Kostka Pál

A hazai fizikatörténet jeles emléke

A berni szabadalmi hivatal "III. osztályú műszaki szakértője" 1905-ben több cikket is közölt az Annalen der Physik című folyóiratban. Ezekben magyarázatot adott a fényelektromos jelenségre, és bevezette a foton fogalmát; értelmezte a "nyugvó folyadékban lebegő részecskéknek a hő molekuláris elméletéből következő mozgását"; megalapozta a speciális relativitáselméletet; levezette a tömeg és az energia ekvivalenciáját kifejező E=mc2 összefüggést.
    Einstein "csodaévének" centenáriumán, 2005-ben - szerte a világon - a fizika évét ünneplik. A Természet Világában is kicsit több szó lesz a fizikáról és a fizikusokról. Első írásunkkal a legendás műegyetemi professzorra, szerkesztőbizottságunk tagjára, Simonyi Károlyra és úttörő munkájára emlékezünk.

Simonyi Károly professzor és munkássága emlékét eleveníti fel az a régi magfizikai részecskegyorsító berendezés, amelyet 2004 tavaszán az ELTE Természettudományi Karának lágymányosi épületében állítottak fel, és 2004. május 19-én - ünnepség keretében - mutattak be. A gyorsítót Simonyi Károly - akkori munkatársaival - az 1949/51-es években építette meg. Ez az a készülék, amelynek segítségével 1951. december 22-én Magyarországon először végeztek mesterségesen gyorsított elemi részecskékkel atommag-átalakítást. Lítiumfémet bombáztak protonokkal, és a protonok energiáját folyamatosan növelve - a 441 keV energián rezonanciaszerűen fellépő Li(p,g)Be magreakció révén - berillium keletkezett, amely azután jól detektálható, erős g-sugárzás felléptével két a-részecskére bomlott. Bár a gyorsítót a későbbiekben valamennyire átalakították, szerkezete főként az eredeti felépítés darabjait tartalmazza (lásd címlapunkat).

A készüléket ezért a hazai fizikatörténet jelentős emlékének tekinthetjük, befogadásával és felállításával az Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kara méltó emléket állított Simonyi Károlynak, és megmentette a berendezést a fizika, a természettudományok és a tudománytörténet érdeklődői és tisztelői számára.

A gyorsító eredetileg a Műegyetem soproni Bánya-, Kohó- és Erdőmérnöki Karának elektrotechnika tanszékén épült, amelynek tanszékvezetője Simonyi professzor volt. Amikor vezetésével 1952-ben megalakult a KFKI atomfizikai osztálya, a berendezés a KFKI-ba került, ahol átépítés után elektrongyorsítóként 1962-ig működött. Lebontása után először a KFKI, majd a Budapesti Történeti Múzeum és az Országos Műszaki Múzeum raktáraiban volt, végül a TTK atomfizikai tanszéke vette oltalmába. A tárolás idején kétszer állították ki: 1973-ban a Pest, Buda, Óbuda egyesítésének 100. évfordulójára rendezett kiállításon tekinthették meg más műszaki emlékekkel együtt az érdeklődők, majd 2001-ben az Álmok álmodói - Világraszóló magyarok kiállításon. Az utóbbi kiállítást megelőzően - a több évtizedes raktározás nyomainak eltüntetése céljából - jelentős restaurálásra került sor, amit a KFKI RMKI munkatársai végeztek el.

A gyorsító létrehozásáról és az evvel kapcsolatos munkákról Simonyi Károly és munkatársai 1951-ben, majd részletesen 1952-ben, a fizikus-vándorgyűléseken számoltak be [1, 2, 3]. Az első gyorsításról és az akkori körülményekről a leghitelesebben Simonyi professzor [4] beszél. A beszámolók alapján a berendezésről, a többéves előkészületekről, nehézségekről, de a továbblépés akkori elképzeléseiről is képet kaphatunk.

Nem ez volt az egyetlen gyorsító, amely Simonyi professzor irányításával, elképzelései alapján készült. Néhány éven belül - szinte egy időben - több gyorsítót is építettek vagy kezdték meg tervezését, kivitelezését. Az egyiknél szerzett tapasztalatokat azon nyomban felhasználhatták a másiknál. Noha rendeltetésük különbözött, az építési tapasztalatok szempontjából hasonlítottak. Ezek a készülékek összetartozó csoportot alkotnak.

