Джеймс Чадуик: Биография, Атомен модел, Експерименти, Приноси

Джеймс Чадуик (1891-1974) е водещ английски физик, признат за откриването на неутроните през 1932 г. Скоро след това, през 1935 г., той получава Нобелова награда за физика за приноса си към научната общност. Загрижеността на Чадуик за неутрални обвинения е около 10 години, преди да успее да докаже съществуването си.

Преди тази проверка Чадуик проведе няколко експеримента, които се оказаха неуспешни. Той е успешен през 1932 г., когато се основава на експериментите на френската Ирена Жолио-Кюри и Фредерик Жолио. По-късно Чадуик се посвети на изследването на използването на ядреното делене за създаването на военни оръжия.

биография

начало

Чадуик е роден в град Болингтън, на североизток от Англия, на 20 октомври 1891 г. Той е син на двама скромни работници: баща му работи в железопътната система и майка му е домашен работник.

От ранна възраст Чадуик се открои като интровертно и изключително интелигентно дете. Започва гимназия в Манчестър, а на 16 годишна възраст получава стипендия за изучаване на чиста физика в сега изчезналия университет Виктория в Манчестър.

Академична формация

Младото обещание на физиката започва своето университетско образование официално през 1908 г., на възраст 17 години.

Той имаше отлична кариера в академията и през последната година от кариерата си отговаряше за изследванията на Нобелова награда Ернест Рутефорд за разпадането на елементи и химията на радиоактивните вещества.

След като получава диплома по физика през 1911 г., той се записва в магистърска степен по физика, която успешно завършва през 1913 г. През това време той продължава да работи ръка за ръка с Рутфорд в неговата лаборатория.

По-късно той се възползва от професионална стипендия, която позволи прехвърлянето му в Берлин, Германия, за по-нататъшни изследвания на бета лъчението с германския физик Ханс Гайгер в Technische Hochschule.

По време на престоя си в Берлин започнал Първата световна война през юли 1914 г. Поради обвинение в шпионаж той бил интерниран в концентрационен лагер за цивилни в Рулебен до 1918 година.

През 1919 г. Чадуик се завръща в Англия и започва докторат в университета в Кеймбридж. В същото време той се присъединява към изследователската работа на Rutheford, която след това ръководи Лабораторията на Кавендиш на известната институция.

През 1921 г., на 21-годишна възраст, той получава докторска степен (Ph.D.): философски доктор, представящ специална изследователска работа по ядрените сили и атомните номера.

През 1923 г. е назначен за асистент директор по научните изследвания в Лабораторията Кавендиш в Кеймбридж. Чадуик служи в тази роля до 1935 г., когато решава да се премести в Университета на Ливърпул.

Професионална кариера

Благодарение на неговия научен принос, той е награден с медал Хюс през 1932 г. Това признание, присъдено от Кралското общество в Лондон, награждава онези, които правят открития за физическите науки и / или техните практически приложения.

През 1935 г. той получава Нобелова награда за физика за откриването на неутрон като елементарна частица без електрически заряд, разположен в атомното ядро.

По време на Втората световна война Чадуик активно участва в Британския комитет на MAUD, комисия, създадена да анализира възможността за използване на ядрени технологии при производството на бомба.

Джеймс Чадуик е също така ключова част от проекта Tube Alloys, изследователска програма, одобрена и финансирана от Обединеното кралство с подкрепата на Канада, за разработване на ядрени оръжия по време на Втората световна война.

През този период Чадуик се открои за своята умствена и политическа позиция, тъй като неговите предложения служат като мост за преговори за сътрудничество в областта на научните изследвания между Обединеното кралство, Канада и САЩ.

Проектът Манхатън

Към края на Втората световна война, Чадуик пое щафетата на британската мисия в проекта Манхатън. Последното е съвместен изследователски проект между Съединените щати, Обединеното кралство и Канада с цел разработване на първата атомна бомба.

Чадуик имаше свободен достъп до цялата поверителна информация за проекта: проекти, планове, данни, бюджети и т.н., въпреки че е цивилен и не е американски; Заслужава да се отбележи, че и двете условия бяха изключителни за участие в проекта.

По-късно той е обявен за английски джентълмен през 1945 г. и една година по-късно ЕЕ. UU. Той бе удостоен с Медал за заслуги за приноса му на стойност в проекта Манхатън.

