Povijesna zbivanja

19.11.2005

Pojavi današnjih nuklearnih elektrana prethodio je niz otkrića fizičara u drugoj polovini 19. stoljeća, počevši otkrićem radioaktivnosti i ionizirajućeg zračenja. Ionizirajuće zračenje svojstvo je nekih vrsta atoma da im se jezgre spontano mijenjaju i pritom emitiraju energiju u obliku zračenja. Ta se promjena jezgre naziva radioaktivnim raspadom. Emitirano zračenje može promijeniti strukturu i svojstva materijala kroz koji prolazi. Pri tome je ionizacija, odnosno izbijanje elektrona iz elektronskog omotača, najvažniji učinak. Tako emitirana energija naziva se ionizirajuće zračenje.

Pojavu ionizirajućeg zračenja zapazio je 1858. Julius Plücker po svjetlucanju razrijeđena plina, koji se nalazio između elektroda pod visokim naponom. Ove "zrake" koje iz blizine katode struje prema anodi nazvao je katodnim zrakama. U sljedećih desetak godina Johann Hittrof, William Crookes i drugi istraživači dokazali su da se katodno zračenje kreće pravocrtno, velikim brzinama i da su to negativno nabijene čestice. Joseph John Thompson odredio je 1897. omjer naboja i mase čestica katodnog zračenja, a Georg Francis Fitzgerald ih je prema

Georgu Johnstoneu nazvao elektronima. Da bi izveo katodno zračenje iz staklene cijevi, Philippe Lenard u stijenci je cijevi načinio otvor zatvoren tankom berilijskom pločicom. Istražujući katodno zračenje propuštanjem kroz tu pločicu, Wilhelm Conrad Röentgen zapazio je 1885. novo vrlo prodorno zračenje koje oslabljuju tek tvari vrlo velike gustoće. Röentgen ga je nazvao X-zrakama, a poslije je njemu u počast nazvano rendgenskim zračenjem. Vijest o Röentgenovu otkriću potaknula je Henrija Becquerela da 1886. nastavi svoja istraživanja luminiscencije uranovih soli. Pokazao je da uranove soli zrače nepoznato zračenje - Becquerelovo zračenje - koje zacrnjuje fotografsku ploču. Marie Sklodowska-Curie kao Becquerelova doktorantkinja je od 1897. istraživala tu pojavu te zapazila da zrače i drugi elementi, posebno teški. Ubrzo nakon toga dokazuje da je torij radioaktivan, a zajedno sa suprugom Pierrom Curiem izolira nove vrlo radioaktivne elemente - polonij i radij. Max Planck 1900. uvodi pojam kvanta energije, a Albert Einstein objašnjava fotoelektrični efekt i objavljuje specijalnu teoriju relativnosti. Ernest Rutherford je 1898. godine ustanovio da se zračenje iz urana sastoji od dviju komponenti. Prvu komponentu koja se lako apsorbira u tvarima nazvao je alfa-zračenjem, a drugu koja je prodornija nazvao je beta-zračenjem. Paul Villard je 1900. u tom snopu pronašao i treću komponentu, sličnu tvrdom rendgenskom zračenju, i nazvao je gama-zračenjem. Tek su Ernest Rutherford i Hans Geiger dokazali da su alfa-čestice jezgre atoma helija. Niels Bohr konstruira model atoma 1913. James Chadwik 1914. dokazuje da je beta-zračenje kontinuirano. Objašnjenje tog fenomena ponudio je 1930. Wolfgang Pauli iznoseći pretpostavku o postojanju još neotkrivene čestice, koju 1933. Enrico Fermi imenuje neutrinom. Godine 1930. zapaženo je da neki laki elementi, ozračeni alfa-zračenjem, zrače dotad nepoznato, vrlo prodorno zračenje. Supružnici Irene i Frédéric Joliot-Curie ustanovili su 1932. da to zračenje izbacuje protone iz tvari bogatih vodikom. James Chadwick protumačio je da je to roj čestica jednakih masa kao protoni, ali bez električnog naboja i nazvao ih je neutronima. Iste godine J. D. Cockroft i E. T. Walton izazivaju nuklearni raspad. Otto Hahn, Lise Meitner i Fritz Strassmann demonstriraju fisiju (cijepanje) uranove jezgre 1938. Godinu dana poslije Joliot-Curie, Halban i Kowarski otkrivaju emisiju neutrona pri fisiji urana.

S obzirom na njemačku ekspanzionističku politiku uoči početka Drugog svjetskog rata javljaju se prve zamisli o vojnoj uporabi fisije. Leo Szilard i Albert Einstein izvještavaju predsjednika SAD F. D Rooseveleta koji osniva Uranski komitet krajem 1939. U jeku ratnih zbivanja 1942. započinje Manhattan projekt - projekt izrade nuklearne bombe - čiji su znanstveni voditelji bili Arthur Compton i Robert Oppenheimer. Ti su radovi rezultirali ostvarenjem prve samoodržive lančane reakcije 2. prosinca 1942 na Sveučilištu u Chicagu. Tom prigodom Compton je poslao u Washington šifriranu poruku o uspjehu "Talijanski kormilar doplovio je u Novi svijet. Domoroci su ga srdačno dočekali.". Projekt je rezultirao s tri nuklearne bombe, jednom testnom ( Trinity) i dvjema kojima su bombardirani Hiroshima (uranova - Little Boy) i Nagasaki (plutonijska - Fat Man). Grupu istraživača i tehničara na Sveučilištu u Chicagu vodio je na izgradnji reaktora poznati fizičar Enrico Fermi. Reaktor, pod nazivom Chicago Pile 1 (CP-1), čija je izgradnja realizirana u okviru Manhattan projekta, bio je izgrađen od blokova grafita s umetnutim šipkama od prirodnog urana. Razlog za izgradnju prvog pravog reaktora bila je proizvodnja plutonija koji je uporabljen u bombi bačenoj na Nagasaki. Čovjek je ovim dostignućem ostvario dotad nepoznatu pojavu - oslobađanje energije atomskih jezgri i njezinu uporabu.

Nažalost, ta je energija u početku bila korištena u vojne svrhe. Završetkom Drugog svjetskog rata, započinje i era mirnodopske primjene nuklearne energije - proizvodnja električne energije u energetskim nuklearnim reaktorima korištenjem samoodržavajuće lančane reakcije fisije jezgara teških elemenata. Prvu komercijalnu nuklearnu elektranu izgradili su i u pogon pustili stručnjaci bivšeg SSSR 1954. u Obninsku. Potom je uslijedilo prvih pedeset godina pogona komercijalnih nuklearnih elektrana.

Nuklearna energija ubrzo je, pored uporabe u nuklearnim elektranama, našla svoju primjenu i u drugim tehničkim sustavima. To se prije svega odnosi na pogon brodova (npr. američki trgovački brod Savannah), ledolomaca (npr. ruski Lenjin), i podmornica (npr. američka Nautilus), eksperimentalni pogon raketa za svemirska istraživanja, proizvodnju izotopa u medicinske svrhe i dr.

Igor Vuković
19.11.2005.