Az idei nyár nagy moziszenzációja az Oppenheimerről és a Los Alamos-i atomkutatásról szóló film. Kétségtelenül érdekes a téma, ezernyi történelmi, politikai, erkölcsi kérdést vet fel, nem véletlen, hogy a következő évtizedekben is végigkísérte irodalmunkat az atomfenyegetettség kérdésköre – elég talán csak Dürrenmatt A fizikusok című drámájára utalnunk. A mostani film, ahogyan címe is mutatja, nem a kutatói csapatot, hanem annak első számú vezetőjét állítja a középpontba. De mint közismert, ott dolgoztak magyar atomtudósaink is: Szilárd, Teller, Wigner is. Néhány szó róluk, illetve ugyancsak az atomfizikával, de más szempontból foglalkozó kortársukról, Hevesy Györgyről.
SZERZŐ: VALACZKA ANDRÁS
KÉP: Szilárd Leó, Teller Ede, Wigner Jenő és Hevesy György
A legnagyobbtól a legkisebbig. Ha ki tudnánk lépni saját világunkból, az univerzumra pillantva talán a galaxisokat látnánk át először. Közelebb hajolva csillagokat és a csillagok körül kialakult naprendszereket látnánk, s köztük az egyiket: a mi naprendszerünket. A Föld bolygóra zúmolva kirajzolódnának a kontinensek és a világtengerek, egyik vagy másik kontinensre aláereszkedve pedig meglátnánk a városokat, s a városok utcáin az embert. A kozmikus távlatokat a fizika és a földrajz látja át, ha az embert vennénk mikroszkópunk alá, ott már a biológia kerülne sorra. Az emberi test is egy valósgos univerzum. Szervek és szervrendszerek összehangolásáról kell gondoskodnia az idegrendszernek és a hormonális szabályozásnak, a szerveket mikroszkóp alá véve pedig szöveteket látnánk, s a szövetekben megannyi sejtet, egészen kicsiket vagy akár jóval nagyobbakat is, amilyen az izomsejt. De a sejt megintcsak egy kész univerzum: megannyi készülék, sejtmag, sejthártya dolgozik benne, meg kell gyógyítania magát, tudnia kell, milyen molekulákat enged át a hártyán, és milyet nem. S itt a biológia lassan átcsúszik kémiába. Mart a még erősebb mikroszkópunk, elektromikroszkópunk már molekulákat mutatna, s a molekulákban a megannyi atom összekapcsolását. S ezen a mikrokozmoszon, az atomok világán a kémiának újra a fizikával kell osztoznia, mert az atomok működésére ugyanúgy a fizikai szabályok érvényesek, ahogyan kinn a nagyvilágban, a csillagok világában is.
Szubatomi részecskék. S az atomokkal elértünk volna a legkisebb összetevőhöz? Korántsem. A periódusos rendszerben felsorol 92 kémiai elem – szén, vas, higany, oxigén, hidrogén – épp azért különbözik egymástól, mert atomjaiknak más és más az összetételük. Atommagot látnánk bennük, ha láthatnánk őket, és körülötte elektronokat. S az atommag sem a végső egység: protonból és neutronból áll, egyből vagy többől, kisebb tömeggel vagy nagyobbal. S még ezen kívül is van mivel foglalkoznia a részecskefizikának. Ott vannak a proton részeiként a kvarkok, jelen tudásunk szerint ez már tényleg a legkisebb, tovább nem bontható egység. A kvarkokat a gluonok tartják-ragasztják össze, s vannak még az fotonok is, nyugalmi tömeggel nem, de energiával annál inkább rendelkező elemi részecskék. Voltaképpen az elektromágneses hullámok, így a fény is foton-nyalábokból állnak.
Magyar tudósok. Ezt az elemi részecskékből álló, atomi vagy szubatomi világot a 20. század tudománya tárta fel az emberiség előtt, azt megelőzően vajmi keveset tudtunk róla. A feltárásban meghatározó szerepük volt magyar tudósoknak is, igaz, tevékenységüket Amerikában fejtették ki. Teljesítményük elemzése nélkül semmit sem érthetnénk ebből a világból. Nem értenénk, hogy jöhetett létre az emberiség legpusztítóbb fegyvere, az atombomba, és azt sem, hogy született meg az energiaproblémáinkat megoldó atomerőmű.
Az atomokkal és azok részecskéivel nem csak akkor kell foglalkoznunk, ha nukleáris folyamatokról – atombombáról, atomreaktorról – beszélünk. Talán nem gondolnánk, de az olvasólámpánk felkattintásakor is atomi szintű folyamatokat indítunk el, s ennek köszönhetjük, hogy este is tudunk olvasni. A fény ugyanis olyan elektromos hullám, amely egyúttal részecske természetű is, nevezetesen a fotonok száguldása, s ezek a fotonok olyankor jelennek meg, ha egy gerjesztett atom elektronja visszatér az eredeti, alacsonyabb energiaszintű pályájára.
Minden jelenség atomfizika. Ott van tehát a nukleáris összefüggés a felszín alatt talán minden természeti jelenségben, amelyet csak látunk. S bár ebben a fejezetben főleg atomfizikáról beszélünk, mert a nukleáris energia kiaknázását elsősorban fizikusok oldották meg, valójában a kémia területén járunk. Egyetlen szót sem érthetnénk a kémiából, nem létezne periódusos rendszer, nem tudnánk, miből erednek a kémiai kötések, ha nem lennénk tisztában például az elektronok fogalmával. Az elektronok elrendezésétől függ, hogy hogyan reagál az atom más atomokra, elektronok kicserélődésével jönnek létre a kémiai kötések, meghatározók az elektronok a talán leggyakoribb kémiai reakciókban, így például a redoxi folyamatokban. Elektronok átadásával vagy (kovalens kötésnél) megosztásával születnek meg a kémia talán legfontosabb megfigyelési tárgyai, a molekulák, s ezek immár a biológiának is olyan témái, amelyek nélkül ma már bele sem kezdhetünk a tárggyal való foglalkozásba.
Az anyag részecske-elmélete, az atom-elmélet nem a 20. század újdonsága: már az ókorban is születtek mai ismereteinkhez közel álló elképzelések. Ugyanakkor majdnem a 20. századig, egész pontosan 1897-ig kellett várni arra, hogy ezt az elméletet fizikai kísérlettel is igazolják. Ez az igazolás Joseph John Thomsonnak sikerült először: kimutatta, hogy a katódból az anód felé tartó sugár nem hullám, hanem részecskékből, nevezetesen elektronokból áll, továbbá, hogy ezek az elektronok a legkönnyebb ismert anyagnál, a hidrogénnél is könnyebbek, így hát csakis az anyag elemi egységének (az atomnak) a részei lehetnek. Ha vannak ilyen részek, kell lennie valamiféle egésznek is, ez az atom.
