Известные люди

»

Джеймс Чедвик

В 1911 г. Ч. начал аспирантскую работу под руководством Эрнеста Резерфорда в физической лаборатории в Манчестере. Именно в это время эксперименты по рассеянию альфа-частиц (которые рассматривались как заряженные атомы гелия), пропущенных посредством тонкую металлическую фольгу, привели Резерфорда к предположению, что вся масса атома сконцентрирована в плотном положительно заряженном ядре, окруженном отрицательно заряженными электронами, которые, как известно, обладают сравнительно малой массой. Ч. получил уровень магистра в Манчестере в 1913 г., и в этом же году, став обладателем стипендии, он уехал в Германию, чтобы заниматься изучением радиоактивность под руководством Ханса Гейгера (бывшего ассистента Резерфорда) в Государственном физико-техническом институте в Берлине. Когда в 1914 г. началась первая мировая махаловка, Ч. был интернирован как британский гражданин и больше 4 лет провел в лагере для гражданских лиц в Рулебене. Хотя Ч. страдал от суровых условий, подтачивавших его самочувствие, он принял участие в научном обществе, созданном его товарищами по несчастью. Деятельность этой группы получила поддержку со стороны некоторых немецких ученых, охватывая Вальтера Нернста, с которым Ч. познакомился, будучи интернирован.

Ч. вернулся в Манчестер в 1919 г. Незадолго перед этим Резерфорд обнаружил, что бомбардировка альфа-частицами (которые ныне рассматривались как ядра гелия) может побудить распад атома азота на больше легкие ядра других элементов. Несколько месяцев через Резерфорда выбрали на место директора Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, и он пригласил Ч. следовать за ним. Ч. получил стипендию Уоллестона в Гонвилл-энд-Кайус-колледже, Кембридж, и смог трудиться с Резерфордом, продолжая эксперименты с альфа-частицами. Они выяснили, что при бомбардировке ядер нередко образуется то, что, по-видимому, является ядрами водорода, легчайшего из элементов. Ядро водорода несло позитивный заряд, равноправный по величине отрицательному заряду соответствующего электрона, но обладало массой, на глаз в 2 тыс. раз превышающей массу электрона. Резерфорд позднее назвал его протоном. Становилось ясно, что атом как целое был электрически нейтральным, оттого что цифра протонов в его ядре равнялось числу окружающих ядро электронов. Однако такое цифра протонов не согласовалось с массой атомов, за исключением простейшего случая водорода. Чтобы устранить такое расхождение, Резерфорд предложил в 1920 г. идею, что ядра могут содержать электрически нейтральные частицы, которые позднее он назвал нейтронами, образованные соединением электрона и протона. Противоположная точка зрения состояла в том, что атомы содержат электроны как за пределами, так и внутри ядра и что негативный заряд ядерных электронов без затей нейтрализует доля заряда протонов. Тогда протоны ядра давали бы совершенный вклад в общую массу атома, а их суммарный заряд был бы как раз таковой, чтобы нейтрализовать заряд окружающих ядро электронов. Хотя к предположению Резерфорда о том, что существует нейтральная частица, отнеслись с уважением, но все же не было экспериментального подтверждения этой идеи.

Ч. получил докторскую уровень по физике в Кембридже в 1921 г. и был избран членом ученого совета Гонвилл-энд-Кайус-колледжа. Два года через он стал заместителем директора Кавендишской лаборатории. Вплоть до конца 20-х гг. он исследовал такие атомные явления, как ненатуральный распад ядер легких элементов под действием бомбардировки альфа-частицами и спонтанное испускание бета-частиц (электронов). В процессе этой работы он мыслил над тем, как позволительно было бы удостоверить наличие резерфордовской нейтральной частицы, при всем при том решающие исследования, позволившие это совершить, были проведены в Германии и Франции.

