• A hab előállítható egy egyliteres műanyag flakon erőteljes felrázásával, miután tettünk b e l e 200 c m vizet és e g y kevés h a b k é p z ő anyagot. (Például 2 c m3
mosogatószert vagy 1 kávéskanál kék Ariel mosóport, . . . )
• A kísérletsorozat elvégzésénél kerüljük a radioaktív forrás felesleges fog- dosását.
• Kíséreljük m e g a béta-sugárzás kimutatását habkamránkkal. Ez n e m fog sikerülni. Egy 0,2 μCi aktivitású 3 890Sr β sugárforrást használva, a h a b o n e g y óra eltelte után s e m lesz semmilyen észlelhető elváltozás.
• A v é k o n y s z a p p a n b u b o r é k o k felépítését tanulmányozva (*) próbáljunk magyarázatot adni a habdetektor működésére.
M e g j e g y z é s : a Fizikai Szemle 1 9 9 6 / 4 számában Kawakatsu Hiroshi és Kishi- zawa Shinichi Radioaktív sugárzások kimutatása „kóbor macska" módszerekkel c í m ű c i k k e nyomán értesülhetünk az a sugárzás habbal t ö r t é n ő kimutatásáról.
Ott erről „buborékkamra" megnevezéssel írnak. Ez az e l n e v e z é s a z o n b a n - mindannak ellenére, hogy a hab szappanbuborékokból áll - m é g s e m valami szerencsés. A buborékkamra maradjon csak továbbra is a Glaser-féle folyadé- kokkal töltött g ő z b u b o r é k o s részecskedetektor m e g n e v e z é s e .
(*) Olvasd el a Firka 1 9 9 5 - 9 6 / 3 . számában Rajkovits Zsuzsa „Színes szappan- hártyák" c. cikkét.
B í r ó T i b o r Marosvásárhely
I s m e r k e d é s az energiával é s a n n a k t e r m é s z e t é v e l - I.
Az ipari termékek gyártása és általában m i n d e n n e m ű ipari termelés energia- fogyasztással jár. Az iparban megszokottan használt energiaféleségek a m e c h a n i - kai-, villamos-, hő-, víz- és atomenergia. A mechanikai energiát szolgáltatják a különféle motorok (amelyekkel a középiskolai tankönyvek k e l l ő terjedelemben foglalkoznak). A villamos energia termelése v é g s ő soron megköveteli a villamos generátorok használatát (ezeket motorok, g ő z g é p e k vagy más természetű meg
hajtórendszerek működtetik). A nagy ipari erőműveket főleg villamos energia termelésére használják. Lakások és különféle más helyiségek fűtésére a fűtő illetve m e l e g í t ő k ö z p o n t o k szolgálnak. Az e z e k b e n termelt h ő m e n n y i s é g e t tehát n e m villamos energia termelésére használják. Emberi számítások szerint c s a k n e m végtelen m e n n y i s é g ű n e k tekinthető a Nap által kisugárzott h ő m e n n y i s é g a m e l y - n e k évi hányada 2 , 8 . 1 03 0 kcal. Ennek a Föld felé irányuló része 1 , 4 . 1 02 1 kcal, s e b b ő l a Föld felszínére jut 0 , 6 . 1 02 1 kcal. E kisugárzás folytán a Nap t ö m e g e é v e n t e t ö b b millió kg-al c s ö k k e n , e z azonban nem változtatja m e g l é n y e g e s e n a kisugárzott hőmennyiséget m é g 16 billió év után sem. Az említett számadatokkal kapcsolatban é r d e m e s rámutatni, h o g y a Föld összes ásványi, szén, földgáz és kőolaj tartalékának e l é g e t é s e útján csupán 8 . 1 01 8 kcal nyerhető. Ezzel s z e m b e n a Föld urán é s tórium készletéből 1 4 5 . 1 01 8 kcal hőenergia fejleszthető, ami 18-szor n a g y o b b a Föld tüzelőanyag készletéből n y e r h e t ő mennyiséggel s z e m b e n . E z érthetővé teszi azt a világviszonylatban j e l e n t k e z ő általános törekvést, h o g y minél
F i r k a 1 9 9 7 - 9 8 / 2 7 7
t ö b b energiát termeljenek atomerőművek segítségével. Ezáltal a szállítás is leegyszerűsödik, hiszen 1 kg 235-ös tömegszámú uránból annyi h ő e n e r g i a fejleszthető, ami 3 millió kg j ó m i n ő s é g ű kőszén elégetését t e n n é s z ü k s é g e s s é (tehát mindent leegyszerűsítve, ha urán szállítása e s t é n 1 vasúti kocsira van szükség, u g y a n a k k o r k ő s z é n e s e t é b e n kb. 3 millió vasúti kocsit kell használni).
