Ernest Rutherford ; 1. Baron Rutherford of Nelson ( eng. Ernest Rutherford, 1. Baron Rutherford of Nelson ; 30. elokuuta 1871 , Spring Grove, Uusi-Seelanti - 19. lokakuuta 1937 , Cambridge ) - Uuden-Seelannin alkuperää oleva brittiläinen fyysikko . Tunnetaan ydinfysiikan isänä . Kemian Nobelin palkinnon voittaja vuonna 1908.
Vuonna 1911 hän osoitti kuuluisalla alfahiukkasten sirontakokeella atomeissa olevan positiivisesti varautuneen ytimen ja sen ympärillä olevien negatiivisesti varautuneiden elektronien olemassaolon [7] . Kokeen tulosten perusteella hän loi planeettamallin atomista .
Lontoon Royal Societyn [8] jäsen (1903) ja presidentti (1925-1930) , Pariisin tiedeakatemian ulkomainen jäsen (1927; kirjeenvaihtaja vuodesta 1921) [9] , ulkomainen kirjejäsen (1922) ja kunniajäsen ( 1925) Venäjän tiedeakatemian [10] .
Ernest Rutherford syntyi 30. elokuuta 1871 Uudessa-Seelannissa pienessä Spring Groven kylässä ( eng. Spring Grove ), joka sijaitsee Eteläsaaren pohjoisosassa lähellä Nelsonin kaupunkia pellavanviljelijän perheeseen. Isä - James Rutherford, muutti Perthistä (Skotlanti). Äiti - Martha Thompson, kotoisin Hornchurchista (Essex, Englanti). Tuolloin muut skottit muuttivat Quebeciin (Kanada), mutta Rutherfordin perhe ei ollut onnekas, ja hallitus tarjosi ilmaisen höyrylaivan lipun Uuteen-Seelantiin, ei Kanadaan.
Ernest oli neljäs lapsi 12-lapsisessa perheessä. Hänellä oli upea muisti, hyvä terveys ja voima. Hän valmistui arvosanoin peruskoulusta arvosanalla 580/600 ja 50 punnan bonuksella jatkaakseen opintojaan Nelson Collegessa. Toinen stipendi antoi hänelle mahdollisuuden jatkaa opintojaan Canterbury Collegessa Christchurchissa [ 11] . Tuolloin se oli pieni yliopisto, jossa oli 150 opiskelijaa ja vain 7 professoria [12] . Rutherford kiinnostui tieteestä ja aloitti tutkimustyön ensimmäisestä päivästä lähtien [12] .
Hänen vuonna 1892 kirjoittamansa diplomityön nimi oli "Raudan magnetoituminen suurtaajuisten purkausten aikana". Työ koski suurtaajuisten radioaaltojen havaitsemista, joiden olemassaolon todisti vuonna 1888 saksalainen fyysikko Heinrich Hertz . Rutherford keksi ja valmisti laitteen - magneettisen ilmaisimen, yhden ensimmäisistä sähkömagneettisten aaltojen vastaanottimista.
Valmistuttuaan yliopistosta vuonna 1894 Rutherford työskenteli vuoden lukion opettajana [12] . Britannian kruunun lahjakkaimmat nuoret alamaiset, jotka asuivat siirtokunnissa, saivat kerran kahdessa vuodessa vuoden 1851 maailmannäyttelyn mukaan nimetyn stipendin - 150 puntaa vuodessa, mikä mahdollisti Englannin etenemisen. tiede. Vuonna 1895 Rutherford sai tämän stipendin, koska se, joka sen ensimmäisenä sai - Maclaurin, kieltäytyi siitä [13] . Saman vuoden syksyllä lainattuaan rahaa lippuun Yhdistyneeseen kuningaskuntaan Rutherford saapui Englantiin Cambridgen yliopiston Cavendishin laboratorioon ja hänestä tuli sen johtajan Joseph John Thomsonin ensimmäinen tohtoriopiskelija . Vuosi 1895 oli ensimmäinen vuosi (J. J. Thomsonin aloitteesta), jolloin muista yliopistoista valmistuneet opiskelijat saattoivat jatkaa tieteellistä työtä Cambridgen laboratorioissa. Yhdessä Rutherfordin kanssa John McLennan , John Townsend ja Paul Langevin käyttivät tätä tilaisuutta hyväkseen ilmoittautumalla Cavendishin laboratorioon . Langevinin kanssa Rutherford työskenteli samassa huoneessa ja ystävystyi hänen kanssaan, tämä ystävyys jatkui heidän elämänsä loppuun asti [12] .