Ugyanakkor Thomson helyes megfigyelésére téves atommodellt épített fel, ez volt a Thomson-féle mazsoláspuding-atommodell. Úgy gondolta, az atomot egyenletesen eloszolva teljesen kitölti a nagyobb tömegű, pozitív rész (amit ma atommagként ismerünk), és ebben az edényt teljesen kitöltő pudingban vannak a negatív töltésű elektronok.
A következő fontos lépést Ernest Rutherford tette meg, amikor 1906-ban felfedezte az atommagot, amely tehát nem tölti ki pudingként az edényt, hanem az atom egészének csupán a magja. Talán még nagyobb lépés, hogy Rutherford 1919-ben végrehajtotta az első mesterséges atommag-átalakítást. Fantasztikus felfedezései mellett ugyanakkor neki is megvolt a maga tévedése: meggyőződése volt és mindvégig ezen az állásponton is maradt, hogy a maghasadással energiát termelni nagy mennyiségben nem lehet, mivel több energiát kell befektetni, mint amennyi felszabadul. Olyannyira ragaszkodott ehhez a téves nézetéhez, hogy amikor később Szilárd Leó megpróbálta meggyőzni az ellenkezőjéről, valósággal kidobta az irodájából.
Itt ismerhetjük fel Szilárd Leó korszakalkotó jelentőségét.
Szilárd Leó (1898-1964) magyar-amerikai atomfizikus. Már középiskolás korában kitüntették matematikai eredményeiért, és igen tehetségesnek bizonyult műszaki egyetemi tanulmányai során is. Az 1919-es magyarországi kommün után fellobbant a zsidóellenesség, ezért elhagyta szülőhazáját, és Berlinben tanult tovább, ahol az akkor már világhírű Einsteinnel is megismerkedett. Hitler uralomra jutását követően Angliába, később Amerikába költözött, s itt tett szert világtörténelmi jelentőségre, amikor Einstein közvetítésével arra figyelmeztette az amerikai elnököt, hogy Németországban küszöbön áll az atombomba kifejlesztése.
Szilárd Leó volt tehát az, aki Rutherford felismerésében, ugyanakkor az ő negativisztikus meggyőződésével és tekintélyével dacolva az igazán nagy lehetőséget meglátta. 1933-ban jött rá, hogy amit Rutherford tagad, az nagyon is lehetséges. Ehhez mindössze annyival kell tovább vinni Rutherford eszméjét, hogy olyan anyagot találjon, amelyben 1 darab neutron hasítja fel az atommagot, ám a hasadáskor 2 db neutron lép ki. Ez a két neutron ugyanis el fogja végezni ugyanezt a munkát a következő atommagon, de immár kettőn, és így tovább. Vagyis Szilárd megtalálta a láncreakció alapelvét.
A nukleáris láncreakció lényege voltaképpen ennyi: egy magreakció terméke (a 2 darab, vagy más esetben 3 darab neutron) újabb magreakciókat indít el, s immár nem szükséges a rendszeren kívülről energiát befektetni ahhoz, hogy energia keletkezzék – mégpedig elképesztő mennyiségű energia – olyan, amely adott esetben atombombát, más esetben atomreaktort képes működtetni. Az atomreaktorokban és az atombombákban egyaránt ez a folyamat megy végbe. Persze akármilyen anyaggal nem lenne ez lehetséges: az uránt és a plutóniumot tudják erre használni. Ezt Szilárd a láncreakció gondolatának felismerésekor még nem tudta: csak kereste az anyagot, amely treve megvalósításához alkalmas lehetne.
Szilár Leó másik kiemelkedő jelentőségű tette az volt, hogy nem csupán szabadalmaztatta ezt az ötletét, hanem komoly lépéseket is képes volt megtenni azért, hogy alkalmazzák, mégpedig minél előbb alkalmazzák felismerését a második világháború drámai helyzetében. Amikor rájött, milyen közel járnak a hitleri Németországban az atombomba megvalósításához, Einsteinen keresztül figyelmeztette erre Roosevelt elnököt, aki e levél hatására adott megbízást a Manhattan-projekt elindítására. Ennek keretében fejlesztették ki – végül is a németeket megelőzve – az amerikai atombombát, ám ezzel párhuzamosan a békés felhasználás, az atomreaktor irányában is megkezdték a kutatásokat. A levél, amelynek megírására Szilárd Leó magyar tudóstársaival együtt sikeresen vette rá Einstein-t, többek között így fogalmaz:
„E. Fermi és L. Szilárd bizonyos új munkái alapján, amelyekkel kéziratban volt alkalmam megismerkedni, arra a következtetésre jutottam, hogy az uránium elem a legközelebbi jövőben új, fontos energiaforrássá válhat. … Az utóbbi négy hónap során Joliot munkái Franciaországban, Fermié és Szilárdé Amerikában való-színűvé tették, hogy nagy tömegű urániumban nukleáris láncreakciót lehet megvalósítani … A felmerült helyzet bizonyos aspektusai figyelmet, és ha lehet, gyors tetteket igényelnek a kormánytól.” (1939. augusztus 2.).
Sajnálatos módon alig pár hétre rá kitört a második világháború, így a levél csak nagy késéssel jutott el az elnökhöz – ám mégiscsak időben ahhoz, hogy a fejlesztés megelőzze a hitleri rezsim kutatásait.
Teller Ede így emlékezik vissza Einstein felkeresésére:
„Volt azonban valami, amit még Szilárd sem tudott: autót vezetni. 1939 nyarán én is a Columbia Egyetemen dolgoztam, ott, ahol Szilárd. Egyik nap Szilárd beállított hozzám és azt mondta: – „Teller, kérem, vigyen ki autón Einsteinhez.” – (Sohasem tegezett. Nagyon jó barátok voltunk, de sohasem voltam számára Ede vagy Edward, én neki mindig Teller maradtam.) Így augusztus 2-án kocsiba ültünk. Egyetlen problémánk volt, hogy Szilárd megint nem emlékezett, hogy hol nyaral Einstein. Kérdezősködtünk, de most senki nem tudott segíteni. Végül egy nyolcéves kisleányt kérdeztünk meg, akinek szép lófarok frizurája volt: – „Tudod azt az öreg bácsit keressük, akinek hosszú lobogó fehér haja van.” – Erre a kisleány útbaigazított: – „Ott lakik a második házban!” Amikor bementünk, Einstein kedvesen fogadott, teával kínálta meg Szilárdot és – demokratikus ember lévén – a sofőrt is.”
