Biografija Ernesta Rutherforda. Otkriće zakona radioaktivnih transformacija

Prva stranica članka E. Rutherforda u Philosophical Magazine, 6, 21 (1911), u kojem se po prvi put uvodi koncept "atomskog jezgra".

Atomsko jezgro, koje je prije 100 godina otkrio E. Rutherford, je povezan sistem protona i neutrona u interakciji. Svako atomsko jezgro je jedinstveno na svoj način. Za opisivanje atomskih jezgara razvijeni su različiti modeli koji opisuju pojedinačne specifične karakteristike atomskih jezgara. Proučavanje svojstava atomskih jezgara otvorilo je novi svijet - subatomski kvantni svijet, dovelo do uspostavljanja novih zakona održanja i simetrije. Znanje stečeno u nuklearnoj fizici široko se koristi u prirodnim naukama od proučavanja živih sistema do astrofizike.

1. 1911. Rutherford otkriva atomsko jezgro.

U junskom izdanju Philosophical Magazina iz 1911. godine objavljen je rad E. Rutherforda "Raspršenje α- i β-čestica materijom i struktura atoma", u kojem je koncept prvi put predstavljen "atomsko jezgro".
E. Rutherford je analizirao rezultate rada G. Geigera i E. Marsdena na rasipanju α-čestica na tankoj zlatnoj foliji, u kojima je sasvim neočekivano ustanovljeno da mali broj α-čestica odstupa za ugao veći od 90°. Ovaj rezultat je bio u suprotnosti sa tada dominantnim modelom atoma J. J. Thomsona, prema kojem se atom sastojao od negativno nabijenih elektrona i jednake količine pozitivnog elektriciteta ravnomjerno raspoređenog unutar sfere polumjera R ≈ 10 - 8 cm. Da bi se objasnili dobijeni rezultati od Geigera i Marsdena, Rutherford je razvio model za raspršivanje električnog naboja u tački drugog točkastog naboja zasnovan na Coulombovom zakonu i Newtonovim zakonima kretanja i dobio ovisnost vjerovatnoće raspršenja α-čestica kroz ugao θ od energije E incidentne α-čestice

Ugaona raspodjela α-čestica koju su izmjerili Geiger i Marsden mogla bi se objasniti samo pretpostavkom da atom ima centralni naboj raspoređen na području veličine<10 -12 см. Результирующий заряд ядра приблизительно равен Ae/2, где A - вес атома в атомных единицах массы, e - фундаментальная единица заряда. Точность определения величины заряда ядра золота составила ≈ 20%. Так возникла планетарная модель атома, согласно которой атом состоит из массивного положительно заряженного атомного ядра и вращающихся вокруг него электронов. Так как в целом атом электрически нейтрален - положительный заряд ядра компенсировался отрицательным зарядом электронов. Число электронов в атоме определялось величиной заряда ядра Z.

Godine 1910. mladi naučnik po imenu Marsden došao je u Rutherfordovu laboratoriju da radi. Zamolio je Rutherforda da mu da vrlo jednostavan problem. Rutherford ga je uputio da broji alfa čestice koje prolaze kroz materiju i pronađe njihovo rasipanje. Istovremeno, Rutherford je napomenuo da, po njegovom mišljenju, Marsden neće naći ništa uočljivo. Rutherford je svoje razmatranje bazirao na Tomsonovom modelu atoma koji je prihvaćen u to vrijeme. U skladu sa ovim modelom, atom je bio predstavljen sferom veličine 10 -8 cm sa jednako raspoređenim pozitivnim nabojem, u kojem su elektroni bili isprepleteni. Harmonične oscilacije potonjeg određivale su emisione spektre. Lako je pokazati da bi α-čestice trebale lako proći kroz takvu sferu i ne bi se moglo očekivati da će se raspršiti na poseban način. α-čestice su potrošile svu energiju na putu da izbace elektrone, koji su ionizirali okolne atome.
Marsden je, pod vodstvom Geigera, počeo da vrši svoja zapažanja i ubrzo je primijetio da većina α-čestica prolazi kroz materiju, ali još uvijek postoji primjetno rasipanje, a neke čestice kao da se odbijaju. Kada je Rutherford ovo čuo, rekao je:
— To je nemoguće. To je nemoguće kao što je nemoguće da se metak odbije od papira.
Ova fraza pokazuje koliko je konkretno i figurativno sagledao fenomen.
Marsden i Geiger su objavili svoj rad, a Rutherford je odmah odlučio da je postojeći koncept atoma pogrešan i da ga je potrebno radikalno revidirati.
Proučavajući zakon raspodjele reflektiranih α-čestica, Rutherford je pokušao utvrditi koja je distribucija polja unutar atoma neophodna da bi se odredio zakon raspršenja, pod kojim se α-čestice mogu čak i vratiti. Došao je do zaključka da je to moguće kada se cijeli naboj koncentriše ne na cijelom volumenu atoma, već u centru. Veličina ovog centra, koji je nazvao jezgrom, vrlo je mala: 10 -12 —10 -13 cm u prečniku. Ali gde onda staviti elektrone? Rutherford je odlučio da negativno nabijene elektrone treba rasporediti unaokolo - oni se mogu zadržati zbog rotacije, čija centrifugalna sila uravnotežuje privlačnu silu pozitivnog naboja jezgra. Prema tome, model atoma nije ništa drugo nego neka vrsta solarnog sistema, koji se sastoji od jezgra - Sunca i elektrona - planeta. Tako je stvorio svoj model atoma.
Ovaj model je naišao na potpunu zbunjenost, jer je bio u suprotnosti s nekim od tadašnjih, naizgled nepokolebljivih, osnova fizike..

