Mit köszönhetünk a fizikának a mindennapokban? A tömör és nem is nagyon túlzó válasz az lehetne, hogy életünk alapvetően más lenne, ha nem használhatnánk a fizikai felismerésekre alapozott eszközöket, módszereket. A részletes érdemi válasz, a fizikatörténet egészének áttekintése viszont köteteket töltene meg. Marad a közbenső megoldás, csak a XX. század fizikai felfedezéseinek hatásaiból mutatunk be példákat, a teljességre törekvés nélkül. Választásunk mellett szól, hogy a XX. századot joggal szokták a fizika századának nevezni. Csak itt emlékeztetünk rá, a példáknál már nem térünk ki arra, hogy milyen szerepet játszottak más tudományok, a műszaki fejlesztés abban, míg egy fizikai törvényre alapozva új eszköz született, terjedt el. Természetes, hogy az eszközzé formálásban döntő volt a mérnöki tudományok szerepe és esetenként az eredmény elválaszthatatlan a matematika, a kémia és más tudományok közrehatásától. Egyetemista korunkban azzal bosszantottuk a kémia szakos hallgatónőket, hogy nem az övék az elemek periódusos rendszere, mert atomfizika nélkül nem érthető meg a felépítése. Az ilyen vitákat itt elkerüljük.
Új eszközök és eljárások úgy is születtek, hogy a műszaki csúcsteljesítménynek a fizikai kísérletek voltak a „megrendelői”, ez is a XX. század újdonsága volt. Elegendő itt a részecskefizikai kutatásokat szolgáló gyorsítók és detektorok kapcsán felmerülő igényekre (mágneses tér, vákuum, adatgyűjtés és feldolgozás stb.) vagy az űrkutatás különleges követelményeire emlékeztetni. A NASA amerikai űrügynökség közel 30 éve minden évben kiadványt jelentet meg a legújabban „földre hozott” kutatás-fejlesztési eredményekről. Néhány példa a 2002-es kötetből: szívátültetéskor használható pumpa, csontritkulást mérő műszer, levegő- és víztisztító berendezések, új számítógépes eljárások és szoftverek, megnövelt hatásfokú napelemek, környezetbarát légyirtó szer…
Három területről hozunk példákat: energiaellátás, egészségünk, elektronika. A lézer példáján mutatjuk meg, hogy egyetlen eszköz milyen széles körben fejt ki társadalmi hatást. Végül kísérletet teszünk arra, hogy a közeljövő néhány eseményét előre jelezzük.
Energiaellátás
A modern élet jelentős energiafogyasztással jár együtt. Egyre újabb és újabb energiafogyasztó eszközök szolgálnak bennünket. A fejlett világban ma már minden háztartásban van fűtés, világítás, tűzhely, hűtőszekrény, mikrohullámú sütő, rádió, televízió, telefon, videó, ezek mind-mind energiát fogyasztanak. Az újabb készülékek ugyan kevesebbet fogyasztanak, mint a régiek, de összességében az energiafogyasztás nő. Óriási új igényt támaszt a fejlődő országok felzárkózása. A háztartások elsősorban villamosenergiát fogyasztanak. A villamosenergia felhasználása a XX. században terjedt el, de az alapeszközök (gőzturbina, turbógenerátor), a létrehozásukat megalapozó fizikai felfedezések a XIX. században születtek meg, így kívülesnek írásunk keretein.
A világ villamosenergia-termelésének 15-17%-át atomerőművek szolgáltatják, Magyarországon az arány közel 40%. A fejlődés üteme szédületes volt: 1938-ban fedezték fel az atomenergia felszabadításának lehetőségét, az atommaghasadást, 1942-ben elkészült az első atomreaktor, az 1950-es évektől sorozatban épültek az ipari atomerőművek. A tájékozatlan közvélemény később az atomerőművek ellen kezdett fordulni, ehhez hozzájárult két komoly baleset is (Three Mile Island és Csernobil). (Ügyes szélhámosok olyan atomáram-szeparátort árusítottak, amely a konnektorból nem engedi ki az atomerőművekből származó áramot, a más eredetűt viszont igen!) Az atomenergiaipar rengeteget tett az atomerőművek biztonságának fokozásáért, továbbra is épülnek új erőművek, elsősorban Ázsiában. Európában és Észak-Amerikában egyelőre sorra meghosszabbítják az atomerőművek élettartamát, a közvélemény hangulata is kezd megfordulni. A globális klímaváltozás veszélye felértékeli az atomerőműveket, mivel egyáltalán nem bocsátanak ki üvegházhatást okozó gázokat.
A nukleáris energiatermelés, az uránciklus legkevésbé megoldott eleme az erősen radioaktív hulladékok kezelése. Az atomerőművek kiégett fűtőelemei jelentős mennyiségű plutóniumot, transzurán elemeket és más, a környezetre veszélyes hosszú élettartamú hasadási terméket tartalmaznak. Intenzív neutronnyalábbal besugározva ezek elhasadnak, átalakulnak, a hosszú felezési idejű izotópok rövidebb felezési idejűvé alakulnak át, ezzel lényegesen csökkenthető a nukleáris hulladékoktól származó környezetszennyezés veszélye. Neutrontermelésre a spallációs folyamat használható fel, lineáris részecskegyorsítóban nagy energiára felgyorsított protonokkal bombázott nehézfémek sok neutront bocsátanak ki. A laboratóriumi kísérletek sikeresek voltak, ipari méretű alkalmazás a 2010-es években várható. Lézerekkel is valósítottak meg transzmutációt, a 15,7 millió éves felezési idejű jód-129 izotópot 25 perc felezési idejű jód-128 izotóppá alakították át. A radioaktív bomlás ütemét, a felezési időt is sikerült már megváltoztatni, a berillium-7 izotóp felezési idejét 1%-kal csökkentették. Az elektronbefogást követő bomlás üteme függ az atomi elektronok atommagon belüli sűrűségétől. A kísérletben 60 atomos szénmolekulába (buckminsterfullerén) zárták a berillium-7 atomokat. Egyelőre nyitott kérdés, hogyan lehetne nagyobb változásokat előidézni a felezési időben, elképzelhető, hogy rendkívül nagy nyomás is felgyorsítaná az elektronbefogást.
Az atomenergia felszabadításának másik lehetősége a könnyű elemek szabályozott fúziójának megvalósítása, ennek kutatása már több, mint ötven éve folyik. Ezalatt kikristályosodtak a legígéretesebb technikai megoldások: a tokamakban mágneses térrel tartják össze a plazmát, a lézeres fúziónál parányi üzemanyagcseppeket robbantanak fel lézernyalábokkal. Az elmúlt évtizedekben egyre nagyobb tokamakokat építettek, fokozatosan közelítenek az erőművi reaktor méreteihez. 1991-ben a közös európai tokamaknál (JET) valósítottak meg először szabályozott fúziót. A fejlesztő munka olyan költségessé vált, hogy világméretű nemzetközi összefogásra van szükség. Az ITER nemzetközi termonukleáris kísérleti reaktor megépítését jelenleg a helyszín körüli politikai viták hátráltatják. A tengervíz deutériumtartalma beláthatatlan távlatokra, évmilliárdokra biztosíthatja a világ energiaellátását.
Szóljon hozzá!