Tekintélyes mennyiségű, természetes eredetű hőenergia n y e r h e t ő termálvizek felhasználásával, vagy geotermikus k ö z p o n t o k építésével, a m e l y e k b e n a Föld m é l y é b e n rejlő hőenergiát e g y energiahordozó segítségével (például vízzel) hozzák a felszínre, sokszor 1 0 0 m-nél is n a g y o b b mélységből. Ez a m ó d s z e r k ü l ö n ö s e n az aktív vulkánokhoz közel álló területeken alkalmazható j ó e r e d - ménnyel. Az így nyert hőenergiát (rendszerint melegvíz vagy vízgőz alakjában) h e l y s é g e k fűtésére, növényházak melegítésére stb. használják. Termálvizek használatakor n a g y gondot kell fordítani annak korróziómentesítésére, mivel e l l e n k e z ő e s e t b e n a használt csövezet fémanyaga aránylag rövid i d ő alatt tönkremegy.
Az említetteken kívül jelentősek m é g azok az eljárások, amelyek során: szél, tengeri árapály, tengeri hullámzás, folyóvizek, mozgási energiáját hasznosítják, villamos energiává alakítva a megfelelő generátorok segítségével. Kivételt k é p e z a tengeri hullámzás, amiből közvetlenül villamos energiát nyernek a „piezoelekt- romos" tulajdonságokkal r e n d e l k e z ő kristályok, (például kvarc) felhasználásával.
A b i z o n y o s kristályokra gyakorolt n y o m ó e r ő hatására, a kristálylapok két ellen
tétes oldalán l e v ő felületek között villamosfeszültség keletkezik, amit azután hasznosítanak. A kinetikus energiaforrásokat felhasználó e r ő m ű v e k közül a l e g n a g y o b b a k é s a legtöbb mechanikai illetve villamos energiát termelik a vízierőművek.
A vízierőművek a víz (folyóvizek) kinetikus illetve potenciális energiáját használják fel, ami e l s ő fokon a vízturbinák segítségévek mechanikai energiává alakul, amivel fűrészüzemeket, vízimalmokat stb. működtetnek, vagy villamos g e n e r á t o r o k a t h o z n a k m ű k ö d é s b e , amelyek villamos áramot szolgáltatnak.
Viszont röviden szólnunk kell a vízturbinákról, amelyek a hidraulikus motorok csoportjába tartoznak. A vízierőművekben felhasználható vízhozamtól é s a földrajzi-geológiai viszonyoktól függően a vízturbinák három típusát szokták h a s z n á l n i . E z e k a k ö v e t k e z ő k : Pelton-féle vízturbina ( 1 . á b r a ) , amit kis v í z h o z a m o k d e nagy esési magasság ( 3 0 0 - 1 2 0 0 m ) esetén használnak j ó e r e d - m é n n y e l ; Francis-féle vízturbina (2. ábra), amit k ö z e p e s vízhozam és esési magasság ( 1 0 0 - 6 0 0 m ) e s e t é n szoktak használni és Kaplan-típusú vízturbina ( 3 . á b r a ) , amit nagy vízhozam és kis esési magasság ( 3 5 - 1 0 0 m ) esetén működtetnek
7 8 Firka 1 9 9 7 - 9 8 / 2
(például a D u n a m e n t é n épült víz
e r ő m ű v e k b e n ) .