P.L. Kapitsa. "Sjećanja profesora E. Rutherforda"

1909-1911 Eksperimenti G. Geigera i E. Marsdena

G. Geiger i E. Marsden su vidjeli da pri prolasku kroz tanku zlatnu foliju većina α-čestica, očekivano, leti bez skretanja, ali je neočekivano otkriveno da neke od α-čestica odstupaju pod vrlo velikim uglovima. Neke alfa čestice su se raspršile čak i u suprotnom smjeru. Proračuni jačine električnog polja atoma u modelima Thomson i Rutherford pokazuju značajnu razliku između ovih modela. Jačina polja pozitivnog naboja raspoređenog po površini atoma u slučaju Thomsonovog modela je ~10 13 V/m. U Rutherfordovom modelu, pozitivni naboj koji se nalazi u centru atoma u području R< 10 -12 см создаёт напряженности поля на 8 порядков больше. Только такое сильное электрического поле массивного заряженного тела может отклонить α-частицы на большие углы, в то время как в слабом электрическом поле модели Томсона это было невозможно.

E. Rutherford, 1911 “To je dobro poznatoα - iβ -čestice pri sudaru sa atomima supstance doživljavaju odstupanje od pravog puta. Ovo rasipanje je mnogo uočljivije uβ -čestice negoα -čestice, jer imaju mnogo niži impuls i energiju. Stoga nema sumnje da tako brzo pokretne čestice prodiru u atome koje sretnu na svom putu, te da su uočena odstupanja posljedica jakog električnog polja koje djeluje unutar atomskog sistema. Obično se pretpostavljalo da se snop raspršujeα - iliβ -zrake prilikom prolaska kroz tanku ploču materije rezultat su brojnih malih raspršivanja tokom prolaska atoma materije. Međutim, zapažanja Geigera i Marsdena pokazala su da su nekiα -čestice u jednom sudaru su skrenute za ugao veći od 90°. Jednostavna kalkulacija pokazuje da u atomu mora postojati jako električno polje da bi jedan sudar stvorio tako veliki otklon.

1911. E. Rutherford. atomsko jezgro

α + 197 Au → α + 197 Au

Ernest Rutherford
(1891-1937)

Na osnovu planetarnog modela atoma, Rutherford je izveo formulu koja opisuje raspršivanje α-čestica na tankoj zlatnoj foliji, u skladu sa rezultatima Geigera i Marsdena. Rutherford je pretpostavio da se α-čestice i atomska jezgra s kojima su u interakciji mogu smatrati tačkastim masama i nabojima i da između pozitivno nabijenih jezgara i α-čestica djeluju samo elektrostatičke odbojne sile i da je jezgro toliko teško u usporedbi s α-česticom. da se ne pomera tokom interakcije. Elektroni kruže oko atomskog jezgra na karakterističnim atomskim skalama od ~10-8 cm i zbog svoje male mase ne utiču na rasipanje α-čestica.

Prvo, Rutherford je dobio zavisnost ugla rasejanja θ α-čestice sa energijom E od vrednosti udarnog parametra b sudara sa masivnim tačkastim jezgrom. b - parametar udara - minimalna udaljenost na kojoj bi se α-čestica približila jezgru da između njih nema odbojnih sila, θ - ugao raspršenja α-čestice, Z 1 e - električni naboj α-čestice , Z 2 e - jezgra električnog naboja.
Zatim je Rutherford izračunao koliki je dio snopa α-čestica sa energijom E raspršen kroz ugao θ, u zavisnosti od naboja jezgra Z 2 e i naboja α-čestice Z 1 e. Dakle, na osnovu klasičnih zakona Newtona i Coulomb-a, dobijena je poznata Rutherfordova formula raspršenja. Glavna pretpostavka u dobivanju formule bila je da atom sadrži masivni pozitivno nabijeni centar, čija je veličina R< 10 -12 см.

E. Rutherford, 1911: “Najjednostavnija pretpostavka je da atom ima centralni naboj raspoređen na vrlo mali volumen i da su velika pojedinačna odstupanja posljedica centralnog naboja u cjelini, a ne njegovih sastavnih dijelova. Istovremeno, eksperimentalni podaci nisu dovoljno precizni da poriču mogućnost postojanja malog dijela pozitivnog naboja u obliku satelita koji se nalaze na određenoj udaljenosti od centra... Treba napomenuti da je pronađena približna vrijednost centralnog naboja atoma zlata (100e) približno se poklapa sa vrijednošću koju bi imao atom zlata sastavljen od 49 atoma helijuma, od kojih svaki nosi naboj od 2e. Možda je ovo samo slučajnost, ali je vrlo primamljivo sa stanovišta emisije atoma helija od strane radioaktivne tvari, koja nosi dvije jedinice naboja.

