Világhíres Feltalálóink

Született :
1902 november 17-én
Budapest

Elhunyt :
1995 január 1-én
Princeton

Fontosabb évfordulói:

1917-	Áttért az evangélikus vallásra

1926-	Magyarország elhagyása


1927-	Göttingában Szilárd Leóval

1933-	Amerikába érkezése

1937-	megkapja az amerikai állampolgárságot



Wigner a szimmetriát tartotta a világ egyik legfontosabb szabályszerûségének, a törvények törvényének. Egy kivétellel: "Hogy fiúnak születni szerencsésebb-e vagy leánynak? A férfi a szerencsésebb, hiszen õ csókolhatja meg a leányt!"

A világ elsõ atomreaktora

Az európai események (elsõsorban a Müncheni szerzõdés megkötése 1938-ban és a maghasadás felfedezésének bejelentése 1939-ben) nyomán sokak számára világossá válik, hogy háború lesz, és hogy annak kimenetelét akár a nukleáris technika, illetve fegyverfejlesztés alakulása is döntõen befolyásolhatja. Szilárd Leó, aki már régóta foglalkozik a magenergia felszabadításának problémáival, és a katonai célú amerikai magfizikai kutatások fõ szervezõje, Wignert is meggyõzi, hogy kapcsolódjék be annak a kérdésnek a vizsgálatába, hogy megvalósítható-e a láncreakció neutronok által. Einstein, Szilárd és Wigner az igenlõ válasz ismeretében 1939 júliusában küldi el híres, a Manhattan-tervhez vezetõ levelét Roosevelt elnöknek.

Roosevelt létrehozta az Uránium Bizottságot, amely tagjai között volt Szilárd Leó, Teller Ede, Wigner Jenõ és Enrico Fermi, a kutatások vezetõje.

1942-ben Wignerre bízták a chicagói Metallurgia Egyetem Laboratóriumában (University of Chicago Metallurgia) tevékenykedõ elméleti fizikai csoport irányítását (ez volt a Manhattan-terv fedõszerve).
Feladatuk nem kisebb volt, mint a világ elsõ vízhûtésû, grafit-moderátoros plutóniumtermelõ atomreaktorának megtervezése és megépítése.
A korszakalkotó mû megszületését volt hivatott bizonyítani az a tény, hogy 1942. december 2-án létrejött az elsõ önfenntartó láncreakció, amely plutóniumból nyert energiaszükségleteit a Wignerék által tervezett reaktor termelte ki.

Atommáglya - 1942

Fermivel párhuzamosan kezdett el dolgozni Szilárd és Wigner. Míg elõbbi a láncreakció kidolgozásáért volt felelõs, Wignerék a láncreakció energiaszükségleteit biztosító nagyteljesítményû plutóniumtermelõ reaktort kezdték el tervezni. A reaktortervezésnél a fõ vonal ebben az idõben a grafitmoderátor és héliumhûtés volt - hélium azért, mert nem fogta be a neutronokat és ebben az idõben még nemigen tudták, hogy a grafit - természetes urán "máglya" neutronsokszorozási állandója nagyobb-e, mint 1. Ezért a neutronok megõrzése volt a legfõbb tervezési követelmény. Ebben a döntésben Szilárd és Wigner nem értett egyet. A héliumhûtésû, nagyteljesítményû reaktor a vörösizzás hõmérsékletén mûködött volna, ebben félelmetesek voltak az anyagtechnológiai problémák, és azok is maradtak.

Szilárd a maga mindig eredeti módján kicsit õrült megoldást javasolt, folyékony bizmutot (alacsony elnyelési hatáskeresztmetszet, alacsony gõznyomás). Az, hogy a korrózióról kevés ismeretük volt, Szilárdot nem nagyon zavarta - az Õ sajátos felfogása szerint az elvek ismerete elég - a részletek majdcsak megoldódnak maguktól.