Samana vuonna 1895 solmittiin kihla Mary Georgina Newtonin (1876-1945), sen täysihoitolan emännän tyttären kanssa, jossa Rutherford asui. Häät pidettiin vuonna 1900 anglikaanisessa kirkossa Christchurchissa [14] [15] [16] , ja 30. maaliskuuta 1901 parilla syntyi tytär Eileen Mary (1901-1930), josta tuli myöhemmin astrofyysikko Ralphin vaimo. Fowler .
Rutherford aikoi opiskella radioaaltoja tai hertsiaaltoja, läpäistä fysiikan tentit ja saada maisterin tutkinnon. Mutta seuraavana vuonna kävi ilmi, että Yhdistyneen kuningaskunnan posti oli myöntänyt Marconin rahat samaan työhön ja kieltäytyi rahoittamasta sitä Cavendishin laboratoriossa . Koska stipendi ei riittänyt edes ruokaan, Rutherford joutui työskentelemään J. J. Thomsonin ohjaajana ja assistenttina, jonka aiheena oli kaasun ionisaatioprosessin tutkiminen röntgensäteiden vaikutuksesta . Yhdessä Thomsonin kanssa Rutherford löysi virran kyllästymisen ilmiön kaasuionisaation aikana [12] .
Vuonna 1898 Rutherford löysi alfa- ja beetasäteet . Vuotta myöhemmin Paul Villard löysi gammasäteilyn (tämän tyyppisen ionisoivan säteilyn nimen, kuten kahden ensimmäisen, ehdotti Rutherford).
Kesällä 1898 tiedemies alkoi tutkia äskettäin löydettyä uraanin ja toriumin radioaktiivisuuden ilmiötä . Syksyllä Rutherford otti Thomsonin ehdotuksesta 5 henkilön kilpailun voitettuaan professorin virkaan McGill Universityssä Montrealissa (Kanada) palkalla 500 puntaa tai 2500 Kanadan dollaria vuodessa. Tässä yliopistossa Rutherford teki hedelmällistä yhteistyötä Frederick Soddyn kanssa , joka oli silloin nuorempi laboratorioassistentti kemian laitoksella, myöhemmin (kuten Rutherford) kemian Nobel-palkittu (1921). Vuonna 1903 Rutherford ja Soddy esittivät ja osoittivat vallankumouksellisen idean elementtien muuttamisesta radioaktiivisen hajoamisen prosessissa. Syyskuussa 1905 Otto Hahn , tuleva kemian Nobel-palkittu Saksasta, tuli Rutherfordin laboratorioon Montrealissa vuodeksi opiskelemaan .
Radioaktiivisuuden alalla laajasti tunnetusta työstään Rutherfordista tuli haluttu tiedemies ja hän sai monia työtarjouksia tutkimuskeskuksissa ympäri maailmaa. Keväällä 1907 hän lähti Kanadasta ja aloitti professuurin Victorian yliopistossa Manchesterissa ( Englanti), jossa hänen palkkansa nousi noin 2,5-kertaiseksi.
Vuonna 1908 Rutherford sai kemian Nobelin "tutkimuksestaan radioaktiivisten aineiden kemian alkuaineiden hajoamisesta".
Tärkeä ja iloinen tapahtuma hänen elämässään oli tiedemiehen valinta Lontoon Royal Societyn jäseneksi vuonna 1903, ja vuosina 1925-1930 hän toimi seuran puheenjohtajana. Vuosina 1931-1933 Rutherford oli fysiikan instituutin presidentti .
Vuonna 1914 Rutherford sai aateliston arvonimen. Helmikuun 12. päivänä Buckinghamin palatsissa kuningas asetti hänet ritariksi: hän oli pukeutunut hovin univormuun ja vyötetty miekalla.
Englannin peer, Baron Rutherford Nelson, kruunasi vuonna 1931 hyväksytyn heraldisen vaakunansa kiivilinnulla, Uuden-Seelannin symbolilla. Vaakunan piirros on eksponentin kuva - käyrä, joka luonnehtii monotonista radioaktiivisten atomien määrän vähenemistä ajan myötä.