Ezeknek a gyorsítóknak közös tulajdonságuk, hogy ún. direkt gyorsítók, amelyeknél egyetlen gyorsítási aktusban kapják meg a részecskék teljes végenergiájukat. A legelső feladat ezért mindenképpen egy olyan feszültségforrás megépítése volt, amely képes a szükséges több száz kV egyenfeszültség előállítására. Simonyi az 1940-es évek elején a Bay Zoltán vezette műegyetemi atomfizika tanszéken már foglalkozott egy kaszkádgenerátor és a hozzá csatlakozó gyorsítóegység létesítésével. Sajnos, a berendezés még üzembe vétele előtt, a háborús események kapcsán tönkrement, csupán egyes alkatrészeit használhatták később fel. Sopronban újabb kaszkádgenerátor építésére nem voltak meg az eszközök, ezért a könnyebben megvalósítható Van de Graaff-féle szalaggenerátorral állították elő a gyorsítófeszültséget. Több ilyen generátor készült (1. ábra), amelyeken szalaganyagokat próbáltak ki; a szalagok mechanikai futását és a töltésszállítás, töltés rávitel-leszedés körülményeit s a nagy feszültséget befolyásoló tényezőket vizsgálták [1].

1. ábra. A soproni Van de Graaff-generátorok csoportja

Harmadik készüléküket már gyorsítónak tervezték. Ezért a feszültségforrás kiegészült gyorsítócsővel, ionforrással és vákuumrendszerrel. Mint a 2. ábrán látható, a nagyfeszültségű elektródot három tartóoszlop tartotta, ezek a porcelán támszigetelők fogták körül a gyorsítócsövet és a szalagot. Mivel feszültségforrás esetében a korábbi készülékek tapasztalatai már rendelkezésre álltak, főként az ionforrással, a vákuumrendszerrel és a gyorsítócsővel kellett foglalkozni. A leírások szerint a megfelelő vákuumtechnika megteremtése komoly gondot okozott, s a különböző tömítetlenségek felkutatása és megszüntetése is igen időigényesnek bizonyult csakúgy, mint az ionforrás kikísérletezése. A Thonemann-féle nagyfrekvenciás ionforrás egyik változatát alkalmazták, amelyben a kisülést induktív módon, közvetlenül az oszcillátor rezgőköri tekercsével gerjesztik [5]. A forrás beállítása, kezelése gyakori beavatkozást igényelt, ezért célszerűen - a szokásostól eltérően - a gyorsító földpotenciálú oldalán helyezték el. Ennek következménye azonban az volt, hogy a protonokkal bombázandó céltárgy a gyorsító nagyfeszültségű oldalára, a szigetelőlábakon álló elektródba került - a magreakciót detektáló műszerrel, sőt a jelenséget megfigyelő és a detektort kezelő személlyel együtt. Az utóbbi - nem veszélytelen - feladatot maga Simonyi professzor vállalta.


2. ábra. Az első hazai gyorsítóberendezés Sopronban

Az első gyorsítási kísérletek után a készüléket - a tapasztalatok alapján - alkalmassá kellett tenni a pontos magfizikai mérésekre. Úgy gondolták, hogy ehhez "elsősorban a gyorsítás irányát kell megváltoztatni, ki kell egészíteni a berendezést egy feszültségstabilizálóval, és fokozni kell a feszültségmérés pontosságát. Nem utolsósorban ki kell dolgozni komoly sugárvédelmet is" [2].

Ugyanakkor Simonyi Károlyban és munkatársaiban kezdettől fogva megvolt az igény, hogy a részecskék energiáját nagyobbra növeljék, mint a gyorsítójukkal elérhető 700-750 keV. Mivel a szabadtéri generátorok a levegő viszonylag gyenge szigetelőképessége miatt nem alkalmasak sokkal nagyobb feszültségek előállítására, világszerte egyre több helyen kezdték meg a tankgenerátorok építését, amelyeknél a szigetelést a tankba zárt nagynyomású szigetelőgáz biztosítja, és a gyorsító szerkezete - ionforrással, gyorsítócsővel együtt - a tank belsejében helyezkedik el. Mindmáig sok ilyen elrendezésű direkt gyorsító működik, olyan is, melynél a feszültséget nem töltőszalag segítségével állítják elő. Sopronban ugyancsak megépült egy tankba szerelt szalaggenerátor, feszültségforrásként ki is próbálták (3. ábra). A berendezéssel 8 bar túlnyomásnál 1,2 MV-ot tudtak előállítani. Az 1. ábrán érzékelhető a méretkülönbség a szabadtéri berendezésekhez képest. A tankgenerátorral is voltak további terveik: nagy energiájú röntgensugárzás előállítása céljából gyorsítócsövet és elektronforrást kívántak beépíteni, de a feszültséget is tovább akarták növelni [3].