Amint a jelzett ábrákból látható, v a l a m e n n y i v í z t u r b i n a - t í p u s l é n y e g é b e n e g y turbina házból és egy forgó részből (rotor) áll. A Pel- ton típusú turbina forgórészének vízszintes tengelye van, a peremén pedig lapátok, illetve kupa-szerű különleges geometriájú szerkezeti e l e m e k találhatók, amikre a víz t ö b b tíz, e s e t e n k é n t t ö b b száz méter magasságból érintőlegesen
jut és így m o z g á s b a n tartja a forgórészt. A Francis és Kaplan típusú turbináknál a forgórésznek függőleges tengelye van. Az e l ő z ő n é l a víz érintőlegesen ömlik b e , a vízszintes síkban e l h e l y e z k e d ő ütközőlapátokra, míg a Kaplan turbinában sugárirányban ömlik b e a víz néhány méter magasságban, majd főleg súlyánál fogva mozgásban tartja a turbina légcsavarszerűen kiképzett forgórészét. A víznek a turbinaházból való gyors távozása növeli a turbina hatásfokát. É p p e n ezért a víz a turbinaházból egy fokozatosan s z é l e s e d ő e l v e z e t ő csatornán (diffúzor) keresztül távozik valamennyi típusú vízturbinából. A villamos vízerőművek működtetéséhez szükségünk van egy természetes vízforrásra, amely rendszerint folyóvíz szokott lenni. Ha e n n e k a vízhozama ( m3/ ó r a ) elég nagy, a k k o r a vizet e g y kisméretű, ún. elterelő gát segítségével irányítják a vízturbinákhoz. Kisebb, és főleg az évszakonként változó hozamú folyóvizek e s e t é b e n szükségessé válik egy n a g y o b b méretű gát megépítése, aminek a segítségével e g y kisméretű gyűjtőtavat h o z n a k létre, s így az e b b e n összegyűjtött vízzel biztosítani lehet az e r ő m ű egyenletes működését akkor is, amikor a folyóvíz vízhozama c s ö k k e n . A nagyteljesítményű vízerőművek ( 2 0 0 - 6 0 0 M W stb.) folyamatos m ű k ö d t e t é s é h e z sokmillió k ö b m é t e r tárolt vízre van szükség ahhoz, hogy a természetes vízhozam c s ö k k e n é s e n e o k o z z o n zavart az e r ő m ű üzemelésében. Ilyenkor nagyméretű gyűjtőgátat építenek, amivel e g y e g é s z völgy vízkészletét fel tudják fogni, sőt még a szomszédos völgyekben található, kisebb folyóvizek, p a t a k o k folyóvizét is ide terelik mesterséges úton, (külszíni csatornákkal, vagy földalatti v e z e t é k e k - kel). Egy ilyen gyűjtőgátat csak olyan völgyekben szabad megépíteni, ahol t ö m ö r a talajszerkezet, mert k ü l ö n b e n állandó vízveszteséggel, (elfolyással) kell számolni. Végül m e g kell említenünk még azt az esetet, amikor a külszíni viszonyok lehetővé teszik egy nagy gyűjtőgát megépítését, a z o n b a n az évsza- konkénti nagy hőmérsékletingadozásokkal a gépházat, ahol a turbinák, a vil- lamos generátorok stb. vannak, a föld alatt kell megépíteni. A víznek az e r ő m ű hálózatán belüli, külszíni elterelésére szolgáló járatokat elterelő csatornáknak, míg a föld alatti, mesterségesen kiképzett járatokat kényszervezetékeknek nevezik.
Ugyanígy nevezik azokat a vezetékeket is, amelyek külszíniek ugyan d e a víz áramlása zárt térben játszódik le. A vízerőmű egyenletes fenntartása végett a vízturbinák működtetésére szánt vizet előzőleg e g y ún. víztoronyba vezetik (ami a kiegyenlítő készülék szerepét tölti b e ) , ahonnan azután a k é n y s z e r v e z e t é k e k e n keresztül mindvégig állandó magasságból juttatják a turbinákhoz. A földalatti gépházzal rendelkező vízerőművek esetén a turbinákból kikerülő vizet e g y vízelvezető alagúton keresztül juttatják a külszíni elfolyóba.
d r . V o d n á r J á n o s Kolozsvár
Firka 1 9 9 7 - 9 8 / 2 7 9
