fizikai szemlefizikaiszemle.hu/archivum/fsz0604/FizSzem-200604.pdf · Fizikai Szemle MAGYAR FIZIKAI...

2006/4

fizikai szemlefizikai szemle

Az Eötvös Loránd Fizikai Társulathavonta megjelenô folyóirata.

Támogatók: A Magyar TudományosAkadémia Fizikai Tudományok Osztálya,

az Oktatási Minisztérium,a Magyar Biofizikai Társaság,a Magyar Nukleáris Társaság

és a Magyar Fizikushallgatók Egyesülete

Fôszerkesztô:

Németh Judit

Szerkesztôbizottság:

Beke Dezsô, Bencze Gyula,Czitrovszky Aladár, Faigel Gyula,Gyulai József, Horváth Dezsô,

Iglói Ferenc, Kiss Ádám, Lendvai János,Ormos Pál, Papp Katalin, Simon Péter,

Sükösd Csaba, Szabados László,Szabó Gábor, Trócsányi Zoltán,

Turiné Frank Zsuzsa, Ujvári Sándor

Megbízott szerkesztô:

Szabados László

Mûszaki szerkesztô:

Kármán Tamás

A folyóirat e-mailcíme:

[email protected] lapba szánt írásokat erre a címre kérjük.

A folyóirat honlapja:

http://www.fizikaiszemle.hu

A címlapon:

Napóra a gyöngyösi Berze Nagy JánosGimnázium falán. (Fotó: Kiss Miklós)

TARTALOM

Pozsgai Imre: Szupravezetô röntgendetektorok 109Aszódi Attila: Csernobil 20 éve 114Bujtás Tibor, Nényei Árpád: Az üzemzavar helyreállításának

sugárvédelmi kérdései 119Éber Nándor: Folyadékkristály-televíziók – a 21. század képernyôi 123Füstöss László: Arcképvázlat Gombás Pálról 127Száz éve született Detre László (Szabados László ) 131Ribár Béla, 1930–2006 (Berényi Dénes ) 132

A FIZIKA TANÍTÁSAKiss Miklós: Készítsünk napórát! 132Fórumok az új rendszerû fizika-érettségi tapasztalatairól 139

NÉGYSZÖGLETES KERÉK 141

PÁLYÁZATOK 141

DOKUMENTUM 142

HÍREK – ESEMÉNYEK 143

KÖNYVESPOLC 144

MINDENTUDÁS AZ ISKOLÁBANA napenergia modern felhasználási lehetôségei (Horváth Ákos ) 144

I. Pozsgai: Superconductive X-ray detectorsA. Aszódi: Two decades since ChernobylT. Bujtás, Á. Nényei: Radiation protection aspects of the repair work at Paks Nuclear Power PlantN. Éber: LCD screens for our century’s TV setsL. Füstöss: Academician Pál Gombás – an eminent scientist’s portraitL. Detre, astronomer. Centenary (L. Szabados )Béla Ribár, 1930–2006 (D. Berényi )

TEACHING PHYSICSM. Kiss: Build your own sundial!Committees’ observations concerning the recently revised physics examination procedures

at secondary schools

PROBLEMS, TENDERS, DOCUMENTS, EVENTS, BOOKSSCIENCE IN BITS FOR THE SCHOOLSolar energy (Á. Horváth )

I. Pozsgai: Supraleiter-Detektoren von RöntgenstrahlungenA. Aszódi: Zwei Jahrzehnte nach TschernobylT. Bujtás, Á. Nényei: Strahlenschutzprobleme bei Reparaturarbeiten am Kernkraftwerk PaksN. Éber: LCD Bildschirme an den Fernsehgeräten unseres JahrhundertsL. Füstöss: Akademiemitglied Pál Gombás – die Persönlichkeit eines hervorragenden WissenschaftlersL. Detre, Astronom. Hundertjahrfeier (L. Szabados )Béla Ribár, 1930–2006 (D. Berényi )

PHYSIKUNTERRICHTM. Kiss: Selbstgebaute SonnenuhrKommissionsberichte über Erfahrungen mit der neuen Prüfungsordnung (Physik) an Mittelschulen

PROBLEME UND AUFGABEN, AUSSCHREIBUNGENDOKUMENTE, EREIGNISSE, BÜCHERWISSENSWERTES FÜR DIE SCHULESonnenenergie (Á. Horváth )

I. Poógai:

A. Aáodi:

T. Bujtas, A. Nõnei:

N. Õber:

L. Fústõs

L. Áabados

D. Bereni

M. Kiss:

A. Horvat

Áverhprovoüwie detektorx rentgenovákogo izluöeniüDva deáütiletiü poále Öernobxlyákoj avarii

Problemx radiacionnoj zawitx v kuráe remontnxh rabotu AÕÁ Paks

Óidko-kriátalynxe TV-õkranx nasego átoletiüAkademik P. Gombas: portret krupnogo uöenogo ( )Átoletie áo dnü roódeniü vxdaúwego vengerákogo aátronoma, L. Dõtre ( )Bela Rxbar, 1930û2006 ( )

Áamodelynxe áolncevxe öaáxItogi kommiááij ob opxtah á novxm porüdkom okonöatelynxh õkzamenov

árednih skol po fizike

Áolneönaü õnergiü ( )

OBUÖENIE FIZIKE

PROBLEMX I UPRAÓNENIÜ, OBQÜVLENIÜ-KONKURÁX

DOKUMENTX, KNIGI, PROIÁHODÍWIE ÁOBXTIÍ

NAUÖNXE OBZORX DLÍ SKOL

Fiz ikai SzemleMAGYAR FIZIKAI FOLYÓIRAT

A Mathematikai és Természettudományi Értesítõt az Akadémia 1882-ben indítottaA Mathematikai és Physikai Lapokat Eötvös Loránd 1891-ben alapította

LVI. évfolyam 4. szám 2006. április

SZUPRAVEZETÔ RÖNTGENDETEKTOROK Richter Gedeon Rt.

Berényi Dénesnek ajánlva

Pozsgai Imre

A Fizikai Szemle 1967-es évfolyamának elsô száma a Szup-ravezetés néhány alkalmazása címmel cikket közölt Pozs-gai Imre fizikus hallgató tollából. A rövid cikk még nem isutalt rá, hogy a tollat Berényi Dénes szemináriumvezetômozgatta. A kéziratot sokszor át kellett írnom, és Dénesnagy türelemmel és megértéssel segített munkámban.

A szupravezetés mint kapocs késztetett arra, hogyjelen cikkem megírjam, és utólag köszönetet mondjakBerényi Dénes akadémikusnak, egykori szemináriumve-zetômnek, aki mély nyomokat hagyott bennem és kiscsoportunk valamennyi tagjában. Nehéz helyzetekben,amikor a szakmához és a tudományhoz való ragaszkodásvolt a tét, az ô szavai jutottak mindig eszünkbe.

Az élet úgy hozta, hogy elektronmikroszkópiával,elektronsugaras mikroanalízissel és röntgenfluoreszcensanalízissel foglalkoztam, illetve foglalkozom. Az, hogy aszupravezetô mágneses lencsék alkalmazása elônyöslehet az elektronmikroszkópokban, már 1967-ben, azemlített cikk írásakor is világos volt. Annak viszont még agondolata sem merült fel, hogy a szupravezetés a rönt-gendetektálás területén is fontos szerepet tölthet be.

Hullámhosszdiszperzív (WDS) ésenergiadiszperzív (EDS) spektrometria

A szupravezetésen alapuló röntgendetektorok jelentôsé-gét akkor látjuk kellô megvilágításban, ha megnézzük,hogy a fejlôdés ezen fokát milyen konstrukciók elôztékmeg, és azok milyen teljesítményre voltak képesek.

Az elsô röntgenspektrométerrel ellátott pásztázó elekt-ronmikroszkópot (vagy terminológiailag pontosabban,mikroszondát) R. Castaing alkotta meg PhD-munkája ke-retében 1951-ben. A munka elméletileg és gyakorlatilagoly teljes volt, hogy az utókornak keveset hagyott csiszo-lásra, finomításra. Ez a mikroszonda hullámhosszdiszper-zív röntgenspektrométerrel volt felszerelve, amelybenegy analizátor kristály a Bragg-törvénynek megfelelôen(nλ = 2d sinΘ) szelektálja a különbözô hullámhosszúságú(λ) röntgensugarakat. Detektorként proporcionális szám-

lálót alkalmazott. Ebben az elrendezésben követelmény,hogy az analizálandó minta, az analizátor kristály és adetektor, a proporcionális számláló egyetlen körön, afokuszálókörön foglaljon helyet.

A mikroszonda manapság is fontos eszköz, mert hul-lámhossz- (vagy energia-)felbontása olyan jó, hogy pél-dául a geológiában – ahol nagyon sok mintakomponensegyidejû jelenlétével kell számolni – is ideális megoldás-nak bizonyul. Az elektrongerjesztésen alapuló röntgen-emissziós analitikai módszer elektronsugaras mikroanalí-zis néven vált ismertté a magyar szakirodalomban, míg aröntgengerjesztésen alapuló röntgenemissziós analitikátröntgenfluoreszcens analízisnek nevezzük.

Az elektronsugaras mikroanalízis roncsolásmentességé-vel, kiváló abszolút detektálási határaival (10−14–10−15 g) ésnagy laterális felbontásával (1–10 µm) tûnik ki, a röntgen-fluoreszcens analízist a roncsolásmentességen kívül a na-gyon jó relatív detektálási határok (1–100 ppm) jellemzik.A Bragg-törvényen alapuló hullámhossz-szelekciót mind-két módszerben egyaránt sikeresen alkalmazzák.

A hullámhosszdiszperzív detektálásnak van egy hátrá-nya: az analízis szekvenciális, egy idôpontban egyetlenelemet tud csak detektálni, ezért idôigényes. Az egymástkövetô elemek detektálásához az analizátorkristály hely-zetét meg kell változtatni. A kvantitatív analízishez min-den egyes elemre mérni kell a röntgenintenzitást a csúcs-pozícióban és két háttérpontban. Ráadásul ugyanezeket améréseket az etalonokon is el kell végezni. A geológiá-ban egy nyolckomponensû minta nem számít ritkaság-nak, a fent vázoltak szerint az ilyen minta kvantitatív ana-líziséhez 48 mérést kell elvégezni.

Ezért a törekvés a szimultán detektálás irányában na-gyon is kézenfekvô volt. A 60-as, 70-es években kerültekalkalmazásra a lítium adalékolásával készült (Li driftelt)szilícium (Si(Li)) detektorok, amelyek a szóban forgóigényt elégítették ki. A nátriumtól az uránig valamennyielem egyidejûleg detektálhatóvá vált. Egy újabb fejlesztésa detektorablak konstrukciójában azt eredményezte, hogya detektálható legkisebb rendszámú elem a nátrium he-lyett a bór lett. Mozgó alkatrészek nem lévén, a mérések

POZSGAI IMRE: SZUPRAVEZETO RÖNTGENDETEKTOROK 109

reprodukálhatósága annyira jó, hogy etalon nélküli eljá-

1. ábra. A szilícium drift dióda vázlata

hátsó elektróda

elektronokpályája

röntgensugárzás

n-Si

reset

védõgyûrû

1. gyûrûanód

n-JFETnyelõ

kapuforrásrással is lehet kvantitatív analízist végezni, ami szintén az

idômegtakarítás irányába hat.A Si(Li) detektor egy p–i–n szerkezetet tartalmaz, amely-ben az saját vezetésû (intrinsic) tartományt lítium driftelé-sével hozzák létre. Minthogy elektromos tér hatására alítium a detektorban szobahômérsékleten nem maradnahelyén, a detektor cseppfolyós nitrogénnel való hûtésevált szükségessé.

A saját vezetésû tartomány úgy viselkedik, mint egyionizációs kamra, csak akkor képzôdik benne töltés, haoda ionizáló sugárzás jut be. A beérkezô röntgenkvantumannyi elektron–lyuk párt hoz létre, ahányszor nagyobb asugárzás energiája, mint a detektoranyag tiltottsáv-széles-sége. (∆ESi = 1,1 eV. Ha a folyamat statisztikus jellegét isfigyelembe vesszük, akkor egy elektron–lyuk pár keltésé-hez szükséges átlagos energia szilíciumban nem 1,1 eV,hanem 3,6 eV). A röntgenfotonok energiájának meghatá-rozása így elvileg elektronáram-mérésre vezethetô vissza.

Bár ez az energiadiszperzív spektrometria (EDS) továbbielônyöket is hozott a hullámhosszdiszperzív detektáláshozképest, például a detektálás nagy hatásfoka miatt kisebbbesugárzó elektronáramokkal lehetett dolgozni, mintWDS-sel, ami végsô soron a minta hôterhelésének a csök-kentéséhez vezetett. Az öröm mégsem volt teljes, mert azEDS-detektálás energia-felbontóképessége 120–130 eV (aMnKα sugárzás 5,9 keV-es vonalánál mérve) sokkal rosz-szabb, mint a WDS 1–10 eV-os energiafelbontása. A nagy-tisztaságú germániumból készült detektorok valamit javí-tottak a helyzeten, de elvileg 90 eV-os felbontásnál jobbranem lehet számítani a félvezetô detektoroknál.

Az EDS rosszabb energiafelbontása gyakoribb csúcsát-lapolásokat eredményezett, mint a WDS-nél és ezért ter-mészetes volt a törekvés olyan röntgendetektor kifejlesz-tésére, amely párhuzamosan detektál, ezért olyan gyors,mint az EDS, de energiafelbontása olyan jó, mint aWDS-é. Ez az, amit meg lehet valósítani a modern szup-ravezetô detektorokkal!

Mielôtt ilyen nagyot ugranánk az idôben, említsükmeg a szilícium saját vezetésû tartományát hasznosítómásik két detektortípust, a PIN diódát és a szilícium driftdiódát (SDD). Ezek abban az értelemben képezik a fejlô-dés újabb lépcsôfokát, hogy sikerült olyan nagy tisztasá-gú saját vezetésû szilíciumréteget készíteni, hogy lítium-driftelésre már nem volt szükség, és a cseppfolyós nitro-génnel való hûtéstôl meg lehetett szabadulni.

Si-PIN dióda detektorok

A Si-PIN diódák detektálási mechanizmusa lényegébenmegegyezik a Si(Li) detektorokéval. A beérkezô sugárzás(α, β, γ vagy röntgensugárzás) töltéshordozó párokat hozlétre 3,6 eV átlagos gerjesztési energia révén. A PIN dió-dák saját vezetésû tartományában nincs lítium, hanem egynagy ellenállású 8000–12000 Ωcm-es réteg képezi az i-tí-pusú (szigetelô) részt. A tartomány teljes kiürülését 50 V-os záró irányú feszültséggel szokták elôsegíteni. Cseppfo-lyós nitrogénnel való hûtésre nincs szükség, a Peltier-ef-fektussal elért −20 °C elég. Bár a PIN diódák energiafel-

bontása valamivel rosszabb, mint a Si(Li) detektoré, ahûtés egyszerûsége számos alkalmazásban elônyösebbéteszi azokat a Si(Li) detektoroknál.

Szilícium drift dióda detektorok

A szilícium drift dióda sémáját az 1. ábra mutatja. Körkö-rös szerkezetével kedvezô töltéshordozó begyûjtéstérnek el. (A szilícium drift diódák XFlash védjeggyel ellá-tott termékek.) Energiafelbontásuk jobb, mint a PIN de-tektoroké, és a Si(Li) detektorokétól is kevéssé marad el.Versenyképességüket az biztosítja a Si(Li) detektorokkalszemben, hogy cseppfolyós nitrogénhûtésre nincs szük-ség, a Peltier-hûtô elégnek bizonyul.

Nagy elônye, hogy a téreffektus-tranzisztoros erôsítôt(JFET, Junction Field Effect Transistor) a detektor felüle-tére lehet integrálni, ezáltal alacsony az anódkapacitás,ezért nagy a detektálási sebességük (106 imp/s nagyság-rendû). A FET-nek az SDD-re való integrálása alacsonyzajt is biztosít. Ha a fenti sémától eltérô módon nem kö-zépen, hanem aszimmetrikusan helyezik el az anódot,további javulást érnek el az energiafelbontásban. (133 eV1000 imp/s bemeneti sebességnél.) Ezt a konstrukciót„szilícium drift droplet” detektoroknak nevezik és SD3-maljelölik. Mind a PIN diódáknak, mind pedig a SDD-knekmegvannak a Si(Li)-tôl eltérô speciális alkalmazási terüle-teik, például a PIN diódák asztali röntgenfluoreszcensspektrométerekben, az SSD-k pedig kiválóan alkalmasakgyors térképezésre a pásztázó elektronmikroszkópban.

Szupravezetésen alapuló röntgendetektorok

A szupravezetésen alapuló röntgenspektrométerek kifej-lesztését az a törekvés vezérelte, hogy legyenek gyorsak,mint a Si(Li) detektorral mûködô spektrométerek, deenergiafelbontásuk legyen olyan jó, mint a hullámhossz-diszperzív spektrométereké. Az új típusú röntgendetekto-rok közül kettôt tárgyalunk itt részletesebben: az elsô amikro-kaloriméter, a másik a szupravezetô alagúteffektu-son alapuló STJ spektrométer (STJ – superconductingtunnel junction).

110 FIZIKAI SZEMLE 2006 / 4

Mikro-kaloriméter detektor

2. ábra. A szupravezetô hômérô (TES) ellenállásának hômérsékletfüg-gése, arany–irídium példáján

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

– – – – – – – – – –

38 39 40hõmérséklet (mK)

40 42DT

mK

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

elle

nál

lás

(rel

. egy

s.)

DR

szupra-vezetõ átmeneti

tartomány normál vezetés

3. ábra. Irwin és munkatársainak szupravezetô röntgendetektora (mik-ro-kaloriméter)

röntgensugárzás

apertura

hõmérõ (Al–Ag)

Si N -membrán3 4

SQUID

abszorbens (Bi)

szupravezetõ kontaktus(Al)

Si-hordozó

V

A mikro-kaloriméter (Transition Edge Sensor, TES) egydetektor abszorbensbôl és egy nagyon érzékeny hômérô-bôl áll. A beérkezô (röntgen)sugárzás energiája hôvéalakul át az abszorbensben, és a hômérô méri ezt a hô-mérséklet-változást. Szükség van egy olyan („gyenge”)kapcsolatra a környezettel, amely biztosítja, hogy a hôkifelé ne távozzon el, és az abszorbensbôl és hômérôbôlálló rendszer a lehetô leggyorsabban visszatérjen alapál-lapotába, hogy képes legyen a következô röntgenkvan-tum detektálására.

1996-ben K.D. Irwin és munkatársai az amerikai Na-tional Institute for Standards and Technologyban kidol-goztak egy olyan nagy energiafelbontású röntgendetek-tort, amely mikro-kaloriméter elven mûködik.

A detektor legkritikusabb része az igen érzékeny hô-mérô, amely a normál elektromos vezetés és szupraveze-tés közötti átmenet (transition edge) (2. ábra ) kihaszná-lásán alapszik. A szupravezetô állapotból a normál álla-potban való átmenet akkora ellenállás-változást okoz,hogy mikrokelvin hômérséklet-változások mérését is le-hetôvé teszi. Ezért vonult be az irodalomba TransitionEdge Sensor néven ez a mikro-kaloriméter.

A mérôelrendezést, illetve annak a sémáját a 3. ábramutatja. A beérkezô röntgensugarak energiájukat a (né-hány mikrométer vastag) normál állapotú bizmut abszor-bens rétegben adják le. A bizmutban bekövetkezô hômér-

séklet-növekedést érzékeli a szupravezetô Al és normálvezetésû Ag kettôs rétegbôl álló hômérô. Röntgenbesugár-zás hatására a hômérô áramkörében ellenállás-növekedésés impulzusszerû áramcsökkenés jelentkezik a szuprave-zetô kvantuminterferencia-berendezés (SQUID – Super-conducting Quantum Interference Device) bemenetén.

Az elrendezés elônye, hogy a normál vezetés és szup-ravezetés közötti átmenet nagyon meredekké tehetô, ez-által a hômérô nagyon érzékennyé válik. A detektor ener-giafelbontása 4,5 keV-en 14 eV. (Két másik berendezés-ben 1 keV-en 2,6 eV és 4 eV-nál 0,2 eV felbontást mértek.)Összehasonlításképpen a konvencionális félvezetô EDS-ek energiája kedvezô esetben 120 eV (5,9 keV-nél).

Kulcsfontosságú paraméterek az– abszorbens hôvezetô-képessége és– a hômérô hôkapacitása.Az abszorbens jó hôvezetô-képessége biztosítja, hogy

a röntgenfoton elnyelése és energiájának termikus ener-giává való átalakítása után az abszorbens mielôbb vissza-térhessen abba az alapállapotába, amelyhez viszonyítjuka hômérséklet-emelkedést. A jobb hôvezetés miatt afémes abszorbensek segítségével elérhetô idôállandókkisebbek (1 µs), mint a félvezetôk abszorbensekkel (1ms). Az abszorbens vastagsága is hangolási paraméter:vékonyabb abszorbens rétegekkel jobb energiafelbontástlehet elérni, a vastagabb rétegek viszont szélesebb rönt-genenergia-tartományban használhatók.

A hômérô hôkapacitása abból a szempontból fontos,hogy minél kisebb röntgenkvantum-energiát, minél na-gyobb hômérséklet-változássá lehessen átalakítani. Az Exenergiájú röntgenfoton Qx hômennyiséggé való átalaku-lásakor a ∆T hômérséklet-változást a hômérô C hôkapaci-tása határozza meg:

ahol c -vel a fajhôt, azaz az egységnyi tömegre vonatkoz-

(1)∆ T =Qx

C=

Qx

c m,

tatott hôkapacitást jelöljük.Míg a különbözô anyagok fajhôje a szobahômérséklet

környezetében függetlennek tekinthetô a hômérséklettôl,addig alacsony hômérsékleten a fajhô T 3-nal arányosancsökken. A 0,1 K körüli hômérsékleten mûködô mikro-kaloriméter szupravezetô hômérôjének hôkapacitásarendkívül kicsi, ezért a hômérséklet-konverzió érzékeny-sége nagyon jó.

Irwin és munkatársai a bizmut abszorbenshez hômé-rôként ezüst–alumínium kettôsréteget használtak. E ket-tôsrétegben a rétegek egymáshoz viszonyított relatív vas-tagságát változtatva olyan hômérôk voltak elôállíthatók,amelyben a normál vezetô – szupravezetô átmenet na-gyon meredek (100 µK széles) és a kritikus hômérséklet(amelynél szupravezetô állapotba megy át) az 50–100 mKközti hômérséklet-tartományba esett (jóllehet a szuprave-zetô komponens a tiszta alumínium kritikus hômérsék-lete 1 K körül van).

Az árammérô SQUID a Josephson-effektuson alapul:vékony szigetelôvel elválasztott két szupravezetô közöttalagúteffektus révén áram tud folyni a szigetelôn keresz-tül anélkül, hogy feszültséget alkalmaznának. Az alagút-


áram rendkívül érzékeny a külsô mágneses tér megválto-

4. ábra. A szupravezetô alagúteffektuson alapuló röntgendetektor (STJ)vázlata

röntgensugárzás

nióbium

alumíniumszupravezetõ

SiO2

Si-hordozó

deteketáló felület

nióbium

Al O -alagútgát2 3

B

mágneses tér

zására, és ezt a jelenséget használják fel a SQUID-benmágneses térerô (illetve az ezt létrehozó elektromosáram) változásainak mérésére.

Höhne és munkatársai mikro-kaloriméterükben aranyabszorbenst és irídium–arany kettôsréteget használtakhômérôként (lásd az 1. ábrá t, ebben a kombinációbanaz irídium a szupravezetô). Ôk nem TES-nek, hanemSPT-nek (Superconducting Phase-Transition Thermome-ter) nevezték detektorukat, de lényegét tekintve mindkétrendszer a normál fémes vezetésbôl a szupravezetô álla-potba, illetve az onnan való „visszabillenést” használja ki.

Szupravezetô alagút detektorok

A szupravezetô alagútátmenet (Superconducting TunnelJunction, STJ) egy hordozóra párologtatott két (50–50 nmvastag) szupravezetô alumíniumrétegbôl áll (3. ábra ),amelyek között vékony (0,2 nm) szigetelô Al2O3 rétegvan. A szóban forgó munkában nióbium elektródokatalkalmaztak, és az elrendezést 500 mK hômérsékletrehûtötték le. Maga a detektorfelület kicsi, 141×141 µm2.Ha a szigetelô réteg elég vékony, akkor Cooper-pároktudnak áthaladni az egyik szupravezetôbôl a másikbakvantummechanikai alagúteffektus révén (Josephson-áram). A szigetelôre merôleges irányban kis elôfeszítést(∼0,4 mV) és a szigetelôvel párhuzamosan külsô mágne-ses teret (B ∼ 100 gauss) alkalmaznak, hogy a Josephson-áramot megszüntessék.

A detektor mûködési elve a következô: a mérendôröntgensugárzás energiája a Cooper-párokat kváziré-szecskékre (két különálló elektronra) bontja szét, és ezekaz elektronok alagúteffektus révén átjutnak a szigetelôn,és a körben áramot hoznak létre. A létrejött áram arányosa sugárzás energiájával.

A mikro-kaloriméterektôl eltérôen itt külsô mágnesesteret is kell alkalmazni. A detektáló rétegek vékonyak, aberendezés gyorsabb, mint a mikro-kaloriméterek: 104

impulzus/s sebességet is el lehetett érni. Az energiafel-bontás viszont valamelyest gyengébb: 6–15 eV energia-felbontást értek el a 180–1100 eV energiatartományban.

A rétegek vékonyságával függ össze, hogy az 1 keValatti energiatartományban, bór, szén, oxigén és fluorK-vonalainak és az átmeneti fémek L-vonalainak analízi-sekor értek el vele kimagasló eredményeket.

Egy másik munkában szintén szupravezetô alagútát-menettel (Al / AlxOy / Al), de vastagabb Al rétegekkel(290 nm) 12 eV felbontást értek el a MnKα vonal 5,9keV-es vonalára vonatkoztatva.

Tekintettel arra, hogy a röntgendetektor felülete kicsi,üvegkapillárisokból álló lencsével (Kumakov-lencse)fokuszálják a röntgensugarakat a detektor felületére.

Energiafelbontás

Felmerül a kérdés, hogy mi teszi lehetôvé azt, hogy aszupravezetôkkel mûködô röntgendetektorok energiafel-bontó-képessége sokkal jobb, mint a hagyományos félve-zetô Si(Li) és Ge detektoroké.

A félvezetô detektorokban a röntgenkvantumok ener-giája elektron–lyuk párok létesítésére fordítódik, amelyekszámát úgy kapjuk meg, hogy a röntgenkvantum energiá-ját elosztjuk az egy elektron–lyuk pár létrehozásáhozszükséges átlagos energiával.

A szupravezetô detektoroknál viszont olyan gerjesztésifolyamat megy végbe (lásd alább), amelyhez szükségesenergia sokkal kisebb, következésképpen a gerjesztésekszáma nagyságrendekkel nagyobb, mint a félvezetô de-tektoroknál, természetesen ugyanazon energiájú röntgen-fotonok detektálására vonatkoztatva.

A detektorok energiafelbontására (∆E érvényes a kö-vetkezô összefüggés:

ahol N a detektálási folyamat alapját képezô gerjesztések

(2)∆ EE

∼ 1

N,

száma.A BCS-elmélet (Bardeen, Cooper, Schrieffer ) szerint

szupravezetéskor az elektronokból Cooper-párok alakul-nak ki, melyek egymástól viszonylag nagy távolságra (µm)lévô, egymáshoz lazán kötött elektronpárokat jelentenek.

Hôközléssel, bizonyos aktivációs energiával a Cooper-párokat kvázirészecskékké (két elektronná) alakíthatjukát. A BCS-elmélet megjósolta azt a minimális energiát (∆),amellyel a Tc kritikus hômérsékletû rendelkezô szuprave-zetôre ez a bontás véghez vihetô:

ahol a k Boltzman-állandó értéke 1,38×10−23 J/K.

(3)∆ = 1,76 k Tc ,

Figyelembe véve, hogy 1 eV = 1,9×10−19 J, akkor a∆-ra (vagy más néven sávparaméterre) 10−3–10−5 eV körü-li értékeket kapunk.

Minthogy a konvencionális félvezetô detektoroknáleV, a szupravezetô detektoroknál meV nagyságrendûgerjesztési energiát kell befektetnünk, ezért a (2) képletszerint elméletileg -szer, azaz körülbelül 30-szor1000jobb energiafelbontást érhetünk el egy adott besugárzóenergiára vonatkozóan szupravezetô detektorral, minthagyományos félvezetô detektorral.

A valóságban a konvencionális EDS 120 eV felbontó-képességet ér el a MnKα 5,9 keV-es vonalára vonatkozó-an, míg a szupravezetô detektor felbontása ugyanerre azenergiára vonatkoztatva jobb, mint 6 eV.