J. J. Thomson i E. Rutherford

E. Rutherford, 1921:“Koncept nuklearne strukture atoma izvorno je nastao iz pokušaja da se objasni raspršivanje α-čestica pod velikim uglovima prilikom prolaska kroz tanke slojeve materije. Pošto α čestice imaju veliku masu i veliku brzinu, ova značajna odstupanja su bila najupečatljivija; ukazali su na postojanje vrlo intenzivne električne energije! ili magnetna polja unutar atoma. Da bi se objasnili ovi rezultati, bilo je neophodno pretpostaviti da se atom sastoji od naelektrisanog masivnog jezgra, veoma male veličine u poređenju sa opšteprihvaćenom vrednošću prečnika atoma. Ovo pozitivno nabijeno jezgro sadrži većinu mase atoma i okruženo je na određenoj udaljenosti negativnim elektronima raspoređenim na poznat način; čiji je broj jednak ukupnom pozitivnom naboju jezgra. U takvim uslovima, u blizini jezgra mora postojati veoma intenzivno električno polje, a α-čestice se, kada se sretnu sa pojedinačnim atomom, prolazeći blizu jezgra, odbijaju pod značajnim uglovima. Uz pretpostavku da električne sile variraju inverzno proporcionalno kvadratu udaljenosti u području uz jezgro, autor je dobio relaciju koja povezuje broj α-čestica rasutih pod određenim uglom sa nabojem jezgra i energijom α-čestica.
Pitanje da li je atomski broj elementa prava mjera njegovog nuklearnog naboja toliko je važno da se moraju primijeniti sve moguće metode za njegovo rješavanje. Nekoliko studija je trenutno u toku u Cavendish laboratoriji kako bi se testirala tačnost ovog omjera. Dve najdirektnije metode zasnivaju se na proučavanju rasejanja brzih α- i β-zraka. Prvi metod koristi Chadwick "ohm, koristeći nove tehnike; posljednji je Crowthar" ohm. Dosadašnji rezultati koje je Chadwick dobio "u potpunosti potvrđuju istovjetnost atomskog broja sa nuklearnim nabojem u granicama moguće preciznosti eksperimenta, koja za Chadwicka" iznosi oko 1%.

Unatoč činjenici da je kombinacija dva protona i dva neutrona izuzetno stabilna formacija, trenutno se vjeruje da α-čestica nije uključena u jezgro kao nezavisna strukturna formacija. U slučaju α-radioaktivnih elemenata, energija vezivanja α-čestice je veća od energije potrebne za odvojeno uklanjanje dva protona i dva neutrona iz jezgra, pa se α-čestica može emitovati iz jezgra, iako je nije prisutna u nukleusu kao samostalno obrazovanje.
Rutherfordova sugestija da se atomsko jezgro može sastojati od određenog broja atoma helija ili pozitivno nabijenih satelita jezgra bila je potpuno prirodno objašnjenje α radioaktivnost. Ideja da se čestice mogu stvoriti kao rezultat različitih interakcija u to vrijeme još nije postojala.
Otkriće atomskog jezgra od strane E. Rutherforda 1911. i kasnije proučavanje nuklearnih fenomena radikalno su promijenili naše razumijevanje svijeta oko nas. Obogaćena nauka novim konceptima, bio je početak proučavanja subatomske strukture materije.

U čemu je Rutherford nadmašio Ajnštajna i u čemu je Markoni izgubio, kakvi su megagrantovi bili u Engleskoj u 19. veku, kakve je gubitke veliki naučnik pretrpeo u Prvom svetskom ratu i zašto su ga zvali Krokodil i Zec, sajt govori u sledećem izdanje rubrike “Kako do Nobelove nagrade”.

Spomenik Rutherfordu djetetu na Novom Zelandu

Wikimedia Commons

Ernest Rutherford

Nobelova nagrada za hemiju 1908. Formulacija Nobelovog komiteta: "Za njegova istraživanja u oblasti raspadanja elemenata u hemiji radioaktivnih supstanci."

Kada pišete članak o nobelovcu, postoje dva posebno teška slučaja. Prva opcija: vrlo se malo zna o našem heroju i moramo posebno pretražiti kako bismo prikupili materijal za članak. Druga opcija: naš junak je super poznat, njegovo ime je postalo poznato, a sjećanja očevidaca često su u suprotnosti. I tu se postavlja još jedno pitanje - pitanje izbora. Naš trenutni slučaj je upravo to. Malo je laureata koji su poznati kao naš lik. Još manje - dobio je Nobelovu nagradu tako da je sama nominacija u njegovom slučaju postala najupečatljiviji slučaj trolovanja u istoriji nauke. Iako se te daleke 1908. godine samo muzička scena Edvarda Griga mogla nazvati „trolovanjem“. Ali kako se drugačije može nazvati nagradom u hemiji, dodijeljenom fizičaru do srži kostiju, koji je i sam više puta naglašavao da se sve nauke "dijele na fiziku i skupljanje maraka"? S druge strane, imenom ove osobe u različito vrijeme nazivana su čak tri hemijska elementa. Da li ste već pogodili ko je naš heroj? Naravno, ovo je on, prvi novozelandski nobelovac, Sir Ernest Rutherford. On - s lakom rukom budućeg sovjetskog nobelovca i njegovog učenika Petra Kapice - Krokodil.

Mladi Ernest Rutherford

Wikimedia Commons

Rutherford se može smatrati sretnikom. Rođen dalje nego u provinciji, ne u nekom Devonširu, ne u Edinburgu, ne u Sidneju, pa čak ni u Velingtonu, već u novozelandskoj provinciji, u zemljoradničkoj porodici, uspeo je da se probije. Međutim, naš junak je dobio stipendiju nazvanu po Svjetskoj izložbi 1851. za darovite provincijalce tek kada je odbio onaj kome je ranije dodijeljena.

Ipak, Rubikon je prešao (kako je pisao svojoj verenici), uzet je novac za parobrod, i sa prototipom detektora radio talasa (otprilike isto su uradili Markoni i Popov) Rutherford je otišao u Englesku. Nisu mu dali novac za razvoj detektora: Britanska pošta sva svoja sredstva stavila je na Markonija, koji će dobiti Nobelovu nagradu godinu dana nakon Rutherforda. I Novozelanđanin se prijavio za Cavendish Laboratory u Cambridgeu.

Malo ljudi zna da čuvena Cavendish laboratorija nosi ime ne po hemičaru Henryju Cavendishu (koji je bio 2. vojvoda od Devonshirea), već po njegovom rođaku, 7. vojvodi od Devonshirea, Williamu Cavendishu, kancelaru Cambridgea, koji je donirao novac za otvaranje laboratorije . Takav je engleski mega-grant. Inače, vrlo uspješno: trenutno je 29 zaposlenih u ovom projektu dobilo Nobelovu nagradu (uključujući i našu Kapicu).