Wigner teljesen gyakorlati, mérnöki megközelítés alapján vízhûtést javasolt. Õ volt az egyetlen ember az egész programban, akiben egyszerre volt meg a reaktorfizika teljes ismerete (így Õ tudta, hogy az optimalizált H2O hûtésû grafitmoderált-reaktor képes a láncreakcióra), és a mérnöki szemlélet. Valószínûleg Fermi szintén meg tudta volna tervezni az elsõ nagyteljesítményû reaktort, de nagyon el volt foglalva az elsõ nukleáris láncreakció létrehozásával, a chicagói kísérleti atommáglya építésével, így Wigner átvállalta a hanfordi tervezõmunkát.

Wigner nemcsak megtervezte az 500.000 kW-os (késõbb a DuPont 250.000 kW-ra csökkentette a teljesítményt) hanfordi reaktorokat, hanem meggyõzte a Metallurgiai Laboratóriumot, a DuPont céget és Groves tábornokot arról, hogy a héliumhûtés helyett vízhûtést kell használni. Ez nem volt kis feladat, még azzal a logikával, fölényes tudással, rendkívüli kitartással sem, amivel Wigner rendelkezett. A DuPont által épített hanfordi reaktorokat (egy fontos részlet kivételével) Wigner és kis csoportja tervezte.

Wigner féle reaktorhûtés animáció

A kivétel a reaktorok mérete volt. Compton felkérve Wignert a vízhûtésû, 500000 kW teljesítményû reaktor tervezésére, a határt 200 tonna uránban határozta meg. Az uránhoz ebben az idõben nagyon nehezen lehetett hozzájutni. Ekkor lépett a DuPont színre, 1942 késõ õszén, három reaktorra való uránkészlettel a kezében, mindegyikre 270 tonnát számolva. John Wheeler és George Groves javasolta ezeket a nagyobb reaktorokat, és a méret növelése kifizetõdött. A maghasadás 135Xenon-t termelt, hatalmas neutronbefogási hatáskeresztmetszettel (3 x 106 barn = 3 x 10-22 m2), ezért 102 % feletti értékûre volt szükség, melyet csak a DuPont által épített nagyobb reaktorok tudtak meghaladni.

Wigner óriási felelõsségérzetérõl tett tanúbizonyságot a DuPont terveinek felülvizsgálata során. Ha nem értett egyet a DuPont-nal, az általa szükségesnek vélt változtatásokhoz mindig ragaszkodott - és az Õ álláspontja a Metallurgiai Laboratórium hivatalos álláspontjává vált, aminek vétót jelentõ hatalma volt a DuPont felett.

A háború hátralévõ ideje alatt, és utána még néhány évig Wigner folytatta az új reaktorok tervezését. Összesen 37 szabadalma volt. Ezek a szabadalmak magukban foglalják a legtöbb reaktortípust, amelyek az azóta eltelt ötven évben kereskedelmi sikereket értek el, és azokat is, amelyek a széles skálájú mérnöki fejlesztés bázisai voltak.

A könnyûvizes reaktor
Wignert bátran nevezhetjük a nyomottvizes reaktorok "atyjának", azokénak, amelyeket ma is használunk. A könnyûvíz hûtõközegként és moderátorként való használata többek felismerése volt (például von Halboné) már az atomenergia korai napjaiban. Wigner eredeti hozzájárulása annak felismerése volt, hogy a 240Pu, ami neutronbefogással keletkezik a 239Pu-ból, nagy valószínûséggel spontán hasad. A reaktorban elõállított plutóniumból készített ágyú-típusú nukleáris fegyver két töltete gyújtáskor túl lassan egyesül ahhoz, hogy számottevõ nukleáris hozam jöjjön létre.

Az elsõ nagyfluxusú kutatóreaktor, Idahóban - 1952

Wigner ekkor azt javasolta, hogy a 239Pu-ot könnyûvizes átalakítókban 233U-ná alakítsák át, mert az ötlet szerint a 233U alapú ágyú-típusú bomba már nem hajlamos az elõrobbanásra. 239Pu-232Th-233U átalakítója egyszerû plutóniumbevonatú alumíniumlemezekbõl állt, amelyeket tóriumburkolat vett körül, és az egész közönséges vízbe merült.