Az 1. táblázat összehasonlítja az eddig ismertetett há-

1. táblázat

Energiadiszperzív röntgendetektálások energiafelbontásaiés elérhetô impulzussebességei

energiafelbontás(eV)

maximális impulzus-sebesség (imp/s)

Si(Li) 120–140 105

mikro-kaloriméter 3–7 5×102–103

alagútátmenet 4–15 104

5. ábra. TiN röntgenspektruma kétféle energiadiszperzív röntgendetek-torral: konvencionális Si(Li) detektor és szupravezetô mikro-kaloriméter

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

– – – – – – – – –

50000

40000

30000

20000

10000

0

beü

tésszám(Si(Li))

600

400

200

0

beü

téss

zám

(mik

ro-k

alo

rim

éter

)

300 400 500 600

energia (eV)

mikro-kaloriméter

Si(Li)

NKa

CKa

TiN

TiLb3,4

Ti Lb1

Ti La1,2

romféle energiadiszperzív röntgendetektálás energiafel-bontását és az elérhetô impulzussebességeket. A táblázatszerint a mikro-kaloriméter energiafelbontása valame-lyest jobb, mint a szupravezetô alagútátmeneté, viszontaz alagútátmenet révén több mint egy nagyságrenddelnagyobb impulzussebességet lehet elérni.

Az alacsony hômérséklet elôállítása

A cseppfolyós nitrogén és hélium alkalmazásának szük-ségessége megnehezítené az ilyen detektorok elterjedé-sét, ezért a CPS nevû német cég olyan detektort fejlesztettki, amelyben a 4 K hômérsékletet cseppfolyós hûtôközegnélkül, tisztán mechanikai úton való hûtéssel érik el. Ahûtés utolsó lépéseként a 0,1 K felé ekkor is az adiabati-kus demagnetizáció marad. A 0,1 K-en mûködô detekto-rok hûtôtartálya hasonló méretû, mint a korábbi, konven-cionális félvezetô energiadiszperzív röntgendetektoroké,és a pásztázó elektronmikroszkópra ugyanúgy felszerel-hetô. A hûtô egy kompresszorból és egy rotációs szelep-bôl áll, amely a detektortól távolabb van elhelyezve ésrugalmas csô köti össze a hûtô másik részével, amely adetektort is tartalmazza. A rugalmas csôre azért van szük-ség, hogy a hûtô mechanikai részének rezgéseit ne vi-gyék át a detektorra és az ahhoz csatolt elektronmikrosz-kópra. A 0,1 K hômérséklet elérése adiabatikus demag-netizációval 60–80 percet vesz igénybe, és akkor ez azállapot akár 8–30 órán át is fenntartható, attól függôen,hogy mekkora a rendszer hôterhelése és egy vagy kétparamágneses sót használnak a hûtôben. A demagnetizá-ciós hûtést az említett 8–30 óra eltelte után meg kell is-mételni. Az irodalomban leírt hûtôberendezés 30 mK-nélalacsonyabb hômérsékletet is képes elôállítani.

Alkalmazások

A konvencionális Si(Li) detektorban a TiL vonalai átla-polnak a NKα vonalával. A mikro-kaloriméterrel nagyonsokat javul a helyzet, mint azt az 5. ábra mutatja.

A szupravezetésen alapuló röntgendetektorok (kriode-tektor néven is szokás említeni) elônye a konvencionálisfélvezetô detektorokéhoz képest a könnyû elemek tarto-mányában mutatkozik meg leginkább. A kis energiájú su-gárzások tartományában a csúcsok megsokasodnak: akönnyû elemek K vonalai átlapolnak a közepes rendszámúelemek L vonalaival. A jó energiafelbontásra itt nagyobbszükség van, mint a nagyobb energiájú tartományokban.

Fontos alkalmazási terület a nagy laterális felbontásúanalízis, különösen a félvezetôiparban, ahol az integráltáramkörök vonalszélessége 0,1 µm alatt van (45 nm 2006elején). Az elektronsugaras mikroanalízis laterális felbon-tóképességét úgy is javíthatjuk, hogy például K vonalhelyett L vonalat analizálunk, mert az utóbbi kisebb gyor-sítófeszültség alkalmazását engedi meg.

Hasonlóan fontos az úgynevezett kémiai eltolódás mé-rése. A röntgenanalízis általában eleminformációt és nemvegyületinformációt ad. Kivétel a könnyû elemek tartomá-nya, ahol a spektrumok alakja, a csúcsok torzulása fontosinformációt tartalmaz a kémiai kötésállapotra vonatkozó-an. Ezt a tulajdonságot eddig is kihasználták, de csak ahullámhosszdiszperzív spektrométer volt elég jó ilyencélokra. A kriodetektorok ezen a területen is nagy jelentô-ségre tehetnek szert a nagy energiafelbontásuk révén.

A kiváló energiafelbontás miatt a kriodetektorok szá-mos egyéb területen nagyon ígéretesek, mint például asötét anyag kutatása, neutrínófizika, röntgencsillagászat[1], szinkrotronsugárzás stb.

Összefoglalás

A proporcionális számlálókat követô félvezetô alapúröntgendetektorok (Si(Li) és Ge) szimultán detektálásukés az ebbôl következô gyorsaságuk révén kerültek ked-vezô pozícióba. A PIN diódák és a szilícium drift diódáka cseppfolyós nitrogén, mint hûtôközeg nélkülözhetô-ségét és nagy detektálási sebességet hoztak magukkalelônyként, energiafelbontásban közel állnak a Si(Li) de-tektorokhoz.

A szupravezetésen alapuló kriodetektorok két fajtája amikro-kaloriméter típusú és a szupravezetô alagúteffektu-son alapuló STJ csillantják fel a reményt a teljesen új meg-oldás irányába, ahol nagy energiafelbontást és szimultándetektálást egyidejûleg lehet elérni. Ezek a detektorok aszokásos röntgenanalitikai alkalmazásokon túlmenôen vár-hatóan az elemi részecskék fizikájában és a röntgencsilla-gászatban is fontos mérôeszközök lesznek hamarosan.

Irodalom

1. X-ray Astrophysics,http://wisp11.physics.wisc.edu/xray/xr_microcalorimeters.htm


CSERNOBIL 20 ÉVE BME Nukleáris Technikai IntézetAszódi Attila

Két évtizeddel a csernobili baleset után talán nem túlzásazt állítani, hogy mára mindent tudunk, amit tudni lehet abaleset okaival, lefolyásával és következményeivel kapcso-latban. A tudomány nem várja, hogy jelentôsen új isme-retek merülnek fel a jövôben. A baleset huszadik évfordu-lója sok szakembert és szakmai szervezetet sarkallt arra,hogy összegezzék ismereteiket. Ennek szellemében 2005szeptemberében a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség ésszakosított szervezetei nemzetközi Csernobil-konferenciátrendeztek Bécsben, ahol publikálták az elmúlt húsz év mû-szaki, sugárvédelmi, orvosi és biológiai kutatásainak ered-ményeit [1, 2]. 2005 májusában egy magyar tudományosexpedíció végzett méréseket a csernobili lezárt zónában[3], és 2005 végén magyar nyelven egy könyv is megjelent,ami az expedíció tapasztalatai mellett igyekszik összegeznimindazt, amit ma tudni érdemes Csernobilról [4]. Jelen cikka rendelkezésre álló friss publikációk alapján rövid össze-foglalót ad a baleset okairól, következményeirôl és a cser-nobili lezárt zónában ma tapasztalható helyzetrôl.

A csernobili 4. reaktor balesete

Csernobilban 1986. április 26-án a 4. blokkon egy rosszulmegtervezett és még több hibával végrehajtott üzemvitelikísérlet során az öngerjesztô tulajdonságokkal bíró reak-tort olyan üzemállapotba manôverezték, melyben a –reaktor felépítésébôl adódó – pozitív visszacsatolásokfelerôsödtek. A blokk operátorai több fontos védelmirendszert kikapcsoltak, és az írott üzemviteli utasításokat,biztonsági elôírásokat is többszörösen megsértették.Ennek és a reaktor konstrukciós hibáiból adódó kedve-zôtlen fizikai tulajdonságok következményeként 1986.április 26., szombat hajnali 1 óra 23 perckor a reaktormegszaladt, vagyis abban a láncreakció ellenôrizhetetlen-né, szabályozhatatlanná vált, és néhány másodperc alatta reaktorban megtermelt hôteljesítmény a névleges 7%-áról a névleges 10000%-ára (százszorosára) ugrott fel.A nagy teljesítményugrás következtében létrejött gôz-

robbanás felhasította a hûtôcsatornák csöveinek falát, ésforró víz áramolhatott a grafit moderátorra. Ez robbanó-képes gázok keletkezéséhez vezetett, ami két másod-perccel a gôzrobbanás után egy újabb robbanást okozott.A két robbanás erejét jól jellemzi, hogy a reaktor hûtôcsa-tornái fölött elhelyezkedô hatalmas, 3000 tonna súlyúreaktorfedél körülbelül 50 méter magasra repült, a reak-torcsarnok tetejébe ütközött – kiszakítva a tetôszerkezetet–, majd oldalára fordulva visszazuhant a reaktorba (aszarkofággal kapcsolatban lásd még késôbb az errôlszóló fejezetet és a 3. ábrá t).A csernobili atomerômûben alkalmazott RBMK reak-

tortípus felépítését és mûködését tekintve alapvetôenkülönbözik a Pakson vagy Nyugat-Európában alkalma-zott nyomottvizes reaktortípustól. A csernobili típus meg-határozó eleme az a hatalmas méretû, mintegy 800 köb-méteres grafittömb, amelyben csatornákon belül fémcsö-

vekben helyezkednek el az üzemanyag-kazetták. A reak-tor hûtôvize ezekben a fémcsövekben áramlik, és a két-szer 3,5 m (összesen 7 m) hosszú üzemanyag-kazetták isa hûtôcsöveken belül foglalnak helyet. A grafit (neutron-lassító) és a hûtôvíz együttes jelenléte a csernobili reak-torban több hátránnyal is jár:1. A reaktor bizonyos üzemállapotokban nem stabil,

abban a pozitív reaktorfizikai visszacsatolások miatt ön-gerjesztô folyamatok indulhatnak be. Ez a tulajdonságavezetett az 1986-os balesetben az elsô robbanáshoz, agôzrobbanáshoz, és a reaktor ezen fizikai tulajdonsága(vagyis a hibás konstrukció) a baleset alapvetô oka.2. A nagyméretû grafittömböt nem vették körül nagy

nyomásra méretezett reaktortartállyal, és a reaktor körénem építettek megfelelôen méretezett hermetikus védô-épületet sem, így a robbanás hatására a reaktor üzem-anyagából kikerülô radioaktivitás közvetlenül a környe-zetbe juthatott.3. A grafit és a víz együttes jelenléte további veszéllyel

jár: ha a hûtôcsatornák sérülése miatt víz áramlik a forrógrafitra, az úgynevezett városigáz-reakció játszódik le,amelyben hidrogén és szén-monoxid keletkezik. Ez alevegô oxigénjével robbanógázt képez, ami Csernobilbana második robbanást okozta.4. A grafit a robbanások hatására meggyulladt, ami tíz

napig magas hômérsékletû grafittûzhöz vezetett, és jelen-tôsen növelte a környezetbe kikerülô radioaktivitás meny-nyiségét.A nyomottvizes reaktorokra nem jellemzôek a fenti

hátrányos tulajdonságok: a nyomottvizes reaktorokbannincs grafit, alapkövetelmény, hogy abban öngerjesztôfolyamatok ne tudjanak kialakulni (a negatív visszacsato-lás alapvetô tervezési követelmény, ami belsô biztonsá-got ad a nyomottvizes reaktoroknak). Ha nincs grafit,nyilvánvalóan grafittûz sem tud kiütni. Ezen túl a nyo-mottvizes reaktoroknál a hasadóanyagot tartalmazó aktívzónát egy nagy nyomásra méretezett reaktortartály veszikörül, és a blokkok primer körét megfelelôen méretezetthermetikus védôépületben helyezik el. Így tulajdonkép-pen két mérnöki gáttal több van a nyomottvizes reakto-rokban, emiatt környezetük sokkal nagyobb biztonság-ban van, mint a csernobili típusú blokk esetében.

A csernobili baleset környezeti hatásai

A robbanások és az azokat követô grafittûz a reaktorüzemanyagának körülbelül 3,5–4%-át szórta szét a kör-nyezetben. Kikerült a környezetbe a nemesgázok100%-a, az illékony izotópok (jód, tellúr, cézium) körül-belül 20%-a és a kevésbé mozgékony izotópok (stronci-um, cirkónium) 3,5%-a. A nagy radioaktív kibocsátáshozaz is jelentôs mértékben hozzájárult, hogy a hûtés nélkülmaradt nukleáris üzemanyag megolvadt, így az urán-di-oxid keramikus üzemanyag-mátrix nem tudta magábantartani a radioizotópokat. A megrongálódott reaktorépü-


letbôl a tûz és a hasadási termékek bomláshôjének hatá-sára felmelegedett levegô nagy magasságba emelte a ki-szabadult radioaktivitást.A kibocsátást a tûzoltók és az úgynevezett likvidátorok

áldozatos munkájával körülbelül egy hónap alatt tudtákmegszüntetni. Az oltási munkálatokban, a szarkofág épí-tésében, az erômû és a környezete megtisztításábanösszesen mintegy 800000 ember vett részt.A környezet szennyezôdése szeszélyes tér- és idôbeli

eloszlást mutatott a meteorológiai viszonyok, azon belülis elsôsorban a csapadékviszonyok által meghatározottkihullás következtében. A legszennyezettebb területek azerômû közvetlen környezetében, valamint Oroszország,Fehéroroszország és Ukrajna egyes régióiban találhatók.Jelentôs mértékben több mint 30000 négyzetkilométerterület szennyezôdött radioaktív izotópokkal. Ebbôl kö-rülbelül 4000 négyzetkilométer tartozik az erômû körüliellenôrzött területhez (ez ma lezárt zóna, ahol a szennye-zôdés a legnagyobb volt). A lezárt zóna területérôl116000 embert kellett kitelepíteni, a három érintett államjelentôs mértékben szennyezett területeirôl kitelepítettlakosok száma összesen körülbelül 350000 fô.Az erômû közvetlen közelében a legszennyezettebb

területeken extrém nagy szennyezôdés, ennek következ-tében pedig extrém nagy dózisintenzitások jöttek létre.Ezeken a területeken az elsô idôszakban a növények ésállatok dózisterhelésének 90%-át béta-sugárzás, 10%-átpedig gamma-sugárzás adta.A kihullott radionuklidok sugárzása következtében a

baleset évében az élôvilágban az akut sugárártalom kü-lönbözô jeleit lehetett tapasztalni az erômû néhány tízkilométeres körzetében, a 0,3 Gy feletti dózist elszenve-dett növények és állatok között. A csernobili balesetreadott környezeti válasz nagyban függött az elszenvedettsugárdózistól, a dózis intenzitásától, valamint az adottélôlények sugárérzékenységétôl. Az akut tünetek közötta tûlevelûek, gerinctelen és emlôsállatok elpusztulása, areprodukciós képesség romlása és krónikus sugárbeteg-ségi tünetek fordultak elô. Néhány év elteltével az érin-tett élôvilág regenerálódott.A sugárterhelés az erômûhöz közeli, attól 1,5–2 km-re

nyugatra elterülô fenyôerdôben éreztette leginkább hatá-sát. Az erdôt alkotó, több mint 80 Gy dózist elszenvedetterdei fenyô (Pinus silvestris ) populáció a balesetet köve-tô 2–3 héten belül mutatta a sugársérülés tüneteit: a tûle-velek elsárgultak és elpusztultak. 1986 nyarán a fák sérü-lésének területe az erômûtôl 5 km-re északnyugatra ter-jedt ki [2]. Az elpusztult faállomány színe alapján ezt azerdôterületet ma Vörös-erdônek nevezik.1987-ben már láthatóvá vált a túlélô faállomány rege-

nerálódása. Az elpusztult erdô helyén az elvégzett talajja-vító intézkedéseknek köszönhetôen új fák hajtottak ki. AVörös-erdôben a növekvô fák esetében a normálistóleltérô fejlôdést lehetett megfigyelni: ilyenek például atörzs szokatlan elágazásai, a virágzat duplázódása, hajtás-pamacsok kialakulása, a levelek és virágok szokatlanszíne és mérete [2]. Hangsúlyozni kell, hogy ezek a gene-tikai eredetû elváltozások csak az erômû közvetlen köze-lében, a legextrémebb szennyezést elszenvedett szûkterületen voltak megfigyelhetôek.

Noha a legtöbb haszonállatot a balesetet követôenevakuálták, néhány száz szarvasmarha a legszennyezet-tebb területen maradt 2–4 hónapig. Ezen állatok egyrésze 1986 ôszére elpusztult, és a túlélôk között is im-munrendszeri károsodások, alacsony testhômérséklet,valamint szív- és érrendszeri károsodások voltak tapasz-talhatók [2]. Az állatok között 1989-ig kimutatható volt apajzsmirigy csökkent mûködése, ami 180 Gy-nél maga-sabb pajzsmirigydózist elszenvedett állatoknál a megfi-gyelt szaporodási problémák oka lehetett. A nagy sugár-terhelésnek kitett szarvasmarhák utódai közt csökkentsúlyt, illetve csökkent súlygyarapodást, és a törpenövésjeleit lehetett felfedezni. A szarvasmarhák reprodukciója1989 tavaszára visszatért a normális kerékvágásba.Számos sajtóhír számolt be a 0,05 Gy/év alatti dózisin-

tenzitásnak kitett szarvasmarhák és disznók között gyak-rabban elôforduló születési rendellenességrôl, ezt azon-ban a tudományos bizonyítékok, és a haszonállat-popu-lációk vizsgálata nem támasztják alá. Nagy publicitástkapott egy, a szennyezett területen született hatlábúborjú fényképe. A borjú valójában 1986 júniusában szüle-tett, így a sugárzásnak tulajdonított fejlôdési rendellenes-ségnek már a balesetet megelôzôen ki kellett alakulnia azanyaállat méhében, így ez az eset nem hozható összefüg-gésbe a csernobili baleset radioaktív kibocsátásával [2].A növény és állatvilág mára kiheverte a baleset utáni

nagy dózisok hatását, és ma talán még jobb helyzetben isvan, mint a környezô területeken, mivel a zóna gyakorla-tilag lakatlan és az emberi tevékenység nem háborgatjaaz élôvilágot.A lezárt zónában elszaporodtak a nagyvadak is, nyo-

mukban pedig megjelentek a farkasok. Ugyanakkorszembetûnô a zavarásra különösen érzékeny sasokvisszatelepülése a lezárt zónába. A baleset idején Ukraj-nában csupán 40–50 pár rétisas fészkelt, ami a hatalmasterülethez képest nagyon kevés. Csernobil környékénnagyon ritka volt ez a faj, ma pedig több új család is meg-jelent a lezárt zónában. Ennek az az oka, hogy a rétisasnagyon korán kezd költeni, amikor még hideg az idô. Hamegközelítik a fészkét, hamar hátrahagyja a tojásokat,amelyek a hideg idô miatt gyorsan kihûlnek és életképte-lenné válnak. A lezárt zónában zavartalanul költhetnek,így jobban szaporodnak. Leginkább ôk örülnek annak,hogy az ember nagy területekrôl eltûnt. Számukra kedve-zô változás az is, hogy a Csernobil környéki tavak és amocsaras területek bôvelkednek halakban, mivel halász-ni, horgászni a lezárt zónában nem szabad.

A baleset egészségügyi hatásaiLikvidátorok

A baleset közvetlen következtében 3 ember veszítetteéletét (két embert a robbanás ölt meg, míg a harmadikkalszívroham végzett), a baleset utáni 3 hónap során további28 ember vesztette életét akut sugárbetegség következté-ben. A tûz oltásán és a baleset elhárításán dolgozókközül a közvetlen áldozatok száma a Nemzetközi Atom-energia Ügynökség adatai szerint – beleszámítva a nagydózisra visszavezethetô betegségben azóta elhunyt likvi-

ASZÓDI ATTILA: CSERNOBIL 20 ÉVE 115

dátorokat is – nem haladja meg az 50-et. A közvetett ál-dozatok száma ennél természetesen (és sajnálatosan) jó-val magasabb.Az erômû kezdeti megtisztításában mintegy 200000

ember vett részt, 1990-ig azonban mintegy 800000 ember– ôk a likvidátorok – vett részt az elhárítási, dekontaminá-lási munkálatokban. A likvidátorok átlagdózisa 100 mSv(millisievert) körüli érték. Néhány százalékuk dózisa az500 mSv-et is meghaladta, néhány tucat likvidátor pedigtöbb sievertnyi dózist is elszenvedett [4]. Az átlagdózisokalapján elvégzett becslések szerint a likvidátorok közöttmintegy 2200 többlet rákos megbetegedés miatti halálesetvárható, amelyek közül körülbelül 200 leukémiás megbe-tegedés lesz. Az orosz adatok szerint a legmagasabb dózistkapott likvidátorok között 1992–1995 között megduplázó-dott a leukémia gyakorisága (az össz-esetszám azonbanalacsony, néhány tíz megbetegedés évente).A likvidátoroknak jelenleg körülbelül egyharmada

rokkant, az okok között idegrendszeri, vérkeringési ésmentális problémák találhatók. A nagy gyakoriság a vizs-gálatok szerint nincs összefüggésben a kapott dózissal, amentális leépülés azonban kapcsolatba hozható a „cser-nobili rokkanttá” nyilvánítással. A likvidátorok között azátlagnál gyakoribb az öngyilkosságok száma is.

Lakosság a volt Szovjetunió területén

A hosszú távú egészségügyi hatások közül a volt Szovjet-unió területén a számottevô többletdózist elszenvedettgyermekek körében mutatható ki szignifikánsan a balesethatása: 4000 gyermeknél diagnosztizáltak pajzsmirigyrá-kot. A korai diagnózis, valamint a pajzsmirigydaganat99% fölötti arányú gyógyíthatóságának köszönhetôenközülük 9-en veszítették életüket.A 200000 legterheltebb likvidátor, a legszennyezettebb

területekrôl kitelepített 116000 ember, valamint a mai isszámottevô szennyezettségû területen élô körülbelül300000 ember között mindösszesen körülbelül 4000többlet rákos haláleset várható a baleset miatti sugárdóziskövetkeztében. (Az elôbb említett mintegy 600000 ember25%-a – vagyis 150000 ember – Csernobil nélkül is daga-natos megbetegedés miatt veszíti el életét, hiszen Ukraj-nában és Magyarországon is ekkora a rák miatti elhalálo-zás gyakorisága.)Az erômû körüli lezárt zónába körülbelül 400, zömmel

idôs személy önkényesen visszaköltözött. Az ô éves dózi-suk a természetes háttérbôl eredô dózis két-háromszoro-sa lehet azon szennyezettségmérések alapján, amit a ma-gyar tudományos expedíció (lásd a következô fejezetet) azónában mért.A nemzetközi elemzések [1] szerint a likvidátorok egy

szûk köre és a lakosság egy kis csoportja kivételével acsernobili baleset egy alacsony többletdózist okozó ese-mény volt, a baleset miatti, sugárdózissal összefüggésbehozható halálesetek száma a balesetet követô 70 évben afent említett 4000 fô körül van. A baleset által okozottstressznek, a sugárzástól való félelemnek, a kitelepítéslelki hatásának, az édesanyák születési rendellenességek-tôl való félelmének nagyobb hatása, és valószínûleg többáldozata volt (és van), mint magának a sugárzásnak. A

nemzetközi közösség a 2005. szeptemberi bécsi Nemzet-közi Csernobil Konferencián azt javasolta az érintetthárom ország kormányának, hogy segélyek, „csernobilirokkantnyugdíj” kifizetése helyett a gazdaság fejlesztésére,a normális, megszokott élethez szükséges munkahelyekmegteremtésére, a gazdaság fejlesztésére fordítsák a köz-ponti forrásokat, mert ennek több hasznos hatása lenne azemberek életére, mint a kis többletdózis elleni védekezés-nek vagy a szociális segélyezésnek [1]. Az elmúlt 20 évbenbebizonyosodott: az emberek nem akarnak elköltözni aközepesen vagy gyengén érintett területekrôl, az életkilá-tásaik, egészségügyi állapotuk pedig elsôsorban nem azelviselhetô mértékû szennyezettségtôl, hanem szociális ésgazdasági helyzetüktôl, munkahelyük lététôl és az egész-ségügyi rendszer megfelelô színvonalától fog függeni.

Magyar lakosság

A magyar lakosság csernobili eredetû többletdózisa tekin-tetében nincs szükség a már ismert adatok korrekciójára.Magyarország szennyezettsége az európai átlag alatti, a la-kosok átlagos többletdózisa pedig 1 mSv alatt van a balese-tet követô 70 évre vonatkozóan, melybôl a dózis körülbe-lül felét a lakosság a balesetet követô elsô évben szenvedteel. Ennek az éves természetes háttér (2,5 mSv/év) töredé-két kitevô dózisnak nem lehet, és nincs is kimutathatóegészségügyi hatása a magyar lakosság körében.

Magyar tudományos expedíció Csernobilban

A Magyar Nukleáris Társaság, és annak fiatal szakcso-portja, a FINE szervezésében 2005. május 28. és június 4.között tudományos expedíció járt Csernobilban. Az útnaktöbb célja is volt:Saját, közvetlen tapasztalatokat akartunk szerezni a

csernobili atomerômû és környezete jelenlegi állapotával,valamint a környezet szennyezettségével és a dózisviszo-nyokkal kapcsolatban. Információkat akartunk gyûjteni a2000-ben végleg leállított erômû és a 4. blokk köré építettszarkofág állapotáról. A különleges helyszín rendkívül jólehetôséget teremtett arra, hogy fiatal nukleáris szakembe-reket tovább képezzünk a terepi mérések szennyezetthelyszínen történô végrehajtásával kapcsolatban. Az elôbbemlítetteken túl hiteles méréseket, fénykép- és videoanya-gokat akartunk készíteni a kinti helyzetrôl, a vizsgálataink-ról és a terepi mérések megvalósításáról. Az expedíciótagjai között voltak hivatásos fotósok és egy televíziós stábis, így nagyon gazdag fénykép- és videoanyag áll rendel-kezésünkre az útról: hatezer darab jó minôségû fényképés közel 12 órányi filmanyag készült.A hatékonyabb munka érdekében a résztvevôket cso-

portokra osztottuk: külön csoport foglalkozott a résztve-vôk személyi dozimetriájával, a terepi mintagyûjtéssel, azökológiai hatás felmérésével, a környezeti dózisteljesít-mény mérésével, helyszíni gamma-spektrometriai méré-sekkel, a szarkofág és az erômû állapotának értékelésé-vel, valamint a munka jegyzôkönyvi, fényképes és filmesdokumentálásával. A következô kollégák irányították acsoportokat: Apáthy István (termolumineszcens dozimet-


ria), Vajda Nóra (terepi mintagyûjtés), Tarján Sándor

1. ábra. Csapatmunka az akkreditált terepi mérôhelyen (fotó: DombóSzabolcs)

2. ábra. Munka a Vörös-erdô peremén (fotó: Dombó Szabolcs)

(ökológiai hatásfelmérés), Sági László (személyi dozimet-ria), Zombori Péter (helyszíni gamma-spektrometria ésszámítógépre archivált folyamatos dózisteljesítmény-mé-rés), Hadnagy Lajos (épített környezet állapotfelmérés),Aszódi Attila (dokumentálás és az expedíció vezetése).