Szilárd Leó harmadik kiemelkedő jelentőségű munkája az atomreaktor kifejlesztéséhez kapcsolódik. A Manhattan Projektben Szilárd Leó és Enrico Fermi olasz Nobel-díjas tudós feladata a láncreakció szabályozáságának megtervezése volt, ami egy atomerőműhöz – ha nem akarunk robbanást – elengedhetetlenül szükséges (egy atombombánál más a helyzet). 1942-ben meg is épült az első atomreaktor, amelyben a szabályozást grafitrudakkal biztosították. Az atomreaktor szabadalmát Enrico Fermi és Szilárd Leó megosztva kapta meg.
Az író Faludy György így idézi fel találkozásukat:
„Leóval egy hónappal Hirosima után találkoztam, Polányi Laura lakásán, New Yorkban. Több amerikai nevezetesség volt jelen, a magyarok közül pedig Jászi Oszkár és Vámbéry Rusztem. Szilárdot valamennyien a nap hősének tekintettük, aki az atombombával sokszázezer amerikai katona életét mentette meg, alighanem az enyémet is. […] ragyogó képet festett a jövőről, amikor „atom napokat” állítanak fel Kanadában, Grönlandon, Szibériában, és ott búza, pálmák és banán nő majd. Egyedül Jászi merészelt vitába szállni vele. Elmondta, hogy ez esetben trópikus vidékeken kibírhatatlan meleg lesz, és Grönland elolvadt jegétől a tenger annyira megdagad, hogy elönti Velencét, New Yorkot, Riót. Szilárd nem válaszolt. Késő éjszaka gondterhelten oszoltunk szét.”
Másik nagy atomtudósunk Wigner Jenő. Lássuk, ő mihez kapcsolódott a folyamatban!
Azt mondtuk, a fény olyan elektromos hullám, amely egyúttal részecske természetű is, nevezetesen a fotonok száguldása, s ezek a fotonok olyankor jelennek meg, ha egy gerjesztett atom elektronja visszatér az eredeti, alacsonyabb energiaszintű pályájára. De mitől lesz gerjesztette az atom? Mitől kerül magasabb energiaszintű pályára az elektronja? Ezt többféleképpen is el lehet érni, így például a hőmérséklet növelésével. Ez történik a háztartási izzókban: kb. 300 Celsius fokra hevíti az áram az izzószálat, s ennek hatására nő meg az atomok energiaszintje, hogy a magasabb pályára lépő elektron azután visszazuhanva kibocsássa a fotont. A fénnyel egyébként azért is foglalkoznunk kell, mert Einstein relativitás-elmélete is erre alapoz, hogy tudniillik a fénysebesség nem léphető át, s ha mégis energiát közlünk a mozgó testtel (persze csak elméletben, mert a fénysebességet meg se tudjuk közelíteni), kénytelen a tömegét növelni, ha már a sebességét nem tudja. Lényegében ennek fordítottja történi a fúziós atomenergia termelésekor: miközben az atommagok egyesülnek, a végtermék tömege kisebb lesz, mint a kezdeti össztömeg, tömeg vész el, energia keletkezik.
Einstein és a gyakorlati atomfizika. Einstein felismerését hamarosan gyakorlatra váltották az atomfizikusok. Rájöttek, hogyha elemi részecskékkel bombázzák az atommagot, az széthasítható vagy éppenséggel egyesíthető, s ezen folyamatok egy részénél a létrejövő végtermék kisebb tömegű, mint a kiindulási anyagok együttesen voltak. Rájöttek, hogy ez az „eltűnő” tömeg energiaként fog távozni. Így van ez bizonyos könnyű anyagok egyesítésénél, fúziójánál is: a létrejött anyag könnyebb, mint amivel elindultunk. Ugyanez zajlik megállás nélkül, hatalmas nagyságrendben a Napban is: hidrogénatomok szüntelenül héliummá egyesülnek, közben tömeget veszítenek, amely energiaként távozik (tömegdefektus) többek között a mi irányunkban. Ez fűti a Naprendszert, ahogyan más csillagok más naprendszereket. De mi is ez az atommag? Protonok és neutronok összessége, ő adja az atom tömegének szinte az egészét, több mint 99,9%-át. Ahány proton van benne, annyi pozitív töltése van az atommagnak, miközben a neutronok semleges töltésűek, az atom mag körül elhelyezkedő elektronok pedig negatív töltésűek. A protonokat és neutronokat az úgynevezett magerő tartja össze, amely egyrészt roppant jelentős, sokszorosa például a gravitációnak, másrészt viszont csak egészen közelre hat, atomi méretekben fejti ki hatását. Ezt az erőt kell legyőzni az atombombában vagy atomreaktorban, amikor a láncreakció megindításához maghasadást kell előidézni (de óriási energiabefektetés kell a fúzióhoz, az atommagok egyesítéséhez is).
Maghasadás. Mi a maghasadás? Az a folyamat, amelyben az atommag két (esetleg több) kisebb tömegszámú atommagra bomlik fel. A maghasadás bekövetkeztéhez hatásosan kell bombázni az atommagot elektronnal vagy más részecskével. Ha sikerül elérni – uránnál, plutóniumnál – hogy a maghasadáskor ne csak egy, hanem két-három neutron is felszabaduljon, elindítható a láncreakció, hiszen ezek immár több atommagot fognak meghasítani, s a szám exponenciálisan nő. A legalkalmasabb anyag a láncreakció beindításakor az urán 235-ös tömegszámú izotópja (ami egy természetes anyag) vagy a plutónium 239-es tömegszámú izotópja, amit mesterségesen állítanak elő.
A nagy kérdés az erőművi láncreakció beindításakor mindig az, hogy képesek leszünk-e moderálni, mérsékelni, ellenőrzésünk alatt tartani a folyamatot. Ennek kidolgozásában játszott kulcsszerepet Wigner Jenő, miközben Szilárd Leó magának a láncreakciós elvnek volt az atyja, Teller Ede pedig velük együtt ott volt Enrico Fermi csapatában.
A „marslakók” jelentőség. Atomtudósaink jelentőségét az amerikai nukleáris eredményekben jól jelzi, hogy a afféle marslakóknak hitték őket: ugyan ki hinné el, hogy a kis Magyarországról jöttek mind, és ilyen számban kerültek ki közülük az atomtudósok. Szerepük elvitathatatlan, joggal vagyunk büszkék rájuk. Ugyanakkor óvakodnunk kell a túlzásoktól is. Wigner Jenőnek a reaktor hűtésében voltak korszakalkotó felismerései, Szilárd Leónak a láncreakció lehetséges voltába vetett eltökélt hite a kiemelkedő jelentőségű, mag Teller Ede a fúziós bomba egyik fontos technikai megoldását dolgozta ki. Ne mondjuk tehát rájuk, hogy ők az atombomba vagy az atomreaktor megteremtői, hiszen az olasz Enrico Fermi volt a csapatok vezetője. De hogy nélkülük talán egyik sem jöhetett volna létre, azt joggal mondhatjuk.