William Cavendish, sedmi vojvoda od Devonshirea

Wikimedia Commons

Rutherford je i sam postao doktorant, otkrivač elektrona (Thomson je bio dobitnik „Nobela za fiziku“ 1906. godine, ali ne za elektron, već za istraživanje prolaska struja u gasovima). I učestvovao je u Nobelovim radovima svog supervizora. A onda možete jednostavno navesti samo glavna dostignuća Rutherforda - velikog eksperimentatora i fizičara (Dr. Andrew Balfour dao je zajedljivu definiciju-priznanje Rutherfordu: "Dobili smo divljeg zeca iz zemlje antipoda i on kopa duboko").

Zajedno sa Thomsonom proučavao je jonizaciju gasova rendgenskim zracima. 1898. izolovao je "alfa zrake" i "beta zrake" od radioaktivnog zračenja. Sada znamo da su to jezgra helijuma i elektroni. Inače, Rutherfordovo Nobelovo predavanje posvećeno je hemijskoj prirodi alfa zraka.

Eksperimentalna postavka za razdvajanje radioaktivnog zračenja na alfa, beta i gama komponente

Wikimedia Commons

1901-1903, zajedno sa budućim nobelovcem za hemiju 1921, Frederickom Soddyjem, Rutherford je otkrio prirodne transformacije elemenata tokom radioaktivnog raspada (za to je naš junak dobio Nobela, tako da je sve legalno, jer je hemija nauka o transformacija supstanci u prijatelja). Istovremeno je otkrivena "emanacija torija", gasoviti radon-220, i formulisan je zakon radioaktivnog raspada.

Frederick Soddy

Hans Geiger i Ernest Rutherford

Wikimedia Commons

Ali on (tačnije, njegovi učenici Geiger i Mardsen) izveo je svoj najpoznatiji eksperiment 1909. godine. Proučavanje prolaska alfa čestica kroz zlatnu foliju, apsolutno neočekivano za sve, pokazalo je da se neka jezgra helijuma vraćaju nazad. "Kao da ste ispalili projektil od 15 inča u komad tankog papira, a projektil se vratio do vas i pogodio", napisao je Rutherford. Tako je otkriveno atomsko jezgro i pojavio se planetarni model atoma, u kojem se elektroni okreću oko jezgra, a Thomsonov model, koji je nazvan "puding od grožđica", je odbačen.

Kako će alfa čestice proći kroz Thomsonove atome (očekivani rezultat eksperimenta) i koji su rezultati uočeni u stvarnosti

Wikimedia Commons

Predlagati takav model bilo je potpuno ludilo. Onda se pokazalo da je, na primjer, Ajnštajn razmišljao o planetarnom modelu atoma, ali se nije usudio da ga razvije, jer je svima jasno da prije ili kasnije elektroni moraju pasti na jezgro.

Tokom Prvog svjetskog rata, Rutherford je radio na otkrivanju neprijateljskih podmornica (služio je kao oficir za komunikacije). Rat je i našem heroju zadao užasan udarac: njegov najtalentovaniji učenik, Henry Moseley, poginuo je na frontu.

Henry Moseley

Wikimedia Commons

Godine 1917. Rutherford započinje eksperimente o umjetnoj transformaciji elemenata. Dvije godine kasnije, ovi eksperimenti su uspješno završeni: 1919. u istom časopisu Philosophical, gdje su on i Soddy razgovarali o transformaciji elemenata tokom prirodnog radioaktivnog raspada, objavljen je članak "Anomalni efekat u dušiku", u kojem je objavljen prvi umjetna transformacija elemenata). Godine 1920. Rutherford je predvidio postojanje neutrona (kasnije ga je otkrio Rutherfordov učenik Chadwick).

Sir James Chadwick

Wikimedia Commons

Tokom rata, Rutherford je takođe postao plemić. Unatoč činjenici da je Rutherford dobio udarac mačem od kralja 1914. godine, službeno je postao baron Rutherford Nelson tek 1931. godine, uz odobrenje odgovarajućeg grba. Na grbu je ptica kivi, simbol Novog Zelanda, i dvije eksponencijalne krivulje koje pokazuju kako se broj radioaktivnih atoma smanjuje s vremenom tokom radioaktivnog raspada. Telegrafirao je svojoj osamdesetosmogodišnjoj majci preko podmorskog kabla: „Dakle, lorde Ruterforde. Zasluga je više tvoja nego moja. Volim te, Erneste."

Kako je rekao V.I. Grigorijev: „Radovi Ernesta Rutherforda, koji se često s pravom nazivaju jednim od titana fizike našeg veka, delo nekoliko generacija njegovih učenika, imali su ogroman uticaj ne samo na nauku i tehnologiju našeg veka, već i na živote miliona ljudi. Bio je optimista, vjerovao je u ljude i u nauku, kojoj je posvetio cijeli život.”

Ernest Rutherford je rođen 30. avgusta 1871. godine u blizini grada Nelsona (Novi Zeland), u porodici James Rutherforda, migranta iz Škotske.

Ernest je bio četvrto dijete u porodici, osim njega bilo je još 6 sinova i 5 kćeri. Njegova majka. Martha Thompson, radila je kao seoska učiteljica. Kada je njegov otac organizovao preduzeće za obradu drveta, dječak je često radio pod njegovim vodstvom. Stečene vještine su kasnije pomogle Ernestu u dizajnu i izgradnji naučne opreme.