Vuonna 1931 Rutherford sai 15 000 puntaa erityisen laboratoriorakennuksen rakentamiseen ja varustamiseen Peter Kapitzalle , jonka hän palkkasi Cavendishin laboratorioon vuonna 1921 [17] . Kapitza sai lempinimen Rutherford " krokotiiliksi ". "Tämä eläin ei koskaan käänny takaisin ja voi siksi symboloida Rutherfordin oivallusta ja nopeaa etenemistä", Kapitsa selitti myöhemmin [17] . F. Kedrov kirjassa "Kapitsa: elämä ja löydöt" antaa toisen version [18] : "Tosiasia on, että Rutherfordilla oli kova ääni, eikä hän tiennyt kuinka hallita sitä. Käytävällä jonkun tapaaman mestarin voimakas ääni varoitti laboratorioissa olevia hänen lähestymisestään, ja työntekijöillä oli aikaa "kerätä ajatuksiaan". Tämä antoi Kapitsalle syyn kutsua Rutherfordia krokotiiliksi. Tämä selittyy assosiaatiolla suositun lastenkirjan Krokotiili sankariin, joka nieli herätyskellon. Sen tikittely varoitti lapsia kauhean pedon lähestymisestä. Helmikuussa 1933 laboratorio vihittiin käyttöön Cambridgessa. 2-kerroksisen rakennuksen päätyseinään oli kaiverrettu kiveen valtava krokotiili, joka peitti koko seinän. Kapitsan tilasi sen tehdä tuolloin kuuluisa kuvanveistäjä Eric Gill . Rutherford itse selitti, että se oli hän. Etuovi avattiin kullatulla krokotiilin muotoisella avaimella [19] [17] .
Ernest Rutherford kuoli 66-vuotiaana 19. lokakuuta 1937, neljä päivää hätäleikkauksen jälkeen odottamattoman sairauden – kuristuneen tyrän – vuoksi [12] . Hänet haudattiin Westminster Abbeyyn , Newtonin, Darwinin ja Faradayn hautojen viereen [20] [21] [22] .
P. L. Kapitzan muistelmien mukaan Rutherford oli merkittävä edustaja englantilaisessa fysiikan kokeellisessa koulukunnassa, jolle on ominaista halu ymmärtää fyysisen ilmiön olemus ja tarkistaa, voidaanko se selittää olemassa olevilla teorioilla (toisin kuin Saksalainen kokeilijoiden koulukunta, joka lähtee olemassa olevista teorioista ja pyrkii testaamaan niitä kokemuksella). Hän käytti vähän kaavoja ja turvautui vain vähän matematiikkaan, mutta hän oli loistava kokeilija, joka muistutti tässä suhteessa Faradayta [12] . Kapitsan mainitsema tärkeä ominaisuus Rutherfordille kokeilijana oli hänen havaintonsa. Erityisesti hänen ansiostaan hän havaitsi toriumin emanaation ja havaitsi eroja ionisaatiota mittaavan elektroskoopin lukemissa, kun laitteen ovi oli auki ja kiinni, mikä esti ilmavirran [12] . Toinen esimerkki on Rutherfordin löytö elementtien keinotekoisesta transmutaatiosta, kun ilmassa olevien typpiytimien säteilytykseen alfahiukkasilla seurasi korkean energian hiukkasten (protonien) ilmaantuminen, joilla oli laajempi kantama, mutta jotka olivat hyvin harvinaisia [12 ] .
Rutherford kirjoitti ja julkaisi kolme teoksen osaa. Ne kaikki ovat kokeellisia.
1904 - "Radioaktiivisuus".
1905 - "Radioaktiiviset muutokset".
1930 - "Radioaktiivisten aineiden päästöt" (kirjoittaneet yhdessä J. Chadwickin ja C. Ellisin kanssa ).
Rutherford ei ollut kiinnostunut ydinenergian sovellettavista kysymyksistä ja sen näkymistä, ja hän uskoi, että jos ihmiskunta käyttää atomienergiaa, tässä ei ole mitään yllättävää [23] [24] .
Rutherfordin 12 opiskelijasta tuli Nobelin fysiikan ja kemian palkinnon voittaja . Yksi lahjakkaimmista opiskelijoista , Henry Moseley , joka osoitti kokeellisesti jaksollisen lain fyysisen merkityksen , kutsuttiin Britannian armeijaan ensimmäiseen maailmansotaan viestintäupseeriksi ja kuoli vuonna 1915 27 - vuotiaana Dardanellien operaation aikana . Montrealissa Rutherford työskenteli Frederick Soddyn ja Otto Hahnin kanssa ; Manchesterissa - Hans Geigerin kanssa (erityisesti hän auttoi häntä kehittämään laskurin ionisoivien hiukkasten määrän automaattiseen laskemiseen ), Cambridgessa - Niels Bohrin , Peter Kapitsan ja monien muiden kuuluisien tiedemiesten kanssa tulevaisuudessa.