Sugárvédelmi ellenôrzés, dózisviszonyok

Az út elôkészítése és lebonyolítása során végig szem elôtttartottuk, hogy a résztvevôk külsô és belsô dózisterhelé-sét pontosan ellenôrizni lehessen. Ennek érdekében az útelôtt és után minden résztvevô egésztest-számlálásonesett át (az esetleges belsô terhelés ellenôrzésére). Akülsô dozimetriai viszonyok folyamatos követésére nagy-számú mûszer állt az expedíció tagjainak rendelkezésére.A mérések alapján megállapítható, hogy a lezárt zónábaneltöltött napok során az expedíció tagjait összesen körül-belül akkora többletdózis érte, mint amekkora egy 10órás repülôút vagy egy mellkasi röntgenátvilágítás szoká-sos dózisa (az átlagos többletdózis 20 mikroSv volt).A környezeti dózisintenzitás a különbözô területek

szennyezettségének függvényében természetesen jelentôseltéréseket mutatott az erômû környékén. Csernobil város-ban – ami körülbelül 20 km-re délre található az erômûtôl,és kisebb mértékû szennyezôdés érte a baleset után – adózisteljesítmény ugyanakkora volt (100 nanoSv/h), mintBudapesten az elinduláskor. A reaktorbaleset hatása az

erômû 30 km-es környezetében jól mérhetô, de a legtöbbhelyen csak olyan mértékû, amely mellett a területen –sugárvédelmi ellenôrzéssel – nyugodtan lehet dolgozni.Magában az atomerômûben magasabb volt a dózisintenzi-tás, mint amekkorát a magyar nukleáris létesítményekbenmegszoktunk, de azokon a helyeken, ahol mi jártunk, nemlépte túl a megengedett értékeket.Nagyon részletes mérési programot sikerült végrehaj-

tani egy akkreditált terepi mérôhelyen (1. ábra ), ahol abaleset után nem cserélték le a talajt és a lezárt zónárajellemzô átlagos szennyezettség tapasztalható. Itt jól kimu-tatható volt, hogy mára a külsô dózisterhelés praktikusan100%-a a cézium-137 izotóptól származik, annak ellenére,hogy mellette további radioizotópok (elsôsorban Co-60,Cs-134, Eu-154, Am-241) is jól mérhetôek. Ezen a terepimérôhelyen 387 kBq/m2 Cs-137 felületi szennyezettségetmértünk, ami jó egyezésben volt az ukrán szakemberekáltal bizonylatolt 10,5 Ci/km2 (ami 388,5 kBq/m2-nek felelmeg) adattal. Ennek a felületi szennyezettségnek a dózis-teljesítmény-járuléka 390 nanoSv/h. A természetes háttér-sugárzással (60–110 nanoSv/h) együtt 450–500 nanoSv/hszámítható, ami jól egyezett a hitelesített mûszerekkelmért dózisteljesítménnyel.A sugárzási viszonyok szempontjából kétségtelenül az

úgynevezett Vörös-erdô és Pripjaty városa volt a legérde-kesebb. Az 1986-os robbanásból a legnagyobb szennye-zôdés a közeli Vörös-erdôt érte (ez 2–4 km-re, nyugatratalálható a 4. blokktól, ebbe az irányba haladt a balesetutáni elsô fô kibocsátás csóvája). Ott a baleset után 1986-ban több Gy/h dózisintenzitás volt mérhetô, így akkori-ban egy-két órányi erdei séta elég lett volna a halálos dó-zishoz. A helyreállítási munkák során ezen a területenfriss, tiszta talajt hordtak a szennyezett fölé, a kipusztultnövényzet helyén pedig mára minden visszaállt a régikerékvágásba. Ezt az is mutatja, hogy a növényzet ép,minden él és virul, és az állatok – tekintve, hogy kevésember jár arra – zavartalanabb életet élnek, mint más,ember által intenzíven használt területen.Ezen a területen csak a sugárveszélyt jelzô táblák és a

mûszerek mutatják, hogy magasabb a dózisintenzitás,mint a máshol megszokott, egyéb jelek erre nem utalnak.Ezen a területen védôruhában dolgoztunk (2. ábra ),hogy elkerüljük a ruházatunk vagy a testfelületünk eset-leges szennyezôdését. Sok értékes mintát sikerült gyûjte-nünk, és itt mértük a legmagasabb dózisteljesítményt is:50 mikroSv/h (50000 nanoSv/h) értéket. Ez az itthonmegszokott háttérsugárzás intenzitásának az 500-szorosa.Munkavégzés céljából egy ilyen szennyezettségû helyen– természetesen a megfelelô sugárvédelmi rendszabályokbetartásával – lehet tartózkodni, de ezeken a területekena lezárás fenntartása hosszú távon is indokolt.A terepen gyûjtött minták közül a következôket érde-

mes kiemelni: a legnagyobb aktivitáskoncentráció egyPripjaty városban gyûjtött mohamintában volt mérhetô:2,5 MBq/kg cézium-137 és 150 kBq/kg amerícium-241. AVörös-erdônél gyûjtött egyik fûmintában 640 kBq/kg,míg a szintén ezen a helyszínen talált szarvasürülékben115 kBq/kg cézium-137 aktivitáskoncentrációt mértünk.A talajminták elemzése szerint azokon a területeken, aholnem mozgatták meg, nem forgatták át a talajt, a szennye-

ASZÓDI ATTILA: CSERNOBIL 20 ÉVE 117

zôdés az eltelt 20 év ellenére nem ju-

3. ábra. A szarkofág makettje (fotó: Aszódi Attila). Középen a reaktor, rajta a hatalmas, ferdénálló reaktorfedél. Jól látható, hogy a mentési munkálatok során betöltött anyagok és a robba-násban keletkezett törmelékek hogyan töltik ki az egyes helyiségeket.

tott 8–10 cm-nél mélyebbre. A dozi-metriai szempontból meghatározó cé-zium-137 jól kötôdik a talajhoz.

A szarkofág

Az utóbbi idôben mind a sajtóban,mind pedig szakmai körökben sokatlehet hallani a 4. blokk fölé felépítettszarkofág állapotával kapcsolatosproblémákról. Tudnunk kell, hogy1986-ban a baleset során nagyon mos-toha körülmények között igen gyor-san kellett felépíteni a szarkofágot, ésnem volt, nem lehetett cél egy herme-tikus védôépület elkészítése. Szakmaikörökben köztudott, hogy az évsza-kok során jelentkezô nagy hômérsék-let-változások okozta hôtágulás elvise-lése érdekében a szarkofág tetején ésoldalfalain mindig is voltak rések.Ezen kívül a belsô és külsô hatások(hômérséklet-változás, sugárzás) kö-vetkeztében a beton állapota is rom-lott a szarkofág közel két évtizedes fennállása alatt.A nemrégiben elvégzett biztonsági elemzések azt mu-

tatják, hogy egy nagyobb földrengés vagy külsô behatáskövetkeztében a szarkofág fala esetleg megsérülhetne,vagy a szarkofágon belül egyes betonelemek elmozdul-hatnának. (A 3. ábrán, a szarkofág makettjét mutatófotón jól látszik, hogy a balesetben a reaktorépület fôfalai is jelentôsen sérültek, amit a nagy dózisteljesítményés az idô szorítása miatt 1986-ban nem lehetett kijavíta-ni.) A szarkofágon belüli falak esetleges leomlása eseténegyetlen veszélyforrással kellene számolni: az épületenbelüli, radioaktivitást tartalmazó nehéz porok felkevered-hetnének és kijuthatnának a szabadba. Ezt megakadályo-zandó az ukrán szakértôk 2004-ben egy speciális befecs-kendezô-rendszeren keresztül mûanyagoldatot szórtak aszarkofágon belülre, hogy a port megkössék.A biztonsági elemzések szerint az épület sérülése ese-

tén a bent lévô porok nem juthatnának az erômû körüli30 km-es zónán túl, így ez Magyarországot nem veszé-lyeztetné. Érdemes megjegyezni, hogy az 1986-os cserno-bili baleset idején a balesetet szenvedett 4. reaktor mûkö-dött, így az üzemanyagában nagy mennyiségben voltakrövid élettartamú, illékony radioaktív izotópok. A balese-tet követôen nagyon magas hômérséklet – helyenkéntközel 6000 °C – alakult ki a sérült reaktorban, és többnapig égett a reaktorban lévô grafit is, melynek hatásáraa kiszabadult aktivitás nagy légköri magasságokba jutha-tott fel. Így volt lehetséges, hogy a szennyezés egy részeEurópa távolabbi helyeire is elkerült. Ma, húsz évvel abaleset után a 4. reaktorban uralkodó hômérséklet gya-korlatilag azonos a környezeti hômérséklettel, és a rövidfelezési idejû, illékony izotópok is lebomlottak már. Azerômû másik három blokkját is leállították azóta. Ígyolyan jellegû esemény, ami hatásait tekintve megközelíte-né az 1986-ost, ma már nem lehetséges Csernobilban.

Az ukrán állam külföldi segítséget kért (elsôsorban alegfejlettebb ipari államoktól), és egy erre a célra létreho-zott pénzügyi alapba összegyûjtöttek annyi pénzt, amibôlegy új, hermetikus védôépületet lehet építeni a meglévôfölé. Az új védôépület felépítéséhez szükséges mûszakitervek kidolgozása a hivatalos közlések szerint hamaro-san megindulhat. Az új szarkofágot a mostani mellett ter-vezik felépíteni, és egy sínrendszeren tolnák a jelenlegiszarkofág fölé. Az új szarkofágot száz évre méretezik,hermetikusnak kell lennie, mert benne egy hatalmas híd-daru fog mûködni, melynek segítségével le akarják bon-tani a mostani szarkofág tetejét és oldalfalait, valamint azépületen belüli instabil falakat is, hogy hosszú távra stabi-lizálhassák a helyzetet. Ez a munka minden bizonnyaltovábbra is a figyelem középpontjában fog maradni.A csernobili expedíció célkitûzéseinek sikeres teljesí-

téséhez, valamint az itt is közölt eredmények eléréséhezminden résztvevô lelkes és szakszerû munkájára szükségvolt. Minden résztvevô (felsorolásukat lásd [4] 163. olda-lán) segítségét ezúton is köszönöm.

Irodalom1. Csernobil öröksége: egészségügyi, környezeti és társadalmi–gazda-

sági hatások és Ajánlások Fehéroroszország, az Orosz Föderáció ésUkrajna kormánya részére – Csernobil Fórum, Nemzetközi Atom-energia Ügynökség, Bécs, 2005. szeptember, IAEA/PI/A.87/05-28601; angolul az interneten: http://www.iaea.org/Publications/Booklets/Chernobyl/chernobyl.pdf

2. A csernobili baleset környezeti hatásai és a következmények enyhí-tése: húsz év tapasztalata – ENSZ Nemzetközi Csernobil Fórum„Környezet” szakértôi csoport jelentése, 2005. augusztus; angolul azinterneten: http://www.iaea.org/NewsCenter/Focus/Chernobyl/pdfs/EGE_Report.pdf

3. ASZÓDI A.: Csernobil ma; Magyar tudományos expedíció Csernobil-ba – 49. Országos Középiskolai Fizikatanári Ankét, Paks, 2006. ápri-lis 1., interneten: http://www.reak.bme.hu/aszodi/eloadasok.htm

4. SZATMÁRY Z., ASZÓDI A.: Csernobil / Tények, okok, hiedelmek – Ty-potex, Budapest, 2005. ISBN: 963 9548 68 5, (lásd még e számunkKönyvespolc rovatát – a szerk. )


AZ ÜZEMZAVAR HELYREÁLLÍTÁSÁNAK

1. ábra. A reaktor és a hozzá kapcsolódó aknák térbeli helyezkedése

pihentetõmedencepihentetõmedence átrakó

medenceátrakó

medence

1. sz.akna1. sz.akna

tisztító-tartálytisztító-tartály

reaktor-tartály

reaktor-tartály

SUGÁRVÉDELMI KÉRDÉSEI Bujtás Tibor, Nényei ÁrpádPaksi Atomeromu Zrt., Sugárvédelmi Osztály

A Paksi Atomerômûben 2003. április 10-én súlyos üzem-zavar következett be.

Az 1. számú szerelôaknában, víz alatt elhelyezett fûtô-elem-tisztító berendezésben a 2. blokk reaktorából kira-kott kazettákat tisztították.

A tisztítótartályban láncreakció már nem játszódott le,de a fûtôelemekben a korábbi reaktorban töltött üzem-idejük során felhalmozódott radioaktív hasadványtermé-kek még mindig jelentôs hômennyiséget termeltek. Atisztítóberendezés nem megfelelô hûtése miatt a kazettáknéhány óra alatt túlmelegedtek, és a tisztítótartály felnyi-tásakor beáramló hideg víz által okozott hôsokk azüzemanyag-kazetták jelentôs sérüléséhez vezetett. Azesemény hatására a fûtôelemek burkolata felnyílt, és abennük lévô urán-dioxid pasztillák is megsérültek.

A sérült kazetták és a szabaddá vált törmelék nukleárisüzemanyag eltávolítását és biztonságos elhelyezését megkell oldani. E feladatok a mûszaki nehézségek mellett ko-moly sugárvédelmi problémákat is felvetnek, melyekmegoldása a munkát végzô személyzet sugárterhelésénekcsökkentéséért és a környezetbe jutó radioaktív anyagokmennyiségének minimalizálásáért is elengedhetetlen.

A jelenlegi állapot

A Paksi Atomerômûben minden reaktorhoz három vízzelfeltölthetô akna tartozik (1. ábra ).

A legnagyobb a reaktortartály feletti átrakó medence,amely a reaktorzóna átrakására szolgál, a másodikban (apihentetô medencében) a reaktorból kirakott kiégett fû-tôelemeket tárolják 3–5 évig, míg maradék hôtermelésükés radioaktivitásuk lecsökken olyan mértékig, hogy kiszál-líthatóak legyenek az erômûbôl. A legkisebb (az 1. számúakna) a kazetták ki- és beszállítására, valamint karbantar-tási mûveletek végrehajtására szolgál. Ebben az aknábanhelyezték el a fûtôelem-tisztító berendezés tisztítótartályátis, ami a sérült fûtôelemekkel együtt jelenleg is ott van.

Ezek a medencék zsilipeken keresztül érintkeznekegymással, hogy a kazetták az egyikbôl a másikba vízalatt átszállíthatók legyenek. A víz alatti mozgatás során avíz egyrészt árnyékolja a kazetták sugárzását, másrésztelvezeti a bennük képzôdô hôt.

Az üzemzavart követôen elsôdleges feladat volt a sé-rült fûtôelemek állapotának felmérése a szükséges intéz-kedések tervezése céljából. Ez elsôsorban kritikussági,sugárzási és vizuális vizsgálatokat jelentett.

Ezek eredményeképpen nyilvánvalóvá vált, hogy atisztítótartályban lévô üzemanyag jelentôs részének meg-szûnt a hermetikussága és geometriai épsége, emiattegyedi intézkedésekkel kell biztosítani a szubkritikussá-got, az üzemanyag hûtését és a radioaktív anyagok kibo-csátásának korlátozását a sérült kazetták eltávolításáig,ami számos kiegészítô rendszer kialakítását igényelte:

Neutronfluxus-mérés és vészbórozó rendszerMivel a fûtôelemek jelentôs mennyiségû hasadóanya-

got tartalmaznak, ezért meg kellett vizsgálni egy esetlegesláncreakció bekövetkezésének lehetôségét is. Az elméletiszámítások kizárták ugyan egy ilyen esemény bekövetke-zését, de fel kellett készülni a rendszer sokszorozási té-nyezôjét befolyásoló hatások (hômérséklet, bórsavtarta-lom változása stb.) bekövetkezésére. Ezért egy újonnankiépített rendszer folyamatosan méri a fûtôelemek kör-nyezetében a neutronfluxus változását a nukleáris stabi-litás monitorozása céljából. A rendszerhez tartozik mégegy bórsavadagoló berendezés is, amely szükség eseténautomatikusan nagy koncentrációjú bórsavat juttat az 1.számú akna vizébe.

Autonóm hûtôrendszerAz üzemzavart követôen meg kellett oldani a sérült

fûtôelemek hermetikus elválasztását az erômû többi üze-melô rendszerétôl. Ezt csak az 1. számú akna teljes levá-lasztásával lehetett biztonságosan megoldani. Mivel azaknának és a pihentetô medencének közös hûtôrendsze-re volt, a leválasztás elôtt ki kellett építeni az akna szá-mára egy önálló hûtôrendszert, amely a fûtôelemekben aradioaktív bomlásból keletkezô hôt elvezeti.

Sugárvédelmi mérôrendszerAz üzemzavar során a fûtôelemek hermetikus burkola-

ta is megsérült, így a bennük tabletták formájában elhe-lyezett UO2 közvetlenül érintkezik az akna bórsavas vizé-vel. Bár a pasztillák mechanikai és kémiai ellenálló ké-pessége igen nagy, mégis oldódnak ki belôlük hasadó-anyagok és hasadványtermékek.

A víztisztító rendszerek ioncserélôi ugyan folyamatosanvonják ki ezen anyagokat az akna vizébôl, azonban a víz-ben még így is jelentôs a radioaktív izotópok aktivitáskon-centrációja, ami az 1. számú akna környezetében viszony-lag magas dózisteret alakít ki. Ezért több ponton történik a

BUJTÁS TIBOR, NÉNYEI ÁRPÁD: AZ ÜZEMZAVAR HELYREÁLLÍTÁSÁNAK SUGÁRVÉDELMI KÉRDÉSEI 119

gammadózis-teljesítmény monitorozása, az ott végzendô

2. ábra. A munkaplatform és a tisztítótartály elhelyezkedése az 1.számú aknában

munkaplatform

munkaterület

személyzet

védõgyûrû

szerszám

tokok

tisztítótartály

1. táblázat

A gamma-sugárzó radionuklidok aktivitása

radionuklid 30 fûtôelem aktivitása (Bq)

Kr-85 6,2 1014

Zr-95 4,3 1014

Nb-95 9,2 1014

Ru-106 + Rh-106 2,2 1016

Cs-134 6,8 1015

Cs-137 + Ba-137m 1,4 1016

Ce-144 + Pr-144 6,0 1016

Eu-154 2,1 1014

összesen 1,0 1017

munkák megfelelô sugárbiztonsága érdekében.További kockázatot jelent az üzemanyag-kazettákban

lévô gáz halmazállapotú 85Kr nuklid, amely az akna vizénkeresztüljutva a levegôbe kerül. A víz párolgásával együttkis mennyiségben, a levegô aeroszolrészecskéihez tapad-va, egyéb radionuklidok is a levegôbe juthatnak. Ezekmennyisége nem számottevô ugyan, és az akna fölé telepí-tett elszívóval ellátott sátor a kijutásukat megakadályozza,de sugárbiztonsági szempontból elengedhetetlen a csarnoklevegôjében az aktivitáskoncentráció állandó mérése is.

Az autonóm hûtôrendszer csôvezetékére egy folyama-tos, összgammaaktivitás-koncentrációt mérô berendezéskerült az 1. számú aknavíz radionuklid-koncentrációjá-nak monitorozása céljából.

A teljes sugárvédelmi ellenôrzôrendszer folyamatosanmért eredményei a helyszínen és a vezénylôkben egy-aránt megjelennek. A rendszerben minden egyes mérés-hez két riasztási szint van beállítva, melyek túllépésekora rendszer fény- és hangjelzéssel is figyelmezteti a dolgo-zókat a normál viszonyoktól való eltérésre. Figyelmeztetô

szint elérése esetén a rendszer csak felhívja a figyelmetaz értékek megnövekedésére, de a munka tovább folytat-ható. Vészszint túllépése esetén viszont csak a legfonto-sabb tevékenységek befejezése lehetséges, és a munkate-rületet minél elôbb el kell hagyni.

Egyéb mérôrendszerekAz elôbb említett rendszereken kívül további mérô-

rendszerek is létesültek (pl. hômérséklet-, szintmérésstb.), amelyek a normális értékektôl történô eltérés ese-tén szintén hasonló jelzéseket generálnak.

Az eltávolítás megvalósítása

Az eltávolítás az atomerômûben alkalmazott normál tech-nológiákkal nem valósítható meg, ezért új módszerekkidolgozására volt szükség. E szerint az 1. számú akná-ban annyira lecsökkentik a vízszintet, hogy manipuláto-rokkal elérhetôek legyenek a sérült fûtôelemek, majdbelehelyeznek egy hengeres platformot, ami védi a dol-gozókat a külsô gamma-sugárzástól és meggátolja a ra-dioizotópok bejutását a munkaterületre (2. ábra ).

Ebbe kerül bele a munkaplatform, ahonnan a sze-mélyzet végzi az eltávolítást. Ez a munkaplatform a külsôplatformon belül elforgatható, így biztosítva azt, hogy aszerszámok leengedésére szolgáló nyílások és nézôabla-kok mindig a megfelelô pozícióba állíthatók legyenek.

Leengedett szerszámok segítségével megbontják a tisz-títótartályon belül a fûtôelemeket tartó tálcákat és szük-ség szerint a kazetták tokozását, majd átrakják ôket atisztítótartály köré elôzôleg elhelyezett tárolótokokba. Amegtelt tokokat lezárják, kiemelik a platformot, és a to-kokat átemelik a pihentetô medencébe, majd a folyamatismétlôdik, míg a tartályból mindent el nem távolítanak.

Dózisteljesítmény-számításoka munkaterületen

Az eltávolítási munkák tervezésekor sugárvédelmi köve-telmény, hogy az egyéni dózisterhelés nem haladhatjameg a teljes munkavégzés alatt a 20 mSv értéket. Ebbôl15 mSv a külsô és 5 mSv a belsô dózis ellenôrzési szint.

A szükséges vízréteg vastagságának számításaA sugárvédelem tervezéséhez elôször a fûtôelemek su-

gárzásának meghatározása volt a fô feladat. A kazettákbanfelhalmozódott különbözô radionuklidok aktivitását a re-aktorban eltöltött idô és a kiégésüket befolyásoló egyébparaméterek ismeretében határozták meg (1. táblázat ).

Az aktivitások ismeretében, az anyagi és geometriaijellemzôk alapján számítható a fûtôelemek sugárzási tere,aminek alapján el lehetett végezni a sugárvédelmi árnyé-kolások tervezését.

A modellszámítások megbízhatóságának ellenôrzéséreméréseket is végeztünk. Gázionizációs detektorral a tisztí-tótartályon belül több ponton is mértük a gammadózis-teljesítményt. A 3. ábrán a tartály körül mért és számítottértékek láthatók. A maximális dózisteljesítmény ≈ 10 Gy/h


volt, ami a víz árnyékoló hatása miatt a magassággal jelen-

3. ábra. A dózisteljesítmény változása – mért és számított értékek – amagassággal a tisztítótartály középvonalában, 2004 novemberében

számított

mért

10–5 10–3 10–1 10 103

3

2

1

0

–1

dózisteljesítmény (Gy/h)

mag

assá

g(m

)

4. ábra. A munkaplatformot körülvevô sugárvédelmi árnyékolás

támasztóperem

fal (8 mm)

védõgyûrû (45 mm)

ólomüveg ablakok

változtatható nyílás

padló (100 mm)

tôsen csökken. A csökkenés tartály peremétôl mért körül-belül 1,5 m-es magasságig tart, eddig a számított és a mérteredmények jó egyezést mutatnak. E felett azonban a fûtô-elembôl származó sugárzás intenzitása már töredékérecsökken, és hatása összevethetô lesz a vízben oldott radio-izotópokból származó dózisteljesítménnyel, amit a számítá-sok szándékosan nem vettek figyelembe.

Mind az elvégzett modellszámítások, mind a mérésekazt mutatták, hogy 2–2,5 m vízoszlop magasság felett adózisteljesítmény értékét gyakorlatilag a víz szennyezett-sége határozza meg, így a munkavégzés során nem érde-mes 2,5 m-nél magasabb vízszintet alkalmazni. Ezért letta 2,5 m-es vízrétegvastagság a platform és a szerszámokméretezésének egyik tervezési alapja.

A platform padlójának és a platformhoz tartozóvédôgyûrû vastagságának számítása

Vízbôl származó sugárterhelés csökkentésére a legké-zenfekvôbb módszer annak tisztítása. A fûtôelemekbôlfolyamatosan oldódódó radioaktív szennyezôk miatt avíztisztítók folyamatos üzemeltetésével is csak egy bizo-nyos szintre lehet csökkenteni az aktivitáskoncentrációt.A kioldódás sebessége pedig éppen a munkavégzés so-rán emelkedhet meg jelentôsen, mivel a kazetták moz-gatásával eddig még zárt részek is felnyílhatnak. Továbbáa rendszer szubkritikusságának biztosítása érdekében ahelyreállítás során a víz bórsavtartalmát meg kell emelni,ami tovább növeli az üzemanyag oldódási sebességét.

Optimális vízkémiai körülményeket kell biztosítani,azonban így is 106 Bq/dm3 (137Cs-re vonatkoztatott) akti-vitáskoncentrációval kellett számolni a tervezés során,ami az egyes munkafolyamatok hatására idôszakosan 107

Bq/dm3-re emelkedhet. Ez az aktivitáskoncentráció a vízfelett 0,1–1 mSv/h dózisteljesítményt eredményez, amely-ben nem lehet huzamosabb ideig munkát végezni, ezérttovábbi árnyékolásról kell gondoskodni.

A munkaplatform 100 mm vastag acél padlózata 30-adrészére csökkenti a γ-sugárzás intenzitását (0,661 MeVenergiánál), ami biztosítja az 1. számú akna szennyezettvizének és a tisztítótartályban levô sérült fûtôelemekneka szükséges árnyékolását.

A mûveletek végrehajtásához a munkaterület padlójá-ban az ólomüveg-nézôablakok mellett egy 1245×400 mmméretû technológiai nyílás készült, amely (szükség sze-

rint) részben, vagy teljesen védôfedelekkel zárható le (4.ábra ). Néhány mûvelet végrehajtása során a munkavég-zés teljesen, vagy részlegesen nyitott technológiai nyílásmellett történik. Nyitott technológiai nyílás mellett az aknavizétôl származó γ-sugárzás dózisteljesítménye a számítá-sok alapján a munkaplatform alja felett 1 m magasságban106 Bq/dm3 aktivitáskoncentráció esetén 3,4 µSv/h. A tisz-títótartályban lévô 30 db sérült üzemanyag kazetta gam-ma-sugárzásától származó dózisteljesítménye 12 µSv/h, aneutronsugárzás hatása elhanyagolható.

A személyzet védelmét biztosítani kell az 1. számú aknaszennyezett falaitól származó γ-sugárzással szemben is.Ennek leárnyékolására a munkaterület köré egy acél vé-dôgyûrû kerül. A felületi szennyezettség mért értékekeités a dekontaminálás várható hatását figyelembe véve avédôgyûrû falát a munkaterület padlószintjétôl 2,2 m ma-gasságig 45 mm vastag, a felette lévô részt 8 mm vastagacélból kell elkészíteni. Így az akna falainak dekontaminá-lás után maradó szennyezettségétôl származó külsô sugár-terhelés a tervezett árnyékolás hatására 1 µSv/h.

Az aknát kiszolgáló rendszerek csôvezetékeiben is azaknából származó radioaktív izotópokkal szennyezett vízvan, aminek sugárzásától szintén meg kell védeni a dol-gozókat. Az ólomlemezekkel árnyékolt csôvezetékekbôlszármazó dózisteljesítmény járuléka az elvégzett modell-számítások alapján további 1 µSv/h.

A fenti sugárzási útvonalakat összegezve, az átlagosanvárható dózisteljesítmény ≈ 18 µSv/h. A 4 órás mûsza-kokra tervezett munkavégzés alatt a személyenkéntidózis körülbelül 70 µSv. Az elhárítás teljes idôtartamáraegy dolgozó tervezett dózisa (90 mûszak alatt) 6,3 mSv,tehát az eltávolítás feladatai a tervezett körülmények kö-zött biztonsággal végrehajthatók, ugyanis az éves korlát(5 év átlagában) 20 mSv effektív dózis.

A sugárzási helyzet számítása a tokokpihentetô medencébe szállítása közben

Eltávolításkor a sérült fûtôelemek darabjait elôször az 1.számú aknában tokokba helyezik, majd átszállítják a pi-hentetô medencébe. Ezen technológia szerint a tokokat (aplatform eltávolítása után) az átrakógép megfogja, kiemeli

BUJTÁS TIBOR, NÉNYEI ÁRPÁD: AZ ÜZEMZAVAR HELYREÁLLÍTÁSÁNAK SUGÁRVÉDELMI KÉRDÉSEI 121

a vízbôl és a két medencét összekötô zsilipen keresztül a 2. táblázat

A 2. blokki reaktorcsarnokban és szomszédoshelyiségekben várható dózisteljesítmények értékei

három idôpontban (µµSv/h)

2006. 07. 01. 2007. 01. 01. 2008. 01. 01.

Bejárat areaktorcsarnokba

2,45 101 2,19 101 1,89 101

Reaktorpódium 6,43 104 5,76 104 4,98 104

Átrakógép kabin 3,68 102 3,30 102 2,85 102

Turbinacsarnokhelyisége

1,11 10−2 9,91 10−3 8,57 10−3

Blokkvezénylô ésrelé-helyiség

< 1 10−8 < 1 10−8 < 1 10−8

pihentetô medencébe viszi a végleges helye fölé és ott vízalá engedi. Ez a félnedves átszállítás azért szükséges, hogymeggátoljuk az 1. számú akna szennyezett vizének bele-keveredését a pihentetô medence tiszta vizébe, aminektisztasága az ott tárolt üzemanyag-kazetták megfelelô álla-potban tartásához elengedhetetlen.

Az átszállításnak ez a módszere sugárvédelmi szem-pontból nagyobb körültekintést igényel, mivel az átszállí-tás során a tokok víz fölé kerülnek és sugárzásuk azegész reaktorcsarnokban és még a szomszédos helyisé-gekben is megemeli a dózisteljesítmény értékét. A vizsgá-latok során elôször egy elemzés készült, amivel meghatá-rozható volt az a térrész, ahová a tok direkt sugárzásaeljuthat. Ugyanis az 1. számú akna és a pihentetô meden-ce betonfalai a sugárzást szinte teljesen leárnyékolják, ígya sugárzás csak felfelé juthat ki az átszállítás során. Eztkövette a falakon, a reaktorcsarnok szerkezeti elemein ésa levegôben szóródó sugárzás hatásának meghatározása.

A szórt sugárzás hatását a C-95 jelû programrendszer al-kalmazásával hajtották végre, amely a γ-fotonok háromdi-menziós rendszerekben való együttes mozgatásával járófeladatok megoldására szolgál. A szoftver bemenô ada-taiként a tokok izotópleltárán túl szükség volt a geometriaiadatokra és az anyagminôségekre, amelyek a mûszakitervekbôl és az építészeti adatbázisokból származtak.

A szimulációs számítások során elôször egy elôzetesdinamikai elemzés készült, amivel megállapítható volt,hogy a tok átszállítási útvonala során melyik pozícióbanokozza a maximális dózisteljesítményt. A részletes számí-tásokhoz ez a pozíció szolgált kiindulásként. Az eredmé-nyeket három idôpontra is kiszámítottuk, mivel az eltávo-lítás végleges idôpontja még nem biztos, és a radioaktívbomlás miatt a forrás aktivitása folyamatosan csökken,ezért a különbözô idôpontokban egyes helyeken esetlegmás-más sugárvédelmi intézkedésekre lehet szükség.

A legfontosabb helyiségekre ilyen módon kapott dó-zisteljesítmény-értékek a 2. táblázatban láthatók.