Wigner jenő, a Magyar Televízió interjúja (1972, részletek). Wigner Jenő (1902-1995) magyar-amerikai atomfizikus, Szilárdhoz, Tellerhez és Hevesyhez hasonlóan szintén zsidó származású. A Fasori Evangélikus Gimnáziumban kitűnő tanárai voltak, akikről élete végéig elismeréssel és hálával nyilatkozott. 1921-től Berlinben tanult, kutatott, majd a nácizmus elől Amerikába költözött és a Princeton Egyetem tanára lett. Részt vett Enrico Fermi csapatában az első atomreaktor megépítésében, 1963-ban fizikai Nobel-díjat kapott.
Részletek az interjúból:
„Egy dolog ellen protestálni szeretnék. Hogy a tudomány, a technika fejlődése ma gyorsabb, mint azelőtt volt. Azt hiszem, a régi találmányoknak a jelentősége az emberiség számára sokkal nagyobb, mint az új találmányoké. A gőzgép fölfedezés, az ágy fölfedezése, a kerék, a kocsi, a taliga fölfedezése, azoknak sokkal nagyobb jelentőségük volt. A búza fölfedezése! A mai fölfedezések jólétet és gondtalanságot biztosítanak, amik bizony szép dolgok, de hát mégsem az a jelentőségük, mint amikor megszabadultunk attól, hogy éhezzünk. Amikor megszabadultunk attól, hogy a kövön aludjunk. Ezeknek a jelentősége óriási volt, ezt ma elfelejtjük.
A magfizika az tudomány, mert az a célja, hogy megtudjuk, mi az atommagok szerkezete, mi a viselkedésük bizonyos körülmények között, hogyan lehet őket megváltoztatni, és így tovább. Az atomreaktorok szerkezete az nem tudomány, de a tudomány eredményeinek a kihasználása, reméljük, az emberiség javára.
[Az első atomreaktor megépítése] nagyon érdekes esemény volt, de nem annyira érdekes fizikailag, mint pszichológiailag. Mert mindnyájan tudtuk, hogy mi fog történni, és ami történt, az nem volt nagyon színpadi, nem volt nagyon feltűnő. Nem voltak nehéz elméleti problémák. A Fermi dolgozta ki a módszert, hogyan lehet megállapítani egy rácsnak a reakcióképességét. Ezt ő kidolgozta, és kipróbálta ezt a rácsot is, ami az első atomreaktornak volt az alapja. Mi, az elméleti emberek nem is foglalkoztunk ennek a rácsnak az elméletével, mert tudtuk, éppen úgy, mint ahogy tudjuk, hogy ha készítünk egy kocsit, és elé kötünk négy lovat, a négy ló el fogja húzni.
Mi akkor azon gondolkodtunk, hogyan lehet egy nagy atomreaktort építeni, amelyik hosszú ideig, magas intenzitással dolgozik. És ennek a nehézségeivel foglalkoztunk. Értettük, és amint kiderült, elég jól, hogy mi fog végbemenni. A mérnökök nem tudták, hogy mi a neutron, emlékszem, a Fermi mindig úgy kezdte nekik az előadásait, a neutron az egy igen pici, icipici részecske. És erre szükség volt. Mert ők nem foglalkoztak atomfizikával, ők nem tudták, hogy az atom icipici, nem tudták, mik a sugárzásnak a eredményei. Nekem nagy szerencsém volt, én mint kémiai mérnök végeztem az iskolát. Úgyhogy én értettem egy kicsit ahhoz, hogy meg kell gátolni a korróziót, meg kell vizsgálni, hogy mi fog történni itten és ottan, és persze erre fordítottuk a legtöbb figyelmünket. Mert könnyű volt kiszámolni, hogy mikor fog az atomreakció létrejönni.
Egy nagy grafithalmazt szedtek össze, és Fermi, aki az egészet tervezte, maga is hordta a grafitrudakat. Amikor mi odaértünk, akkor ez mind föl volt építve, és egy nagy kontroller volt benne, ami megállította a reakciót. Ez a kontroller egy neutron-abszorbeáló anyag volt, ami be volt téve, hogy a magreakció ne jöjjön étre. Aztán mindig kihúzták ezt a kontrollert, mindig 20-25 centit húzták ki. Amint kihúzták, a mérőgép elkezdett kotyogni, ko-ko-ko-ko – aztán lecsendesedett. A végén aztán, amikor az utolsó részt is kihúzták, akkor nemcsak hogy nem csendesedett le, hanem mindig erősebben és erősebben kotyogott. És akkor tudtuk, hogy a magreakció nemcsak időlegesen létrejön, hanem most már megmarad. Erre mindnyájan nagyon örültünk, de ezt tudtuk, hogy ez fog történni. Visszatették a kontrollert, akkor megint megállt. Én előhúztam a Chianti bort, amit erre az alkalomra vettem hat hónappal korábban, Princetonban, és ittunk arra, hogy a magreakció az emberiségnek hasznára váljon, hogy a magreakció az emberek életét kellemesebbé tegye. Mert tudtuk, hogy minden új találmány, akár ez, akár az, mindenre alkalmas, nemcsak rosszra, nemcsak jóra, hanem mind a kettőre.
[…] A mi működésünk ebben a kapcsolatban nem a legalkalmasabb rácsra irányult, hanem egy olyan rácsra, amelyből azt a nagy meleget, amit az atomreakció létrehoz, azt a sok hőt el lehet vezetni. És erre az elvezetésre mi azt tanácsoltuk, javasoltuk, hogy vizet használjanak, ami igazán nem nagyon eredeti ötlet.
[Hogy a neutronok ne menjenek veszendőbe, ne szökjenek ki] ez egy jelentős probléma volt, de a megoldása kissé nyilvánvaló. A rácsot nagyon nagyra kellett építeni, több méter átmérőjűre, úgyhogy a neutronok, amik a közepén indultak el, a közepén keletkeztek, az útjukon kifelé, az összevissza menő útjukon egyszer abszorbeálódjanak. Annak az elérése, hogy a neutronok ne vesszenek el, azáltal, hogy kivándorolnak a rácsból, azzal lett megoldva, hogy nagy rácsot építettek.
Többek között ez volt a fejünkben, hogy a neutronoknak nagy energiájuk van, egymillió volt energiával közlekednek. ezt a nagy energiát el kell tőlük venni, mert a reagáló neutronok igen kis energiájúak. Az energiájukat a szénnek adják át, és úgy adják át, hogy nagy sebességgel összeütköznek egy szénatommal, és az energiájuknak körülbelül a tized részét mindig átadják egy szénatomnak. Ha egy szénatom átveszi egymillió voltnak az energiáját, akkor nagyjából százezer volt energiája van. Rendesen a rácsban, a grafitban egyhuszonötöd volt az energiája. Most hogy ez a százezer voltos szénatom mit csinál maga a rácsban, ezt nem volt olyan könnyű előre látni. Nyilván összeütközött más szénatomokkal, és ezeknek átadta az energiájának mindig körülbelül a felét. Hogy ez mit csinál a ráccsal, ezt nem volt könnyű előre látni, sem azt, hogy mennyire gyógyítja meg a rács saját magát.