Radioaktiivisten alkuaineiden löytämisen jälkeen aloitettiin aktiivinen tutkimus niiden säteilyn fysikaalisesta luonteesta. Rutherford onnistui löytämään radioaktiivisen säteilyn monimutkaisen koostumuksen .
Kokemus oli seuraavanlainen. Radioaktiivinen valmiste asetettiin lyijysylinterin kapean kanavan pohjalle ja valokuvauslevy asetettiin vastapäätä. Magneettikenttä vaikutti kanavasta tulevaan säteilyyn. Tässä tapauksessa koko asennus oli tyhjiössä.
Magneettikentässä säde jakautuu kolmeen osaan. Primäärisäteilyn kaksi komponenttia poikkesivat vastakkaisiin suuntiin, mikä osoitti, että niillä oli vastakkaisia varauksia. Kolmas komponentti piti etenemisen suorana. Säteilyä, jolla on positiivinen varaus, kutsutaan alfasäteiksi , negatiivisiksi beeta-säteiksi , neutraaleiksi gammasäteiksi .
Alfasäteilyn luonnetta tutkiessaan Rutherford suoritti seuraavan kokeen. Alfahiukkasten tielle hän asetti Geiger-laskurin , joka mittasi tietyssä ajassa vapautuvien hiukkasten lukumäärän. Sen jälkeen hän mittasi elektrometrillä samana aikana vapautuneiden hiukkasten varauksen. Tietäen alfahiukkasten kokonaisvarauksen ja niiden lukumäärän Rutherford laski yhden tällaisen hiukkasen varauksen. Se osoittautui yhtä suureksi kuin kaksi alkeisoppia .
Poikkeuttamalla hiukkasia magneettikentässä hän määritti sen varauksen suhteen massaan. Kävi ilmi, että yhtä alkuvarausta kohti on kaksi atomimassayksikköä .
Siten havaittiin, että kun varaus on yhtä suuri kuin kaksi alkuainevarausta, alfahiukkasella on neljä atomimassayksikköä . Tästä seuraa, että alfasäteily on heliumytimien virtaa .
Vuonna 1920 Rutherford ehdotti, että pitäisi olla hiukkanen, jonka massa on yhtä suuri kuin protonin massa, mutta jolla ei ole sähkövarausta - neutroni . Hän ei kuitenkaan pystynyt havaitsemaan tällaista hiukkasta. Sen olemassaolon todisti kokeellisesti James Chadwick vuonna 1932.
Lisäksi Rutherford määritti 30 %:lla elektronin varauksen suhteen sen massaan.
Radioaktiiviset muutoksetRadioaktiivisen toriumin ominaisuuksien perusteella Rutherford löysi ja selitti kemiallisten alkuaineiden radioaktiivisen muutoksen. Tiedemies havaitsi, että toriumin aktiivisuus suljetussa ampullissa pysyy muuttumattomana, mutta jos lääkettä puhalletaan jopa erittäin heikolla ilmavirralla, sen aktiivisuus vähenee merkittävästi. On ehdotettu, että torium emittoi radioaktiivista kaasua samanaikaisesti alfahiukkasten kanssa.
Rutherfordin ja hänen kollegansa Frederick Soddyn yhteisen työn tulokset julkaistiin vuosina 1902-1903 Philosophical Magazine -lehden artikkelisarjassa . Näissä artikkeleissa saatujen tulosten analysoinnin jälkeen kirjoittajat tulivat siihen tulokseen, että on mahdollista muuttaa joitain kemiallisia alkuaineita toisiksi.
Atomimuutoksen seurauksena muodostuu täysin uudenlainen aine, joka poikkeaa fyysisiltä ja kemiallisilta ominaisuuksiltaan täysin alkuperäisestä aineesta.
- E. Rutherford, F. SoddyTuolloin hallitsi idea atomin muuttumattomuudesta ja jakamattomuudesta, muut merkittävät tiedemiehet, jotka havaitsivat samanlaisia ilmiöitä, selittivät niitä uusien alkuaineiden läsnäololla alkuperäisessä aineessa alusta alkaen. Aika on kuitenkin osoittanut tällaisten ajatusten virheellisyyden. Myöhemmät fyysikkojen ja kemistien työt osoittivat, missä tapauksissa jotkin elementit voivat muuttua toisiksi ja mitkä luonnonlait hallitsevat näitä muutoksia [25] .