A számítások eredményei alapul szolgáltak a dózistér-kép elkészítéséhez, illetve a sugárvédelem biztosításáraszolgáló intézkedések megtervezéséhez. A dózisteljesít-mény-értékek alapján megállapítható, hogy a reaktorcsar-nokot le kell zárni az átszállítások idôtartamára, és azátrakógépet távvezérléssel kell irányítani. A környezôhelyiségekben azonban alacsony dózisteljesítmény vár-ható, ezért külön korlátozásokra ott nincs szükség. Ter-mészetesen a számítások eredményeit az elsô átszállítássorán helyszíni mérésekkel kell ellenôrizni.

A személyzet belsô sugárterhelése

A dolgozók belsô sugárterhelését a munkaterületen vég-zett tevékenységek során az akna vizének párolgásával alevegôbe kerülô radioaktív szennyezôk, illetve az aknafalának szennyezett felületérôl származó radioaktív ré-szecskék belélegzése okozhatja.

A belsô sugárterhelés dózisának becslésekor kiindulásiadatként a munkaterület légterében az aeroszolok aktivi-táskoncentrációjára vonatkozó megengedett értékeket

határoztunk meg. Figyelembe vettük a belsô sugárterhe-lés ellenôrzési szintjét (5 mSv), a dóziskonverziós ténye-zôket, a lehetséges védôeszközöket, a dolgozók légzés-teljesítményét, illetve a munkaterületen eltöltött idôt és avárhatóan kialakuló aktivitáskoncentrációkat. A számítá-sok szerint a munkavégzôk belsô sugárterhelése igenpesszimista megközelítés alkalmazásával, még légzésvé-dô használata nélkül sem lépheti túl a 0,8 mSv értéket.

A reaktorpódiumon és a reaktorcsarnokban tartózko-dó személyzetre a munkaplatform légterében megjelenôaeroszolok nincsenek hatással, mert a szellôzôrendszerkizárja a reaktorcsarnok levegôjének elszennyezôdését.Légfüggöny alkalmazásán túl a levegôáramlás is irányí-tott, a munkaplatform alól történik az elszívás megfelelôáramlási sebességgel. A beépítendô két elszívó ventilátoregyúttal egymás tartaléka.

Nukleáris környezetvédelmi szempontokvizsgálata, kibocsátási korlátok

Az eltávolítási tevékenység során keletkezô folyékony ra-dioaktív hulladékok elôzetes feldolgozását az atomerômû-ben rendszeresített technológiákkal valósítják meg, ígybiztosítható a kibocsátási korlátok biztonságos betartása.

Az eltávolítás során a légnemû-kibocsátásoknál figye-lembe kell venni, hogy a munkák alatt a fûtôelemek to-vább roncsolódhatnak. Ennek hatására a légnemû-kibo-csátás gyakorlatilag a 85Kr izotóptól származik, mivel atöbbi nemesgázizotóp már lebomlott, az aeroszolokhozkötôdô izotópokat pedig a légszûrôrendszerek megkötik.

Az elképzelhetô legrosszabb kiindulási szempontokalapján elvégzett modellszámítás szerint, ha az összesüzemanyagpálcában lévô teljes kriptonaktivitás kijutna,akkor a kritikus (e szempontból a legveszélyeztetettebb)lakossági csoport dózisnövekménye 5,58 10−10 Sv lenne.

A teljes tevékenységre összesített (elôkészületektôl ahulladékok elhelyezéséig) maximális lakossági effektívdózis értéke 6 10−10 Sv, ez a Paksi Atomerômûre vonat-kozó 90 µSv/év dózismegszorítás 0,00067%-a, ami gya-korlatilag elhanyagolható kockázatjárulékot jelent. Ma-gyarországon a természetes háttérsugárzás átlagosan né-hány másodpercenként eredményez ekkora dózist, snapi, évi ingadozása is nagyságrendekkel nagyobb.


FOLYADÉKKRISTÁLY-TELEVÍZIÓK– A 21. SZÁZAD KÉPERNYÔI MTA SZFKI, Budapest

Éber Nándor

A szerkezetük és tulajdonságaik alapján a folyadékok ésa szilárd anyagok között sajátos átmenetet képezô folya-dékkristályok felfedezésük (1888) után sokáig csak keve-sek érdeklôdését felkeltô kuriózumnak számítottak.Mióta 1968-ban megmutatták, hogy belôlük elektroopti-kai kijelzô (Liquid Crystal Display, LCD) készíthetô, akutatás a folyadékkristályok számos ígéretes tulajdonsá-gát tárta fel, melyek némelyike alkalmazásra kerülhetett.Folyadékkristályokkal ma már nap mint nap találkozunk,hiszen a folyadékkristály-kijelzô számos használati tár-gyunk nélkülözhetetlen alkatrészévé vált.

A kis teljesítményigényû LCD-k elsô sikereiket az ele-mes készülékek (karórák, kalkulátorok) számkijelzôikéntaratták, de már a kezdeteknél felsejlett a remény, hogy afolyadékkristályok a lapos televízió elkészítését is lehetô-vé teszik majd. Az elsô LCD zsebtelevíziók már 1984 tájánmegjelentek ugyan, de ezek még sem kis (1”–3”) mére-tük, sem gyenge képminôségük miatt nem lehettek akatódsugárcsöves televíziók versenytársai. Mára azonbanmár a nagyfelbontású grafikus képernyôk széles méretvá-lasztéka áll rendelkezésünkre. A legkisebbek (1”–8”) fôfelhasználási területe a mobiltelefonok, digitális kamerák,video-kivetítôk, vagy például a repülôgépek ülésébe be-épített televíziók. A közepes méreteket (10”–21”) a hor-dozható számítógépek képernyôi és az LCD-monitorokreprezentálják. Az utóbbi két évben pedig már megvásá-rolhatók a nagy (15”–57”) képernyôs, lapos LCD-televízi-ók: egy régi álom megvalósult. A méret növelésénekfelsô korlátját még nem értük el, prototípusként már 82”(több mint 2 m) széles óriásképernyôt is készítettek.

Az alábbiakban e közel három évtizedes intenzív kuta-tó–fejlesztô munka néhány állomását mutatjuk be, majdfelhívjuk a figyelmet néhány érdekes alapkutatási ered-ményre, nemrég felfedezett folyadékkristály szerkezetre.

Miért használhatók a folyadékkristályokkijelzônek?

A folyadékkristály elnevezés hosszú távú irányrendezett-séggel jellemezhetô fázisok ma már több mint 30 tagotszámláló családját takarja. A fôbb folyadékkristály-fázisok(nematikus, koleszterikus, szmektikus) szerkezetét, tulaj-donságait és a bennük fellépô fizikai jelenségeket bôsé-ges irodalom taglalja [1–3]. Itt csak a kijelzô mûködésétmeghatározó legfontosabb tulajdonságokra térhetünk ki.

A forgalomban levô LCD-k túlnyomó többsége azirányrendezett folyadéknak tekinthetô nematikus folya-dékkristályt tartalmazza, melynek hosszúkás molekuláiátlagosan egy irányt tüntetnek ki, az n direktort. A ne-matikusok alapállapotának a térben állandó direktorfelelne meg ugyan, a valóságban azonban a direktorkörülbelül µm távolságokon már változhat, azaz a di-rektor helyfüggô n(r) eloszlást mutathat. E deformált

állapotban a direktorra az alapállapot felé visszatérítôrugalmas forgatónyomaték hat.

Az irányrendezettségbôl adódóan a folyadékkristályokanizotrop közegek, fizikai tulajdonságaik a kristályoké-hoz hasonlóan irányfüggôk. A nematikusok optikai ten-gelye egybeesik a direktorral, mely körül hengerszimmet-riát tapasztalunk. Ennek következtében a direktorral pár-huzamosan (ε ) és az arra merôlegesen (ε⊥) mért dielekt-romos permittivitás értékei eltérôek, különbségük, εa =ε −ε⊥, az anizotrópia mértékét jellemzi. E elektromostérben a direktorra ε0 εa (nE) (n×E) dielektromos forga-tónyomaték hat, melynek iránya a dielektromos anizotró-pia elôjelétôl függ. E forgatónyomaték a direktort εa > 0esetében a térrel párhuzamos, míg εa < 0 esetében a térremerôleges irány felé forgatja.

Az LCD-kben a folyadékkristály két üveglap között talál-ható 5–10 µm vastag réteg formájában. Az üveglapok belsôfelületén átlátszó, elektromosan vezetô réteg teszi lehetô-vé, hogy a folyadékkristályra feszültséget kapcsolhassunk.Az elektródákat orientáló bevonat borítja, mely kijelöli adirektor irányát a felületeken és ezáltal biztosítja a kijelzôfeszültségmentes (kikapcsolt) állapotának homogenitását.Az elektródákra egy Uk küszöbértéket meghaladó U fe-szültséget kapcsolva a dielektromos forgatónyomaték a di-rektort a cella belsejében elfordítja (a felületeken a direktoriránya nem változik), a kijelzô bekapcsolt állapotba kerül.Az optikai tulajdonságoknak a direktor elfordulása miattimegváltozása polarizált fényben detektálható a legjobban.A kijelzô megfelelô kontrasztjának biztosítására ezért azüveglapok külsô felületére polarizátorfóliát ragasztanak,melyek polarizációs irányai többnyire egymásra merôlege-sek. A feszültség lekapcsolásakor a kitérítô dielektromosforgatónyomaték megszûnik, így a rugalmas forgatónyo-maték hatására a kijelzô visszatér alapállapotába.

A fenti általános mûködési elvet sokféle cellageometriá-val (elektródaelrendezés, orientáció), különbözô optikaieffektusok (polarizációforgatás, kettôstörés, fényszórás)felhasználásával lehetséges realizálni [3]. E kijelzési módokközös jellemzôje, hogy a kijelzôk saját fényt nem bocsáta-nak ki, csak a rajtuk áthaladó fény tulajdonságait változtat-ják meg. Sötét környezetben így háttérvilágításról is gon-doskodnunk kell. Fényforrás lehet egy világító dióda (pl. amobiltelefonokban), vagy vékony fluoreszcens lap (pl. amonitorokban). Ha a kijelzô mögé tükröt helyezünk, a ki-jelzô reflexiós üzemmódban mûködik. Ezeket az LCD-ketannál jobban lehet látni, minél erôsebb a ráesô fény.

A folyadékkristály-kijelzési módok szinte mindegyikemonokróm, így színes kijelzést additív színkeverésselvalósíthatunk meg. Ehhez a három alapszínnek megfele-lô színszûrôket kell az elektródákra megfelelô mintázat-ban felvinni. A külön-külön vezérelt vörös, zöld és kékképelemeket szemünk színes képpontként észleli.

A továbbiakban a jelenleg is forgalomban lévô kijelzô-típusokat igyekszünk bemutatni.

ÉBER NÁNDOR: FOLYADÉKKRISTÁLY-TELEVÍZIÓK – A 21. SZÁZAD KÉPERNYOI 123

A csavart nematikus kijelzô

1. ábra. a) Csavart nematikus kijelzô kikapcsolt (balra) és bekapcsolt(jobbra) állapota, és b) intenzitás–feszültség karakterisztikája

U = 0

U U>> k

I 0I I 0

I0

E

a)

Uk U10 U90

100%90%

10%

I

U

b)

A folyadékkristály-kijelzôk sikertörténete a csavart nema-tikus (Twisted Nematic, TN) kijelzôvel kezdôdött 1974-ben. A TN-kijelzô mûködési elvét az 1.a ábra szemlélteti.A direktor a felülettel párhuzamos, de a két elektródánálegymásra merôleges irányú, ezáltal a folyadékkristály-rétegben 90 fokos csavar alakul ki. Az üveglapokra ra-gasztott polarizátorfóliák polarizációs irányai szintén egy-másra merôlegesek. A csavarszerkezet a megvilágító fénypolarizációsíkját 90 fokkal elforgatja, így a keresztezettpolarizátorokon a fény áthaladhat. A feszültségmentes(kikapcsolt) állapot tehát világos.

A TN-kijelzôben használt nematikus folyadékkristály-ban εa > 0. A kijelzôre küszöbértéket (Uk ≈ 1–3 V) jóvalmeghaladó feszültséget kapcsolva, a direktor az elektro-mos térrel párhuzamos irányba fordul. Ezáltal megszûnika fény polarizációsíkjának elfordulása, a keresztezett po-larizátorokon a fény nem jut át, a bekapcsolt állapot sö-tét. A köztes U10 < U < U90 feszültségtartományban a di-rektor elfordulási szöge, és vele az áteresztett fény inten-zitása folyamatosan változik (1.b ábra ), így különbözôszürkeségi szintek is megvalósíthatóak.

A csavart nematikus kijelzô testesítette meg elôször azLCD-k elônyeit versenytársaikkal szemben. Kis küszöbfe-szültségük jól illeszkedik a modern elektronika igényeihez,áramfelvételük, teljesítményigényük minimális. Egyszerûengyárthatók, a cellavastagság esetleges változása a kijelzôoptikai tulajdonságait alig befolyásolja. A kis bonyolultságúszámkijelzôk így ma is ezzel a technológiával készülnek.

Multiplexelhetôség és a szupercsavart kijelzô

A grafikus képernyôk sok ezer képelembôl állnak, melyekelektródáit már nem lehet külön-külön kivezetéssel ellátniés függetlenül vezérelni. Ilyenkor úgynevezett mátrixkijel-zôt használunk, amiben az N× M képelem az N sorelekt-róda (egyik felületen) és az M oszlopelektróda (másik felü-leten) metszéspontjaiban található. Adott képelem be- vagykikapcsolása a hozzá tartozó sor- és oszlopelektródáraegyidejûleg kapcsolt megfelelô feszültségimpulzussal tör-ténhet meg, a képernyô tartalmának frissítése tehát idôosz-tásos (multiplex) vezérlést igényel. Egyszerre csak egy sor-nyi képelem vezérelhetô, a többi sorra csak idôeltolódássalkerülhet sor. E vezérlési módszerbôl adódóan nemcsak acímzett (be- vagy kikapcsolt), hanem a többi (éppen nemcímzett) képelemen is van feszültség. A különbözô állapo-tokhoz tartozó feszültségértékek annál közelebb vannakegymáshoz, minél több sort kell multiplexelni.

A TN LCD 1.b ábrán bemutatott I (U ) karakterisztiká-jának meredeksége túl kicsi, így már kevés (N < 5) soresetén is drasztikusan lecsökken a be- és kikapcsolt álla-potok közötti intenzitáskontraszt, a csavart nematikus ki-jelzô gyakorlatilag nem multiplexelhetô.

E probléma megoldására fejlesztették ki a szupercsa-vart (SuperTwisted Nematic, STN) kijelzôket, melyekben adirektor a két felület között nem 90, hanem 180–270 fokotcsavarodik. Ez esetben ugyanis az I (U ) karakterisztikameredeksége megnô, így a multiplexelhetô sorok száma

N > 200 lehet. Ez a technológia tette elôször lehetôvé anagyfelbontású grafikus képernyôk megjelenését. A meg-kívánt nagy csavarodási szögek létrehozására a nemati-kushoz királis (tükörszimmetriát nem mutató) vegyületetadalékolnak, ami spontán csavarszerkezetû koleszterikusfázist eredményez. Az adalék mennyiségével állítható be,hogy a kívánt fél- vagy háromnegyed csavar pont a minta-vastagságnak feleljen meg.

Az STN kijelzési mód fényterjedési viszonyai a direktornagyobb csavarodási szöge miatt bonyolultabbak, az át-eresztett fény intenzitását elsôdlegesen a kettôstörés ha-tározza meg. Mivel a cellavastagságot a folyadékkristálytörésmutatójának anizotrópiájával össze kell hangolni, avastagság pontossága iránti igény megnô. Másrészt, a ki-,illetve bekapcsolt állapotok valamelyike színes lesz (akapcsolás sárga és fekete, vagy átlátszó és sötétkék álla-potok között történik), de szerencsére ez kettôstörô poli-mer fóliával kompenzálható. Ma a mobiltelefonok nagyrészében ilyen STN-kijelzôt találunk.

Folyadékkristályok és félvezetôk összeházasítása– az aktív mátrix (AM) kijelzô

A multiplexelhetôség megvalósításának másik útja az úgy-nevezett aktív mátrix kijelzô. Ennek lényege, hogy az idô-osztásos vezérlés az egyik üveghordozóra felvitt félvezetôvékonyréteg áramkörben történik. A címzés az egyes kép-elemek alá integrált tranzisztoros (Thin Film Transistor,TFT) kapcsolóelem állapotát állítja be. A folyadékkristály-nak így minden képeleme közvetlenül vezérelt, így az ak-tív mátrix kijelzôben a TN kijelzési mód is alkalmazható.

Kezdetben e módszerrel csak kisméretû (1”–3” képát-lójú) LCD-zsebtelevíziók készülhettek. A félvezetô-tech-nológia fejlôdése mára lehetôvé tette, hogy az AM-képer-nyôket az LCD-televíziókhoz szükséges méretekben iselôállítsák.

Látószög növelése – új kijelzési módok

A TN- és STN-kijelzôk bekapcsolt állapotában a direktor-nak a felületekkel bezárt szöge helyfüggô, a felületekenközel nulla, a cella közepén közel merôleges. E kijelzôkontrasztja maximális, ha merôlegesen nézünk rá. A kijel-zôre ferdén nézve a direktor és a fény terjedési irányakülönbözik, így a kettôstörés mértéke megváltozik. Ez-által a kontraszt szögfüggôvé válik és lecsökken, sôt asötét és világos állapotok felcserélôdhetnek, a színek


megváltozhatnak. E jelenség a képernyô használhatósá-

2. ábra. IPS-kijelzô kikapcsolt (balra) és bekapcsolt (jobbra) állapota

U = 0

I 0

I0

U U> k

I I0

I0

E

3. ábra. MVA-kijelzô kikapcsolt (balra) és félig bekapcsolt, szürke(jobbra) állapota

U = 0 U U> k

I < I0

E

I0 I0

gát jelentôsen korlátozná, így olyan kijelzési módo(ka)tkellett találni, mely(ek)nek nagyobb a látószöge.

A Hitachi és az LG–Philips által kifejlesztett síkbeli kap-csolás (In-Plane Switching, IPS) kijelzési mód [4] eseté-ben az elektromos teret létrehozó mindkét elektródaugyanazon a felületen található, azaz a tér a felülettelpárhuzamos lesz (2. ábra ). A direktor a feszültségmentesalapállapotban az elektródákkal párhuzamos, a tér hatá-sára (bekapcsolt állapotban) az elektródákra merôlegesirányba fordul, de a felülettel mindvégig párhuzamosmarad. A keresztezett polarizátorok között áteresztettfény intenzitását itt is a kettôstörés határozza meg. E geo-metriában az optikai tulajdonságok a beesési szögtôl csakkis mértékben függenek, így az IPS-kijelzô látószöge150–170 fokra növekedett.

A Fujitsu és a Samsung kutatói a többdoménes merôle-ges orientáció (Multidomain Vertical Alignment, MVA)kijelzési módot dolgozták ki [5], melynél alapállapotban adirektor iránya a felületre közel merôleges, az elektródákaz átellenes felületeken vannak (3. ábra ). Mivel a kezdetidirektorirány az elektromos térrel párhuzamos, olyan ne-matikust kell használni, melyben εa < 0. A feszültség be-kapcsolásakor a direktor a térre merôlegesen kidôl, a ket-tôstörés megváltozik. A dôlés felületekkel párhuzamosirányát a felület enyhe anizotrópiája szabja meg. Ez a geo-metria még ugyanúgy érzékeny lenne a fény beesési szö-gére, mint a TN-kijelzô, ha minden egyes képelemet nemosztanánk tovább olyan kisebb tartományokra, melyek-ben a dôlés iránya különbözô. Ezt például a 3. ábra sze-rint a felületen képelemenként kialakított kitüremkedé-sekkel lehet megvalósítani. Így bár minden tartománykülön-külön látószögfüggô, a képelem egészére ez kiátla-golódik, így 150–170 fokos látószög is elérhetô.

Az IPS és MVA kijelzési módok hasonló, nagy látószögûképernyôk gyártását teszi lehetôvé, természetesen aktívmátrix kivitelben. A jelenleg forgalomban levô LCD-moni-torok és a nagyfelbontású digitális televízió (HDTV) köve-telményeit kielégítô, 1920×1080 képelemszámú LCD-tele-víziók többsége e két technológia valamelyikével készül.

Videokivetítôk

Nagyobb képméreteket nemcsak a kijelzô méreténeknövelésével, hanem kivetítô optikát használva is elérhe-tünk. Az LCD-kivetítôk egy részében 3 db 1”–2” átmérôjûTFT- vagy STN-képernyôt találunk, melyeket vörös, zöld,illetve kék színû fénnyel világítanak át. A kijelzôk általmodulált fényt a kivetítô optika egyesíti az additív színke-verés újabb példájaként.

Az utóbbi években a kivetítôk céljára egy újabb tech-nológiát is kifejlesztettek. A folyadékkristály a szilíciu-mon (Liquid Crystal On Silicon, LCOS) eszközökben afolyadékkristályt egyik oldalról az a szilícium-egykristályhatárolja, amiben a vezérlô elektronikát és a folyadék-kristályra feszültséget kapcsoló tranzisztort is kialakítot-ták. E kijelzô lapka nem átlátszó, ezért reflexiós üzembenhasználják. A megvilágító fény a folyadékkristályon átha-lad, visszaverôdik a szilícium felületérôl és ismét áthalada folyadékkristályon. A kétszeri áthaladás jelentôsen nö-velheti a kijelzô lapka kontrasztját. Míg a TFT AM képer-nyôknél az átláthatóság igénye miatt a képelemek méretejóval nagyobb kell, hogy legyen a kapcsoló tranzisztoré-nál, az LCOS-chipekben postabélyegnél kisebb méretû,nagy (minimum 1365×1024) felbontású mikroképernyôkis készíthetôk.

Gyors kapcsolás – ferroelektromos kijelzôk

A nematikus folyadékkristályokat hasznosító kijelzôk kez-detben viszonylag lassúak, néhány száz ms kapcsolási ide-jûek voltak. Mozgókép megjelenítéséhez e kapcsolási idô-ket lényegesen csökkenteni kellett. A bekapcsolás az al-kalmazott feszültség növelésével jelentôsen gyorsíthatóugyan, a kikapcsolás ideje viszont csak a folyadékkristályrugalmas állandóitól, viszkozitásától, valamint a kijelzôgeometriájától (a direktor orientációjától és a folyadékkris-tály-réteg vastagságától) függ. Vékonyabb minta ugyangyorsabban kapcsol, de a cellavastagság csökkentéséneka kontraszt változása korlátot szab. Kis viszkozitású, fôlegfluortartalmú nematikusokkal a kapcsolási idôt az optimá-lis (kb. 5 µm) cellavastagság esetén is a tv-kép élvezhetô-ségéhez szükséges 20 ms alá lehetett csökkenteni.

Ferroelektromos szmektikus folyadékkristályok segít-ségével a fentinél lényegesen gyorsabb kapcsolás is meg-valósítható. Ferroelektromosság a királis molekulákbólfelépülô dôlt szmektikus (pl. SmC*) fázisokban léphet fel[6]. Ezen anyagok elektromos tér hiányában is fellépô Ps

spontán polarizációja a k rétegnormálisra és a vele 0° <ϑ < 90° dôlésszöget bezáró direktorra egyaránt merôle-ges forgástengely irányába mutat. A kiralitás másik követ-kezménye e fázisok csavarszerkezete; a direktor és veleegyütt a spontán polarizáció a rétegnormális irányábanhaladva körbefordul. E folyadékkristályokra elektromostérben a dielektromos forgatónyomaték mellett Ps ×Eferroelektromos forgatónyomaték is hat, sôt a szokásostereknél ez utóbbi dominál.

A gyors kapcsolást 1980-ban a felületstabilizált ferro-elektromos folyadékkristály (Surface Stabilized Ferro-electric Liquid Crystal, SSFLC) kijelzô megalkotásával

ÉBER NÁNDOR: FOLYADÉKKRISTÁLY-TELEVÍZIÓK – A 21. SZÁZAD KÉPERNYOI 125

demonstráltak [7]. Kis (< 2 µm) cellavastagság és a felü-

4. ábra. SSFLC-kijelzô két stabil állapota

U U< – k

E–

kn–

Ps

– J

U U> + k

E+

k

n+Ps

+

-J

5. ábra. Hajlott törzsû molekula szerkezete, hossztengelye (n) és dipól-momentuma (P)

~120°

O O

O OH H

N N

OC H7 15H C O15 7P

n

6. ábra. B2-fázis racém és királis tartományainak szerkezeteU = 0 U = 0U U> k U U> kU U< – k U U< – k

+

+

+

+

+

–

+

–

+

–

+

–

+

–

+

–

+

+

+

+

+

+

+

+

k kn nk nk k kn~ n~ n~

racém domén királis domén

letre merôlegesen beállított szmektikus rétegek esetén azSmC*-fázisra jellemzô csavarszerkezet a cellában nem tudkialakulni (4. ábra ). A cellára adott feszültséggel azelektromos tér és a spontán polarizáció közötti lineáriskölcsönhatás miatt a direktor a felülettel párhuzamos két,polaritásfüggô ferroelektromos állapot között átkapcsol-ható. Keresztezett polarizátorok között az egyik állapotsötét (fényzáró), a másik a kettôstörés miatt világos(fényáteresztô) lehet. A kapcsolás bistabil, a feszültséglekapcsolásakor a beállított állapot megmarad, így a köz-vetlen multiplexelésnek nincs akadálya. Bár a tér merôle-ges a felületre, a kapcsolás síkban történik, így nagy alátószög. Az átkapcsolás a tér polaritásváltásakor, vagyisfeszültség hatására következik be, így a be- és kikapcso-lási idôk (néhány µs) megegyeznek.

Az SSFLC-kijelzô fejlesztése azonban a gyártástech-nológia radikális megújítását tette volna szükségessé(kis mintavastagság, más meghajtó elektronika). Problé-mák adódtak a kontraszttal és a mechanikai érzékeny-séggel is, így a nematikus technológiák gyors fejlôdésekiszorította az SSFLC-kijelzôket a nagyméretû képer-nyôk területérôl. Kisméretû, a gyorsaságot kihasználóspeciális alkalmazásoknál találkozhatunk velük, ígypéldául már kapható ferroelektromos folyadékkristályttartalmazó LCOS-mikrokijelzô.

Anti-ferroelektromos folyadékkristályok

1989-ben fedezték fel, hogy az SmC*-folyadékkristályokegy csoportjának a hômérséklet csökkenésekor anti-fer-roelektromos (SmCA*) fázisa is van. Az SmCA*-fázisban aszomszédos rétegek spontán polarizációja ellentétes irá-nyú, a direktor rétegenként váltakozva a rétegnormális-hoz képest ellentétes irányba dôl [6]. Ez az optikai tulaj-donságokat is kiátlagolja, így az SmCA*-fázisban a látszó-lagos direktorirány a rétegnormálissal esik egybe.

Egy hômérsékletfüggô küszöbértéket meghaladó elekt-romos tér hatására a direktor minden rétegben ugyanabbaaz irányba fordul, azaz a térrel anti-ferroelektromos–ferro-elektromos fázisátalakulást idézhetünk elô. E fázisátalaku-lás reverzibilis, de hiszterézis jellemzi.

Anti-ferroelektromos folyadékkristállyal a 4. ábra felü-letstabilizált kijelzô geometriájában háromállapotú kap-csolást tapasztalhatunk; a két ferroelektromos mellett afeszültségmentes anti-ferroelektromos állapot a harmadik.A keresztezett polarizátorokat a rétegnormálishoz igazítvaaz anti-ferroelektromos állapot sötét lesz, míg a két ferro-elektromos egyformán világos. Az anti-ferroelektromoskijelzô így a nematikushoz hasonlóan polaritásfüggetlenülvezérelhetô, de gyorsabb. Alkalmazásának egyelôre korlá-tot szab az orientáció (a rétegnormális irányának) gyakori

inhomogenitása miatt lecsökkent kontraszt. Megoldástjelenthetnek a közelmúltban elôállított, ϑ = 45° dôlésszö-gû anti-ferroelektromos folyadékkristályok. Bár a dôltszmektikusok optikailag kéttengelyûek, kivételesen e 45°dôlésszög esetén az anti-ferroelektromos állapot egyten-gelyû; az optikai tengely a rétegnormálisra és a direktorraegyaránt merôleges [8]. Így a 4. ábra geometriájában azanti-ferroelektromos állapotban a fény az optikai tengelyirányában terjed, a keresztezett polarizátorok között arétegnormális irányától függetlenül teljes kioltást, azazmegnövelt kontrasztot kaphatunk.

A fenti optikai tulajdonságok polarizátorok nélküli ki-jelzô készítését is lehetôvé tehetik [8]. Ehhez szándékosanhozunk létre olyan inhomogén orientációt, ahol a réteg-normális iránya kisméretû tartományokban véletlenszerû-en változik. Az anti-ferroelektromos állapotban az egyestartományok optikai tengelyei egybeesnek, a fény intenzi-tásveszteség nélkül áthaladhat, míg a bekapcsolt, ferro-elektromos (kéttengelyû) állapotban a tartományok eltérôoptikai tengelyei miatt erôs fényszórást kapunk.

Hajlott törzsû folyadékkristályok

Folyadékkristály-állapotra általában rúd, vagy korongalakú molekuláknál számíthatunk. 1996-ban fedezték fel,hogy hajlott törzsû – banán (íj) alakú – molekulák is le-hetnek folyadékkristályok [9].