Nakon što je završio školu u Havelocku, gdje je porodica tada živjela, dobio je stipendiju za nastavak školovanja na Nelson Provincial College, gdje je upisao 1887. godine. Dvije godine kasnije, Ernest je položio ispit na Canterbury Collegeu, ogranku Univerziteta Novog Zelanda u Christchurchu. Na koledžu, Rutherford je bio pod velikim utjecajem svojih nastavnika: koji je predavao fiziku i hemiju, E.W. Bickerton i matematičar J.H.H. Kuvajte.

Ernest je otkrio briljantne sposobnosti. Po završetku četvrte godine dobio je nagradu za najbolji rad iz matematike i osvojio prvo mjesto na master ispitima, ne samo iz matematike, već i iz fizike. Nakon što je postao magistar umjetnosti 1892. godine, nije napustio fakultet. Rutherford se upustio u svoj prvi samostalni naučni rad. Zvala se "Magnetizacija gvožđa tokom visokofrekventnih pražnjenja" i bavila se detekcijom visokofrekventnih radio talasa. Kako bi proučio ovaj fenomen, napravio je radio prijemnik (nekoliko godina prije Markonija) i njime primao signale koje su kolege prenosile sa udaljenosti od pola milje. Rad mladog naučnika objavljen je 1894. godine u Proceedings of the Philosophical Institute of New Zealand.

Najdarovitiji mladi prekomorski podanici britanske krune dobijali su posebnu stipendiju jednom u dvije godine, što je omogućilo odlazak u Englesku radi usavršavanja nauke. Godine 1895. stipendija za naučno obrazovanje je bila upražnjena. Prvi kandidat za ovu stipendiju, hemičar Maclaurin, odbio je iz porodičnih razloga, drugi kandidat je bio Rutherford. Stigavši u Englesku, Rutherford je dobio poziv od J.J. Thomson radi u Cambridgeu u laboratoriju Cavendish. Tako je započeo Rutherfordov naučni put.

Thomson je bio duboko impresioniran Rutherfordovim istraživanjem radio-talasa, te je 1896. godine predložio da se zajednički proučava učinak rendgenskih zraka na električna pražnjenja u plinovima. Iste godine pojavljuje se zajednički rad Thomsona i Rutherforda "O prolasku električne energije kroz plinove podvrgnute djelovanju rendgenskih zraka". Sljedeće godine je objavljen Rutherfordov završni rad na tu temu, "Magnetski detektor električnih valova i neke od njegovih primjena". Nakon toga, on u potpunosti koncentriše svoje napore na proučavanje plinskog pražnjenja. Godine 1897. pojavljuje se njegovo novo djelo “O elektrifikaciji plinova izloženih rendgenskim zracima i o apsorpciji rendgenskih zraka plinovima i parama”.

Saradnja s Thomsonom okrunjena je značajnim rezultatima, uključujući otkriće elektrona od strane potonjeg - čestice koja nosi negativni električni naboj. Na osnovu svog istraživanja, Thomson i Rutherford su pretpostavili da kada X-zrake prođu kroz plin, uništavaju atome tog plina, oslobađajući jednak broj pozitivno i negativno nabijenih čestica. Ove čestice su nazvali jonima. Nakon ovog rada, Rutherford je počeo proučavati atomsku strukturu materije.

U jesen 1898. Rutherford je preuzeo dužnost profesora na Univerzitetu McGill u Montrealu. Rutherfordova nastava u početku nije bila baš uspješna: studentima se nisu sviđala predavanja, koja su mladi i još neu potpunosti naučili osjećati da je profesor publike prezasićen detaljima. Poteškoće su se pojavile na početku i u naučnom radu zbog toga što je dolazak naručenih radioaktivnih preparata kasnio. Uostalom, uz sve svoje napore, nije dobio dovoljno sredstava za izgradnju potrebnih instrumenata. Rutherford je napravio veliki dio opreme potrebne za eksperimente vlastitim rukama.

Ipak, u Montrealu je radio dosta dugo - sedam godina. Izuzetak je bila 1900., kada se Rutherford oženio tokom kratkog boravka na Novom Zelandu. Njegova izabranica bila je Meri Džordžija Njutn, ćerka domaćice pansiona u Krajstčerču u kojem je nekada živeo. 30. marta 1901. rođena je jedina ćerka bračnog para Rutherford. Vremenom se to gotovo poklopilo sa rođenjem novog poglavlja fizičke nauke - nuklearne fizike.

„Godine 1899. Rutherford je otkrio emanaciju torija, a 1902-03, zajedno sa F. Soddyjem, već je došao do opšteg zakona radioaktivnih transformacija“, piše V.I. Grigoriev. - O ovom naučnom događaju potrebno je više reći. Svi kemičari svijeta čvrsto su shvatili da je transformacija nekih hemijskih elemenata u druge nemoguća, da snovi alhemičara da od olova naprave zlato treba zauvijek zakopati. A sada se pojavljuje rad čiji autori tvrde da se transformacije elemenata tokom radioaktivnih raspada ne samo dešavaju, već da ih je čak nemoguće zaustaviti ili usporiti. Štaviše, formulisani su zakoni takvih transformacija. Sada shvatamo da su položaj elementa u periodičnom sistemu Mendeljejeva, a time i njegova hemijska svojstva, determinisani nabojem jezgra. Tokom alfa raspada, kada se naelektrisanje jezgra smanji za dve jedinice ("elementarni" naboj se uzima kao jedinica - modul naelektrisanja elektrona), element "pomera" dve ćelije gore u periodnom sistemu, sa elektronski beta raspad - jedna ćelija dole, sa pozitronom - jedna ćelija gore. Uprkos prividnoj jednostavnosti, pa čak i očiglednosti ovog zakona, njegovo otkriće postalo je jedan od najvažnijih naučnih događaja na početku našeg veka.”