В 1930 г. немецкие физики Вальтер Боте и Ханс Беккер обнаружили, что при бомбардировке некоторых легких элементов альфа-частицами возникает излучение, обладающее особой проникающей силой, которое они приняли за гамма-лучи. Гамма-лучи впервой стали известны как излучение, порождаемое радиоактивными ядрами. Они обладали большей, чем у рентгеновских лучей, проникающей способностью, потому что у них больше короткая длина волны. Однако некоторые результаты озадачивали, в особенности когда в качестве мишени для бомбардировки использовался бериллий. При этом излучение в направлении движения падающего потока альфа-частиц обладало большей проникающей способностью, чем обратное излучение. Ч. предположил, что бериллий испускает поток нейтральных частиц, а не гамма-лучи. В 1932 г. французские физики Фредерик Жолио и Ирен фолио-Кюри, исследуя проникающую способность излучения бериллия, помещали различные поглощающие материалы между бомбардируемым бериллием и ионизационной камерой, выполнявшей образ регистратора излучения. Когда в качестве поглотителя они взяли парафин (вещество, богатое водородом), то обнаружили повышение, а не уменьшение излучения, выходящего из парафина. Проверка привела их к выводу, что усиление излучения связано с протонами (ядрами водорода), выбиваемыми из парафина проникающей радиацией. Они предположили, что протоны выбиваются в результате столкновений с квантами (дискретными единицами энергии) необычайно мощного гамма-излучения, аналогично тому как электроны выбиваются при столкновении с рентгеновскими лучами (результат Комптона) в эксперименте, в первый раз проведенном Артуром Х. Комптоном.

Ч. стремительно повторил и расширил опыт, проведенный французской парой, и обнаружил, что толстая свинцовая пластина не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на излучение бериллия, не ослабляя его и не порождая вторичного излучения, что свидетельствовало о его высокой проникающей способности. Однако парафин снова дал добавочный поток быстрых протонов. Ч. произвел проверку, которая подтвердила, что это истинно протоны, и определил их энергию. Затем он показал, что по всем признакам чертовски негусто по всей вероятности, чтобы при столкновениях альфа-частиц с бериллием могли возникать гамма-лучи с энергией, достаточной для того, чтобы выбивать протоны из парафина с таковой скоростью. Поэтому он оставил идею о гамма-лучах и сосредоточился на нейтронной гипотезе. Приняв наличие нейтрона, он показал, что в результате захвата альфа-частицы ядром бериллия может организоваться ядро элемента углерода, причем освобождается единственный нейтрон. То же самое он проделал и с бором ещё одним элементом, порождавшим проникающую радиацию при бомбардировке альфа-лучами. Альфа-частица и ядро бора соединяются, образуя ядро азота и нейтрон. Высокая проникающая способность потока нейтронов возникает оттого, что нейтрон не обладает зарядом и, значит, при движении в веществе не испытывает влияния электрических полей атомов, а взаимодействует с ядрами только при прямых столкновениях. Нейтрону требуется кроме того меньшая энергия, чем гамма-лучу, чтобы вышибить протон, потому что он обладает большим импульсом, чем квант электромагнитного излучения той же энергии. То, что излучение бериллия в прямом направлении оказывается больше проникающим, позволительно связать с предпочтительным излучением нейтронов в направлении импульса падающего потока альфа-частиц.

Ч. кроме того подтвердил гипотезу Резерфорда, что масса нейтрона должна быть равна массе протона, анализируя обмен энергией между нейтронами и протонами, выбитыми из вещества, как если бы речь шла о соударении бильярдных шаров. Энергообмен в особенности эффективен, оттого что их массы без малого одинаковы. Он ещё проанализировал треки атомов азота, подвергшихся соударению с нейтронами, в конденсационной камере приборе, изобретенном Ч.Т.Р. Вильсоном. Пар в конденсационной камере конденсируется вдоль наэлектризованной дорожки, которую оставляет ионизирующая частица при взаимодействии с молекулами пара. Дорожка видна, хотя сама частица и невидима. Поскольку нейтрон не оказывает прямо ионизирующего воздействия, его след не виден. Ч. пришлось устанавливать свойства нейтрона по треку, оставляемому после этого соударения с атомом азота. Оказалось, что масса нейтрона на 1,1% превышает массу протона.