A banán alakú folyadékkristályok kétdimenziós építô-elemek, a molekula két fele egymással körülbelül 120°tompaszöget zár be (5. ábra ). A direktort kijelölô „hossz-tengelyt” a molekula végeit összekötô egyenessel (az íjhúrjával) párhuzamosnak tekinthetjük, az eredô moleku-láris dipólmomentum általában erre merôleges. E mole-kula-geometria a legszorosabb térkitöltés esetén polároselrendezôdést eredményezhet, mely korábban ismeret-len, úgynevezett banánfázisokban (B1, B2, …, B8) teste-sülhet meg.


Ha a poláros elrendezôdés dôlt szmektikus szerkezetteljár együtt (pl. B2-fázis, melynek modelljét a 6. ábrán mu-tatjuk be [10]), anti-ferroelektromos, illetve ferroelektromosviselkedést annak ellenére is kaphatunk, hogy a molekuláknem királisak (a korábban ismert ferroelektromos folya-dékkristályok szükségszerûen mind királis molekulákat tar-talmaztak). A szoros térkitöltés a molekulák hossztengelykörüli szabad forgását meggátolja. Így poláros rend jönlétre, melyben a molekuláris dipólmomentum (és ezáltal aszmektikus réteg polarizációja) a rétegnormálissal és a mo-lekula hossztengelyével vagy jobb- (+), vagy bal-rendszert(−) képez, azaz a szerkezet kiralitást eredményezett.

Nem királis folyadékkristály esetén a kétfajta molekula(antipód) azonos számban van jelen. Racém szerkezetetkapunk, melyben a rétegek felváltva a (+) és (−) antipódo-kat tartalmazzák. Tér hiányában a struktúra anti-ferro-elektromos, a szomszédos rétegek polarizációja ellentétes,de a dôlés iránya megegyezik. A rétegekkel párhuzamoselektromos tér hatására a rendszer átkapcsol ferroelektro-mos állapotba, ahol a polarizáció minden rétegben a térirányába mutat, de a dôlés iránya rétegenként alternál.

A polarizációs mikroszkópos megfigyelések azonbankimutatták, hogy a fenti kapcsolás mellett a B2-fázisbanspontán királis szeparáció is bekövetkezhet. Ennek sorána mintában királis domének alakulnak ki, melyek vagycsak (+), vagy csak (−) antipódot tartalmaznak (mindenrétegben). A kétfajta domén össztérfogatának természete-sen meg kell egyeznie. A térmentes anti-ferroelektromosstruktúra a királis doménben alternáló dôlésiránnyal jár

együtt, míg a ferroelektromos állapotban a dôlés irányaminden rétegben megegyezik. E spontán királis szepará-ció nem visszafordíthatatlan folyamat; a racém, illetvekirális doménekbôl álló textúra megfelelôen alkalmazottelektromos terekkel egymásba átvihetô.

Jelen írás csupán némi ízelítôt adhatott a folyadékkristá-lyokra épülô kijelzô-technológiákból és az új kutatási ered-ményekbôl. A folyadékkristályoknak sok olyan tulajdon-ságuk van, melyek megfelelhetnek új, fejlesztés alatt álló,technológiák igényeinek, így a jövôben a folyadékkristá-lyok még szélesebb körû elterjedésére számíthatunk.

Irodalom1. BATA LAJOS: Folyadékkristályok. Új anyagok a tudományos kutatás

és a gyakorlati felhasználás számára – Akadémiai Kiadó, Buda-pest, 1980

2. BATA LAJOS: Folyadékkristályok – Mûszaki Kiadó, Budapest, 19863. ÉBER NÁNDOR, BATA LAJOS: Folyadékkristályok az optoelektroniká-

ban – Fizikai Szemle 46 (1996) 1174. M. OH-E, K. KONDO – Appl. Phys. Lett. 67 (1995) 38955. Y. KOIKE, K. OKAMOTO – FUJITSU Sci. Tech. J. 35 (1999) 2226. BATA LAJOS, ÉBER NÁNDOR, JÁKLI ANTAL: Ferroelektromos folyadék-

kristályok – Fizikai Szemle 46 (1996) 597. N.A. CLARK, S.T. LAGERWALL – Appl. Phys. Lett. 36 (1980) 8998. K. D’HAVE, A. DAHLGREN, P. RUDQUIST, J.P.F. LAGERWALL, G. ANDERS-

SON, M. MATUSZCZYK, S.T. LAGERWALL, R. DABROWSKI, W. DRZEWINSKI

– Ferroelectrics 244 (2000) 1159. T. NIORI, T. SEKINE, J. WATANABE, T. FURUKAWA, H. TAKEZOE – J.

Mater. Chem. 6 (1996) 123110. A. JÁKLI, L.-C. CHIEN, D. KRÜERKE, H. SAWADE, G. HEPPKE – Liquid

Crystals 29 (2002) 377

ARCKÉPVÁZLAT GOMBÁS PÁLRÓL BME TTK Fizika Tanszék

Füstöss László

Három év múlva lesz száz éve, hogy Gombás Pál meg-született. Nem kötelez tehát semmilyen kerek szám, hogyadatokkal teli ismertetés vagy munkatársi visszaemléke-zés szülessen.

Ezek megvannak többfelé, a legjobbak éppen a Fizi-kai Szemle egyes számaiban.

A következô néhány oldal arra keresi a választ, hogykire emlékezünk Gombás Pálban.

A hatvan évnél fiatalabbak közül kevesen ismerik a ne-vét, és ha igen, alig tudják hová tenni. Ebben a félig elfe-lejtett helyzetben nincs egyedül – Jánossy Lajos, Novobátz-ky Károly, Szalay Sándor – így, találomra és ábécérend-ben sorolva fel néhány nevet – ugyancsak az elôzô századmásodik harmadának meghatározó szerepû fizikusai vol-tak, akik azonban nem kaptak Nobel-díjat, sem az ameri-kai televízióban nem szerepeltek rendszeresen.

Gombás Pál Selegszántón született 1909-ben. A szüle-tési hely, a manapság békés burgenlandi falu, a nyelvimeghatározottság szempontjából érdekes; gyerekkorátcsaknem kizárólag német és horvát anyanyelvû falubeli-ekkel töltötte. Ezért volt az, hogy Gombás, ha tehette,szívesen fordította a szót németre.

Apja halálakor egyéves volt, ezért gyerekkorát özve-gyen maradt édesanyjával viselhetô, de meghatározó

szegénységben töltötte. Tanulni eszmélésétôl fogva sze-retett, de mert a tandíjmentesség sokszor nem volt elég amegélhetéshez, ezért a tanítva tanulást kellett választania,ami hatásossága miatt ajánlott, ugyanakkor kevésbé élve-zetes tevékenység.

A budapesti egyetemre beiratkozni se volt könnyû egyvidéki fiúnak, de a neheze azután jött. Az albérleti költsé-gekkel súlyosbított napi kiadások nélkülözhetetlennétették a házi tanítóskodást. Szerencsére akadt elég ambi-ciózus polgár, és a gimnáziumok szigorúak voltak, ígyegy halk szavú, szelíd arcú, matematikához értô, németültudó egyetemista könnyen talált fizetô tanítványokat.Pontosabb, ha reménybeli tanítványokat mondunk, mertGombás csak annyit tanított, amennyinek a bevételébôl ômaga a legtöbb szabadidôhöz juthatott. Ez már önmagá-ban egy feltételes szélsôérték-feladat volt, aminek helyesmegoldása vezetett a szabadidôért vásárolt tudáshoz.

1933-ban megkapta matematika-fizika szakos tanárioklevelét, megnyílt az út a szolid polgári életkezdéshez.Gombás azonban több kedvet érzett a fizika mûvelésé-hez, mint tanításához, ezért vállalkozott arra, hogy a pestitudományegyetem elméleti fizika intézetében díjtalangyakornok legyen. Ennek a díjtalan gyakornokságnak abelátható perspektívája a díjtalan tanársegédség volt –

FÜSTÖSS LÁSZLÓ: ARCKÉPVÁZLAT GOMBÁS PÁLRÓL 127

mindkettô anyagi haszna kizárólag a félárú vasúti jegyváltására jogosító arcképes igazolvány birtoklása. Távo-labbi kilátások: egy-egy itthoni vagy külföldi ösztöndíj,majd sok év múlva, tudományos sikerek birtokában, aszóba jöhetô három egyetemi tanszék valamelyike. Való-jában a tipikusnak mondható díjtalan pályafutás egy-kétév után egy jó gimnáziumi vagy köztisztviselôi munka-körben szokott befejezôdni. Az ingyen munkaerô hasz-nos volt az egyetemnek, és a rövid éhezés általában akinézett állás minôségében térült meg az átlagon felüliképességekkel rendelkezô díjtalan részére.

Gombás esetében további fenyegetésnek számított azintézet igazgatója, Ortvay Rudolf ny. r. egyetemi tanár, aTudományos Akadémia levelezô tagja. Ortvay sokat tu-dott a fizikából, és szenvedélyesen érdekelte a modernfizika alakulása. Erôteljes kitörései sokszor alaposanmegviselték környezetét. Gombás, ha már vállalta a foly-tonos magántanítással járó díjtalanságot, ezzel egyúttalarról is határozott, hogy elviseli Ortvay rabiátusságát azegyetemi környezet, legfôképpen az intézeti könyvtárnyújtotta kutatási lehetôségekért.

Az indulásnál felmérhetô kilátásokhoz képest szeren-cséje volt, mert hat év alatt – harmincéves korára – elérteaz önálló tanszéket. Természetesen a szerencse csak atehetséges szorgalmasok esetében mûködik (mármint aza fajta, amelyikrôl szó van). Ortvay a lényeget illetôen aztnyújtotta, amire Gombásnak szüksége volt – a tudomá-nyos munka lehetôségét. Az elméleti fizikához ott voltakaz alapvetô könyvek, a legfontosabb folyóiratok, a téma-választás szabadsága, és ha igény volt rá, akkor Ortvayjavaslata is. Egy-egy témához hónapokra pontos progra-mot tudott adni, konzultációkat, és ennyi elég volt azinduláshoz. A már elkezdett kutatás részleteibe értelem-szerûen nem szólt bele, inkább arra ügyelt, hogy az ered-ményekkel arányos legyen az elismerés. Intézte a dokto-rálás, a magántanári képesítés ügyeit, belföldi és külföldiösztöndíjakat szervezett, és megfelelôen széles körbeninformálódott az elvégzett munka értékérôl.

Ortvay „fáradságot és munkát nem kímélve négy ízbenszerzett belföldi tudományos kutatásra szóló ösztöndíjat.Ez az akkori idôben szinte a lehetetlennel volt határos” –emlékezett vissza Gombás ezekre az évekre. Az apa nél-kül felnôtt Gombásra nagy hatással lehetett Ortvay gon-doskodása. De kapcsolatuk ennél bonyolultabb volt,noha akkoriban egy egyetemi tanár és beosztottja nagyonkülönbözô világokban éltek, közöttük nem kapcsolatról,hanem hierarchikus viszonyról lehetett beszélni. Ortvayindulatrohamai feszültséget teremtettek, de egyúttal vala-mi személyest vittek a távolságtartó hivatalosságba.

Abban teljes volt az egyetértés Ortvay és Gombás kö-zött, hogy a fizika tele van érdekes felismerésekkel ésmegoldatlan problémákkal. A harmincas évek elejére akvantummechanika legfontosabb eredményei megszület-tek, de a kísérletekkel egyezô számszerû eredményekcsak a hidrogénre léteztek. A numerikus számításokatilletôen a harmincas évek a hélium évtizede volt. Szent-Györgyi Albert még az ötvenes években is arról panasz-kodott, hogy amikor fizikusoknak elárulja, hogy az élôszervezetben kettônél több elektron van, többé nem áll-nak szóba vele.

Az atomfizikai többtestprobléma egyik ígéretes eszkö-ze volt a statisztikus atommodell. Gombás hamar átlátta,hogy itt hasznát veheti a klasszikus elektrosztatikábanmeglévô jártasságának, és nagy elszántsággal látott hozzáa numerikus számolásokhoz. 1939 végéig külföldi folyó-iratokban 19 cikke jelent meg, közülük 3 készült szerzô-társsal. A magyar nyelven megjelent írásokat is figyelem-be véve 30 felett volt ekkor publikációinak száma, közöt-tük sokak által és gyakran idézett cikkek a statisztikusmodell alapjairól és a pszeudopotenciálokról.

Ez a teljesítmény önmagában még nem vezetett volna kia díjtalan státusból, ha Bay Zoltán távozásával (a Tungsramkutatólaboratóriumának élére) nem üresedik meg a szege-di egyetemen az elméleti fizika tanszék. De megüresedett,és Ortvay arról számolhatott be Neumannhoz írt levelé-ben, hogy „Itthon végre eldôlt a szegedi tanszék ügyeGombás kinevezésével, aminek igen örültem. Igen erôsnyomás volt különbözô helyekrôl Széll érdekében, devégre oly megoldást találtak, hogy Gombás megy Szegedreés Debrecenben felállítottak egy elméleti fizikai tanszéket,amelyre Széllt fogják kinevezni.”

A kinevezés hátterére jellemzô Gelei József SzegedrôlOrtvayhoz intézett levele, amelyben beszámol Gombás ér-dekében Szily államtitkárnál tett látogatásáról. Gelei meg-ütközve tapasztalta, hogy a másik jelölt mellett csak a ko-rára és az egyházi támogatásra vonatkozó érvek szólnak.„Ti is vegyetek igénybe mindennemû egyházi támogatástis … Karunkban ma egyetlen katholikus ember sincs,csupa protestánsok vagyunk. Tehát menjetek el Serédy -hez és mozgassatok meg mindent, hogy Hómannál aGombás kinevezését a legerélyesebben szorgalmazza.”

Gombás tehát megkapta kinevezését a szegedi egye-temre, de még berendezkedésre sem volt ideje, mert 1940-ben a Ferenc József Tudományegyetemet visszahelyeztékKolozsvárra. Gombás Kolozsvárra került, és a nagyonzajos idôkben igyekezett nyugalmat találni, elsôsorbaneredményei rendszerezéséhez, rögzítéséhez. Így születettmeg 1943-ban a kolozsvári egyetem kiadásában a Beveze-tés az atomfizikai többtestprobléma kvantummechanikaielméletébe címû majd’ 200 oldalas monográfiája. És márvalami iskolaféle is kezdett csírázni, ami a három háborúsév alatt nem is juthatott ennél tovább. Fényes Imre vissza-emlékezései kifejezetten utalnak erre: „Gombás a szobájá-ba hívott és közölte: ha magam is akarom, felvesz az inté-zetbe díjtalan gyakornoknak. Hogy akartam-e? … Magyar-országon aligha lehetett valaki szerencsésebb, mint az, akiGombás intézetébe kerülhetett tanulónak.”

1943-ban meghalt a budapesti Mûegyetem Fizika Tan-székének professzora, Pogány Béla. A Mûegyetem meg-hívta Gombást a Fizika Tanszék vezetésére. Gombás elfo-gadta a meghívást, és a továbbiakban élethosszig hû ma-radt a Mûegyetemhez (legalábbis földrajzilag).

A háború után egy darabig romokat kellett takarítani,majd hozzákezdeni a tanításhoz a maradék épületekben.Új feladat volt gépészmérnököknek fizikát tanítani. Alegnagyobb próbatétel azonban a szûken vett szakmá-ban, az atom statisztikus elméletében 15 év alatt felhal-mozott tudás rendszerezése, egyetlen monográfiába sûrí-tése volt. 1949-ben jelent meg Bécsben, a Springer kiadá-


sában a Die statistische Theorie des Atoms und ihre An-wendungen, amit majd csak az orosz kiadás után, 1955-ben követett a magyar fordítás, Az atom statisztikus el-mélete és alkalmazásai. Közben azonban fontos dolgoktörténtek Gombással.

Gombást 1946-ban választotta az MTA levelezô, majdnéhány hónappal késôbb rendes tagjává. Szegedi megis-merkedésük óta változatlanul nagy hatással volt rá Szent-Györgyi lenyûgözô temperamentuma és lelkesedése,majd a fordulat évéhez közeledve a kiábrándulás fázisaitis hasonlóan, bár természetének megfelelôen visszafogot-tabban élte meg. A demokratikus berendezkedésrôl le-mondani kényszerülô országban a politikai hangoskodásGombásban is riadalmat keltett, és igénybe véve Szent-Györgyi kapcsolatait, 1947-ben ô is az Egyesült Államok-ba távozott.

A szinte kizárólag németül publikáló, angolul nem jóltudó Gombást az USA-ban nem fogadták azzal a megkü-lönböztetett tisztelettel, amihez itthon hozzászokott. Amonográfiája elôkészítésén dolgozhatott, de ezt megte-hette otthon is, így néhány hónap amerikai vendégeske-dés után Révai Józsefnél érdeklôdött, hogy mi lenne, hahazamenne. Révai, kulturális kérdésekben élet és halálura, hamar átlátta, hogy mennyire elônyös, ha egy nagymagyar fizikus csalódik az imperialistákban és hazajön.

Gombás tehát 1948-ban hazajött, és helyzetében meg-erôsödve vezette tovább a mûegyetemi tanszékét, a Tu-dományos Akadémián pedig a vezetôségbe választották;tíz éven keresztül volt az Akadémia alelnöke. Még abbanaz évben megkapta a Kossuth-díj arany fokozatát, majdkét évvel késôbb ismét. A hivatalos tudománypolitikavégre önmagával elégedetten ismert el egy nagy tudóstnagy tudósnak. Úgy képzelte, hogy ezzel védhetetlenkinevezéseit, kitüntetéseit is megalapozza. A valóságbangyanakvást keltett azzal az akadémikusi átlagnál majdhúsz évvel fiatalabb fizikussal szemben, akinek viselke-dése amúgy is rejtélyes volt, hiszen minden kényszerítôok nélkül hazajött Amerikából.

Gombás Pál hazaérkezte után a proletárdiktatúra pár-tonkívüli szerencsefiának számított. Ki is használta ezt ahelyzetét; közvetlen vonal kötötte össze a Pártközponttal,azon belül is Révai titkárságával. Aki valamit el akart érni,az ilyen vonalról álmodozott akkoriban. SzerencséreGombás csak nyugalmat akart, ezért csak olyankor hasz-nálta a telefont, ha a helyi pártszervekkel nem tudottmegegyezni. Vagy amikor egyik munkatársa feljelentette,felforgató magatartással vádolva Gombást (egy tankönyv-bírálattal kapcsolatban); egy órával késôbb rendkívülitanszéki értekezleten ismertette Gombás a feljelentésszövegét, negyven percet adva az elkövetônek a végle-ges távozásra. A mindennapi gyakorlatban nem a közvet-len vonal volt a fontos, hanem annak a tudata; a nyuga-lomhoz elég a hatalom lehetôsége, alkalmazására máralig van szükség.

1949-ben megjelent Bécsben nagy monográfiája azatom statisztikus elméletérôl, ami minden hozzáértô szá-mára nyilvánvalóvá tette, hogy jelentôs alkotó fizikusrólvan szó. Rendelkezett tehát annyi hatalommal és tekin-téllyel, amennyivel egy egyetemi tanár egyáltalán rendel-kezhetett, mégsem volt elégedett. Azt a független nyugal-

mat hiányolta, ami Ortvay mellett részben számára islétezett, és amelyrôl azt képzelte, hogy fônöke hiánytala-nul birtokolja. A mûegyetemi fizika tanszék az ábrándok-kal szemben nagy volt és mozgalmas. A nagy létszámmegtartásához sok oktatási feladat teljesítésével kellettelszámolni (szükség esetén ugyanezt meg lehetett fogal-mazni fordított sorrendben).

1949-ben megalakult a Villamosmérnöki Kar, ami afizika tanszék számára örvendetes oktatási feladat-többle-tet jelentett. Csakhogy az idôközben uralkodóvá lettszovjet mintának megfelelôen az oktatási terhelést – akötelezô óraszámot – úgy szabták meg, hogy amelletttudományos munkára idô alig maradt, legfeljebb a mar-xista továbbképzésre. Díjtalan gyakornokok helyettrosszul fizetett adjunktusok és tanársegédek alkották atanszék derékhadát, akikben vagy volt tudományos am-bíció, vagy nem, feladatuk mindkét esetben a nappali,esti és levelezô képzésben a számolási és laboratóriumigyakorlatok vezetése volt.

Ha rosszkedvûen is, Gombás alkalmazkodott az újhelyzethez, és a kikerülhetetlen osztályharcban ellensé-ges személyek bújtatására vállalkozott: származásuk alap-ján megbélyegzetteket vett fel, akiket egyetemen sze-mélyzeti elôadó szóba hozni sem mert volna. A zárkó-zott, konfliktuskerülô professzor az egzisztenciális gon-dokra fogékony és segítôkész volt. Révai József bizalma-sa, aki a hangos szótól is megriadt, nem csinált titkot val-lásosságából; a hivatalsegéd dolga volt, hogy rendszere-sen postára adja a feloszlatott katolikus szerzetesrendekettámogató adományait.

A Szovjetunióban az egyetem a tömegoktatás színterelett, a tudomány kutatóintézetekbe költözött, a tervgaz-daság részeként. Ennek mintájára 1950-ben itthon létre-jött a Központi Fizikai Kutató Intézet. Az erôk ésszerûösszpontosítását jelentô KFKI erôsödésének az egyete-mek voltak a kárvallottjai. Gombás nem nézte tétlenül afolyamatot: „Kiharcolta például, hogy létesítsenek aKFKI-ban egy elméleti fizikai osztályt. Ebben az idôbenugyanis szinte minden energiát a KFKI fejlesztésére szán-tak. Aztán amikor létrehozták az osztályt, önállósítottamagát, és úgy ahogy volt, áttelepítette az egészet a Mû-egyetemre. Ebbôl lett a ma is mûködô Elméleti FizikaiKutatócsoport. Ennek létrehozása a trükk nélkül teljesenlehetetlen lett volna.” (Kovács István, a KFKI elsô igazga-tójának visszaemlékezése.)

Az Elméleti Fizikai Kutatócsoporttal végre újra elemé-ben érezhette magát. A Csoportba új tehetségek kerülhet-tek – aspiránsok, tudományos munkatársak, köztük olya-nok is, akiknek Gombás numerikus számításai jutottak.Ezt a különös munkakört elsôsorban nemrég érettségizettvagy friss tanári diplomával, de kevés pedagógiai ambí-cióval rendelkezô hölgyek töltötték be. Gombás csoport-jában a mechanikus szorzógépek kallantyújával folytatottszüntelen küzdelem egy hagyományos szövôgyár mun-karendjére emlékeztetett. De ahogy egy szövôterembenis kialakul a békés szolidaritás, többnyire a kiszámítóüzemben is jó volt a hangulat. Gombás kíváncsi volt aszámítások eredményére, és hálás volt munkatársainak,ezért igyekezett minél többet tenni a jó légkör érdeké-ben. A század elején épült F(izika) épületben rengeteg

FÜSTÖSS LÁSZLÓ: ARCKÉPVÁZLAT GOMBÁS PÁLRÓL 129

hely volt, pihenésképpen a széles folyosón felállítottpingpongasztalon lehetett játszani, és erre a fáradtságelsô jelénél maga Gombás ösztönözte munkatársait.Ebben az idôben még voltak olyan események, amilye-neket késôbb elhitetni is nehéz volt: „Amikor sor kerültaz évszázad meccsére matematikusok és fizikusok közt,az egyik oldalon Alexits György, a másik oldalon GombásPál védte a kaput. Nem is rosszul.” (Marx György vissza-emlékezése.)

Az ötvenes évek közepén Gombás tekintélye magasanállt. A fizikusok szakmai egyesületének, az Eötvös LorándFizikai Társulatnak elnöki tiszte a szakma elismerése volt.1956-ban tetôzött a nemzetközi megbecsülés a Hand-buch der Physikben megjelent 120 oldalas Gombás-ta-nulmány, a Statistische Behandlung des Atoms hatására.

Ez az 1956-os év itthon mindenkit megmozgatott, akívülállókat is: „Gombást politikai kívülállása, pártonkí-vülisége alkalmassá tették arra, hogy ’56-ban megvá-lasszák az Akadémia akkori Nemzeti Bizottsága alelnöké-nek. Ô persze ezért nem tett semmit, jelen sem volt, sem-milyen politikai elkötelezettséget nem vállalt a rendszerellenségeivel sem, csak éppen megválasztották. Ezutánsoha többé nem lehetett alelnök; kis folt keletkezett alapján.” (Kovács István)

Az a bizonyos folt egy ideig nem is volt észrevehetô. Ká-dárék kisebb gondja is nagyobb volt annál, mintsemártalmatlan elméleti fizikusokkal huzakodjanak. Késôbbmeg az aki nincs ellenünk, az velünk van jelszava általkijelölt játéktér elegendônek bizonyult Gombás számára.A folt azonban megvolt, és minthogy informális felsôkapcsolata elveszett, addig nyújtózkodhatott, ameddig aKossuth-díjas akadémikusság takarója ért. Nem lehetettpéldául egyszerre több vezetô állása, ezért az elméletiKutatócsoport igazgatójaként, mint félállású tanszékveze-tô tevékenykedett a továbbiakban. A megállapodást szi-gorúan betartotta: a kétszer ötven perces elôadás szüne-téig ô beszélt, majd a tervezettbôl hátralévô – a felénélmindig jóval nagyobb – részt az ügyeletes adjunktusnakkellett elmondania.

A villamoskari kényszerû egyezkedésnél feltehetôennagyobb gondot jelentett akarata érvényesítésének tan-széken belüli korlátja. Gombás 15 éven keresztül nemtudott mit tenni az ellen, hogy a szemináriumokon a tan-szék másik professzora, számos magas állami és párt-funkció birtokosa, egyik cigarettáról a másikra gyújtson,lévén rendíthetetlen láncdohányos. Láncdohányosokvoltak a tanszéken többen is, de Gombás jelenlétébencigarettára gondolni sem mertek. Gombás mindentôlrettegett, ami az egészségre káros lehet. Nem adott kezet,nem fogta meg a kilincset, az ajtót jellegzetes vállrántás-sal bevezetve könyökével nyitotta ki. A szemináriumok-hoz azonban ragaszkodott – arcán a kétségbeesés, dekitartott füstölgô professzortársa mellett.

A még Szegedrôl munkatárs Kónya professzorral köl-csönösen tegezôdtek. Gombás egyébként minden férfimunkatársát tegezte, de a kölcsönösség professzori privi-légium volt. Nem volt ezzel egyedül, számos tanszékencifrább vezetôi elvárásoknak kellett megfelelni, csaképpen Gombás választékos stílusa mellett volt meglepô,

különösen hasonló korúak vagy idôsebbek esetében.Gombás a tegezést közeledésnek szánta, és valahogynem ébredt rá a felemás következményekre. Akadémiku-sokkal, miniszterekkel és kezdô tanársegédekkel, megta-lálta a korrekt, gyakran szívélyes hangot – legkritikusabbadjunktusaival szemben volt.

Egyik szemináriumon éppen valami számolás nehéz-ségei miatt panaszkodott – szeretett panaszkodni, külö-nösen az egészségére, de napi gondjaira is –, amire egyikhasonló számolási gondokkal küzdô adjunktusa megje-gyezte, hogy …hát igen professzor úr, a nép is aztmondja, hogy minden szamár a maga terhét érzi. Eztsoha nem tudta megbocsátani, hogy ôt nyilvánosan le-szamarazták – az illetô a továbbiakban csak név és lak-cím szerint publikálhatott, tanszéki munkatársként csaktanítania volt szabad.

A vezetôi nehézkesség ellenére a jó hangulat jellemez-te a tanszék és a kutatócsoport hétköznapjait. Ez néhazavarta is Gombást, aki vasszorgalmú fiatalkorára emlé-kezve kellô elszántságot várt el másoktól is. Ezt elôsegí-tendô, alkalmanként reggel nyolckor elhelyezkedett abejáratnál, és feljegyezte a különbözô beérkezési idôpon-tokat. Vagy borús nyár eleji napon hazaautózott a Bala-tonról, és többnyire azt tapasztalta, amit sejteni lehetett,hogy az intézet félig üres (vagy félig tele van). Mindezcsak morgolódásra vezetett, ami azonban meglepôenhatásosnak bizonyult. A tucatnyi munkatárs megbízható-an végezte a számításokat, és a hatvanas évek elején méga legeredményesebbek is megmaradtak a statisztikuselmélet keretei között.

A hatvanas évek ahogy haladtak – ami Gombás számáraaz ô ötvenes éveit jelentette – munkálkodása elsôsorbaneredményei rendszerezésére irányult. A pszeudopotenciá-lokról 1967-ben megjelent karcsú monográfiája is összefog-lalás, de még inkább így van ez a társszerzôként jegyzettterjedelmes munkákkal, amelyekben a negyvenes évekbenfélretett elôadásvázlatok alapján állított össze majd kétezeroldalt Kisdi Dávid arról, ami a fizikában nélkülözhetetlen.Különösen sikeres közös vállalkozásnak bizonyult a Beve-zetés a hullámmechanikába és alkalmazásaiba, ami mármajdnem királyi útnak számít ehhez a sokak által tervbevett, de kevesek által elért tartományhoz.