A végeredmény, hogy az energia nem veszhet el. Egy része hőenergiává változik, egy másik része a rendes szén vagy grafit rácsot megváltoztatja. De ez a megváltoztatás azt jelenti, hogy egy adag energia felhalmozódik a grafitban. Ennek az energiamennyiségnek több hatása van, ha ez az energia felszabadul azáltal, hogy a grafit megint rendes, becsületes grafittá válik, akkor az felmelegszik, és ha túlságosan felmelegszik, az persze nem nagyon jó. Több más grafitatomot is kimozdít a helyéből. Úgy emlékszem, hogy egy grafitatom kimozdításához tíz volt energia szükséges. Ez azt jelenti, hogy egyetlen neutron százezer szénatomot mozdít ki a helyéből. A grafit elég jó hővezető. Hogyha el van rombolva így, akkor sokkal kevésbé jó hővezető. És attól féltünk, hogy a grafitban nagy hőmérsékletkülönbségek fognak föllépni. Ez nem volt annyira rossz, mint amire számítottunk.”
Hevesy Györgyról is beszélnünk kell.
Az atomerőmű működése. Az atomreaktor első tervezőinek nem a láncreakció beindítása volt a legnagyobb gondjuk, sokkal inkább az, hogy moderálni, szabályozni tudják annak intenzitását, szükség esetén pedig le is állíthassák. Az olasz atomtudós, Enrico Fermi jött rá, hogyan lassíthatja a túl gyors neutronokat olyan sebességre, amely ténylegesen maghasadást idéz elő: ütköztetnie kell más atommagokkal, amelyeknek részben átadják az energiájukat, mígnem a maghasadás előidézéséhez szükséges sebességre lassulnak. Többféle moderátor anyag létezik: Fermi az első atomreaktor megépítésekor grafitot (szenet) használt (amit egyébként még hosszú évtizedeken át alkalmaztak később is, míg végül a tűzveszélyessége miatt másra cseréltek.) Ilyen moderátor anyag lehet a nehézvíz is: a víznek az a változata, amelynek molekuláiban nem a normál hidrogén található meg, hanem annak 2-es izotópja. Ma már a normál vizet is fel tudja használni erre a célra a technika. Az energiatermelés lényege az atomerőműben, hogy a láncreakció által keltett hő felforrósítja a vizet, s onnantól hagyományos módon alakítják turbinákkal mozgási energiává majd árammá a forró vízgőz nyomását, ugyanazon az elven, mint egy egyszerű hőerőműben. Kritikus állapot az, amikor állandó a reaktorban a neutronok száma, vagyis átlagosan 1 elszabaduló neutron vált ki 1 újabb hasadást. A szuperkritikus állapotban növekszik a neutronok száma, s egyre több a maghasadás, míg a szubkritikus állapotban egyre kevesebb, mígnem a folyamat leáll. Ebből következik, hogy a megszakítás nélküli működés érdekében az üzemeltetők folyamatosan a kritikus állapot közelében tartják a reakció-sorozatot, olyan neutron-elnyelő rudak segítségével, amelyeket kevésbé vagy mélyebben merítenek a fűtőelemek közé. Ha kevésbé, akkor gyorsul a folyamat, ha mélyebben, akkor lassul.
A nukleáris energia részesedés. A maghasadási folyamat hőtermeléssel adja át környezetének a felszabaduló energiát, a turbinák és generátorok termelik a távvezetékeken továbbított elektromos áramot. Az Europai Unió átlagában körülbelül az egyes országok áramigényének egyharmadát termelik atomerőművekkel, de van ennél sokkal magasabb részarány is, így például Franciaország, ahol a szükséglet hozzávetőleg 80%-át nukleáris energiatermeléssel teremtik elő. Hazánkban a megtermelt áramnak felét, a szükséges áramnak egyharmadát termeli a Paksi Atomerőmű. Hazánk egyetlen, de tbb reaktort működtető atomerőművét még a rendszerváltás előtt, a huszadik század hetvenes-nyolcvanas éveiben építették magyar-szovjet államközi szerződés alapján – ez volt a korszak legnagyobb hazai ipari beruházása. Az első reaktorblokk 1983-ban, a negyedik 1987-ben lépett működésbe. A négy blokk működési engedélye a 2010-es években sorra lejárt, azonban mind a négy megkapta további húsz évre a működési engedélyt. Ezzel párhuzamosan 2014-ben újabb államközi szerződés született, ezúttal már Oroszországgal, amely szerint a Roszatom nevű cég az erőmű mellett további két reaktorblokkot épít meg.
Nukleáris medicina. Az atommag mesterséges módosítása persze nemcsak az energiatermelésben játszik szerepet. Az atomokból mesterségesen létrehozott izotópokat az orvostudományban is nagy hatékonysággal, mind a diagnózist, mind a kezelést forradalmasítva. alkalmazzák. Nyomjelző izotópról beszélünk, amikor a radioaktív atom önmagában vagy más vegyülethez kötődve megmutatja a helyet, szervet, ahová eljut testünkben. Egy másik alkalmazás során a radioaktív sugárzással megsemmisíthetők tumorsejtek, miközben az egészséges szövetek alig sérülnek. De nagy pontosságú sugárnyalábbal műteni is tudnak az orvosok. Különösen ott érdemes alkalmazni az eljárást, az idegsebészet területén, ahol a legkisebb pontatlanság is káros elváltozásokat okozhat. Az úgynevezett PET-CT diagnosztikai eszköz. Amikor az elbomló izotópból kilépő pozitron egy elektronnal találkozik, a két részecske kioltja egymást. Eltűnésük közben nagy energiájú foton távozik, s e fotonok tömege az orvosi műszeren kirajzolja nemcsak a szerv alakját hanem működési folyamatát is. Alkalmaznak olyan izotópokat is, amelyek kifejezetten a tumorsejtekben halmozódnak fel, így már egészen korai stádiumban láthatóvá teszik az akkor még aprócska elváltozásokat.