3. ábra. A soproni tankgenerátor

1952-től a KFKI-ban lényegesen jobb lehetőségek nyíltak, mint Sopronban. Ezért meg is változtak a korábbi soproni célkitűzések. Míg ott csupán a meglevő két készülék továbbfejlesztésén gondolkodtak - hogy azok minél megbízhatóbb, a kutatásban jól használható készülékekké váljanak -, addig Csillebércen szélesebb és nagyobb távlatokban tervezhettek: "Nagyobb készülékek építésével meg kell teremteni az alapot a szélesebb fronton való kutatásra" - írta Simonyi Károly egyik feljegyzésében [6]. Ennek szellemében indult meg 1952-ben párhuzamosan a csillebérci első kaszkádgenerátor építése, a soproni gyorsító átépítése és a 4 MV-os tankgenerátor tervezése, majd gyártása.

Simonyi Károly irányításával az atomfizikai osztályon először egy teljesen új készülék épült könnyű ionok gyorsítására: kaszkádkapcsolású feszültségforrás a mellé épített gyorsítórésszel, gyorsítócsővel, rádiófrekvenciás ionforrással, földpotenciálon levő targetszerelvényekkel, vákuumrendszerrel. A felsorolt készülékrészek mindegyikénél hasznosíthatták a soproni vagy a műegyetemi tapasztalatokat. Az első műszaki rajzok 1952. október elején készültek, 1953. április 22-én volt az első feszültségpróba, amelynél a teremméretek 940 kV-on szabtak határt a további feszültségnövelésnek, és 1953. július 23-án reprodukálni tudták Csillebércen azt a Li(p,g)Be magreakciót, amellyel Sopronban is bizonyították a készülék működőképességét [7]. A szükséges kiegészítések, alakítások után 1954-ben indulhatott meg - a biztonságosnak tűnő 800 kV-os gyorsítófeszültségig - a rendszeres munka a gyorsítóval [8].

Mivel az ionok gyorsítására új készülék épült, a Sopronból áthozott szabadtéri Van de Graaff-gyorsítónak és a tankgenerátornak más feladat jutott. A szabadtéri készüléket elektronok gyorsítására, illetve nagy energiájú röntgensugárzás előállítására alakították át, a tankgenerátor pedig további előtanulmányként szolgált a 4 MeV-es tankgenerátor számára. Főként a szalagtöltés és a nagyfeszültség növelésének körülményeit vizsgálták a nagynyomású gázban.

Szerephez jutott a Sopronban készült, két első Van de Graaff-feszültségforrás is. Egyrészt nagyfeszültségű generátorként szolgáltak szigetelésvizsgálatoknál, másrészt gyakorlóberendezésekként működtek az 1952-től csatlakozó új munkatársak számára, akiknek nem voltak soproni tapasztalataik. Néhány évvel később a generátorok egyikét feszültségforrásnak építették be abba az elektrongyorsítóba, amely műegyetemi hallgatói mérések számára készült a BME elméleti villamosságtan tanszéke számára.

A soproni szabadtéri Van de Graaff-gyorsítót némileg átépítették. Magasabb lett, mert az új terem ezt megengedte, így kb. 1000 kV-os feszültséget is előállíthattak. Új, 6 részes gyorsítócső került az előző helyére, melynek elektródái egy feszültségosztóról kapták a potenciáljukat. A nagyfeszültségű elektródba az elektronforrást és tápegységeit tették, amelyeket a a vezérlőpultról állítottak be egy mechanikus rendszerrel. Az elektronnyalábot egy 90°-os eltérítőmágnes vízszintes irányba fordította, hogy a kísérletekhez szükséges mérőkamrának, eszközöknek elegendő helyük legyen. Egyben ez a mágnes szolgált az elektronok energiájának pontos mérésére is [9]. Ebben az állapotban látható az ELTE TTK épületében újra felállított készülék. 1954. január közepén gyorsítottak vele először elektronokat, ettől kezdve a készülék további fejlesztésével párhuzamosan indultak meg a fizikai kísérletek.