Gombás születésének hetvenötödik évfordulójára MarxGyörgy azt írta, hogy „…amikor eltávozott, befejezett mû-vet hagyott hátra”. Utolsó éveinek programja szerint való-ban erre törekedett. Talán nem tervszerûen, csak ameny-nyire mindenki tudatában van halandóságának, és ez atudat az erô csökkenésével automatikusan érvényesülniképes. A tudományos közéletben a lehetô legkisebb mér-tékben vett részt. A külföld számára azt az olaszországicsaládi üdülôt jelentette, amit örökség révén rendszeresenlátogathatott, és a hatvanas években következetesen ott istöltötte a májustól szeptemberig tartó nyári szabadságát.Ilyenkor a felesége vezetett, feltehetôen az Akadémiamegszokott gépkocsivezetôiétôl eltérô stílusban, mertmakacsul élt a legenda, hogy a hegyvidék élesebb kanya-rai elôtt Gombás kiszállt, és gyalogolt néhány száz métert,amíg ismét áttekinthetônek látszott az út.

Pedig már indulás elôtt szigorú intézkedések történtekaz út sikere érdekében. A munkatársak közül a gondosan


nyilvántartott adatok alapján kiválasztották a legfiatalabbférfit, aki köteles volt az indulásnál megjelenni és jókí-vánságaival az utazás szerencsés kimenetelét elôsegíteni.Elôfordult, hogy ezután az öreg pedellus is jó utat kívánt– vissza kellett fordulni és megismételni a ceremóniát afiatallal.

Gombás Pál 1971-ben a hazai fizikus társadalom elis-mert személyisége volt, akit életmûvéért mindenki tisz-telt. Igaz, a tökéletesedô számítógépek arra figyelmeztet-tek, hogy a kiszámításoknál a nyers erô fog gyôzni a kö-zelítések szellemes trükkjei felett. A számítógépek tudo-másul vételét nyugodtan tanítványaira, fiatalabb munka-társaira bízhatta. Sokasodtak a jelek, amelyek egy fizikaiintézet szervezôdésére utaltak, de ennek megvalósulásá-ra legjobb (legrosszabb) esetben is csak akkor kerülhetettsor, amikor a vezetéstôl életkora miatt amúgy is meg kel-lett válnia.

Gyermektelen, békés házasságban élt harmadik felesé-gével. Egészsége látszólag hatvankét évének megfelelôvolt, félelmein túl csak ismétlôdô fejfájásai kínozták. Afájdalom a tökéletes magánügy – aki képtelen elviselni,arról joggal mondjuk, hogy elviselhetetlen fájdalmai van-nak. Ô azonban közeli munkatársai visszaemlékezéseiszerint jobban félt attól, hogy a fájdalmait agydaganatokozza, mint amennyire a migrén kínozta.

Megvolt az esedékes szeminárium azon a bizonyosmájusi napon is, utána a könyvtárszoba nehézkesen nyílóajtajának kilincsére nehezedô könyökkel utat csinált ma-gának a folyosóra, szobájában alkalmas helyre rakta abúcsúlevelet, majd megtette az utolsó fél kilométert avillamosokkal teli Bartók Béla úton, hogy vagy 15 méterzuhanás után egy bérház belsô udvarán végezze.

Mondhatnak bármit a moralisták: a leugráshoz ugyan-az az elszántság kell, akár egyedül, akár egy törökötmagunkkal rántva hajtjuk végre. Ennél nagyobb titok ahozzákészülés idôszaka. Tény, hogy az elméleti fizi-kusoktól nem idegen az öngyilkosság. Boltzmann ésEhrenfest szakmai indítékai közismertek – az elsônél ahiányos elfogadottság, a másodiknál az elégedetlenségsaját szakmai teljesítményével. De öngyilkos lett Ortvayis, aki mellett Gombás hat évet töltött – ôt a háborús fe-szültség és kilátástalanság roppantotta össze hatvanadikszületésnapján.

Túl azon, hogy munkássága része a magyar fizikatörté-netnek, a Gombás által legeredményesebbé fejlesztettstatisztikus atomelmélet, mint viszonylag egyszerû éskönnyen kezelhetô modell ma is használatos például akvantumkémia vagy a nanotechnika egyes problémáinál.Az arcképvázlat azonban véget ér a halállal, hiszen az azemberrôl szól, ahogy mások számára létezett.

SZÁZ ÉVE SZÜLETETT DETRE LÁSZLÓ

Detre László (1906–1974) a huszadik századi magyar tu-dományosság egyik meghatározó személye volt, tudo-mányos és szervezô tevékenységével nemzetközi szint-re emelte a hazai csillagászati ku-tatásokat.

Tudományos kutatóként a pul-záló változócsillagok vizsgálatávalfoglalkozva mindmáig a nemzet-közi élvonalba tartozó iskolát te-remtett. Alapvetô kutatási eredmé-nyeit a rövid periódussal pulzálóRR Lyrae típusú változócsillagokvizsgálata terén érte el. Leginkábbaz ilyen csillagok oszcillációjábanfellépô hosszú periódusú modulá-ció (Blazsko-effektus), illetve apulzáció periódusában bekövetke-zô hosszú idôskálájú változásokérdekelték.

Ugyancsak az ô nevéhez köthetôa Piszkéstetôi Obszervatórium létre-hozása, melynek felszerelése, azoda került távcsövek is a szerinte hazai körülmények kö-zött ígéretesnek tartott kutatási iránynak feleltek meg. El-sôként, az 1960-as évek elején egy 90 cm tükörátmérôjûSchmidt-teleszkóp, amely lehetôvé tette a stellárstatisztikaikutatások hazai megkezdését. 1966-tól üzemel az 50 cm-

es Cassegrain-távcsô, míg éppen Detre halálának évébenkezdtük használni az 1 méteres Ritchey–Chrétien-telesz-kópot, amely azóta is a legnagyobb csillagászati mûszer

hazánkban. E két utóbbi távcsô el-sôsorban fotometriai célú megfigye-lésekre használható, vagyis a Detreáltal mûvelt téma folytatására, illet-ve kiterjesztésére.

Tevékenységének harmadik vo-nulata, amely ugyancsak kedvezô-en hatott a magyar csillagászatra, anemzetközi kapcsolatok ápolása.Egyformán szoros kapcsolatokattartott fenn a nyugati világ vezetôasztrofizikusaival és a baráti táborországaiban dolgozó csillagászok-kal, ami az ötvenes és hatvanasévekben egyáltalán nem volt termé-szetes. A kelet és nyugat közöttiszakmai együttmûködés egyik jel-lemzô példája, hogy a változócsilla-gokkal foglalkozó szakemberek vál-

takozva Budapesten és Bambergben tartották konferen-ciájukat. A budapesti kollokviumoknak természetesenDetre volt a fô szervezôje. Nemzetközi elismertségénekeredményeként egy-egy hároméves cikluson át ô töltöttebe a Nemzetközi Csillagászati Unió változócsillag-bizottsá-

SZÁZ ÉVE SZÜLETETT DETRE LÁSZLÓ 131

gának alelnöki (1964–1967), majd elnöki tisztét (1967–1970). A kezdeményezésére megindított Information Bul-letin on Variable Stars változócsillagászati gyorskiadványtannak 1961-ben megjelent elsô számától kezdve az MTACsillagászati Kutatóintézetében szerkesztik és adják ki.

Bár az általa mûvelt kutatási téma viszonylag szûk te-rülete volt az asztrofizikának, közismert volt Detrének ateljes csillagászatot átfogó naprakész tájékozottsága. Tu-dományos eredményeit mindmáig idézik a változócsilla-gokkal foglalkozó asztrofizikusok. Munkássága azért idôt-álló, mert mindig az abban az idôszakban a legprecízebb

mérési technikát alkalmazta, és a megfigyelési adatokfeldolgozása és értelmezése során ugyancsak a maximálispontosságra törekedett.

Detre László születésének centenáriumán az MTA Kon-koly Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézete – amelynekDetre több mint három évtizeden át igazgatója volt – em-lékülést szervez. Az április 20-án sorra kerülô rendezvé-nyen több olyan külföldi csillagász is részt vesz és elô-adást tart, aki egykor személyesen is szakmai kapcsolat-ban állt Detre Lászlóval.

Szabados László

RIBÁR BÉLA1930–2006

Ribár Béla, az Újvidéki Egyetem professzora, a Szerb és aVajdasági Tudományos Akadémia tagja és nem utolsósor-ban a Magyar Tudományos Akadémia külsô tagja, a vaj-dasági magyar tudományosság kiemelkedô alakja, mond-hatjuk elsô számú szervezôje és alakítója volt, 2006. már-cius 22-én Újvidéken elhunyt.

Halálának körülményei bizonyos értelemben életétmintázzák. Márciusban részt vett az MTA Magyar Tudo-mányosság Külföldön Elnöki Bizottság kolozsvári ülésén,de ott olyan szerencsétlenül esett el, hogy többé nem

épült fel: helikopterrel hazaszállítva alig két hetet élt méga baleset után, és otthon hunyt el.

Ribár Béla a kristályszerkezet-kutatás nemzetközilegelismert képviselôje, neves nemzetközi folyóiratok szer-kesztôbizottságának tagja, akinek közel kétszáz tudomá-nyos közleménye jelent meg, amelyekre mintegy ezerhivatkozás történt a nemzetközi irodalomban.

Ribár Bélát gyászolja a magyar és a szerb tudományosközösség és mindezen túl az egyetemes tudományosság.

Berényi Dénes

A FIZIKA TANÍTÁSA

KÉSZÍTSÜNK NAPÓRÁT! Berze Nagy János Gimnázium, GyöngyösKiss Miklós

„Me Sol, vos umbra ducit.”1

1 Engem a Nap, benneteket az árnyék vezérel.

A teljes napóra készítése kellemes és hasznos idôtöltés.Az eredménye szép, amint azt példázza a címlapon islátható, a gyöngyösi Berze Nagy János Gimnázium egyikbelsô terasza felett található óra. A példa azt is mutatja,mit értünk teljes napórán: nem csupán az adott naponmutatja a napszakot, hanem az adott évszakon belül adátumot is.

Azt hihetnénk, hogy napórát készíteni a legegysze-rûbb dolog. Kell hozzá egy pálca, egy év türelem és fo-lyamatos napsütés; ettôl kezdve nincs más dolgunk, minta pálca hegyének árnyékát idônként megjelölni. Ez atapasztalati módszer azonban csak elvileg kivitelezhetô:túlságosan fáradságos és bizonytalan is, hiszen felhôsidôben nem alkalmazható.

Napórát mégis készíthetünk egyszerûen! Ha ismerjükaz árnyék mozgásának fizikai hátterét, a pálca hegyénekárnyékát számolással meg is jósolhatjuk. (A napóra elké-szítéséhez ugyan csupán mértani ismeretekre van szük-ség, azonban amögött, hogy az árnyék mozgása évrôlévre ugyanúgy megjósolható, a newtoni mechanika egy-szerû törvényei vannak.) A Föld a Nap körül kis excentri-citású ellipszispályán halad, melynek síkjára a Föld for-gástengelye nem merôleges, hanem a merôlegeshez ké-pest 23,5 fokkal elhajlik. A tengely iránya keringés köz-ben nagyjából a Sarkcsillag felé mutat. Ebbôl adódik,hogy a Földrôl nézve a nyári napfordulókor a Nap felédôl, téli napfordulókor éppen ellenkezô irányba, mígnapéjegyenlôségek alkalmával a napsugarak irányáramerôleges; az égen való haladás magassága az évszaktólfügg. Nálunk sosem delel függôlegesen a Nap, hiszen


csak a Ráktérítôig jut el júniusban, ekkor a legnagyobb a

1. ábra. Napóra az Északi-sarkon

NapÉ

S

S2

p

h

rw b

delelés szöge, mintegy 66,5 fok, decemberben a legki-sebb, ekkor csak 19,5 fok. A Földrôl nézve tehát úgy lát-juk, hogy a Nap az egyenlítô síkjához képest egy év alattegy teljes rezgést tesz meg 23,5 fokos amplitúdóval. Ezpersze csak közelítés, mert a Föld pályája nem kör, denem rossz közelítés. Ezzel a közelítéssel egy egészen jól„mûködô” napórát szerkeszthetünk.

A napóra nagyszerûsége abban rejlik, hogy nemcsakaz idôt, de a dátumot is mutatja az árnyék iránya éshossza segítségével. Ennek megértése érdekében a kö-vetkezôkben részletesen áttekintjük a különféle napórákmutatója árnyékának helyzetét. Egyelôre nem törôdünk anyári idôszámítással és a zónaidôvel; ezeket az alapokmegértése után könnyen figyelembe vehetjük.

Az óraszög

Elsôként gondoljuk át a Föld forgásából adódó következ-ményeket, amit legkönnyebben úgy tehetünk meg, hogygondolatban az Északi-sarkra helyezzük magunkat [1].

Ha az Északi-sarkon állunk a nyári félévben (március21. és szeptember 23. között), a Föld forgásából adódóanazt tapasztaljuk, hogy a Nap az égen egyenletesen körbe-jár. Június 22-ig napról napra magasabban halad, utánaalacsonyabban. Az elsô és utolsó napon pedig a látóhatárperemén jár körbe. Egy napon belül a magasság nemváltozik számottevôen, nyugodtan mondhatjuk, hogykörbejár 24 óra alatt. A szögsebesség ω = 360° / 24 h,azaz 15 fokot halad óránként, egy fokot pedig négy percalatt tesz meg.

Szúrjunk le most egy pálcát merôlegesen az Északi-sarkon. Az említettekbôl adódóan a pálca árnyéka isegyenletesen körbejár a pálcára merôleges, az Északi-sarkon átmenô úgynevezett egyenlítôi (ekvatoriális) sí-kon, 15 fokot haladva óránként. Egy nap alatt a pálcavégpontja egy teljes kört jár be (1. ábra, az ábrákonhasznált jelöléseket a cikk végén összegezve megtalálhat-juk). A kör sugara hosszabb távon változik, a nyári nap-fordulónál a legkisebb (r = h /tan23,5°, ahol h a pálcahossza, r a kör sugara). A nyári félév elsô és utolsó nap-ján az árnyék hossza „végtelen”, a síkkal párhuzamosanbeesô napsugarak következtében.

Minden napra igaz, hogy a pálca csúcsán átmenô nap-sugár és árnyék által kifeszített sík a Föld forgástengelye(poláris tengely) körül egyenletesen, a Földhöz képestkeletrôl nyugatra a megadott szögsebességgel forog (1.

ábra ). A továbbiakban ezt a síkot óraszög-síknak fogjuknevezni, ez lesz számításaink egyik alapja. Az óraszögönpedig értsük az óraszög-síknak egy elôre meghatározotthelyzete és az adott idôponthoz tartozó helyzete általbezárt szöget. Az elôre meghatározandó viszonyításihelyzetet saját hosszúsági körünk észak–déli vonalávalazonosítjuk. Magát a ϕ = ω t szöget ennek megfelelôenmérhetjük nulla órától, de lehet 12 órától is mérni.

Ha átmegyünk Föld egy másik pontjára, példáulGyöngyösre, akkor magunkkal visszük az egyenlítôi ésaz óraszög-síkot. A Nap járását napkelte és napnyugtaközött ugyanolyannak látjuk itt is, illetve más szélességikörön minden ugyanígy adódik.

A napórák fajtái

Ha az elôzô szakaszban megadott pálcát használjuk ár-nyékvetônek, vagyis helyzete a Föld forgástengelyévelpárhuzamos, a mutatópálcát poláris helyzetûnek nevez-zük. A továbbiakban csak a poláris mutatójú napóráttárgyaljuk. A cikkhez kapcsolódó http://www.berze-nagy.sulinet.hu/mikola/km/napora lapon kitérünk rá,hogy a másféle mutatóállású órák tárgyalása visszavezet-hetô erre. (Minden késôbb hivatkozott kiegészítés is itttalálható.)

A számlap lehet sík, lehet henger alakú, vagy más is.Mi a síkszámlapú napórákat elemezzük. A számlapsík alegegyszerûbb esetben vízszintes. Ekkor az órabeosztásmeghatározása meglehetôsen egyszerû, azonban a dátummeghatározásához szükséges vonalak felrajzolása márkomolyabb tervezést igényel. Falon elhelyezett napórákesetén a számlapsík függôleges, a fal tájolása azonbantetszôleges lehet. Az alapeset a kelet–nyugati tájolású fal,ami ritkán valósítható meg. Az általános tájolású függôle-ges helyzetû számlapsík megrajzolása térgeometriai meg-fontolásokat igényel. Lehet készíteni hordozható napórátis, amely meghatározott szélességi körre készül, elôremeghatározott tájolással.

A Nap magassága

Az általunk választott, Földhöz rögzített vonatkoztatásirendszerben a Nap a nyári félévben az egyenlítô síkjávalpárhuzamos, a megfigyelés pontján átmenô egyenlítôi síkfelett, a téli félévben alatta helyezkedik el. Ha a Föld Napkörüli mozgását közelítôleg egyenletes körmozgásnaktekintjük (a sugár ingadozása az átlagtávolsághoz képestkisebb mint három és fél százalék), akkor a Nap elhe-lyezkedését az egyenlítôi síkhoz képest a következôösszefüggés adja meg:

ahol nap adja meg, hogy az év hányadik napján va-

α = 23,5° sin

2 π365,2422

(nap 80) ,

gyunk. Adott napon a Nap az így számított α szöggel azegyenlítôi sík felett helyezkedik el pozitív α esetén, nega-tív α-ra pedig alatta. Március 21-e az év 80. napja. Ekkor,

A FIZIKA TANÍTÁSA 133

továbbá szeptember 22-én α = 0, ami ugyan nem teljesen

2. ábra. A σ szélességi szög θ pótszögét zárja be a vízszintes sík azegyenlítôi síkkal

É

D

zenit

ekvatoriális sík

horizont

P s

s q

q

s

3. ábra. Az óraszög-henger és az óraszög-sík metszete (kör), valamintaz óraszög-henger és az egyenlítôi sík metszete (ellipszis)

Kelet

Nyugat

Észak

Dél

x x=

P x y( , )

P x y( , )

r

ry

y

O

g

gq

pontosan, de jó közelítéssel igaz. A közelítés pontosságá-ra becslést adunk meg a cikkhez kapcsolódó honlapon.

Itt érdemes kiemelni, hogy a két napéjegyenlôség al-kalmával a Nap az egyenlítôi síkban mozog, vagyis anapsugarak merôlegesek a Föld forgástengelyére, és ígya napóra poláris mutatópálcájára is.

A földrajzi szélesség

Szükség lesz a földrajzi helyünk jellemzésére. A 2. ábrána P pont jelöli helyünket. Itt σ a szélességi szög, θ pediga 90°-ra kiegészítô pótszöge. A mi helyi koordináta-rend-szerünket a vízszintes sík és a függôleges egyenes adja.Az egyszerûség kedvéért tekintsük függôlegesnek a Földsugarának meghosszabbítását. A földrajzi szélesség figye-lembevételével kapjuk a mutatópálca szögét a vízszintessíkhoz, illetve a helyi függôlegeshez: a horizonthoz ké-pest σ, a függôleges egyeneshez képest θ.

Vízszintes síkú napóra

Minden további napórához alapvetô az adott földrajzihelyen, vízszintes síkon elhelyezett poláris mutatójú nap-óra ismerete, ezért ezt tárgyaljuk elsôként. Ennek a nap-órának a síkja az adott helyen a földgömb érintôsíkjávalpárhuzamos, vízszintes sík, amelyben a poláris mutató-pálca árnyéka már nem jár egyenletesen.

A számolások alapja az óraszög-henger, amely a kö-vetkezôképpen adódik. Vegyünk egy olyan körhengert,amelynek szimmetriatengelye a poláris egyenes, a merô-leges síkmetszete pedig az egyenlítôi sík által kimetszettkör (3. ábra ). A kör sugara legyen egységnyi, |r| = 1.

Metsszük el a vízszintes síkkal a hengert, úgy hogy asík az egyenlítôi kör középpontján menjen át (3. ábra ).A henger a vízszintes síkból egy ellipszist metsz ki,amelynek kistengelye az egyenlítôi kör kelet–nyugat irá-nyú átmérôje. Mint már említettük a Nap látszólagosmozgása során egy a poláris tengely körül forgó síkbanaz óraszög-síkban helyezkedik el. E síknak és a horizontsíkjának metszésvonala adja meg a vízszintes óraszöget.Számoljuk ki a γ egyenlítôi óraszög függvényében γ′

vízszintes óraszöget (3. ábra )! Mérjük a szögeket a forgósík déli helyzetéhez viszonyítva! Vegyünk fel mindkétsíkban egy koordináta-rendszert, melyek x tengelye aközös kelet–nyugati egyenes kelet felé irányítva, az ytengelyeket metssze ki a déli napsík. Ekkor γ = 180°−ϕ,

ahonnan

x = sinγ , y = cosγés

x′ = x = sinγ , y′ = ycosθ

vagy ezzel egyenértékûen

r ′ = x ′ 2 y ′ 2 ,

γ ′ = arctan

x ′y ′

= arctan

sinγcosγ

cosθ

= arctan tanγ cosθ ,

Ezzel meghatároztuk az óraszöget. A következô kér-

γ ′ = arcsin

x ′r ′

.

dés a Nap magassága a horizont felett az óraszög-sík-ban. Az óraszög-sík csak délben merôleges a vízszintessíkra. Egy adott nap a Nap az egyenlítôi sík feletti magas-sága két szög összegeként adható meg: a napsugarak ésaz egyenlítôi sík által bezárt a szög (egy napon belül ál-landónak vehetô) és az a δ szög, amelyet az óraszög-sík-ból az adott pillanatban az egyenlítôi és a vízszintes sík


kimetsz (4. ábra ). Ez utóbbi reggel és este hat órakor

4. ábra. A Nap magasságát az óraszög-síkban meghatározó szögek

napfény

ekvatoriális sík

horizont

Oa

d

5. ábra. A mutató és árnyéka a vízszintes síkon

Oa

d

h

h

90°–a

a

b

Fraknó várának napórája 1645-tôl mutatja az idôt (fotó: Kiss Miklós)

nulla, délben a földrajzi hely függvénye, például Gyön-gyösön 42°11’. Ez a szög a POP ′ szög a 3. ábrán, nagy-sága δ = arccos (r /r ′). A teljes napmagasság a horizontfelett β = α+δ. Itt meg kell említeni, hogy a napóra csakakkor használható, ha β > 0, azaz a Nap a horizont felettvan, ami nyári félévben már negatív δ esetén is teljesül, atéli félévben azonban α negatív, így csak δ megfelelôennagy értéke esetén következik be a napkelte.

Szóljunk most az árnyék hosszáról! A mutató a kezdô-pontból (O ) indul ki és poláris irányú. Árnyéka az óra-szög-sík és a horizont metszésvonalára esik. Így a hori-zontális síkban az északi iránytól óraszögnyivel, γ′-veltér el, amikor az egyenlítôi síkban γ-val. Az árnyékhosszát szinusztétellel számíthatjuk (5. ábra)

ahonnan

h ′h

= sin(90° α)sinβ

= cosαsinβ

,

Összegezve, a pálca árnyéka γ′-vel fordult el és hossza

h ′ = h cosαsinβ

.

h ′. Ezzel célunkat elértünk, meg tudjuk rajzolni aszámlapsíknak a γ′(t ) és a h ′(t ) függvényekkel para-méteresen megadott vonalait úgy, hogy a napóra nemcsak idôt, de dátumot is mutasson. (Itt tehát t a teljesdátum.) Az árnyék óraszöge mutatja az idôt. Itt meg isállhatunk, és máris egyszerû napórához jutunk. Nemhorizontális építésû, de ilyen a chartres-i székesegyháznapórája [3], vagy ilyen látható a fraknói vár egyik belsôfalán (lásd a képet). Ha az árnyék hosszát is figyelembevesszük, a dátumot is megmutatja a napóra. Igaz a kétszélsô helyzetet leszámítva minden ponthoz két naptartozik, de az évszak alapján el tudjuk dönteni, holtartunk. A számlapon a szöget az északi iránytól mérjük,a távolságot az O kezdôponttól, és így elkészíthetjük aszámlap beosztását.

A szögmérésnél pontosabban tudunk hosszúságot mér-ni, ezért a polár-koordinátákról célszerû áttérnünk derék-szögû koordinátákra, x ′ = h ′sinγ′, y ′ = h ′cosγ′.

Az adott idôhöz tartozó pontokat ebben a horizontáliskoordináta-rendszerben bejelölhetjük. Ha összekötjük azazonos idôhöz tartozó pontokat, megkapjuk az óravona-lakat, ha az azonos dátumú pontokat, akkor pedig a dá-tumvonalakat. Ehhez a napórához több már nem is kell,

csak még helyesen tájolni és vízszintezni, és ha süt aNap, már mutatja is az idôt.

Az persze szükséges, hogy a számlap tényleg vízszin-tes legyen. A helyes tájolás pedig a földrajzi észak–délibeállítást jelenti. Alkalmas helyen ez a napóra napkeltétôlnapnyugtáig használható.

A bemutatott számítás helyettesíthetô szerkesztéssel is,ha a kör síkját és az ellipszis síkját a metszésvonalukkörül egybeforgatjuk (merôleges affinitás). Így az óraszö-geket tudjuk megszerkeszteni.

Függôleges síkú napóra

Gyakran célszerû az árnyékvetô pálcát inkább a falhozrögzíteni. Ilyenkor kézenfekvô, hogy a falon keletkezettárnyékot használjuk az idô megállapításához. Tekintsükát elôször azt a még mindig viszonylag egyszerû esetet,amikor a poláris helyzetû pálcát egy kelet–nyugat tájolá-sú függôleges síkon (falon) helyeztük el (6. ábra ).

A poláris árnyékvetô pálcájú függôleges síkú nap-órák pálcája értelemszerûen lefelé mutat, tehát a falsíkjával θ szöget zár be. Ez a napóra csak reggel hat éseste hat óra között használható, mert máskor vagy a síkmögött van a Nap (a nyári félévben) vagy a napkelte ésa napnyugta a két idôpont közé esik (a téli félévben). Akelet–nyugat tájolású, függôleges síkú napóra hasonló-an tárgyalható, mint a vízszintes síkú, azonban ezt azegyszerû tárgyalást már nem tudjuk továbbfejleszteniarra az esetre, ha a fal más tájolású. Ezért ezt a leírástcsak a korábban jelzett honlapon helyeztük el. Inkábbmegadunk egy más tájolású falsíkra is általánosíthatómódszert, amely térmértant használ.


Általánosítható módszer függôleges,

6. ábra. A függôleges falsík, a mutató és árnyékának helyzete az óraszög-hengerben.

P(cos cos , sin , cos sin )g q g g qP(cos cos , sin , cos sin )g q g g q

ggqs

sqq

h

1

h

poláris

horizont

falsík

napsugaraknapsugarakz

y

P(cos , sin )g gP(cos , sin )g g

P h0(cos , 0, – sin )s sP h0(cos , 0, – sin )s s

(0, , )y z(0, , )y z( *, *)x y( *, *)x y

7. ábra. Az óraszög-sík metszete az egyenlítôi síkkal (OP egyenes) és a vízszintessíkkal (OP ′ egyenes). A napsugár egyenesének irányvektora a PP″ irányított szakasz.A bal oldali ábrán a nap az egyenlítôi sík felett van, a jobb oldalin alatta.

horizont horizontO r P P P r O P

180°–b

180°–d

PP

ekvatoriá

lis

ekvatoriá

lisa > 0 a < 0

11

bb

bb = a+d

b = d-aa

a

a

a

d dd

kelet–nyugati síkra

A megfelelô síkok, egyenesek és vektorok térbeliegyenletével, koordinátáival számolunk. Röviden ésszemléletesen a következôt kell látnunk. Az adott pilla-nathoz tartozó napsugár-egyenesek egyike átmegy amutatópálca végpontján, és metszi a fal síkját. Ez a pontaz árnyék végpontja, a kezdôpontja pedig a pálca rögzí-tési pontja.

A koordináta-rendszer y -tengelye a korábbiaktól elté-rôen mutasson nyugatról keletre, x -tengelye a horizontondélre, z -tengelye pedig legyen függôleges. A falsík egyen-lete ebben a koordináta-rendszerben x = 0.

Szükségünk van még a mutató végpontjánátmenô napsugár-egyenes egyenletére. A hhosszúságú árnyékvetô pálca végpontjánakkoordinátái (hcosσ, 0, −h sinσ). Határozzukmeg a napsugár egyenesének irányvektorát.Ehhez keressünk két pontot az egyenesen.Az egyik pont (P ) legyen az óraszög-sík és azegyenlítôi egységkör metszéspontja, a másika horizont síkjára a Nap által vetített képeugyanennek a pontnak (P″). A P pont koor-dinátái az egyenlítôi síkban (cosγ, sinγ).Koordináta-rendszerünkben ugyanennek apontnak a koordinátái (6. ábra ): (cosγcosθ,sinγ, cosγsinθ) = (cosγcosσ, sinγ, cosγ sinσ).