U svom klasičnom radu Radioaktivnost, Rutherford i Soddy su se dotakli fundamentalnog pitanja energije radioaktivnih transformacija. Računajući energiju alfa čestica koje emituje radij, zaključuju da je "energija radioaktivnih transformacija najmanje 20.000 puta, a možda čak i milion puta veća od energije bilo koje molekularne transformacije". Rutherford i Soddy su zaključili da je "energija skrivena u atomu mnogo puta veća od energije koja se oslobađa u običnoj kemijskoj transformaciji". Ovu ogromnu energiju, po njihovom mišljenju, treba uzeti u obzir "prilikom objašnjavanja fenomena svemirske fizike". Konkretno, postojanost sunčeve energije može se objasniti činjenicom da se na Suncu odvijaju procesi subatomske transformacije.

Nemoguće je ne biti začuđen dalekovidošću autora, koji su još 1903. godine uvidjeli kosmičku ulogu nuklearne energije. Ova godina je bila godina otkrića novog oblika energije, o čemu su Rutherford i Soddy sa sigurnošću govorili, nazivajući je intra-atomskom energijom.

Svjetski poznati naučnik, član Kraljevskog društva u Londonu (1903) dobija poziv da zauzme stolicu u Mančesteru. 24. maja 1907. Rutherford se vratio u Evropu. Ovdje je Rutherford pokrenuo energičnu aktivnost, privlačeći mlade naučnike iz cijelog svijeta. Jedan od njegovih aktivnih saradnika bio je njemački fizičar Hans Geiger, tvorac prvog brojača elementarnih čestica. E. Marsden, K. Fajans, G. Moseley, G. Hevesy i drugi fizičari i hemičari radili su s Rutherfordom u Manchesteru.

Godine 1908. Rutherford je dobio Nobelovu nagradu za hemiju "za svoja istraživanja raspadanja elemenata u hemiji radioaktivnih supstanci". U svom uvodnom govoru u ime Kraljevske švedske akademije nauka, K.B. Hasselberg je ukazao na vezu između rada koji je izveo Rutherford i rada Thomsona, Henrija Becquerela, Pierrea i Marie Curie. "Otkrića su dovela do zapanjujućeg zaključka: hemijski element... je sposoban da se transformiše u druge elemente", rekao je Hasselberg. Rutherford je u svom Nobelovom predavanju primijetio: „Postoji svaki razlog vjerovati da su alfa čestice, koje se tako slobodno izbacuju iz većine
radioaktivne supstance su identične po masi i sastavu i moraju se sastojati od jezgara atoma helija. Stoga ne možemo a da ne zaključimo da atomi osnovnih radioaktivnih elemenata, kao što su uranijum i torij, moraju biti izgrađeni barem dijelom od atoma helija.

Nakon što je dobio Nobelovu nagradu, Rutherford je provodio eksperimente bombardiranja ploče od tanke zlatne folije alfa česticama. Dobiveni podaci doveli su ga 1911. do novog modela atoma. Prema njegovoj teoriji, koja je postala općeprihvaćena, pozitivno nabijene čestice su koncentrisane u teškom centru atoma, a negativno nabijene čestice (elektroni) su u orbiti jezgra, na prilično velikoj udaljenosti od njega. Ovaj model je poput malenog modela Sunčevog sistema. To implicira da su atomi sastavljeni prvenstveno od praznog prostora.

Rašireno priznanje Rutherfordove teorije počelo je kada se danski fizičar Niels Bohr pridružio radu naučnika na Univerzitetu u Mančesteru. Bohr je pokazao da se, u Rutherfordovim terminima, strukture mogu objasniti dobro poznatim fizičkim svojstvima atoma vodika, kao i atoma nekoliko težih elemenata.

Plodan rad grupe Rutherford u Mančesteru prekinuo je Prvi svjetski rat. Britanska vlada imenovala je Rutherforda za člana "Admiralovog štaba za pronalaske i istraživanja" - organizacije stvorene da pronađe sredstva za borbu protiv neprijateljskih podmornica. U vezi s tim, Rutherfordova laboratorija je započela istraživanje o širenju zvuka pod vodom. Tek na kraju rata naučnik je mogao da obnovi svoja istraživanja atoma.

Nakon rata, vratio se u laboratoriju u Manchesteru i 1919. godine napravio još jedno fundamentalno otkriće. Rutherford je uspio umjetno izvesti prvu reakciju transformacije atoma. Bombardirajući atome dušika alfa česticama, Rutherford je dobio atome kisika. Kao rezultat istraživanja koje je sproveo Rutherford, interesovanje stručnjaka za atomsku fiziku za prirodu atomskog jezgra naglo je poraslo.

Takođe 1919. godine, Rutherford se preselio na Univerzitet u Kembridžu, naslijedivši Thomsona na mjestu profesora eksperimentalne fizike i direktora Cavendish laboratorije, a 1921. je preuzeo poziciju profesora prirodnih nauka na Kraljevskom institutu u Londonu. Godine 1925. naučnik je odlikovan britanskim ordenom za zasluge. Godine 1930. Rutherford je imenovan za predsjednika vladinog savjetodavnog odbora Ureda za naučna i industrijska istraživanja. Godine 1931. dobio je titulu lorda i postao član Doma lordova engleskog parlamenta.

Studenti i kolege su naučnika zapamtili kao finu, ljubaznu osobu. Divili su se njegovom izuzetnom kreativnom načinu razmišljanja, prisjećajući se kako je prije početka svake nove studije rado rekao: „Nadam se da je ovo važna tema, jer još uvijek ima toliko stvari koje ne znamo“.

