelentette, amelyet a Hanford-telepen található B reaktorban valósítottak meg. A Hanford B reaktor munkacsoportjának vezetője Wigner volt, akinek leírása alapján egy vízhűtéses létesítményt építettek, az első vízhűtéses reaktort a világon. A korábbi tervek inkább egy héliumhűtéses berendezést céloztak, mivel a hélium nem nyeli el a neutronokat, de a magyar-amerikai fizikus rámutatott, hogy a hélium alkalmazása nem praktikus, mert így a reaktornak túl magas hőmérsékleten kellene üzemelnie, emellett a vízhűtéses verzió könnyebben és gyorsabban megépíthető olyan méretekben, amellyel elegendő mennyiségű plutóniumot tudnak szállítani a bombához.

Alvin Weinbergnek, Wigner Jenő munkatársának elmondása szerint a fizikus már azelőtt megtervezte a berendezést, mielőtt a láncreakció életképességét bizonyították volna.
"Wigner elképzeléseit Arthur Compton vonzónak találta. Utasította Wignert, hogy tervezzen meg egy komplett reaktort, amely naponta 500 kilowattot és 500 gramm plutóniumot állít elő, vízzel hűtött és csak 200 tonna uránt használ üzemanyagként." - írta Weinberg.


A Hanford B reaktor épülete, ahol a Trinity teszt és a Nagaszakira ledobott Fat Man atombomba plutóniumát állították elő (Kép: Roger Ressmeyer/Corbis/VCG, Getty Images)

A reaktort a DuPont építette meg, de a beindítása nem ment akadálytalanul, az úgynevezett xenon-mérgezés miatt a láncreakció nem vált önfenntartóvá és gyorsan leállt. Mint kiderült, a fisszió során keletkező xenon nagy mennyiségben nyelte el a neutronokat, így nem állt rendelkezésre belőlük elég a maghasadások folytatásához. A DuPont azonban előre készült és több olyan extra elemet is reaktor struktúrájába foglaltak, amivel megoldották a problémát. A plutónium generálás ezután működött a Hanford B-ben és a Los Alamosban dolgozó kutatók és mérnökök 1945 februárjában megkapták az első plutónium szállítmányt.

Bőrgyártól a Nobel-díjig

Az atombombák, az atomenergia és a nukleáris kutatások és fenyegetés története a mai napig tart, de az első lépéseken dolgozó tudósok a háború után visszatértek kutatói elfoglaltságaikhoz. A budapesti Fasori Evangélikus Gimnáziumból a berlini Technische Hochschule-n és az édesapja munkahelyéül szolgáló bőrcserző gyáron át (Mauthner Bőrgyár, ahol vegyészként dolgozott) a Princeton Egyetemig és a Manhattan projektig jutó Wigner Jenő a világháború után számos elismerésben részesült: többek között neki ítélték megosztva 1963-ban a Nobel-díjat "az atommag és az elemi részecskék elméletéhez való hozzájárulásért, főként az alapvető szimmetriaelvek felfedezése és alkalmazása révén", emellett 1960-ban az Egyesült Nemzetek Atom a Békéért díját is megkapta az első vízzel hűtött teljesítményreaktorok megtervezéséért. 1946-ban az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium elődjének számító Clinton Laboratórium kutatási és fejlesztési igazgatójává nevezték ki, majd a Princetonon tanított tovább, 1960-ban pedig megjelent nagy hatású értekezése a matematika és fizika különös kapcsolatáról. A reaktor tervezését még sokáig folytatta: összesen 37, atomreaktorokkal kapcsolatos mérnöki szabadalom kapcsolódott a nevéhez.

Magyarországon 1977-ben választották az Eötvös Loránd Fizikai Társulat tiszteletbeli tagjává és 1988-ban az Akadémia tiszteletbeli tagja lett. A jelenlegi Hun-Ren Wigner Fizikai Kutatóközpont 2012-ben vette fel a tudós nevét az MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet és a korábbi MTA Szilárdtestfizikai és Optikai Kutatóintézet egyesülése után. A fizikus születésének 111. és Nobel-díjának 50. évfordulóján a Wigner FK először rendezett tudományos szimpóziumot a tiszteletére, amelynek második eseményét idén, szeptember 18-20-án tartották meg. A rendezvényen egyúttal a kutatóközpont fennállásának 10. évfordulóját is ünnepelték.

Ahogy azt Weinberg írta visszaemlékezéseiben: "Wigner volt lényegében az első ember, aki teljes egészében az atommérnökségnek szentelte magát. Valójában ő volt a feltalálója a legelső nagyméretű atomreaktornak. [...] az atomtudósok és mérnökök mai generációja számára Wigner egyike azoknak, akinek a vállain állnak."

(Fotó: Corbis Historical/Universal History Archive/Bettmann/Getty Images)


A Marketplace sem mentes a csalóktól - a megoldás az adásvételi szerződés
A Marketplace sem mentes a csalóktól - a megoldás az adásvételi szerződés
Az internetes kereskedelem széles termékpalettájával és az egyre kedvezőbb ajánlatok térnyerésével egyre csak nő az online vásárlások száma. Ezzel párhuzamosan a vásárlásokat érintő csalások és visszaélések száma is egyre gyakoribbnak bizonyul. A megoldás a megfelelő körültekintés és a tájékozódás. Nagyban növeli a vásárlás biztonságát a piactereken az adásvételi szerződés készítése, amelyet a Szerzivel ma már könnyen és egyszerűen elkészíthet otthonról.
A szervátültetés után gyakran kísérteties személyiségváltozások következnek be
A szervátültetés után gyakran kísérteties személyiségváltozások következnek be
Az 1967-es első emberi szívátültetés óta a recipiensek nagyon sokszor fura változásokat tapasztaltak magukon.
Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!
Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.



This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.