A napsugár P -n átmenô egyenese az OPP ′ sík-ban, a P″ pontban metszi a horizont síkját (7. áb-ra ). Itt ketté kell vennünk a számításban a folyta-tást, aszerint, hogy a Nap az egyenlítôi sík felett (α> 0), vagy alatt (α < 0) van. Ha α > 0, akkor a 7.ábra bal oldali rajza alapján az OPP″ háromszögrea szinusztételt felírva:

A P″ pont az egyenlítôi síkban van, tehát csak az

r″ = r″r

= sinαsin(180° β )

= sinαsinβ

.

koordinátái különböznek nullától.

x ′ = sinαsinβ

cosγ ′ és y ′ = sinαsinβ

sinγ ′

A keresett irányvektor koordinátáit a P és P ″pontok koordinátáinak különbsége adja. A napsu-gár-egyenes paraméteres egyenletrendszere tehát (pvalós paraméter)

A falsíkból a napsugár kimetszi az árnyék vég-

x =

cosγ sinσ sinαsinβ

cosγ ′ p h cosσ,

y =

sinγ sinαsinβ

sinγ ′ p ,

z = cosγ cosσ p h sinσ.

pontját, ezért vegyük a sík és egyenes metszéspont-ját, tehát az egyenes egyenletrendszerébôl a falsíkegyenletébe helyettesítve:

x =


cosγ ′ p h cosσ = 0,

ahonnan

adódik. Ezt behelyettesítve az y és z koordináták para-

p = h cosσ


cosγ ′

méteres kifejezésébe, megkapjuk az árnyék végpontjá-nak koordinátáit a falsík természetes kétdimenziós ko-ordináta-rendszerében, amelyek a számlapon a megje-lölhetôk.


Ha α < 0, akkor is ugyanezekhez az összefüggésekhez

8. ábra. Kézi napóra június 21-én helyi idô, közép- és napidô szerint 11órakor

9. ábra. Az asztali napóra két mutatójának közös a végpontja

b = q

q

s

s

hf

hv

10. ábra. A mért és a számított egyenes párhuzamossága mutatja, hogyez a jó szög a falsík elforgatásához

– – – – – –

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–1,5 –1 –0,5 0 0,5 1

–1,1

–1,3

–1,5

–1,7

–1,9

x (rel. egység)

y(r

el. e

gysé

g)

jutunk, ha α-t elôjelesen vesszük. A megfelelô ábrátazonban érdemes megtekintenünk a 7. ábrán jobbra. Azábrán a szög elôjelét nem vettük figyelembe, csak a fel-iratban jelöltük.

Asztali napóra

A 8. ábrán bemutatott asztali napóra a vízszintes és füg-gôleges síkú óra kombinációja. Elônye, hogy kisebb he-lyen elfér, jobban illik a belsô térhez. Én a soproni Stor-nó-ház gyûjteményében figyeltem fel egy ilyen napórára.

Lehetséges összeállítása a következô. Veszünk két félnapórát: egy vízszintes és egy függôleges síkút. A muta-tók párhuzamosak, illesszük össze a végpontjukat! Azillesztés helyét a pálcán kis vastagítással jelöljük. Különelôny, hogy mindkét napóra kevésbé elnyúlt részét hasz-náljuk így, nyáron a horizontális, télen a vertikális részt.Ez javítja a pontosságot!

A két napóra mutatójának hosszát megválaszthatjukúgy, hogy a poláris mutatóra merôlegesen delelô Nap a kétmutató egybeesô vastagított végpontjának árnyékát a kétsík metszésvonalán hozza létre (9. ábra ). Ez akkor követ-kezik be, amikor a Nap a horizont felett éppen β = δmax =θ-ban delel, vagyis a tavaszi és az ôszi napéjegyenlôségek-kor. Az óraszög-vonalak a metszésvonalon találkoznak.

Másik célszerû választás a poláris mutató felezése. Azilyen hordozható napóra részleteirôl a megadott honla-pon olvashatunk.

Helyi idô – zónaidô

Az eddigi megfontolások alapján kapott napóra mindig ahelyi idôt mutatja. Ha figyelembe vesszük a földrajzihosszúságot, a zónaidôhöz illeszthetjük a napórát. Gyön-gyösön például, közel a 20. hosszúsági körön 5 fokkalvagyunk a zónahatártól keletre, ezért 20 perccel elôbbvan a helyi dél, mint a zónaidô szerinti dél, vagyis a Napitt 11:40-kor delel. Ezért, ha 20 perccel nagyobb óraszög-gel számolunk, zónaidôt mutató napórához jutunk. Ahelyi idô délvonalát mindenképpen célszerû bejelölni,esetleg kettôs beosztást készíteni. Erre példa a kézi nap-óránál lévô képen látható, a számokat jelzô gyûrûkönkívül zónaidô, a dátumos részben helyi idô szerinti be-osztás található (8. ábra ).

Függôleges, elforgatott síkú napóra

Egy már meglévô épület síkjainak adott a helyzete. Gim-náziumunk déli falának síkja például 26,3 fokkal nyugatfelé fordul. Ez már jelentôs elfordulás a kelet–nyugatiirányítású függôleges helyzethez képest, ezért jelentôsentorzul a beosztás. Amint tudjuk a fal elfordulásának szö-gét, számolhatunk. De ki mondja meg a szöget, és hihe-tünk-e neki? Ez az a kérdés, amit méréssel kell meghatá-rozni. De milyen szöget mérjünk?


Napéjegyenlôség alkalmával a mutató árnyékának

11. ábra. Az idôegyenlet mutatja a napi középidô (a „pontos” idô) és anapi idô (amit a napóra mutat) közötti különbséget

– – – – – – – – – – – –

jan feb már ápr máj jún júl aug szep okt nov dec

–

–

–

–

–

–

–

–

20

15

10

5

0

–5

–10

–15

nap

óra

siet

(per

c)na

pór

aké

sik

végpontja egy egyenes mentén halad, mivel ilyenkor aNap éppen az egyenlítôi síkkal párhuzamos síkban mo-zog, és ennek a síknak a napóra síkjával való metszete apálcaárnyék végpontjának a helye. Jelöljük be ezértezen a napon (ôsszel vagy tavasszal) a végpont helyét afalon többször. Ha az egyenesünk vízszintes, épületünkfala kelet–nyugati tájolású, ha nem, el van forgatva egyfüggôleges tengely körül. Ha az elforgatott falsíkot sze-retnénk alkalmazni számlapnak, már bonyolultabb anapóravonalakat kiszámolni. A számítás alapján azon-ban megkaphatjuk a napéjegyenlôséghez tartozó egye-nest. Számításainkban a falsík elfordulását olyan szög-gel kell figyelembe venni, hogy a mért és a számítottegyenes meredeksége megegyezzék (10. ábra ). Az áb-rán nem fedi egymást a mért és számított egyenes. En-nek az oka, az, hogy a mérôpálca végpontja nemugyanott volt, mint a mutatópálcáé. (Igazából egy falramerôleges rúddal mértük meg a vonalat, mert nem isvolt még mutatópálcánk.)

Az elforgatás szögének ismeretében meghatározottávált az óra és dátumvonalak egyenlete. Az érdeklôdôkkedvéért a számítások a jelzett honlapon megtalálhatók.

Pontosság, korrekciók

Ennél a napóránál a lehetôséghez képest egyszerû számí-tás, elkészítés volt a cél. A gyakorlatban nem kielégítôpontossággal mûködik, ha egy pontos órát szeretnénkvele helyettesíteni. A napórával azonban nem ez a cé-lunk. A pontatlanság szabályos, a pontos idô és a napóraáltal mutatott idô közti különbségbôl adódik. Ennek fôoka a Föld keringési sebességének éves ingadozása aföldpálya excentricitása miatt.

A kétféle idô kapcsolatát az úgynevezett idôegyenletadja meg [4]. Ennek a mi számításainkhoz igazodó alakja:

ahol a t a delelés eltérése percben, a nap az adott nap

t = 7,7 sin

nap365

9,5 sin

2 nap 80365

,

sorszáma az év elejétôl kezdve.Az idôegyenlet következtében a Nap hol a helyi dél

elôtt, hol utána delel itt Gyöngyösön (11:40-hez képest).Az eltéréseket a grafikon mutatja (11. ábra ). Ha a helyidélhez ezt az idôt hozzáadjuk, az éves delelési adatokkirajzolják az analemmá t. Egészen pontosan a vízszintesnapóránál szoktunk analemmáról beszélni, de a fogalomáltalánosítható más napórák esetére.

A nyolcas alakú görbe a címlap közepe táján (analem-ma) segítségével vehetjük figyelembe, hogy a napóraáltalában nem egészen az általunk használt idôt mutatja.Egy évben a napóra csak négy napon mutatja pontosanaz idôt: április 15-én, június 13-án, szeptember 1-jén ésdecember 25-én. Szeptembertôl december végéig siet,azután április közepéig késik, majd június közepéig me-gint siet, és szeptember 1-jéig ismét késik. A sietés maxi-mális értéke meghaladja a 16 percet, a késésé a 14 percet.A helyi dél 11:40-kor van az említett négy napon. Ilyen-

kor a pálca árnyéka, a mutató függôleges, azaz a pirosegyenesre esik. Más napokon 11:40-kor az árnyék a„nyolcasra” (analemmára) kerül. Minden más idôpont isennek megfelelôen jelenik meg.

Végezetül felsorolok a pontosságot befolyásoló né-hány további problémát:

• a légköri fénytörés, különösen akkor, ha a Nap ahorizonthoz közel van,

• a mutató vastagsága és a félárnyék,• a felület nem teljesen sík, nem vízszintes, vagy nem

függôleges,• a függôleges nem merôleges a horizontra.Ne felejtsük azonban, hogy a napóra elsôdleges jelen-

tôsége nem pontossága, hanem kulturális és esztétikaiértéke.

Köszönöm Trócsányi Zoltánnak a cikk gondos áttanul-mányozását, tartalmának és formájának kialakításáhozadott hasznos ötleteit, tanácsait.

Jelölések

α: a Nap (delelési) magassága az egyenlítô felett, adottdátum mellett (−23,5° és +23,5° között változik), a napsugár-nak az egyenlítô síkjával bezárt szöge

β: a Nap magassága a horizont felett az óraszög-síkbanγ: óraszög az egyenlítôi síkban a déli irányhoz képestγ′: óraszög a horizontális síkban a déli irányhoz képest, vagy

óraszög a vertikális síkban a déli (függôleges) irányhoz képest,vagy óraszög a falsíkban a déli (függôleges) irányhoz képest

σ: szélességi szög, Gyöngyösön, σ = 47°49’θ: a horizont és az egyenlítôi sík szöge, Gyöngyösön 42°11’

(θ = 90° − σ)δ: a vízszintes és az egyenlítôi sík között adott pillanatban az

óraszög-sík által kimetszett szög, a Nap magasságával kapcsola-tos, vízszintes napszögkorrekció

∂: a függôleges és az egyenlítôi sík között adott pillanatbanaz óraszög-sík által kimetszett szög, a Nap magasságával kap-csolatos, vertikális napszögkorrekció

Irodalom1. SZÉCSÉNYI-NAGY GÁBOR: Tájékozódás a csillagos égen – Tankönyv-

kiadó, Budapest, 19792. VITRUVIUS: Tíz könyv az építészetrôl (Kilencedik könyv) – Képzô-

mûvészeti Kiadó, Budapest, 19883. Magyar nagylexikon – Akadémiai Kiadó, illetve Magyar Nagylexi-

kon Kiadó, Budapest, 1993–20044. MARIK MIKLÓS: Csillagászat – Akadémiai Kiadó, Budapest, 19895. http://www.analemma.com/SunGraph/index.html6. http://www.sundials.co.uk/equation.htm7. http://www.berze-nagy.sulinet.hu/mikola/km/napora


FÓRUMOK AZ ÚJ RENDSZERÛ FIZIKA-ÉRETTSÉGITAPASZTALATAIRÓLAz ELFT Elnöksége által szervezett rendezvényeken elhangzottak összefoglalása

Az Eötvös Loránd Fizikai Társulat (ELFT) az oktatási mi-niszter felkérô levelét követôen két fórumot szervezett afizika érettségi vizsga értékelésére.

Az Eötvös Tásulat 2006. március 22-én rendezett kibô-vített elnökségi ülésén az elnökségi tagok mellett résztvettek az Oktatási Minisztérium (OM), az Országos Köz-oktatási Intézet (OKI) és az Országos Közoktatási Értéke-lési és Vizsgaközpont (OKÉV) szakértôi, továbbá a Buda-pesti Mûszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME), azEötvös Loránd Tudományegyetem (ELTE), a DebreceniEgyetem (DE), a Nyíregyházi Fôiskola (NyF), a Pécsi Tu-dományegyetem (PTE), a Szegedi Tudományegyetem(SzTE) és a Nyugat-Magyarországi Egyetem (NyME) fizi-kai intézeteinek (tanszékeinek) véleményét tolmácsolókollégák. A középfokú fizikatanulmányok felsôoktatásifontosságát tükrözi az a tény, hogy megjelentek és ta-pasztalataikról beszámoltak a PTE, a Semmelweis Egye-tem (SE) és az SzTE Általános Orvostudományi Karain afizika oktatásával foglalkozó kollégák is.

Az ülésen az OM képviselôjétôl a 2006. évi vizsgaje-lentkezésekrôl kapott tájékoztatásból a résztvevôk meg-elégedéssel vették tudomásul a fizikából és kémiábólemelt szintû érettségire jelentkezôk számának növekedé-sét. Ugyanakkor az elsô helyen fizika alapszakra jelent-kezôk száma a jelentkezôk átlagos számának csökkené-sét lényegesen meghaladó mértékben csökkent. A ked-vezôtlen fejlemény megállítása mind a fizika szakmai kö-zösségétôl, mind az oktatáspolitikától jelentôs erôfeszí-téseket követel.

2006. április 3-án a 49. Országos Középiskolai Fizika-tanári Ankét és Eszközbemutató keretében Pakson aközépiskolai tanárok számoltak be tapasztalataikról. Azankéton mintegy 150 középiskolai fizikatanár vett részt,akiknek az alábbi összefoglalóban olvasható megjegy-zései hitelesen reprezentálják a tanári közvéleményt.Ezen a fórumon is jelen voltak az OM, az OKI és azOKÉV szakértôi.

A fizika érettségi tapasztalataihoz kapcsolódólegfontosabb megállapítások

Az új rendszerû érettségi elsô évének tapasztalatai szerintaz érettségi vizsga nem differenciált a továbbtanulásrajelentkezôk között, egy-egy pont eltérés a „vonalhúzás-ban” 10–20 jelentkezô felvételét, illetve elutasítását ered-ményezte. A középiskolai tanárok véleménye szerint aközépszintû írásbeli vizsga kifejezetten könnyû volt. Atanulók számára a szóbeli során a feleletre és a mérésekelvégzésére biztosított felkészülési idô (30 perc) kevés.

Az iskolák jó részében elterjedt, a záró eredményt„kozmetikázó” hozzáállásnak a diákok hamis önismerete

az eredménye. A korábbinál nagyobb arányban bizo-nyultak képtelennek a bevezetô felsôoktatási tanulmá-nyok során a fizika kredit megszerzésére az elsôéveshallgatók.

Kedvezôtlen, hogy a nyelvvizsgák domináns szerepetkaptak a továbbtanulásban, ugyanakkor a felsôoktatásiintézmények – egy-két kivételtôl eltekintve – még a kö-zépszintû természettudományos (azon belül fizika) érett-ségit sem igényelték. A nyelvvizsgát egyoldalúan és túl-zóan elismerô többletpont torzította a felvettek társadal-mi összetételét, az egyes szakokra való bekerüléshezszükséges ponthatárt (amely széles körben az egyesszakterületek megítélésének alapja), valamint az érettségitárgyak kiválasztásában is tükrözôdött hatása. Az egyesszakokra jelentkezettek képességeit a felvételi pontszá-mok nem hûen tükrözték, jóval kisebb volt a pontszá-mok által sugalltnál a rátermettségbeli eltérés.

A fizika érettséginek új eleme volt a kísérletes feladat,amelyet minden résztvevô üdvözöl és továbbfejlesztéséthangsúlyosan támogatja. A minden középiskolában be-mutatható tanári demonstrációs kísérletek kis száma, va-lamint a tanulói kísérletezés szinte teljes megszûnésemiatt ez az új irányzat ma még elsôsorban gondot jelent.A kis óraszám, a kevés mûködôképes eszköz miatt sokiskolában a kiscsoportos tanulói mérések elvégzésérealig van mód, sôt vannak iskolák, ahol szinte csak azérettségire felkészülôk végezhetnek kísérleteket. A taná-rok szakmai konzervativizmusának fô oka a modern (a20. század második felében feltárt) fizika osztálytermibemutatásának megoldatlansága. Az új kísérleti eszközökdrágasága miatt a szertárak kiürülnek. Demonstrációsmûszerek javítására alig található mûhely, a tanszergyár-tók érdekeit kizárólagosan szolgáló oktatási politika sem-milyen formában nem támogatja anyagilag ezen eszkö-zök felújítását.

Probléma a középiskolai fizikatanárok újabb generá-cióiban egyre inkább tapasztalható felkészületlenség. Atanárok között csökken az érdeklôdés az érettségit tá-mogató segédanyagok fejlesztésében való részvételre, akísérleti eszköztár olcsó, egyszerû eszközökkel valómegújítására. A tanári pályára lépôk elkötelezettsége afizika oktatása mellett és társadalmi (nem pusztán anya-gi) megbecsültségük egyaránt alacsony szintû. Kérdés,hogy milyen hatásfokkal ösztönzik majd a természettu-dományi karoktól elkülönült pedagógiai karok és inté-zetek a BSc fizika alapszakot elvégzôket a fizika tanáriszak választására?

Nem volt egyetértés abban, hogy a fizika alapszakonaz egyetemi tanulmányokhoz kötelezôen szükséges le-gyen-e az emelt szintû fizika érettségi. Budapesti ésdebreceni vélemények ezt támogatták, míg pécsi és sze-gedi kollégáink azt hangsúlyozták, hogy a fizika iránt


érdeklôdôket fogadni kell, ha szükséges, még kiterjed-tebben kell felzárkóztató kurzusokat szervezni számuk-ra. Új, a fizika rutinalkalmazásaihoz kapcsolható, tö-megképzésben elsajátítható szakmákat is ki kell fejlesz-teni. Az orvoskarok képviselôi hangsúlyozták, hogy amesterszakok alapításakor nem szabad elfelejtkezni a„klinikai fizikus” szakma növekvô fontosságáról és ön-állósodásáról.

Az érettségi vizsgáztatásban való részvételbôl a tanáridiplomával nem rendelkezôket sommásan kizárták. Afelsôoktatásban akár évtizedekre tekintô oktatói múltú,a szaktanárképzést meghatározó kollégák nem kaptaklehetôséget, még kevésbé ösztönzést az emelt szintûérettségiben közremûködéshez szükséges kiegészítôképzés elvégzésére. Ez is hozzájárult ahhoz a közvéle-kedéshez, hogy a felsôoktatás és a közoktatás közöttiegyüttmûködés a felvételi folyamatban jelenleg a mini-málisra csökkent.

A közoktatásban és a felsôoktatásban dolgozók közöt-ti rossz kommunikáció további jele, hogy a felsôoktatásnem kapja meg a felvettek írásbeli érettségi dolgozatait,ami rontja a felzárkóztató kurzusok személyre szabottprogramjának hatékonyságát.

Javaslatok

Ösztönözni kell az érettségi–felvételi folyamatbana közoktatás és a felsôoktatás közötti együttmûködést.

Tegyék lehetôvé a szaktanárképzést meghatározó fôis-kolai–egyetemi oktatóknak az emelt szintû érettségi fel-adatainak kidolgozásában és a vizsgáztatásban való rész-vétel feltételeként elôírt tanfolyam elvégzését akkor is, haaz oktató nem rendelkezik tanári diplomával. Legyen azérettségiben ellátott tevékenység, az ahhoz kapcsolódótovábbképzés, valamint a felzárkóztató (középiskolaikészségpótló) kurzusok tartása az egyetemi oktatómunka(óraterhelés) elismert része.

A felsôoktatási intézmény kapja meg a felvett hallgató-nak az alapszak szempontjából releváns érettségi dolgo-zatát, amelynek alapján hatékonyabban szervezheti mega felsôfokú tanulmányok elején immár kötelezôen meg-szervezett felzárkóztató kurzusokat.

A természettudományos területek tanárutánpótlásiigényét számszerû prognózis formájában térképezzék felés tanári pálya választását kiemelt oktatáspolitikai célkénttámogassák (lásd Egyesült Államok, Európai Unió).

A mesterszakot (a jelenlegi 4. és 5. évfolyam) és a pá-lyakezdés elsô három évét ötéves kiemelt ösztöndíjjaltámogassák, hogy a természettudományi végzettségûfiatal szaktanárok valóban a tanári pályát válasszák.

A valós szakemberigénynek megfelelô pályákra történôközépiskolai orientáció érdekében szükségesnek tartjukegy kötelezô természettudományi (azon belülválaszthatóan: természetismereti) érettségi tárgybevezetését.

A mûszaki szakirányú egyetemi tanulmányok sikeresmegkezdését segítené, ha legalább a mûszaki egyete-

mek(!) megfelelô alapszakjain felvételi követelménylenne a legalább középszintû fizika érettségi vizsga.

A fizika érettségi tételei között a modern (20. századi)fizika jelenségkörét a klasszikus jelenségkörökkelegyenrangúan kell szerepeltetni.

A kísérletes fizika érettségi célját csak akkor érheti el,ha az oktatási kormányzat biztosítja az összes magyarközépiskola számára az alapvetô kísérletek tanulói elvég-zéséhez minimálisan szükséges eszközöket.

Az Eötvös Loránd Fizikai Társulat és a Magyar Nukleá-ris Társaság szakmai segítséget kíván nyújtani az érettségitételeket összeállító OKÉV-nek országosan elterjeszthetô,egyszerû demonstrációs eszközök és az azokkal végez-hetô modern fizikai kísérletek fejlesztésére. Az e céllalkiírt elsô társulati pályázat eredményét 2006 júniusábanhirdetjük ki. Reméljük az OM, az OKI és az OKÉV támo-gatását a legjobb javaslatok elterjesztésének megvalósítá-sában (megvásárlás, legyártás és tanárok kiképzése).

Javasoljuk a természettudományok mindegyikét átfo-gó, a természettudományok elôrehaladásának középisko-lai megjelenítését fejlesztô pályázat OM-szintû meghirde-tését. Adjon támogatást a program a meglévô eszközökmûködôképességének biztosításához is.

A kísérletes oktatási eszközök vonzó demonstrációseszközeit megalkotó középiskolai tanárok szakmai elôre-lépését (nemzetközi publikálás, tudományos fokozatszerzése stb.) az OM ösztöndíjakkal támogassa.

A fizika (bôvebben a természettudományi tárgyakbanteendô) emelt szintû érettségi választására ösztönzéstadó többletpontrendszert igénylünk,amely a középiskolai tanulmányok egész idôszakábanvállalt és a magyar tehetséggondozás bizonyítottan ered-ményes rendszeréhez tartozó aktivitások mindegyikételismeri.

• Javasoljuk az országos részvételû, a szakmai társa-ságok szakmai garanciája mellett lebonyolított és a fizikateljes jelenségkörét átfogó, legnagyobb hagyományú fizi-ka tanulmányi versenyek elsô 5 helyezettjének többletfelvételi pont megadását, amennyiben eredményes emeltszintû fizika érettségit tesznek.

• Javasoljuk a Középiskolai Matematikai és Fizikai La-pok feladatmegoldó versenyén a fizikából 3 éven át fo-lyamatosan az elsô 10 helyezett között végzô tanulóknaktöbblet felvételi pont megadását, amennyiben eredmé-nyes emelt szintû fizika érettségit tesznek.

A többletpontokat azon alapszakok felvételi sorrendjé-nek kiszámításánál vegyék figyelembe, amelyeken a fizikaérettségin elért eredményeket egyébként is beszámíthatják.

Megfontolandó, hogy többletpontot általában (bár-mely tantárgyban) csak akkor kaphasson a tanuló, ha amegfelelô területen emelt szintû érettségit tesz.

Jelen összefoglaló értékelésünket és javaslatainkat azOktatási Miniszternek és a közoktatást felügyelô helyettesállamtitkárnak megküldjük. Eljuttatjuk továbbá a MagyarTudományos Akadémia fôtitkárához is, kérve a köztestü-let szakmai támogatását.

az ELFT elnöksége


NÉGYSZÖGLETES KERÉK

138. PROBLÉMA

Egy tavon lebegô, álló vízibiciklirôl fejest ugrik a tóbaegy gyerek. Melyik állítás igaz a vízibicikli és a gyerekvízszintes irányú lendületére az ugrás pillanatában?a) Vízibiciklinek és a gyereknek azonos lesz a lendülete.b) Egyenlô nagyságú, de ellentétes irányú lesz a lendü-

letük.c) A gyereknek nagyobb, a vízibiciklinek ezzel ellentétes

irányú és kisebb lesz a lendülete.(A 2005. évi középszintû fizika érettségi egyik – hibásanértékelt – feladata.)

A 138. PROBLÉMA MEGOLDÁSA

A helyes válasz: c)!Igaz ugyan, hogy vízszintes irányú külsô erôk hiányá-

ban egy zárt rendszer vízszintes irányú lendülete nem vál-tozhat meg (nyilván erre gondoltak a feladat kitûzôi, ami-kor a (b) választ jelölték meg hivatalos megoldásként), eza tétel azonban a jelen esetben nem alkalmazható!

A gyerek és a vízibicikli ugyanis nem tekinthetô zártrendszernek, hiszen az elugró gyerek nem csak a vízibi-ciklit, hanem a körülötte levô vizet is meglöki. A lendület-

megmaradás törvénye szerint tehát a gyerek vízszintes irá-nyú lendülete egyenlô nagyságú, de ellentétes irányú lesza vízibicikli és a meglökött víz együttes lendületével.

Gondolhatunk esetleg arra, hogy a víz lendülete (amelynagyságrendileg a kiszorított víz tömegének és a meglököttvízibicikli sebességének szorzatával egyenlô) elhanyagol-ható a vízibicikli lendületéhez képest. Ez azonban nem for-dulhat elô, hiszen a kiszorított víz tömege éppen egyenlôkell, hogy legyen a vízibicikli és a gyerek össztömegével;egyébként nem teljesülne az úszás (lebegés?) feltétele.

(Gnädig Péter, Budapest)

139. PROBLÉMA

Egy fiatal eszkimó fókavadász az új szigonyát próbálgat-ja. A kisméretû, de nehéz szigonyhoz a földön fekvô vé-kony, hosszú, gondosan (gubancolódásmentesen) össze-tekert lánc csatlakozik. Amikor az eszkimó függôlegesenfelfelé elhajítja a szigonyát, az olyan magasra emelkedik,hogy a róla lelógó lánc tömege éppen megegyezik a szi-gony tömegével. Vajon hányszor magasabbra repülne azugyanekkora kezdôsebességgel függôlegesen feldobottszigony, ha nem lenne hozzákötve a lánc?

(Varga István, Békéscsaba)

PÁLYÁZATOK

DOKTORI ISKOLÁKBudapesti Mûszaki és GazdaságtudományiEgyetem

A BME TTK Doktori Iskola pályázatot hirdet a fizika terü-letén a 2006/2007. tanévben induló doktori (PhD) kép-zésben való részvételre. A következô programokra lehetjelentkezni:– Kondenzált anyagok fizikája (szilárdtestfizika,

anyagtudomány, statisztikus fizika)– Alkalmazott fizika (optika, lézerfizika, holográfia, felü-

letfizika, reaktorfizika)Jelentkezési határidô: 2006. május 31.További információk: [email protected]

Eötvös Loránd Tudományegyetem

Az ELTE TTK Fizika Doktori Iskola pályázatot hirdet a2006/2007. tanévben induló doktori (PhD) képzésben va-ló részvételre. A következô programokra lehet jelentkezni:

– Anyagtudomány és szilárdtestfizika– Részecskefizika és csillagászat– Statisztikus fizika, biológiai fizika és kvantumrendsze-

rek fizikájaJelentkezési határidô: 2006. május 31.További információk: http://teo.elte.hu

Szegedi Tudományegyetem

A SZTE TTK Fizika Doktori Iskola pályázatot hirdet a2006–2007-es tanévben induló doktori képzésben valórészvételre. A következô programokra lehet jelentkezni:– Biofizika– Elméleti és matematikai fizika– Optika, lézerfizika, lézerek alkalmazásai– Szilárdtestfizika, lézerfény–anyag kölcsönhatás– Fizikai képalkotó módszerek az orvostudományban,

radiológia– Csillagászat, asztrofizika

NÉGYSZÖGLETES KERÉK – PÁLYÁZATOK 141

Jelentkezési határidô: 2006. május 15.Információk és dokumentációk: http://www.u-szeged.huhttp://titan.physx.u-szeged.hu/~vinko/FDI/FDI.html

Debreceni Egyetem

A Debreceni Egyetem TTK „Fizikai tudományok” DoktoriIskolája pályázatot hirdet a 2006/2007. tanévben indulódoktori (PhD) képzésben való részvételre. A következô

programokra lehet jelentkezni nappali, levelezô és egyé-ni képzésben:– Atom- és molekulafizika– Magfizika– Szilárdtestfizika és anyagtudomány– Fizikai módszerek interdiszciplináris kutatásokban– RészecskefizikaJelentkezési határidô: 2006. május 5.További információk kaphatók: http://dragon.unideb.hu/~physphd/

DOKUMENTUM

George W. Bush: STATE OF THE UNION ADDRESS– részlet

2006. március 13-án a Mindentudás Egyetemén Hogyan lehet egyszerrejátékos és tudományos a fizika? címmel Szabó Gábor akadémikusnagysikerû eladást tartott. Az elôadás fizikai kísérleteinél négy kiválótanár: Vida József, Nagy Anett, Härtlein Károly, valamint Piláth Károlymûködött közre.