Zabrinut zbog politike koju je vodila nacistička vlada Adolfa Hitlera, Rutherford je 1933. postao predsjednik Academic Relief Council-a, koji je osnovan da pomogne onima koji su pobjegli iz Njemačke.

Gotovo do kraja života odlikovao se dobrim zdravljem i umro je u Kembridžu 20. oktobra 1937. nakon kratke bolesti. Kao priznanje za izuzetna dostignuća u razvoju nauke, naučnik je sahranjen u Westminsterskoj opatiji.

Javascript je onemogućen u vašem pretraživaču.
ActiveX kontrole moraju biti omogućene da bi se izvršili proračuni!

Koga se često s pravom naziva jednim od titana fizike našeg veka, rad nekoliko generacija njegovih učenika imao je ogroman uticaj ne samo na nauku i tehnologiju našeg veka, već i na živote miliona ljudi. Bio je optimista, vjerovao je u ljude i u nauku, kojoj je posvetio cijeli život.”

Ernest Rutherford je rođen 30. avgusta 1871. godine u blizini grada Nelsona (Novi Zeland), u porodici James Rutherforda, migranta iz Škotske. Ernest je bio četvrto dijete u porodici, osim njega bilo je još 6 sinova i 5 kćeri. Njegova majka, Martha Thompson, radila je kao seoska učiteljica. Kada je njegov otac organizovao preduzeće za obradu drveta, dječak je često radio pod njegovim vodstvom. Stečene vještine su kasnije pomogle Ernestu u dizajnu i izgradnji naučne opreme.

Ipak, u Montrealu je radio dosta dugo - sedam godina. Izuzetak je bila 1900., kada se Rutherford oženio tokom kratkog boravka na Novom Zelandu. Njegova izabranica bila je Meri Džordžin Njutn, ćerka domaćice pansiona u Krajstčerču gde je nekada živeo. 30. marta 1901. rođena je jedina ćerka bračnog para Rutherford. Vremenom se to gotovo poklopilo sa rođenjem novog poglavlja fizičke nauke - nuklearne fizike.

„Godine 1899. Rutherford je otkrio emanaciju torija, a 1902-03, zajedno sa F. Soddyjem, već je došao do opšteg zakona radioaktivnih transformacija“, piše V.I. Grigoriev.- Neophodno je reći nešto više o ovom naučnom događaju. Svi kemičari svijeta čvrsto su shvatili da je transformacija nekih hemijskih elemenata u druge nemoguća, da snovi alhemičara da od olova naprave zlato treba zauvijek zakopati. A sada se pojavljuje rad čiji autori tvrde da se transformacije elemenata tokom radioaktivnih raspada ne samo dešavaju, već da ih je čak nemoguće zaustaviti ili usporiti. Štaviše, formulisani su zakoni takvih transformacija. Sada shvatamo da su položaj elementa u periodičnom sistemu Mendeljejeva, a time i njegova hemijska svojstva, determinisani nabojem jezgra. Tokom alfa raspada, kada se naelektrisanje jezgra smanji za dve jedinice („elementarni“ naboj se uzima kao jedinica - modul naelektrisanja elektrona), element „pomera“ dve ćelije gore u periodnom sistemu, tokom elektronskog beta raspada - jedna ćelija dole, sa pozitronom - jedna ćelija gore. Uprkos prividnoj jednostavnosti, pa čak i očiglednosti ovog zakona, njegovo otkriće postalo je jedan od najvažnijih naučnih događaja na početku našeg veka.”

Godine 1908. Rutherford je dobio Nobelovu nagradu za hemiju "za svoja istraživanja raspadanja elemenata u hemiji radioaktivnih supstanci". U svom uvodnom govoru u ime Kraljevske švedske akademije nauka, K.B. Hasselberg je ukazao na vezu između rada koji je izveo Rutherford i rada Thomsona, Henrija Becquerela, Pierrea i Marie Curie. "Otkrića su dovela do zapanjujućeg zaključka: hemijski element... je sposoban da se transformiše u druge elemente", rekao je Hasselberg. U svom Nobelovom predavanju, Rutherford je primijetio: „Postoji svaki razlog vjerovati da su alfa čestice, koje se tako slobodno emituju iz većine radioaktivnih supstanci, identične po masi i sastavu i da se moraju sastojati od jezgara atoma helija. Stoga ne možemo a da ne zaključimo da atomi osnovnih radioaktivnih elemenata, kao što su uranijum i torij, moraju biti izgrađeni barem dijelom od atoma helija.

Rutherfordovi eksperimenti

Godine 1913. engleski fizičar Rutherford izveo je klasične eksperimente o rasejanju a-čestice u tankim slojevima raznih supstanci. a-čestice koje emituju radioaktivne supstance su pogodna testna naboja za proučavanje intra-atomskih električnih polja. Oni su potpuno jonizovani atomi helija, imaju pozitivan naboj jednak dvostrukom elementarnom naboju (q = 3,2 10 -19 C), masu m = 6,67 10 -27 kg, imaju visoku energiju (a time i brzinu) dovoljnu da prodru u atome materije.

Šema eksperimenata Rutherforda i njegovih učenika Geigera i Marsdena prikazana je na slici 1. Unutar zatvorene komore, u kojoj je stvoren visoki vakuum, nalazio se olovni kontejner sa radioaktivnim elementom koji je emitirao a-čestice. Uski snop čestica padao je okomito na površinu metalne (zlatne) folije, debljine oko 1 µm (10 -6 m). Čestice su registrovane bljeskovima svjetlosti (scintilacijama) koje su one izazvale na ekranu obloženom fosforom. Ekran je postavljen ispred sočiva na kućište mikroskopa, uz pomoć kojeg su se scintilacije vizuelno posmatrale i brojao njihov broj. Tako je određen broj čestica koje se kreću u datom smjeru nakon njihove interakcije s atomima tvari. Mikroskop, zajedno sa ekranom, mogao bi se rotirati oko vertikalne ose koja prolazi kroz centar komore kako bi snimio čestice raspršene atomima folije.

