Az atommagokat szétlövik, ugye?

Ernest Orlando Lawrence születésének 110. évfordulójára.

Az alkimisták évszázadokon keresztül biztosra vették, hogy a bölcsek köve segítségével rézből, ólomból vagy higanyból aranyat tudnak előállítani, vagyis az egyik vegyi elem másikká alakulhat.  A kémia tudománya ezt a legutóbbi két évszázadban megcáfolta. Aztán bekövetkezett, amit senki sem várt: a huszadik század hajnalán Henri Becquerel, Marie Sklodowska Curie és férje, Pierre Curie felismerésének köszönhetően bebizonyosodott, hogy bizonyos anyagok radioaktív sugárzást bocsátanak ki, miközben kisebb rendszámú elemekké alakulnak át. Felfedezésükért 1903-ban átvehették a fizikai Nobel-díjat.  A kor legnagyobb kísérleti fizikusának, Ernest Rutherfordnak köszönhetően hamarosan azt is sikerült tisztázni, hogy radioaktív besugárzással ugyancsak elérhető átalakítás, ilyenkor alacsonyabb rendszámú elemből magasabb rendszámú lesz, vagyis mindaz, amit az alkimisták oly nagy hévvel hirdettek, megvalósítható a gyakorlatban. Megkísérelte ugyan az atommagot is bombázni, viszont tudomásul kellett vennie, hogy nincs megfelelő energiájú részecskeforrása.

Az atom szerkezetének feltárása során az is kiderült, hogy villamosan töltött részecskékkel ? elektronokkal vagy protonokkal ? a céltárgyat bombázva az anyag hasad, ilyenkor kisebb tömegszámú elemek jönnek létre. Erre eredetileg radioaktív anyagokat, majd elektronokat előállító részecskegyorsítókat használtak. A legtökéletesebb berendezés a lineáris gyorsító volt, amely néhány tízmillió elektronvoltos (10 MeV) energia előállítására volt alkalmas, amelynek hatására már sikerült az atommagokat széthasítani. Viszont az is egyre nyilvánvalóbbá vált, hogy ennek a berendezésnek a teljesítménye korlátozott, vagyis előbb-utóbb valamilyen más részecskegyorsítóra lesz szükség.

A sors különös összjátéka, hogy 1928-ban, ugyanabban az évben, amikor Rolf Wideröe megépíti az első nagyteljesítményű lineáris gyorsítót, egy huszonhét éves mérnök, a Dél-Dakotai Cantonban 1901. augusztus 8.-án született Ernest Orlando Lawrence, a kaliforniai Berkeley Egyetemen egy mindössze harminc centiméternyi hengeres szerkezettel hívja fel magára a figyelmet. Munkatársai azon nyomban el is keresztelik kalapdoboznak a furcsa masinát, amelynek legfőbb jellemzője, hogy mindössze ezer voltos feszültségen működik, miközben konkurensénél már az egymillió voltos álomhatárt ostromolják.  Bár kezdetben nem sikerül a lineáris gyorsítóhoz hasonló eredményeket produkálni vele, hamarosan kiderül, csak műszaki fejlesztés kérdése, mikor válik egyedülállóvá a piacon.

Lawrence ugyanis nem egyenes, hanem körpályán kívánta a villamosan töltött részecskét, a protont felgyorsítani, amely a ?kalapdobozban? minden fordulat közben egy résen áthaladva váltakozó feszültség hatására egyre nagyobb energiát vesz fel, a rezgésszám növelésével pedig spirális pályára kerül, míg végül becsapódik a céltárgyba. Kétezer volt feszültséget használt, ami azt jelenti, hogy minden fordulatnál 2000 elektronvolttal növekedett a részecske energiája, így ötszáz fordulat után elérhető az áhított 1 MeV (egymillió elektronvolt). Számunkra fájó tény, hogy a ciklotron elve egy magyar mérnöktől, Gaál Sándortól származik, aki szakdolgozatát (Die Kaskadenröhre. Ein Beitrag zum Problem der Atomkernzerstrümmerung ? A kaszkádcső. Hozzájárulás az atommagroncsolás problémájához) a Zeitrschrift für Physiknek küldte be. A szerkesztő azzal utasította vissza a cikket, hogy ezt a kérdést egy évvel korábban Rolf Wideröe már megoldotta, ezért nem közlik le. Hogy mekkorát tévedett a derék zsurnaliszta ? tekintve, hogy az általa említett felfedezés a lineáris gyorsítóra vonatkozott -, arra a legjobb példa, hogy Ernest Orlando Lawrence-nek a Nobel-díj bizottság ugyanezért a felismerésért habozás nélkül kiosztotta az 1939-es fizikai Nobel-díjat.  Azt viszont meg kell említeni, hogy bár Gaál volt az első, Lawrence tőle függetlenül, az erdélyi magyar fizikus munkásságát nem ismerve jutott el világraszóló felismeréséhez, amelynek megvalósítása nem mindennapi körülmények között történt.