Az elôadásban Szabó professzor néhány rendkívül figyelemreméltóbekezdést idézett George W. Bush, az USA elnöke 2006. január 31-éntartott State of the Union Address elnevezésû, az elmúlt év amerikaiszempontból legfontosabb eseményeit értékelô beszédébôl. Tekintettelarra, hogy ez a részlet a tudományos kutatás és oktatás alapvetô fontos-ságú vonatkozásait érinti, érdemes szó szerinti fordításban idézni:

„És hogy megtarthassuk Amerika versenyképességét,mindenekfelett egy dologban legyünk eltökéltek: tovább-ra is elsônek kell lennünk a világban az emberi kreativi-tás és tehetség terén. Legnagyobb elônyünk mindig isképzett, keményen dolgozó és ambiciózus polgáraink-ban rejlett, és ezt az elônyt meg is fogjuk tartani. Ma estemeghirdetem az Amerikai Versenyképességi Kezdeménye-zés t, melynek célja az innováció támogatása a gazdaságminden területén, valamint az, hogy gyermekeinknekbiztos alapokat adjunk a matematika és a természettudo-mányok terén.

Elôször is javaslom, hogy a következô tíz évben dup-lázzuk meg az élettelen természettudományok terén fo-lyó, legfontosabb alapkutatási programok támogatását.Ezzel Amerika legkreatívabb elméinek nyújtunk támoga-tást ahhoz, hogy olyan ígéretes területeken kutassanak,mint a nanotechnológia, a szuperszámítógépek, vagy azalternatív energiaforrások.

Másodszor javaslom, hogy állandósítsuk a kutatás–fejlesztés jelenlegi adókedvezményeit, hogy ezzel a ma-gánszektort merész technológiai befektetésekre bátorít-

suk. Az állami és magánszektorban folyó kutatások bôví-tése javítja életminôségünket, és biztosítja, hogy az elkö-vetkezendô évtizedekben Amerika világelsô legyen alehetôségek és innováció terén.

Harmadszor, bátorítanunk kell a gyermekeket arra,hogy több matematikát és természettudományt tanuljanak.Egyúttal tanterveink legyenek kellôen szigorúak ahhoz,hogy más nemzetekkel felvehessük a versenyt. Ehhez jóalapot biztosít a Nincs lemaradó gyermek törvényünk,amely az alsóbb osztályokban országszerte emeli a színvo-nalat és javítja a vizsgaeredményeket. Mai javaslatom az,hogy képezzünk ki 70000 középiskolai tanárt az emeltszintû matematikai és természettudományi órák tartására,továbbá vigyünk 30000 matematikus és természettudomá-nyos kutatót az osztálytermekbe. Nyújtsunk idôben segít-séget azoknak, akiknek nehézségeik vannak a matemati-kával, hogy javítsuk esélyeiket jó, magas fizetésû munka-helyek megszerzésére. Ha lehetôvé tesszük, hogy az ame-rikai gyermekek sikeresek legyenek az életben, ôk majdelérik azt, hogy Amerika sikeres legyen a világban.

Nemzetünk felkészítése a nemzetközi versenyre olyancél, amelyet mindnyájan magunkénak tekinthetünk.Nyomatékkal kérem önöket, hogy támogassák az Ame-rikai Versenyképességi Kezdeményezést, hogy együttmegmutathassuk a világnak, mire képesek az amerikaiemberek…”

Az idézett mondatok önmagukért beszélnek. Tekintettel arra, hogy ne-künk is Magyarország boldogulása a legfontosabb célunk, érdemes lenneelgondolkodni azon, vajon természettudósaink és pedagógusaink mellettoktatásunk felelôs vezetôi is úgy látják-e, hogy (élettelen) természettudo-mányos oktatásunk színvonalán még sok sürgôs javítanivaló akad?

Szerkesztoség: 1027 Budapest, II. Fo utca 68. Eötvös Loránd Fizikai Társulat. Telefon/ fax: (1) 201-8682A Társulat internet-honlapja http://www.elft.hu, e-mailcíme: [email protected] az Eötvös Loránd Fizikai Társulat, felelos: Németh Judit foszerkeszto.

Kéziratokat nem orzünk meg és nem küldünk vissza. A szerzoknek tiszteletpéldányt küldünk.Nyomdai elokészítés: Kármán Tamás, nyomdai munkálatok: OOK-PRESS Kft., felelos vezeto: Szathmáry Attila ügyvezeto igazgató.

Terjeszti az Eötvös Loránd Fizikai Társulat, elofizetheto a Társulatnál vagy postautalványon a 10200830-32310274-00000000 számú egyszámlán.Megjelenik havonta, egyes szám ára: 700.- Ft + postaköltség.

HU ISSN 0015–3257


HÍREK – ESEMÉNYEK

A TÁRSULATI ÉLET HÍREIAz Eötvös Loránd Fizikai Társulat 2006. május 27., szom-baton 10.00 órai kezdettel tartja Küldöttközgyûlését azEötvös Egyetem Fizikai épületének (Budapest, XI. Páz-mány Péter sétány 1/A) 083. elôadótermében.

A Küldöttközgyûlés nyilvános, azon bárki részt vehet.A Küldöttközgyûlésen a Társulat bármely tagja felszólal-hat, de a szavazásban csak a területi és szakcsoportokáltal megválasztott és küldöttigazolvánnyal rendelkezôküldöttek vehetnek részt.

Amennyiben a küldöttközgyûlés a meghirdetett idôpontban nemhatározatképes, akkor munkáját 10.30-kor, vagy a napirend elôtti elô-adás után kezdi meg. Az ily módon megismételt Küldöttközgyûlés amegjelent küldöttek számára való tekintet nélkül határozatképes, de ajelen értesítésben szereplô tárgysorozatot nem módosíthatja.

Napirend elôtti elôadást (kezdete 10 óra) tart HorváthDezsô (KFKI RMKI): Szimmetriák és sértésük a részecskékvilágában – a paritássértés 50 éve címmel.

Az Elnökség a Küldöttközgyûlésnek a következô tárgy-sorozatot javasolja:

1. Elnöki megnyitó; 2. A Szavazatszámláló bizottságfelkérése; 3. Fôtitkári beszámoló, 3.1 A Társulat 2005. éviközhasznúsági jelentése, 3.2 A Társulat 2006. évi költség-vetése, 3.3 Határozati javaslat; 4. A Felügyelô Bizottságjelentése; 5. Vita és szavazás a napirend 3.–4. pontjaivalkapcsolatban; 6. A jelölôbizottság elôterjesztése a 2007-ben hivatalba lépô elnök személyére; 7. Vita és választás;8. A Társulat díjainak kiosztása; 9. Zárszó.

AZ AKADÉMIAI ÉLET HÍREI

Akadémiai kitüntetésekFIZIKAI FÔDÍJ

A Fizikai Fôdíjat FAZEKAS PATRIK, az MTA Szilárdtestfi-zikai és Optikai Kutatóintézet tudományos tanácsadójanyerte el az erôsen korrelált elektronrendszerek elméleteterületén végzett, nemzetközi szinten is kiemelkedô tu-dományos munkásságáért, valamint a mágnesség modernkutatása hazai iskolájának létrehozásáért.

FIZIKAI DÍJDERÉNYI IMRE, az ELTE TTK Fizikai Intézet, Biológiai

Fizika Tanszéke egyetemi adjunktusa, a molekuláris mo-torfehérjék mûködési mechanizmusának feltárásában, abiológiai membrán nanocsövek kialakulásának és dina-mikájának megértésében, valamint a komplex hálózatokszerkezeti és dinamikai tulajdonságainak vizsgálatábanelért kiemelkedô eredményeiért;

FÜLÖP ZSOLT, az MTA Atommagkutató Intézete igazga-tóhelyettese, a kísérleti nukleáris asztrofizika terén elérteredményeiért, különös tekintettel a világegyetem fejlô-désének, a kémiai elemek keletkezésének kutatásáért. Ekísérleti munkák olyan különleges nagyberendezéseketigényelnek, amelyek kizárólag nemzetközi együttmûkö-désben érhetôk el. Fülöp Zsolt például résztvevôje azeurópai LUNA-II együttmûködésnek, amely föld alá tele-

pített gyorsítót használ és a RIKEN–ATOMKI japán–ma-gyar együttmûködésnek, melynek keretein belül egzoti-kus atommagok vizsgálhatók radioaktív nyalábot elôállí-tó gyorsítórendszer segítségével;

PETROVAY KRISTÓF, az ELTE TTK Csillagászati Tanszékdocense, a napfizika témakörében folytatott, nemzetköziszinten is kiemelkedôen eredményes kutatásaiért, vala-mint a hazai oktatásban való intenzív részvételéért része-sült a díjban.

AKADÉMIAI IFJÚSÁGI DÍJFARKAS ILLÉS, az MTA–ELTE Biológiai és Fizikai Kutató-

csoport tudományos munkatársa és PALLA GERGELY, azELTE Biológiai és Fizikai Kutatócsoport tudományosmunkatársa Komplex hálózatok vizsgálata statisztikusfizikai módszerekkel,

PUSZTAI TAMÁS, az MTA Szilárdtestfizikai és OptikaiKutatóintézet, tudományos fômunkatársa Megszilárdulásifolyamatok modellezése,

SMAUSZ KOLUMBÁN TAMÁS, az MTA–SZTE LézerfizikaiKutatócsoport tudományos munkatársa Az impulzuslé-zeres anyagátvitel alkalmazási lehetôségei a biológiá-ban és az orvostudományban címû munkájukért nyer-ték el a díjat.

Ünnepi tudományos ülés a 70 éves Zawadowski Alfréd tiszteletére2006. április 7-én ünnepi tudományos ülést rendeztekZawadowski Alfréd akadémikus 70. születésnapja tisz-teletére. Az ünnepeltet Kroó Norbert, az MTA alelnöke,Horváth Zalán, az MTA Fizikai Tudományok Osztálya

elnöke és Kertész János, a BME Fizikai Intézeténekigazgatója köszöntötte. Az ülésen neves magyar és kül-földi kutatók tudományos elôadással tisztelegtek azünnepelt elôtt.

HÍREK – ESEMÉNYEK 143

KÖNYVESPOLC

Szatmáry Zoltán, Aszódi Attila: CSERNOBIL – tények, okok, hiedelmekTypotex Kiadó, Budapest, 2005.

1 Érdemes megjegyezni, hogy akkor beszélünk balesetrôl, ha személyisérülés történt. Ennek hiányában az eseményt üzemzavarnak nevezik.

Vannak olyan távoli események, amelyek közfigyelmet keltenek,noha maga az esemény nincs hatással az életünkre. A figyelemoka lehet empátia, mélyen átérezzük a távoli tragédia borzalmát,vagy a félelem, ha nem tudjuk, milyen hatással lesz, lehet éle-tünkre. A csernobili tragédia esetében vélhetôen a félelem volt adöntô. Egyesek azonnal igyekeztek elbagatellizálni az eset kö-vetkezményeit, mások pedig eltúlozták azt. Csak a szakemberektudták, milyen következményekkel is járt valójában a baleset otta távoli helyszínen, és járhat majd itt, Magyarországon.

Majd húsz év elteltével két szakember elhatározta, hogy kö-zérthetô módon megírja a valóságos „Csernobil sztorit”. A vál-lalkozás komoly erôfeszítést igényel, hiszen csak úgy lehet köz-érthetô módon elmondani, mi miért történt, ha egyszerû eszkö-zökkel leírják az atomreaktorok mûködésének alapjait, a sugár-védelem és a statisztika néhány alapelemét. Noha napjainkbanmár egy általános célra alakult kft. is kaphat milliós támogatástegy nukleáris kérdéseket tárgyaló kiadvány elkészítésére, aszerzôk – igen helyesen – úgy vélték, sem a négyfaktor-formu-la, sem a mágikus atommagok nem váltak még a pesti folklórrészévé. A reaktorok mûködését sikerült 17 oldalon érthetôenelmondani, a radioaktív sugárzást és biológiai hatásait 24 oldalismerteti, képekkel, képletek nélkül, érthetôen.

A baleset leírásánál (ami a szóban forgó mûben mindössze10 oldal) sokkal fontosabb a balesetekhez vezetô okok és kö-vetkezmények vizsgálata (kb. 100 oldal). A baleset okai közötta szerzôk szerepeltetnek egyéni okokat, mint a kezelôszemély-zet felelôtlen magatartása, szervezeti okokat (miért engedélyez-ték egy pozitív visszacsatolású ipari berendezés használatát) éstársadalmi okokat (miért nem választották szét a hadseregnekszükséges plutónium termelését a civil célokat szolgáló ener-giatermeléstôl). Az okok vizsgálata azért is fontos, mert vélhetô-en egyre inkább rá leszünk szorulva veszélyes berendezések(autó, autópálya, veszélyes anyagok és módszerek) használatá-ra. Okulni kell tehát minden balesetbôl!

Immáron hétköznapi eset, ha azonos tényekbôl két személyvagy két szervezet homlokegyenest ellentétes következtetések-re jut. A híradásokat elborító politikában ez nem meglepô, hi-szen a politikus azt mondja, ami érdekében áll. Meglepô vi-szont, hogy a bíróságok gyakran hoznak ellentétes ítéletet azo-nos tényanyagból kiindulva. Azért meglepô, mert a bíróság egyvita eldöntésére létrehozott társadalmi intézmény, ítélete ment-hetetlenül azt jelenti, az egyik félnek igaza van, a másiknaknincs. A bíróság ítéletének komoly következményei vannak.

Nem lehet minden kérdéssel a bíróságra rohanni. Ki fogja el-dönteni, mi a szennyezett levegô, a rossz ivóvíz következménye?Hogyan tudjuk eldönteni, mitôl betegedett meg a gyerek és ki afelelôs érte? Valamikor az általánosan elfogadott nézet szerintegy-egy kérdés alapos és pártatlan vizsgálatával egy tudományosintézményhez kell fordulnunk, ám amióta a tudomány rákény-szerült tudása áruba bocsátására, ez a bizalom elillant. A tudomá-nyos intézmények tekintélye árucikk lett. Azt látjuk a reklámban,hogy fehérköpenyes, komoly, tudós kinézetû emberek bármelymosóporról kijelentik (feltehetôen jó pénzért), hogy a vizsgáltmosópor jobb, mint az összes többi. A végeredmény? A társada-lom magára hagyta az egyént: döntsd el magad, miben hiszel.

Nagynéném egy alkalommal a paksi mosótartály üzemzava-ra1 kapcsán megkérdezte tôlem, kell-e félni az esettôl. Tagadóválaszomat annak ellenére fogadta nyilvánvaló kétkedéssel,hogy apró gyermekkorom óta ismer. Íme egy eset, amikor a

tudomány hitelvesztését saját bôrömön tapasztaltam. Ez perszesokkal jobban bántott, mint a zöldek által gyakran használtatomlobbi kifejezés, noha ez utóbbi azt akarja sugallni, hogyaki érti, mi történik egy atomreaktorban, az már eleve elfogult,hiszen abból él, amihez ért. Azt már csak hozzágondolják, hogyaz ilyen embertôl jobb óvakodni, hiszen bármire képes állásavédelmében (nem úgy, mint a nemes, önfeláldozó zöldek).Valójában egy szakember abban érdekelt, hogy tudását igénybevegyék, az, hogy véleménye alapján milyen intézkedés születik,ugyanúgy nem érdekli, mint egy matematikust, hogy a vizsgáltegyenlet gyöke pozitívnak vagy negatívnak adódott.

Ebben a légkörben a baleset kapcsán lehetne a konkrét esettelfoglalkozni, ám a szerzôk érdemének tartom, hogy figyelmüketaz általános jelenségekre fordítják. Az egyik kérdés, amelyet vizs-gálnak: Miért vádolták a nukleáris szakmát hazugsággal a cserno-bili események kapcsán? Végre valakinek van bátorsága feltenniezt a kérdést! Kétségtelen tény, hogy a tájékoztatás akkoriban ne-hézségekbe ütközött, noha megvolt rá a készség a szakemberekoldaláról. Emlékszem, Fehér István nem kapott a TV-híradóbanpár percet, hogy elmondja, mi a helyzet. A szerzôk vélhetôen sze-mélyeskedésnek vélték és elkerülték azon kollégák megnevezé-sét, akik a „pártos” tájékoztatást felvállalták a híradásokban.

A tájékoztatáshoz kapcsolódik egy másik vitás kérdés is. Azújságok nem szeretik az adatokat (ritka, hogy egy újságbanmegjelent adat pontos legyen), imádják a szenzációt, ezért mégegy ismeretterjesztô rovattól sem várhatunk korrekt tájékozta-tást. A szerzôk végre felvetik a kérdést: mennyiben felelôs amédia a félretájékoztatásért? Én nem emlékszem arra, hogyelôttük valaki is felvetette volna a TV-híradó szerkesztôjének fe-lelôsségét, mert nem adott pár percet egy olyan kérdés megvi-tatására, amely az egész országot foglalkoztatta. Nem merült fela napilapok, hetilapok szerkesztôinek, fôszerkesztôinek, újság-íróinak felelôssége sem, hogy a kétségtelenül meglévô adatoknem jutottak el az olvasókhoz. Érdekes módon, a felelôtlen,hozzá nem értô tájékoztatás viszont helyet kapott a sajtóban.Évekkel az esemény után megjelentek olyan újságírók, akik fel-tehetôen anyagi érdekbôl hosszú idôn keresztül szedték a sápota csernobili álhírek után, magukat pedig az igazság bajnokánaktüntették föl. Errôl Szatmáry és Aszódi könyvében nem esikszó, feltehetôen a kiadó (vagy a szerkesztô?) közbeavatkozásavezetett a fenti esetek kihúzásához.

Szatmáry és Aszódi könyvébôl kirajzolódik a nyolcvanasévek valósága. A mindent átszövô politika, a gúzsba kötött tájé-koztatás, a szakmai viták arról, hogy szabad-e tájékoztatni aközvéleményt részben bizonytalan elemzésekre támaszkodva,ez volt a nyolcvanas évek valósága. Ez volt az a táptalaj, ame-lyen a legvadabb, máig élô tévhitek is megtelepedtek.

Egy szó, mint száz: Szatmáry Zoltán és Aszódi Attila: Cserno-bil címû könyvét jó szívvel ajánlom mindenki figyelmébe. Méga zöldekébe is, tanulni ugyanis sohasem késô. Az újságírók,tanárok, diákok a könyvet nukleáris témákhoz háttéranyagkéntis fel tudják használni. A többiek pedig színvonalas, érdekes éshasznos olvasmányra lelnek a könyvben.

Makai MihályBME Nukleáris Technikai Intézet


1. ábra.Magyarország globálsugárzás térképe. A legvilágosabb rész jelentiaz 1300 kWh/m2 összenergiát, a legsötétebb árnyalat az 1175 kWh/m2-t.Az alföldi régiót a kevés felhô tünteti ki.

2. ábra. Amorf szilíciumból készült napelem és annak sematikus rajza

napfény

fogyasztóáram

p-félvezetõ

n-félvezetõ

MINDENTUDÁS AZ ISKOLÁBAN

A NAPENERGIA MODERN FELHASZNÁLÁSI LEHETÔSÉGEI

Gyorsan fejlôdô társadalmunk energiaigénye az utóbbiévtizedekben egyre nô. Ezt az igényt elsôsorban fosszilisenergiaforrások eltüzelésével elégítjük ki, ami azonban akörnyezetet károsítja. A fosszilis szén, olaj, földgáz ener-giahordozók ráadásul kimerülôben vannak, ezért jelenkorunk figyelme az alternatív energiaformák felé fordul.Az alternatív energiaforrások a geotermikus energia, anukleáris energia és a megújuló energiaforrások. Ezutóbbiak legtöbb esetben a napsugárzás folyamatosan ér-kezô energiájából származnak, mint a szél-, a nap- és avízi energia. A napsugárzás elôször a Föld felszínét mele-gíti, és a levegô ennek hatására melegszik csak fel. Ebbôlered a légkör egyenlôtlen felmelegedése, ami a szeleketokozza. A napenergia hatására elpárolgó víz a csapadék-kal a hegyekbe kerül, ez adja a vízi energia (helyzetienergia) kihasználásának lehetôségét. A napsugárzásenergiáját ezeken kívül közvetlenül is fel lehet használni.Amikor a napenergiát felhasználjuk, átalakítjuk valami-lyen más energiaformává, ami lehet elektromos áramvagy hô. Az energia felhasználása történhet kis méretek-ben, háztartásokban néhány kW teljesítménnyel, vagyépíthetünk nagy kiterjedésû és teljesítményû erômûveketis. Hazánkban egyik sem terjedt még el a gyakorlatban.

A Nap mélyén, annak központjában atommagfúziósreakciók termelik az energiát. Ez a forrása a napsugárzástalkotó elektromágneses hullámok energiájának is. A lég-körben a napfény különbözô frekvenciái (színei) külön-bözôen nyelôdnek el, és a felszínre érve megmaradóenergiája négyzetméterenként 1,3 kW. Ez az energia fo-lyamatosan melegíti a Föld felszínét. Megújuló energiá-nak azért hívjuk, mert a Napban zajló magfúzió energiájamég évmilliárdokig képes lesz fedezni a napsugárzásenergiáját. A Nap energiája egyike a tiszta energiáknak,felhasználásának általában nincs környezetet károsítómellékhatása. Mennyisége azonban nagy területen oszlik

szét, az energiakoncentráció kicsi. Az energia átalakításihatásfoka a jelenlegi technikai színvonalon is még elégalacsony. A napelemek esetén körülbelül 15%, a napkol-lektorok esetén körülbelül 80% hatásfok érhetô el. A fel-használható napenergia mennyisége az évszakoktól és anapsütéses órák számától is függ. Ezt a környezô dom-borzat mellett leginkább a meteorológiai viszonyok általmeghatározott felhôzet-leárnyékoló hatása befolyásolja.Az 1. ábra hazánk területén 1 m2-re jutó éves napenergiamennyiségét (globálsugárzás) ábrázolja.

A napenergia felhasználása otthonokban

A napenergia átalakítását elektromos árammá a napele-mek végzik. A napelem egy félvezetô dióda, benne egyn-típusú és egy p-típusú anyaggal szennyezett félvezetôréteg helyezkedik el. A napelemre beesô fény fotonjaifotoelektromos effektussal elektronokat hoznak mozgás-ba, és löknek át az egyik félvezetô rétegbôl a másikba (2.ábra ). Így a napenergia intenzitásával arányos áram ke-letkezik. Ezt közvetlenül fel lehet használni például fény-források táplálására, az általános felhasználáshoz azon-ban 50 Hz-es váltóáramot kell elôállítani belôle.

Egy lakás, családi ház energiafogyasztását egy körülbe-lül 6–10 kW teljesítményû energiaforrás képes fedezni.Egy 10 m2-es napelem a legerôsebb napsütésben 13 kWteljesítményt tud felvenni, és körülbelül 2 kW energiát ter-mel. A lakás energiaigényéhez ezért 30–50 m2-es napelemlenne szükséges. Ez egyrészt túl nagy a tetô felületéhezképest, másrészt nagyon drága. A napelemek anyagánakszerkezete háromféle lehet az ár és hatásfok csökkenôsorrendjében: monokristályos, polikristályos és amorf szi-líciumos félvezetô. A napelemek ára szorosan kapcsoló-dik a mikroprocesszorok árának alakulásához, hiszenmindkettôt a félvezetô-technológiák határozzák meg. Alegújabb technológia az üveg típusú napelem, melyek ab-lakokba is beszerelhetôk. Ezen modern technológiák a fi-zikai anyagtudományi kutatások eredményei, melyek so-rán számos intelligens anyag gyártása válik lehetôvé.

Általában az energiát nem a déli legnagyobb napsütésidején szeretnénk felhasználni, hanem este. A napenergia

B3

felhasználását ezért kiegészíti a tárolásának technológiá-

3. ábra. Napkollektor szerkezete és elhelyezkedése egy családi házon

4. ábra. Napteknô (354 MW) a kaliforniai Mojave sivatagban (http://www1.eere.energy.gov/solar/csp.html)

koncentrátor(tükör)

gyûjtõ

5. ábra. Napkémény

fedél

hideglevegõ

szélturbina

kémény

forró levegõ

ja, mely lehet akkumulátoros, vagy hidrogéncellás, deezek napjainkban még nem terjedtek el.

A napenergia jóval hatékonyabban felhasználható, hahôvé alakítjuk. Az erre szolgáló napkollektorok használataegyre terjed a családi házak melegvízellátására. A fosszilisenergiahordozókat felhasználó kazánokat nem váltják ki,de hatékonyan rásegítenek. A technológia jelenlegi szint-jén az olcsóbb napkollektorok körülbelül 15 év alatt térül-nek meg (kb. 200–500 ezer forintos beruházás). A napkol-lektorban a napenergia egy csôvezetékben keringô folya-dékot melegít fel, amely a családi ház melegvíztárolójánakhôellátását képes biztosítani (3. ábra ). A napkollektorleggazdaságosabb típusa a vákuumcsöves, szelektív bevo-nattal ellátott kollektor. A legfontosabb szempont, hogy afelmelegített csôrendszer ne adja le az energiáját hôveze-téssel, hosszúhullámú elektromágneses sugárzás útján, ésne is verje vissza a napsugarakat. Az elsô miatt kell vá-kuumcsôbe helyezni azt a rézcsövet, ami a felmelegítettfolyadékot szállítja. A második két tulajdonságot az úgy-nevezett szelektív bevonat teszi lehetôvé. Ez a gyorsanfejlôdô technológia mai állása szerint, egy vékony, nikkel-bôl és alumínium-oxidból álló porózus réteg, mely vissza-veri a hôsugárzást, és jól elnyeli a napfényt.

Naperômûvek

A napenergia nem koncentrált energia. Az erômûvekteljesítményének eléréséhez nagy területrôl kell begyûj-teni a napsugárzás energiáját. Ez kiterjedt építkezéseket,precíz technológiák nagy tömegû megvalósítását jelenti.A napelemek kis hatásfoka és a szilícium drága gyártha-tósága miatt az erômûvi napenergia-felhasználás a napsu-garak energiáját leggyakrabban elôször hôvé alakítja, deléteznek napelemes rendszerek is. Már maga az a tény ismeglepô, hogy léteznek naperômûvek, de a tiszta leve-gôjû, leginkább napsütötte helyeken (például sivatagban)ez gazdaságos lehet. Napelemekbôl álló legnagyobb maierômû a Mülhausenben lévô 6,3 MW maximális teljesít-

ményû telep, amely évente 6,75 GWh energiát termel,ami 770 kW átlagteljesítményt jelent. A termikus naperô-mûvek elsô típusa a napteknô (4. ábra ). Ez a napener-giát egy hosszú vályúhoz hasonlító tükörrendszerrel fo-kuszálja, melynek keresztmetszete parabola alakú, egyszelektív bevonatú, vákuumos csôrendszerre, melyben akeringô folyadékot jelentôsen fel tudja melegíteni. Ez arendszer egy hôtartályt melegít, amibôl az energiát több-féle módon is ki lehet venni. Egyszerû esetben gôzgépethajtanak meg, vagy Stirling-motort alkalmaznak.

A napfarm alapgondolata hasonló. Itt a meleg hôtar-tályt nem egy csôrendszer melegíti, hanem egy nagy terü-let napfényét tükrözik a központban álló „víztorony” fo-lyadékjára. Sok tükröt kis motorok egyenként forgatnak aNap járásának megfelelôen, mindig úgy, hogy a napto-rony tetejére fokuszálódjon. Itt a fény több száz métert ismegtesz a levegôben, amíg a tükörtôl a toronyhoz ér,ezért csak a tiszta, kis elnyelôképességû helyek alkalma-sak. A kaliforniai Barstow-ban 1999-ben fejezték be a SunII. projektet, amely egy 10 MW-os, energiaelnyelô folya-dékként olvadt sót felhasználó naptorony kísérleti üze-meltetése volt. A projekt alapján tervezik a lakosságienergiatermelésre is használható jövôbeni erômûveket.

A napkémény energiaátalakítási képessége az üveg-házhatáshoz hasonló hatáson alapul. Egy több száz métersugarú területen a felszín feletti néhány méter magas le-vegôt üvegfedéllel zárjuk le. A felszín által kibocsátotthosszú hullámú elektromágneses sugárzást ez visszaveri,de a fentrôl jövô napsugarakat átengedi. A fedél alattilevegô jelentôsen felmelegszik és kitágul, ezért a közé-pen lévô kéménybe áramlik, és ott a nagy területrôl ösz-szegyûlt meleg levegô gyorsan áramlik felfelé – ez lénye-gében mesterséges szél. A kéménybe hagyományos szél-turbinákat helyezve, azok villamos energiát állítanak elô(5. ábra ). Ausztráliában nemrégiben elfogadott projektszerint New South Wales-ben épül meg az elsô ilyen ké-mény, amely több mint 1000 méter magasságával az em-ber által épített legmagasabb épület lehet. A projekt elô-készítéseként egy 50 kW-os napkémény üzemelt (1982–1989-ig) a spanyol Manzanaresben.

Horváth ÁkosELTE Atomfizikai Tanszék

A képek és további információ forrásai a weben:http://www.naplopo.huhttp://www.napenergia.lap.huhttp://napenergia.freeweb.huhttp://www.xsany.comhttp://www.energylan.sandia.gov/sunlab/

B4

fizikai szemlefizikaiszemle.hu/archivum/fsz0604/FizSzem-200604.pdf · Fizikai Szemle MAGYAR FIZIKAI...

Documents

Transcript of fizikai szemlefizikaiszemle.hu/archivum/fsz0604/FizSzem-200604.pdf · Fizikai Szemle MAGYAR FIZIKAI...