Az izotóp fogalma azt jelenti: ugyanaz a hely. Konkrétabban, szorosabb értelemben: olyan atomra utal, amelynek helye a kémiai elemek rendszerében ugyanott van, ám atommagja más összetételű. Nevezetesen: az atommagban a protonok száma ugyanannyi, mint ami az elemre jellemző, ám a neutronok száma eltérő. Ennek megfelelően az izotópok tömegszáma eltér az elem szokásos tömegszámától. Izotópok természetes módon is előfordulnak a természetben, és mesterségesen is elő lehet őket állítani. A mesterséges (tehát az elemre jellemzőtől eltérő neutronszámú) izotóp atommag-reakcióval állítható elő, vagyis úgy, hogy az atommag más atommaggal vagy részecskével ütközik. Egyes elemeknél mind a természetes, mind a mesterséges izotópok bomlanak, s a bomlás, vagyis más összetételű izotóppá alakulás során radioaktivitást mutatnak. Vegyük a C14 szénizotópot (más néven radiokarbont), amelyet azért nevezünk így, mert a szokásos 6 proton és 6 neutron helyett 6 proton és 8 neutron van az atommagjában. Ez a szénizotóp β-részecskék kibocsátásával átalakul stabil (nem radioaktív) nitrogén-14-re, ám olyan lassan bomlik el, hogy ha ezer ilyenünk van, ennek az ezernek a fele 5600 év alatt fog lebomlani. Ezt az arányt számolják meg, ha egy ősi szerves anyagnak a korát akarják megállapítani.
Az ilyesfajta bomlás során – a neutronok távozása alatt – radioaktív sugárzás tapasztalható, s ez a sugárzás nem más, mint hogy afféle lövedékek távoznak az anyagból, egészen apró lövedékek. Alfa-bomlás esetén egész atommagok a hangsebesség sokszorosával, béta-bomlás esetén kisebb neutronok fénysebességgel, és így tovább. Ilyenkor beszélünk alfasugárzásról, bétasugárzásról.
A radioaktív sugárzás vagy annak részecskéi érzékszerveinkkel természetesen nem láthatók, ám műszerekkel ki lehet mutatni a folyamatot. Így például a Geiger-számlálóval, de van olyan megoldás is, hogy a klasszikus fotózáshoz használatos fényérzékeny filmet viszünk a közelbe, s ez akkor is elszíneződik a sugárzás hatására, ha nem éri fény.
Bár az élő szervezetre a radioaktív sugárzás káros, annak sok formáját hosszútávon is képes károsodás nélkül elviselni a testünk, sőt, szervezetünkben szüntelenül jelen vannak bomlási folyamatban levő, így tehát sugárzó izotópok. A hosszú felezési idejűek károsabbak, a rövidebb felezési idejűek kevésbé. Így lehetséges, hogy orvosi vizsgálatok céljára tudatosan juttatnak a szervezetünkbe sugárzó izotópokat. Mivel ezeknek igen rövid a felezési idejük, nem veszélyesek a vizsgált betegre nézve.
Nem veszélyesek, de mire jók? Erre jött rá, és ezért kapott Nobel-díjat a magyar származású tudós, Hevesy György.
Hevesy György felfedezései, különösen a nukleáris orvoslás terén. Hevesy György (1885-1966) Budapesten született, a Piarista Gimnáziumban érettségizett, majd Freiburgban, Németországban szerzett doktorátust. Angliai kutatásai során dolgozott Ernest Rutherforddal és Niels Bohrral is, az atomfizika két úttörőjével. Az első világháború idejére hazatért, katonaként szolgált a Monarchia hadseregében, majd az Állatorvosi Főiskolán tanított, mígnem zsidó származása miatt 1920-ban megtiltották tanári munkáját. Ekkor Niels Bohr meghívására Koppenhágában folytatta pályáját, míg a náci megszállás elől át nem kellett költöznie a semleges Svédországba. 1943-ban kémiai Nobel-díjat kapott.
Az izotópok sokféle orvosi felhasználása, a nukleáris medicina sok ága közül most csak egyről tudunk beszélni: az izotópos nyomkövetésről, aminek gondolata Hevesy egyik legkorábbi felismerése volt. Mivel a biológusok pontosan tudják, mely kémiai elemek hová vándorolnak a testben, hol rakódnak le, ezeknek az elemeknek az izotópjait eleve azzal a céllal adják be, hogy csakugyan oda jussanak, és az adott helyről, szervről mutassanak képet. Az elem vándorlását ugyanis nem láthatnánk kívülről, még műszerekkel sem, az izotóp viszont folyamatosan sugároz, és erről a sugárzásról már egész pontos képet alkothat az orvosi műszer. Így például kirajzolja a szerv alakját, a sejtek, szövetek elrendezését, a rosszindulatú sejtszaporulatokat, daganatokat.
Az izotópokkal jelölőképes anyaggá tett elemeket vénásan juttatják a vérbe, vagy szájon át, egy folyadék megivásával, esetleg gáz halmazállapotú anyag belégzésével, inhalálásával.
Hogy jött rá Hevesy György, hogy a radioaktív izotóp indikátorként, nyomonkövetőként használható? Egy kudarc kapcsán. Szakmai vezetője, Ernest Rutherford ugyanis azt a feladatot adta neki, hogy különítse el a sugárzó rádium egy bizonyos fajtáját az ólomtól. Hevesy újra és újra kudarcot vallott, míg végül rá nem jött, hogy azért nem sikerül neki, mert nem is lehet őket szétválasztani. És éppen ez a szétválaszthatatlanság, az izotópok hűséges ragaszkodása hordozóikhoz, ez teszi őket bárhová bátran eljuttatható nyomkövetőkké.
A témáról írt publikációja erre a gondolatára épül: „Mivel a RaD nem különül el az ólomtól, azt az ólom nyomon követésére használhatjuk, például arra, hogy megvizsgáljuk az ólomsók vízben történő oldhatóságát különböző hőmérsékleteken”. S Hevesy azt is rögtön átlátta, micsoda jelentősége lehet ennek az orvostudományban. Kutatásai nyomán számos tevékenység vált lehetségessé, különösen azt követően, hogy 1934-ben a Curie házaspár megteremtette a mesterséges izotóp-előállítás módszerét.
„Ma már a nukleáris orvostudományt például a rák diagnosztizálás esetén a PET szkenneléssel együtt alkalmazzák. A nukleáris orvostudományban a vizsgálatok kis adag radioaktív anyagok (nyomjelző) injekciózásán alapulnak, amely lehetővé teszi, hogy az orvos értékelje a szerv, szövet vagy csont funkcióját. A beadott vagy belélegezett radioaktív nyomjelzőt azután vizsgálják, ami után az felszívódott a szervekben vagy a test területen. Egy speciális kamerát, vagy egy szkennert használva, fotókat készíthetünk, és részletes tájékoztatást kaphatunk az anyag szervezetben való eloszlásáról. Modern szkennerek már egyesített PET és a CT szkennerek, amelyek lehetővé teszi, hogy ugyanazon vizsgálat során és ugyanabban a szkennerben rögzítse a (PET) és a részletes anatómia (CT) adatokat.” – olvashatjuk a koppenhágai Niels Bohr Intézet honlapján, Varga János fordítása
Végezetül ejtsünk szót Teller Edéről!