Ядрен арсенал за Англия

В края на Втората световна война Чадуик с голям тласък насърчава инициативата на Обединеното кралство да развива своя собствен ядрен арсенал.

В изпълнение на тази цел Чадуик бе избран за член на Британския консултативен комитет по атомна енергия и участва като представител на Обединеното кралство пред Комисията по атомна енергия на ООН.

Около 1948 г. Джеймс Чадуик служи като професор в Колеж Гонвил и Кай в Университета в Кеймбридж. След това, през 1950 г., той отново е награден от Кралското общество на Лондон при получаване на медал Копли.

8 години по-късно той решава да се пенсионира доброволно в Северен Уелс. Джеймс Чадуик умира на 24 юли 1974 г. в град Кеймбридж.

Атомният модел на Чадуик

Атомният модел на Чадуик се фокусира върху моделирането на атомното ядро, съставено не само от протони (положителни заряди), но и от неутрони (неутрални заряди).

Ревността на Чадуик да демонстрира съществуването на неутрални частици е генерирана през 1920 г. Но по онова време водещият учен напразно прави опити. Десетилетие по-късно Чадуик повтори експериментите на Ирен Жолио-Кюри (дъщеря на Мари Кюри и Пиер Кюри) и Фредерик Жолио (съпруг на Ирен) във Франция.

Тази двойка учени успяха да изхвърлят протоните от проба от парафинов восък, използвайки гама лъчи.

Чадуик смята, че излъчването на гама-лъчи съдържа неутрални частици и че тези частици са тези, които са се ударили в восъчната проба, като впоследствие предизвикват отделянето на протони от восъка.

Затова той се опитал да повтори тези експерименти в лабораторията на Кавендиш и използвал полоний - който е бил използван от Кюри като източник на гама-лъчи - за облъчване на берилий с алфа частици.

След това, тази радиация удари подобна проба от парафинов восък и протоните от тази проба бяха силно изхвърлени от материала.

Поведението на протоните се наблюдава през малка йонизационна камера, адаптирана към експеримента от самия Чадуик.

Чадуик установи, че поведението на протоните, освободени от восъка, може да се обясни само ако тези частици са ударили други електрически неутрални частици и с много сходна маса.

Две седмици по-късно Джеймс Чадуик публикува в научното списание Nature статия за възможното съществуване на неутрони.

Въпреки това, Chadwick схваща модела първоначално като се има предвид, че неутронът е споразумение, състоящо се от протон и електрон, които генерират неутрален заряд. По-късно немският физик Вернер Хайзенберг показа, че неутронът е уникална и елементарна частица.

експерименти

След откриването на неутрона, Чадуик се съсредоточи върху по-нататъшното и по-нататъшното охарактеризиране на този нов атомен компонент.

Откриването на неутрона и атомния модел на Чадуик революционизира традиционния възглед за науката, като се имат предвид сблъсъците на неутрони с атомните ядра и изхвърлянето на протони извън атома.

Бета декомпозицията е процес, чрез който бета частици (електрон или позитрон) се излъчват от ядрото на атома, за да балансират присъствието на протони и неутрони в атомното ядро.

Благодарение на този процес в световен мащаб бяха проведени много експерименти, мотивирани от откритието на Чадуик, за да се предизвика превръщането на някои неутрони в протони.

Тъй като всеки химичен елемент е идентифициран според броя на протоните, които притежават, предишните експерименти отвориха вратата за създаването и / или откриването на нови химични елементи с по-голям брой протони.

Ядрено делене

Чадуик подчертава по-късните си анализи в използването на неутрони за разделяне на атомите на тежките ядра на няколко по-малки ядра чрез процеса на ядрено делене.

Той е наречен по този начин, защото разделение се случва в ядрото на атома и произвежда изключително голямо количество енергия. Тази концепция е използвана за проектиране на мощни ядрени оръжия.

Чадуик дори финансира покупката на ускорител на частици по време на престоя си в Ливърпул и за това използва част от средствата, спечелени от Нобеловата награда през 1935 година.