Első berendezését közönséges huzalok és szigetelő viasz alkotta, mindössze huszonöt dollárba került. Ennek megfelelően csupán 80 keV (kiloelektronvolt) teljesítményű részecskéket produkált. Ekkor nagy nehezen sikerült egy irigylésre méltó, ezer dolláros(!) támogatást szereznie, amiből megépítette a híressé vált ?kalapdobozt?, ezzel 1932-ben már 1,2 MeV (millió elektronvoltos) protonokat állított elő, ami már alkalmas volt az atommag roncsolásához.

A teljesítmény növelése csak pénz, illetve műszaki kérdés volt, ami egyben azt is jelentette, hogy a szerkezetével felfedezések százait tehetik a kutatók, ezért berendezését 1934-ben szabadalmaztatta. Első eredményei hatására megnyílnak a pénz csatornái, így lehetővé válik számára, hogy egy méter átmérőjű ciklotront szerkesszen, amelyben a gyorsítási energiát sikerült 5 MeV-ra növelnie, később 8 MeV-ot is elért vele. Ennek fő oka az volt, hogy ebben az időben fedezték fel a deuteront, amely egy protonból és egy neutronból áll, vagyis tömege duplája a protonénak, ennek megfelelően az általa felvett energia is lényegesen nagyobb. Tudományos kutatásainak fontosságát elismerve az egyetem radiációs laboratóriumot berendezett be számára, amely az elkövetkező évtizedekben az egyik legfontosabb kutatóközponttá nőtte ki magát.

Lawrence-é az érdem annak felismerése, hogy korszerű kutatás csakis jól szervezett csoportokban valósítható meg, így őt tekinthetjük a team-munka meghonosítójának a kutatásban.

1939-ben Lawrence újabb támogatóra lelt, így építhetett egy másfél méteres ciklotront, amellyel már 20 MeV-os részecskéket produkált. Ez az év különben is talán a legfontosabb volt az életében: az ősz elején kitört a második világháború, decemberben pedig átvehette a ciklotronért neki ítélt Nobel-díjat. Hamarosan beindult a Manhattan-tervként ismert atombomba-program. Ebben Lawrence is részt vett, sőt ő vezette be a programigazgató Robert Julius Oppenheimert az atommagroncsolás rejtelmeibe. A kutatási terv részeként megépítették az akkor még elképzelhetetlennek tartott hatalmas, tízezer tonnás ciklotront. Az atombomba program keretén belül szinte nélkülözhetetlen volt, az ő érdeme az uránizotópok elválasztási módszerének megoldása.

A háború után az amerikai tudomány legfontosabb lobbistájává vált: minden lehetséges fórumon hangsúlyozta az állami támogatások fontosságát, így oroszlánrésze van abban, hogy napjainkra az Egyesült Államok kutatóintézetei váltak a felfedezések legfőbb színhelyeivé a világon.

Mint kutató, tudós, felfedező és laboratóriumvezető akkora tekintélyt vívott ki magának, hogy 1958 júliusában Eisenhower amerikai elnök őt küldte el Genfbe, hogy tárgyaljon a szovjetekkel az atomfegyver kísérletek felfüggesztéséről.  Megromlott egészségi állapota viszont arra kényszerítette, hogy idő előtt hazatérjen. Néhány hét múltán, 1958. augusztus 27.-én elhunyt. Mindössze ötvenhét éves volt. Még ugyanebben az évben két laboratóriumot is elneveztek róla: a Lawrence Livermore-t (ennek volt igazgatója Teller Ede) és a Lawrence Berkeley Laboratories-t.

Azon tudósok egyikét tisztelhetjük személyében, akinek nemcsak kulcsfontosságú felfedezéseket köszönhet az emberiség, de akinek nevét gyógyult betegek milliói áldják szerte a világon: kisteljesítményű ciklotronjai évtizedek óta a leghatásosabb eszközök közé tartoznak a félelmetes rák elleni harcban.

MINDEN VÉLEMÉNY SZÁMÍT!

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.

A következő HTML tag-ek és tulajdonságok használata engedélyezett: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>