Эксперименты и расчеты, проделанные другими физиками, подтвердили выводы Ч., и наличие нейтрона было стремительно признано. Вскоре позже этого Вернер Гейзенберг показал, что нейтрон не может быть смесью протона и электрона, а представляет собой незаряженную ядерную частицу третью субатомную, или элементарную, частицу из тех, что были открыты. Предложенное Ч. подтверждение существования нейтрона в 1932 г. в корне изменило картину атома и проложило тракт для дальнейших открытий в физике. У нейтрона было и практическое употребление как у разрушителя атома: в различие от положительно заряженного протона он не отталкивается при подходе к ядру.

За открытие нейтрона Ч. был награжден в 1935 г. Нобелевской премией по физике. Существование нейтрона всецело установлено, сказал Ханс Плейель из Шведской королевской академии наук в своей речи на церемонии вручения, в результате чего ученые пришли к новой концепции строения атома, которая лучше согласуется с распределением энергии внутри атомных ядер. Стало очевидным, что нейтрон образует единственный из строительных кирпичей, из которых состоят атомы и молекулы, а значит, и вся материальная Вселенная.

Ч. перешел в 1935 г. в Ливерпульский универ, чтобы сотворить свежий середина физических ядерных исследований. В Ливерпуле он следил за модернизацией университетского оборудования и стоял во главе строительством циклотрона установки для ускорения заряженных частиц.

Когда в 1939 г. началась вторая мировая битва, британское руководство обратилось к Ч. с запросом, возможна ли цепная ядерная реакция, и он начал с помощью ливерпульского циклотрона исследовать эту вероятность. В следующем году он вошел в состав Модовского комитета, маленький избранной группы видных британских ученых, которая сделала оптимистические выводы о возможности Британии сотворить атомную бомбу, и стал координатором экспериментальных программ по разработке атомного оружия в Ливерпуле, Кембридже и Бристоле. В дальнейшем, при всем при том, Британия решила присоединиться к американской программе создания ядерного оружия и направила своих ученых, занимавшихся ядерными исследованиями, в Соединенные Штаты. С 1943 по 1945 г. Ч. координировал усилия британских ученых, работавших над Манхэттенским проектом (тайная программа создания атомной бомбы).

Ч. вернулся в Ливерпульский универ в 1946 г. Два года через он отошел от активной научной деятельности и возглавил Гонвилл-энд-Кайус-колледж. В 1958 г. он переехал в Северный Уэльс с женой Эйлин, до замужества Стюарт-Браун, на которой женился в 1925 г. Они вернулись в Кембридж в 1969 г., чтобы быть поближе к своим дочерям-близнецам. Ч. умер 5 лет через в Кембридже.

Кроме Нобелевской премии, Ч. получил медаль Хьюгса (1932 г.) и медаль Копли (1950 г.) Королевского общества, медаль За заслуги правительства США (1946 г.), медаль Франклина Франклиновского института (1951 г.) и медаль Гутри Физического института в Лондоне (1967 г.). Получив дворянское звание в 1945 г., он являлся обладателем почетных степеней 9 британских университетов и был членом многих научных обществ и академий в Европе и Соединенных Штатах.

Так же читайте биографии известных людей:

Джеймс Джонс James Jones

В 1966 году окончил международный факультет Джорджтаунского университета со степенью бакалавра наук. Затем отправился во Вьетнам, где был командиром..
читать далее →

Джеймс Восс James Shelton Voss

Действующий космонавт NASA.
читать далее →

Джеймс Келли James McNeal Kelly

1-й полет - с 8 по 21 марта 2001 года в качестве пилота корабля "Discovery" по программе STS-102 продолжительностью 12 дней 19 часов 49 минут 32..
читать далее →

Джеймс Гленнон

Джеймс Гленнон (англ. James Henry Glennon), (11 февраля 1857 29 мая 1940) американский адмирал.
читать далее →

Ваши комментарии

добавить комментарий