Приносът на Чадуик към науката

Сред приносите на Джеймс Чадуик за науката се подчертава откритието на неутрона, за което той е носител на Нобелова награда по физика от 1935 г. Той също така участва в изграждането на атомната бомба в Съединените щати, пише за радиация на радиоактивни вещества и открива трития,

Откриването на неутрон

По време на изследванията си в Лабораторията Кавендиш в Кеймбридж, Ръдърфорд и Чадуик проведоха експерименти с алфа частици, за да изследват природата на атомното ядро. Заслужава да се отбележи, че атомното ядро ​​е открито от Ръдърфорд през 1911 година.

Тези изследвания са извършени чрез анализиране на радиация, която досега не е била наблюдавана от берилий, когато този материал е бил изложен на бомбардиране с алфа частици.

Тази радиация се състои от частици с маса, много близки до масата на протона, но без електрически заряд. Тези частици се наричат ​​неутрони, поради неутралността на техния състав.

Чадуик направи това откритие в средата на 1932 г. и с това дефинира предпоставките на атомния модел на Чадуик, подробностите за които са подробно описани в следващия раздел на тази статия.

Ядрени изследвания

Откриването на неутрона от Чадуик постави основата за откриването на ядрен разпад и развитието на военни оръжия с тази технология.

Чадуик откри, че чрез бомбардиране на атома на елемент с неутрони, ядрото на този материал може да бъде проникнато и разделено, генерирайки значително количество енергия.

От там Чадуик обяви неизбежния характер на този вид технологии за развитието на военни оръжия и се включи директно в дипломатическите въпроси, свързани с този процес в САЩ. UU. и Англия.

Чадуик си сътрудничи в изграждането на атомната бомба заедно с други американски и канадски учени между 1943 и 1945 година.

Той отговаряше за ръководството на английската научна делегация, която работи в лабораторията в Лос Аламос в Ню Мексико. През 1939 г. Съединените щати започнаха разследването на проекта Манхатън, кодовото име, дадено на атомната бомба.

Президентът Франклин Делано Рузвелт беше предупреден от ядрените учени Едуард Телър, Лео Шилард и Юджийн Вигнер, чрез Алберт Айнщайн, за използването на ядреното делене за производството на бомби от нацистите.

Откриване на тритий

Тритий вече е бил идентифициран през 1911 г. от английския учен Джоузеф Джон Томсън, но той вярвал, че това е триатомна молекула.

Ернест Ръдърфорд вече го беше обявил, но чак през 1934 г., когато Чадуик, работещ за екипа на Ръдърфорд, го определи като водороден изотоп.

Тритий е радиоактивен изотоп на водорода, чийто символ е 3Н. Състои се от ядро, образувано от протон и два неутрона.

Тритий се генерира при бомбардиране с неутрони без азотни, литиеви и борни мишени.

Улесняване на деленето на уран 235

Откриването на неутрона от Джеймс Чадуик улесни ядреното делене; отделяне на уран 235 от уран -238, химически елемент, който се среща в природата.

Обогатяването на уран 235 е процесът, при който се подлага естествен уран, за да се получи изотоп 235 и да се произведе ядрена енергия. Разделянето е ядрена реакция; то е задействано в ядрото на атома.

Тази химична реакция се случва, когато тежкото ядро ​​се разделя на две или повече по-малки ядра и в някои странични продукти като фотони (гама лъчи), свободни неутрони и други фрагменти на ядрото.

Договор за радиация на радиоактивни вещества

През 1930 г. Джеймс Чадуик пише трактат за радиацията на радиоактивни вещества.

Чадуик успя да измери масата на неутрона и заключи, че той е подобен на протона с разлика: че има неутрален електрически заряд.

След това той заключава, че атомното ядро ​​е съставено от неутрони и протони и че броят на протоните е подобен на този на електроните.

Неговите изследвания и принос към работата на лабораторията по физика на Университета в Манчестър и Университета в Кеймбридж в Англия са били ключът към познаването на ядрената енергия и изграждането на атомния модел на Ръдърфорд.

Интересни статии

Атомният модел на Шрьодингер.

Атомният модел на Бройл.

Атомният модел на Хайзенберг.

Атомният модел на Перин.

Атомният модел на Томсън.

Атомният модел на Далтън.

Атомният модел на Дирак Йордания.

Атомният модел на Демокрит.

Атомният модел на Бор.