Erőmű nem csak maghasadással, hanem magfúzióval is működtethető lenne, leginkább a hatalmas hőmérséklet késlelteti ennek megtervezhetőségét. A fúziós megreakcióban bizonyos értelemben az ellenkezője történik, mint a maghasadáskor. Iszonyú energia szükséges hozzá, több millió Celsius fok hőmérséklet. Ez rendelkezésre áll a Napban (amelynek energiája pontosan ebből a fúziós láncreakcióból termelődik), emberi körülmények között pedig előidézhető például (és így is jártak el a kutatók a fúziós bomba tervezésekor) egy „hagyományos”, maghasadásra épülő atomrobbantással. Az atomenergia hasznosítására irányuló kutatásokban régóta cél, hogy valami hasonlót valósítsanak meg földi körülmények között, mint ami a Napban végbemegy. Vagyis: a könnyű atommagok egyesítésével energiát nyerjünk, folyamatosan fenntartva a fúziós folyamatot. Szabályozatlan fúzióra már eléggé hamar sor került: Teller Ede szellemes ötleteinek felhasználásával megvalósult a hidrogénbomba, ami lényegében hagyományos atombombával (maghasadásos láncreakcióval) állítja elő a fúziós folyamat megindulásához szükséges körülményeket. A bomba „sikeres” működését látva az atomtudósok úgy vélték, 3-4 évtized elegendő lehet ahhoz, hogy a maghasadásos atomreaktorhoz hasonló fúziós reaktorokat is létrehozzanak, szabályozott keretek között tartva a bombánál szabályozatlan energiafelszabadulást. Valójában még ma is bizonytalan, mikorra sikerül leküzdeni a nem kevés felmerülő akadályt.
A fúzió folyamata. De mi is történik a magok fúziójakor? Az atommagokban az egy nukleonra jutó kötési energia az elem tömegszámától függően változik, nevezetesen az 50-es tömegszám környékén a legnagyobb. Az ennél nagyobb tömegszámú atomoknál hasítással nyerhető energia, az ennél kisebb tömegszámú, „könnyű” atomoknál (pl. a hidrogénnél, ezért is nevezték el erről az elemről a fúziós bombát) viszont az atommagok egyesítésével. Ma fúziós atomreaktor nem létezik, valamennyi működő atomerőmű a maghasadás láncreakciójára épül. Óriási különbség, hogy a maghasadás előidézéséhez nem szükséges különösebben nagy energia, a neutronok anélkül is bejuttathatók az atomba. A kis tömegszámú atommagok egyesítéséhez viszont óriási energiára van szükség, hiszen fúziós reakcióhoz nélkülözhetetlen, hogy a két atommagot egészen közel juttassuk egymáshoz, ami a magok Coulomb-taszítása egyáltalán nem egyszerű (Coulomb-gát). Ha mindezeket a nehézségeket legyőzve sikerül létrehozni a fúziót, a reakcióban keletkező energia elsősorban neutronok formájában távozik, s ezek az erre a célra kialakított, tríciumtermelő köpenyben adják le energiájukat, óriási hőt termelve. A köpenyből azután ezt a hőenergiát már nem túl bonyolult kinyerni, lényegében ugyanaz a technológia alkalmazható itt már, ami a mai atomreaktorokban is. Vagyis hűtő közeggel, hőcserélővel majd gőzturbinával és generátorral alakítható át a generátorokat megmozgató energia elektromos energiává.
További nehézségek. Neuralgikus pont a tríciumtermelő köpeny, hiszen a neutronok nem csak tríciumot fognak termelni, hanem magában a gépezetben annak anyagaiban is magreakciókat fognak előidézni. Erre a célra olyan acélötvözeteket fejlesztettek ki, amelyekben a keletkező radioaktív anyagok sugárzása néhány évtized alatt megszűnik, így nem szükséges ezeket örökre atomtemetőbe zárni, ahogyan a hasadásos reaktorok kiégett fűtőelemeit. A fúziós közegnek mintegy10 keV (100 millió °C) hőmérsékletűnek kell lennie, ami szükségszerűen magával hozza, hogy az anyag plazmaállapotban van (amelyben a neutronok már leszakadtak az atommagokról. Mivel ezt a hőmérsékletet semmiféle ma ismert szilár anyag, keret, fal, edény nem viselné el, az egyetlen lehetőség, hogy elektromágneses tér létrehozásával tartják össze a plazmát, „láthatatlan” edényben. (Zoletnik Sándor nyomán)
Miért atomfizika? Miért nem atomkémia? Nem csak a fúziós kölcsönhatások tekintetében, hanem az egész nukleáris téma kapcsán megkérdezhetjük: fizika ez vagy kémia? Hiszen mindkettőnek a témájába vág, és jószerivel elválaszthatatlanok egymástól ezen a téren a szaktudományok. Mi sem jellemzőbb a terület közös mivoltára, mint az a tény, hogy Marie Curie a fizikai és a kémiai Nobel-díjat is megkapta. Először fizikait kapott, oda sorolták a radioaktív sugárzás kutatását. Nyolc évvel később azután kémiait kapott a rádium és a polónium felfedezéséért. Ez is mutatja, hogy aki nukleáris fizikával foglalkozik, az egyben nukleáris kémiával is.
Teller Ede előadása az ELTE előadótermében a kvantummechanikáról (1991, részletek). Teller Ede (1908-2003) magyar-amerikai atomfizikus. A budapesti műegyetemen tanult, majd barátaihoz és tudóstársaihoz hasonlóan 1926-tól ő is Németországban folytatta tanulmányait. Nyaranta rendre hazatért, sőt a harmincas években magyar állami ösztöndíjat is kapott, amellyel Rómába utazhatott, és ott együtt dolgozhatott Enrico Fermivel. A nácizmus elől Amerikába emigrált, részt vett Fermivel, Szilárddal, Wignerrel együtt az atomreaktor és az atombomba kifejlesztésében, majd egy meghatározó technikai kérdés megoldásával a fúziós bomba (hidrogénbomba) elkészítésében is.
„Platón meghívta a szemináriumába, és ott Démokritosz atomokról adott el. Arról, hogy az anyagnak a feldarabolása nem mehet tovább és tovább, valahol egy határnak is kell lennie. Platón azt hitte, hogy ez egy lehetetlen gondolat, hogy itt valami baj van szegény Démokritosszal. Hát rátette egy hajóra, hogy elvigye Kos szigetére, és ott az orvosok ősapja, Hippokratész megvizsgálja. Úgy mondták nekem, hogy a Hippokratész jól fel volt szerelve, még díványa is volt, és kétszer ötven percig analizálta, ami után kar karba jöttek ki, és Hippokratész azt mondta, ha ez az ember őrült, akkor én is az vagyok. Mindez azonban nem használt.