Radioaktiivisen hajoamisen lakiPumppaamalla ilmaa astiasta, jossa oli toriumia, Rutherford eristi toriumin (kaasu, joka tunnetaan nykyään nimellä toron tai radon-220, yksi radonin isotoopeista ) emanaation ja tutki sen ionisointikykyä. Todettiin, että tämän kaasun aktiivisuus vähenee puoleen joka minuutti.
Tutkiessaan radioaktiivisten aineiden aktiivisuuden riippuvuutta ajasta, tiedemies löysi radioaktiivisen hajoamisen lain .
Koska kemiallisten alkuaineiden atomien ytimet ovat melko vakaita, Rutherford ehdotti, että niiden muuntamiseen tai tuhoamiseen tarvitaan erittäin suuri määrä energiaa. Ensimmäinen keinotekoisesti muunnettu ydin on typpiatomin ydin . Pommittamalla typpeä korkeaenergisilla alfahiukkasilla Rutherford havaitsi protonien ilmestymisen - vetyatomin ytimien .
Geiger-Marsdenin kokeilu kultafoliollaRutherford on yksi harvoista Nobel-palkinnon saajista, joka on tehnyt kuuluisimman työnsä sen saamisen jälkeen. Yhdessä Hans Geigerin ja Ernst Marsdenin kanssa vuonna 1909 hän suoritti kokeen , joka osoitti ytimen olemassaolon atomissa. Rutherford pyysi tässä kokeessa Geigeriä ja Marsdenia etsimään alfahiukkasia, joilla on erittäin suuret taipumakulmat, mitä ei odotettu Thomsonin tuolloisesta atomimallista . Tällaisia poikkeamia, vaikkakin harvinaisia, havaittiin, ja poikkeaman todennäköisyys osoittautui poikkeamakulman tasaiseksi, vaikkakin nopeasti pieneneväksi funktioksi.
Myöhemmin Rutherford myönsi, että kun hän ehdotti opiskelijoilleen, että he suorittaisivat kokeen alfahiukkasten siroamisesta suurissa kulmissa, hän itse ei uskonut positiiviseen tulokseen.
Se oli melkein yhtä uskomatonta, kuin jos ampuisit 15 tuuman ammuksen ohutta paperia kohti, ja ammus palaisi luoksesi ja osuisi.
- Ernest Rutherford [26]Rutherford pystyi tulkitsemaan kokeesta saadut tiedot, mikä sai hänet kehittämään planeettamallin atomista vuonna 1911. Tämän mallin mukaan atomi koostuu hyvin pienestä positiivisesti varautuneesta ytimestä, joka sisältää suurimman osan atomin massasta, ja sen ympärillä pyörivistä valoelektroneista.
Rutherford on yksi maailman arvostetuimmista tiedemiehistä [27] . Vuonna 1914 George V valitsi Rutherfordin [28] ritariksi Knight Bacheloriksi . Vuonna 1925 hän teki hänestä [29] ansioritarikunnan jäsenen , ja vuonna 1931 hän myönsi Rutherfordille [30] paronin arvonimen, jolloin hän sai oikeuden kutsua lordi Rutherfordiksi.
Nimetty Ernest Rutherfordin mukaan:
Temaattiset sivustot | ||||
---|---|---|---|---|
Sanakirjat ja tietosanakirjat | ||||
Sukututkimus ja nekropolis | ||||
|
Lontoon Royal Societyn presidentit | |
---|---|
17. vuosisata |
|
1700-luvulla |
|
1800-luvulla |
|
20. vuosisata |
|
XXI vuosisata |
|
kemian palkinnon saajat 1901-1925 | Nobelin|
---|---|
| |
|
-palkinnon saajat vuonna 1908 | Nobel|
---|---|
Fysiologia tai lääketiede | Ilja Iljitš Mechnikov (Venäjän valtakunta) Paul Ehrlich (Saksa) |
Fysiikka | Gabriel Lippmann (Ranska) |
Kemia | Ernest Rutherford (Uusi-Seelanti) |
Kirjallisuus | Rudolf Christoph Eiken (Saksa) |
Maailman | Klas Pontus Arnoldson (Ruotsi) Fredrik Baier (Tanska) |