4-5. ábra. A berendezés munka közben (KFKI, 1955 körül) és végső helyén (ELTE, 2004)

Az eddigiekből valószínűleg jól érzékelhető az az intenzitás, amellyel Simonyi professzor osztálya a kísérleti bázist megteremtette, hiszen a kaszkádgenerátor két év alatt a semmiből vált működő berendezéssé, s a szabadtéri Van de Graaff-gyorsító alig másfél év után elektronokat szolgáltatott. Ezekkel párhuzamosan a 4 MV-os tankgenerátor létesítése is nagy ütemben haladt előre: első gyártási rajzai 1952 június-júliusában készültek, tankja 1953 decemberére, belső szerkezete 1954-ben készült el, úgyhogy a feszültségpróbára is még ugyanabban az évben sor kerülhetett. A többi soproni berendezésen is folytak kísérletek, és vizsgálták az ionforrást, a vákuumátütéseket. Hozzá kell tenni, hogy az előkísérleteken, a műszaki tervek készítésén, a készülékek összeszerelésén túlmenően a berendezések nagy részének gyártása is az osztály munkája volt.

Mindezek a munkák - Sopronban és Budapesten - azt az egyetlen célt szolgálták, hogy a magfizikai kísérleteket avval a flexibilitással végezhessék, amely csak a mesterségesen gyorsított, nagy energiájú részecskékkel érhető el. Simonyi professzor úr céltudatos munkássága, munkatársait, beosztottait magával ragadó, szívós és kitartó munkája alig pár év alatt hozott eredményeket: Csillebércen megkezdték működésüket az első részecskegyorsítók. Ebben a munkában volt az egyik legfontosabb láncszem a soproni szabadtéri Van de Graaff-gyorsító (4-5. ábra).
 

Irodalom

[1] Karlovits József, Lux András, Schmidt György: Beszámoló a Van de Graaff-generátorok építésénél szerzett tapasztalatokról. (Szabadtéri generátorok). KFKI Közl. 1 (1953) 84.
[2] Erő János, Karlovits József, Schmidt György: Magreakciók létrehozására szolgáló teljes kísérleti berendezés. KFKI Közl. 1 (1953) 90.
[3] Karlovits József, Schmidt György: Beszámoló a Van de Graaff-generátorok építésénél szerzett tapasztalatokról. (Tankgenerátor). KFKI Közl. 1 (1953) 88.
[4] Staar Gyula: A soproni részecskegyorsító. Beszélgetés Simonyi Károllyal. Természet Világa, 2001. december, 540.
[5] Erő János: Vizsgálatok rádiófrekvenciás ionforráson. Magyar Fizikai Folyóirat, III. (1955) 529.
[6] RMKI-irattár
[7] Mérey Imre: Szemelvények a K 800-as munkanaplójából. A KFKI 5 éve, 1950-1955. Kiadvány az MTA KFKI ötéves fennállása alkalmából, Budapest 1955, 62.
[8] Mérey Imre: A KFKI atomfizikai osztályának 800 kV-os kaszkádgenerátora. Magyar Fizikai Folyóirat, III. (1955) 489. Pásztor Endre, Siegler Jánosné: A KFKI atomfizikai osztályának 800 kV-os részecskegyorsító berendezése. Magyar Fizikai Folyóirat, III. (1955) 497.
[9] Berkes István, Demeter István, Kostka Pál: A Központi Fizikai Kutató Intézet atomfizikai osztályának 1 MV-os Van de Graaff-gyorsítója. Magyar Fizikai Folyóirat, VI. (1958) 209.

Simonyi Károly Általános Iskola, Egyházasfalu

"Egyházasfalu iskoláján, ahová tízéves koromig jártam, felirat hirdette: Római Katolikus Népiskola. Két nagy teremből állt, az egyiket kisiskolának nevezték, ebben tanultak az elsőtől harmadik osztályosok, a nagyiskolában pedig a negyedik, ötödik, hatodik osztály" - így emlékezett 1986-ban Simonyi Károly szülőfaluja iskolájra.
    Egyházasfalu Általános Iskolája azóta igencsak átalakult. A modern épületben ma már nemcsak két tanteremben folyik az oktatás. A neve 2004. június 19-e óta a közakaratot követve:

Simonyi Károly Általános Iskola.

    Az iskolába igyekvő kisdiákokat a néhány éve elhunyt, legendás hírű műegyetemi professzor bronzszobra fogadja, szelíd mosollyal (Veress Gábor szobrászművész alkotása). Vajon mikor néz vele szembe egy újabb "kis Simonyi"?

S. Gy.

Természet Világa, 135. évfolyam, 11. szám, 2004. november
http://www.chemonet.hu/TermVil/ 
http://www.kfki.hu/chemonet/TermVil/