Elmontam korábban, hogy a görög filozófusok, Arisztarkhosznak a teóriáját sem hitték el, hogy a Föld a Nap körül kering, az atom teóriát sem. Pedig látjuk, mi történik a vízzel, elpárolog, majd kondenzálódik. Láthatatlan lesz, majd újra itt lesznek a cseppek. Ez hogy lehet? Úgy, hogy a víz atomokból áll, mi most azt mondjuk, molekulákból, és azok atomokból. A természetben csak 92 fajta atommal vagy egy kicsit kevesebbel találkozunk, és ezek egyesüléseiből lesznek a molekulák. Azt Démokritosz is sejtette, hogy azok a szembetűnő változások a halmazállapot-változásnál, azok onnan vannak, ahogy most mondjuk, hogy a molekulák megmaradnak, de másképpen rendeződnek el. De hogy a molekulák mekkorák, arról ő semmit sem mondott.
[…] Pár percet szeretnék azzal tölteni, hogyan mérték az atomokat. […] A vízen hullámok vannak, és ezeknek az a furcsa sajátossága, hogy a sebességük a hullámhossztól függ. Éspedig a nagyon hosszú hullámok gyorsan nőnek, rövidebb hullámok lassabban. Nagyon rövid hullámok megint gyorsabban. Ez onnan van, hogy a hosszú hullámokat más hajtja. Az, hogy a hullámhegyek a hullámvölgyeket ki akarják egyensúlyozni, gravitáció. A rövidebb hullámokat az hajtja, hogy amikor hullámok vannak, nagyobb a felület, és a felület ki akar egyenesedni. Namármost akárki, aki a fürdőkádba vagy a kávéjába belecsöppent egy csöppet, láthatja, hogy ezek a rövid hullámok milyen gyorsan mennek. […] Az atomoknak a nagysága körülbelül 10-8 méter, és ezt ilyen hullámhossz kísérletekkel már lehet látni.
Aztán a múlt század végén ezt másként lehetett látni. Ha egy szép parfümös flaskát szépen kiöntünk, és aztán távolról próbáljuk az illatot észrevenni, kiderül, hogy ez nem azonnal érkezik meg. Nem egy egyszerű kísérlet, mert ha valamilyen kis rendszeres mozgása van a levegőnek, akkor gyorsan érkezik, de ha nagy a csend, nincs semmi huzat, akkor úgy van, hogy a parfüm molekulák nem jönnek egyenesen, hanem ütköznek a gázban egymást nem érintő atomokhoz, és szabálytalanul diffundálnak. A diffúzió megint úgy megy, hogy a távolság nő az idő négyzetével, és ebből meg lehet becsülni, hogy hányszor ütközött ez útközben. Hát ezek volnának a kísérletileg legkönnyebb metódusok, elméletben egy kicsit komplikáltabbak. Ahhoz kicsit tovább megyünk. Az eszme egyre egyszerűbb lesz és egyszerűbb, a kísérlet egy kicsit nehezebb. Nem akarom mind elszavalni, mert sok mindenről lehetne beszélni, és beszélnünk is kell.
[…] Az Einstennek egy gyönyörű metódusa volt, egy Brown nevezetű biológus látta, hogy kis részecskék mozognak, és azt hitte, hogy elevenek. Brown-féle mozgás. Ez onnan van, hogy a statisztikus teória, a hőnek a statisztikus teóriája az abból áll, hogy minden atom, minden molekula mozog, éspedig egy kicsit kell érvelni, átlag a nagy atomnak, a nehéz atomnak és a kicsinek ugyanaz az energiája van, ha a hőmérséklet meghatározott. És ezen nagy molekulákon Einstein látta a mozgást. Ez a Brown-féle mozgás volt. Ebből megint meg lehetett állapítani, hogy a kis molekulák esetében milyennek kell lennie a mozgásnak.
De hát mindez fölösleges. Mert manapság meg lehet azt csinálni, amit a század elején lehetetlen volt. A molekulákat látni lehet. Nem kell itt komplikáltan érvelni, látni lehet. Hát nem lehet normális képen látni, mert a fény hullámhossza sokkal nagyobb az egy angströmnél, több ezer angström, és egy molekula éppen olyan kevéssé befolyásolja a fény hullámot, mint ahogy egy kavics befolyásolna egy óceán hullámot.
Ma már botokat lehet csinálni, kicsit finomabb botokat, mint ez, úgy hogy az egy atomban végződik és fémből van. És aztán ezt a botot egy felülethez egészen közel lehet hozni és áramot lehet átküldeni rajta, amely áram ugrani tud még akkor is, ha a bot nem egészen ér oda, és ha a botot nagyon lassan mozgatom, úgy lehet elintézni, hogy úgy vezénylem a bot mozgását, hogy a távolság állandó maradjon, tehát ha itt egy kis hegy van, akkor a botnak föl és le kell menni, és a hegyek a molekulák. Az áram az átmegy egy olyan helyen, ahol ellenállás van, megint cserben hagy a magyarságom, ezt úgy hivják, hogy tuneling mikroszkóp, alagút. Ez hihetetlen, hogy atomokat úgy lehet látni, hogy kitapintom őket. Hát ezek az atomok ott vannak, látni lehet, ki lehet tapintani, senki ne kételkedjen benne. de most kezdődik a veszély. Mert ahol atomok vannak, ott a hőmérséklet mozgást hoz létre.
Kiderül az, hogy az atomokat föl lehet bontani, ezt Rutherford látta. Egy nehéz magra, ami az atomnál százezerszer kisebb, pozitív töltéssel, és negatív elektronokra, amik minden atomnál egyformák. Namármost mennyi hőt tud egy gáz elnyelni? Hélium gáz. Kiderül, hogy az általános teória szerint, és ezt nagyon pontosan kidolgozta Willard Gibbs, hogy minden mozgási lehetőség lényegében ugyanazt az energiát kapja egy bizonyos hőmérsékletnél. És kiderül az, hogy egy hélium atom három ilyen egységet kap, egységenergiát, mert jobbra tud mozogni, előre és fölfelé. Három szabadságfok. Dehát a Hélium atom az nem egy, hanem három: egy atommag és két elektron. Azokkal mi van? Azoknak a mozgásával? Ott nincs energia. Valami baj van, Hogyha egy nitrogén molekula van, ez a nitrogén nem három egység energiát vesz föl, hanem ötöt. Mert jobbra, előre, fölfelé és forogni erre és arra. Többet kellene fölvennie, mert rezeghet is. De a nitrogén ezt ignorálja. ezt az energiát nem veszi fel, és mert a rezgésben potenciális energia van, hanem kinetikus energia, oda két energia járna. Kérem, én ezt nem teszem, mondja a nitrogén molekula, és hogy egy kicsit még komplikáltabbá tegye számunkra, magas hőmérsékletnél megteszi, alacsony hőmérsékletnél nem. Hát ez a jó Gibbset nagyon kétségbe ejtette.”