Wigner konvertere végül is magában foglalta az elsõ nagy fluxusú kutatóreaktort, az Anyagvizsgáló Reaktort (Materials Testing Reactor, MTR), melyet a fenti ábrán láthatunk. Az MTR-t, amit Idahóban épített meg az Oak Ridge-i és Argonne-i kutatócsoport 1952-ben, Wigner fejlesztette ki 1946-ban, amikor az Oak Ridge-i Nemzeti Laboratórium kutatási igazgatója volt.

Ezt a 2 x 1014 neutron/cm2/s fluxusú reaktort, miután mûködni kezdett, az egész világ irigyelte. Az elsõ vízmoderátoros erõmûvi reaktor - Rickover NAUTILUS prototípusa - az MTR nyomás alatt mûködõ változata volt. Az eltelt több évtized alatt évben a nyomottvizes reaktor uralkodóvá vált a kereskedelmi energiatermelésben és a tengerészeti hajtómûvek között.

A tenyésztõreaktorok

Amikor a hanfordi fejlesztések 1944-ben befejezõdtek, Wigner figyelme más reaktortípusok felé fordult. Érdeklõdése kiterjedt a nehézvíz moderálta reaktorokra és a tenyésztõreaktorokra. Wigner azzal érvelt, hogy ha az uránkészlet olyan kicsi, mint abban az idõben látszott (kevesebb, mint 100000 tonna) a tenyésztõreaktorok kifejlesztése nélkül az atomenergia nem lesz elegendõ. Harry Soodakkal együtt nekilátott a Pu-U cikluson alapuló gyors tenyésztõreaktor kifejlesztésének. Ennek rajzát a lenti ábrán láthatjuk. Ebben az idõben Wigner a termikus neutronokkal mûködõ tenyésztõket részesítette elõnyben a Th-233U cikluson alapulókkal szemben, mivel biztonságosabbak voltak, mert kevesebb hasadóanyag képezte bennük a kritikus tömeget, mint a gyors tenyésztõkben.

A Soodak-kal közösen kifejlesztett Pu-U cikluson alapuló tenyésztõreaktor.

Wigner úgy képzelte, hogy a termikus tenyésztõreaktorok a hasadóanyagok gyakori újrafeldolgozását követelik meg - és ez aligha érhetõ el anélkül, hogy a hasadóanyagok ne oldott állapotban legyenek. Oak Ridge-ben négy különbözõ reaktorkísérlet folyt folyékony halmazállapotú üzemanyagokkal, például UO2SO4 vizes oldatával, vagy olvadt uránfluoridokkal. Ezeket a kísérleti reaktorokat 1950 és 1970 között építették.

Oldott állapotú hasadóanyag Wigner tenyésztõreaktorában.

Wigner életébõl - 1940-tõl 1947-ig - hét évet töltött a reaktorok fizikájának és technikájának fejlesztésével. Utolsó aktív hozzájárulása a reaktortechnika fejlesztéséhez 1950-ben volt, amikor több hónapot dolgozott a DuPont tanácsadójaként a "Savannah River" nehézvízmoderált trícium- és plutóniumtermelõ reaktorok tervezésén. A háború ideje alatt Wigner, a Hanford reaktorok alkotója és a DuPont, a reaktorok építõje gyakran hadilábon álltak egymással. Baráti együttmûködésük a Savannah River-en egyszerre mutatta meg Wigner képességét arra, hogy eltekintsen a múltbéli sérelmektõl, és a DuPont felismerését, hogy Wigner milyen hatalmas intellektuális erõvel rendelkezik.

1958-ban megjelent "A neutronos láncreaktorok fizikai elmélete" címû munkája. A könyv máig a témakör alapmûve maradt. Az elsõ hat fejezet, amit Wigner írt, még mindig használható összefoglalását alkotja a nukleáris reaktorok fizikájának.

1.	A világ elsõ atomreaktora

2.	Csoportelmélet
3.	Szimmetriaelvek

Kapcsolódó linkjeink:

Szilárd Leó

Teller Ede

Neumann János

Az oldalak megtekintéséhez minimum 800x600-as felbontásra és 16bit-es színmélységre
van szükség !
Ajánlott felbontás
1024x768 pixel
24bit-es színmélység!

Támogatott
böngészõ típusok:
IE , NS, Mozilla, Opera