Na slici: 1- atom zlata, 2- a-čestice

Vizuelnija shema Rutherfordovog eksperimenta

Prema rasipanju α-čestica.

K - olovni kontejner sa radioaktivnim materijalom,
E - sito presvučeno cink sulfidom,
F - zlatna folija,
M - mikroskop.

Rezultati Rutherfordovih eksperimenata:

1. Većina čestica prolazi kroz atome materije. ne rasipanje (kao kroz "prazninu");
2. sa povećanjem ugla raspršenja, broj čestica koje su odstupile od prvobitnog smjera naglo opada;
3. postoje odvojene čestice koje su atomi odbacili protiv njihovog početnog kretanja (kao lopta sa zida).

Rutherford je smislio formulu za izračunavanje iznosa a-čestice raspršene pod određenim uglovima. Ova formula uključuje karakterističan parametar "d", koji je poprečna dimenzija formacija koje odbijaju čestice.
Da bi se proračuni poklopili sa eksperimentalnim rezultatima, ovaj parametar treba da bude reda veličine 10 -13 cm.Atomi imaju prečnik od 10 -8 cm, tj. pet redova veličine više. Posljedično, postoji dio u atomu koji zauzima zanemarljivo mali dio atoma, koji odbija čestice pod velikim uglovima do 180 0 .

Rutherford E. Izabrani naučni radovi. Struktura atoma i umjetna transformacija elemenata.[Djv-7.6M] Glavni urednik G.N. Flerov. Sastavljač i urednik prevoda Yu.M. Tsypenyuk.
(Moskva: Izdavačka kuća Nauka, 1972. - Serija "Klasici nauke")
Skeniranje: AAW, obrada, format: mor, 2010

SADRŽAJ:
Predgovor (5).
1902
1. Postojanje tijela manjih od atoma (7).
1905
2. Naboj koji nose α- i β-zraci radijuma (14).
3. Neka svojstva α-zraka koje emituje radijum (28).
1906
4. Usporavanje α-čestica koje emituje radij pri prolasku kroz materiju (40).
5. Masa i brzina α-čestica koje emituju radijum i aktinijum (51).
1907
6. Brzina i energija α-čestica koje emituju radioaktivne supstance (72).
7. Neki svemirski aspekti radioaktivnosti (79).
8. Nastanak i porijeklo radijuma (94).
1908
9. Spektar emanacije radijuma (109).
10. Proučavanje emanacije radijuma. Dio 1 (112).
11. Električna metoda za brojanje α-čestica koje emituju radioaktivne supstance (123).
12. Naboj i priroda α-čestice (143).
13. Hemijska priroda α-čestica koje emituju radioaktivne supstance (Nobelovo predavanje) (154).
1909
14. Priroda α-čestica koje emituju radioaktivne supstance (164).
15. Atomistička teorija i definicija atomskih veličina (169).
1911
16. Proučavanje emanacije radijuma. Dio II (185).
17. Formiranje helijuma iz radijuma (192).
18. Rasipanje α- i β-čestica materijom i strukturom atoma (208).
1913
19. Doba pleohroičnih oreola (225).
1914
20. Struktura atoma (238).
1919
21. Sudar α-čestica sa lakim atomima. Dio I (247).
22. Sudar α-čestica sa lakim atomima. II dio (268).
23. Sudar α-čestica sa lakim atomima. Dio III (277).
24. Sudar α-čestica sa lakim atomima. IV dio (286).
1920
25. Nuklearna struktura atoma (Bakerovo predavanje) (292).
1921
26. Vještačko cijepanje svjetlosnih elemenata (317).
1922
27. Cepanje elemenata α-česticama 332
1923
28. Električna struktura materije (346).
1924
29. Daljnji eksperimenti s umjetnom razgradnjom elemenata (369).
30. O poreklu i prirodi čestica dugog dometa posmatranih sa izvorima radijuma C (376).
1925
31. Rasipanje α-čestica atomskim jezgrama i zakon sila (391).
1929
32. Predsjedničko obraćanje ser Ernesta Rutherforda na godišnjem sastanku Kraljevskog društva, 30. novembra 1928. (410).
1931
33. Govor u raspravi o pitanju superprodirajućih zraka (431).
1933
3d. Transformacija litija pod dejstvom protona i jona teškog izotopa vodika (434).
1937
35. Moderna alhemija (444).
36. Četrdeset godina razvoja fizike (479).
P.L. Kapitsa. Naučna aktivnost Rutherforda (495).
Moja sjećanja na Rutherford (502).
Radovi Ernesta Rutherforda. Bibliografija. (517).

Napomena izdavača: U ovoj, drugoj knjizi, izabrani su naučni radovi istaknutog fizičara XX veka. Ernesta Rutherforda, obuhvatio je rad na konačnom rasvjetljavanju prirode a-čestica, kao i rad na strukturi i umjetnoj transformaciji elemenata. Pored toga, dati su i tekstovi niza Rutherfordovih govora, koji su pregledne prirode.
Publikacija je posvećena 100. godišnjici rođenja E. Rutherforda, kao i prva knjiga: E. Rutherford. Odabrana naučna djela. Radioaktivnost“, u izdanju izdavačke kuće „Nauka“ 1971. godine.
Gotovo svi radovi uključeni u publikaciju na ruskom jeziku objavljuju se po prvi put.
Knjiga je namenjena fizičarima specijalistima, nastavnicima i svima onima koji se interesuju za razvoj i istoriju nauke.