Prieš trigubą meną, tai yra apie dirbtinio radioaktyvumo atradimą
Kartkartėmis fizikos istorijoje pasitaiko „nuostabių“ metų, kai daugelio tyrinėtojų bendromis pastangomis atsiranda virtinė proveržio atradimų. Taip atsitiko 1820-aisiais, elektros metais, 1905-aisiais, stebuklingais keturių Einšteino straipsnių metais, 1913-aisiais, susijusiais su atomo sandaros tyrimais, ir galiausiai 1932-aisiais, kai buvo atlikta daugybė techninių atradimų ir pažangos. branduolinės fizikos kūrimas.
jaunavedžiai
Irena, vyriausia Marie Skłodowska-Curie ir Pierre'o Curie dukra, gimė 1897 m. Paryžiuje (1). Iki dvylikos metų ji buvo auklėjama namuose, mažoje „mokykloje“, kurią savo vaikams sukūrė žymūs mokslininkai, kurioje mokėsi apie dešimt mokinių. Mokytojai buvo: Marie Sklodowska-Curie (fizika), Paul Langevin (matematika), Jean Perrin (chemija), o humanitarinius mokslus daugiausia dėstė mokinių mamos. Pamokos dažniausiai vykdavo mokytojų namuose, o fizikos ir chemijos vaikai mokėsi tikrose laboratorijose.
Taigi fizikos ir chemijos mokymas buvo žinių įgijimas praktiniais veiksmais. Kiekvienas sėkmingas eksperimentas džiugino jaunus mokslininkus. Tai buvo tikri eksperimentai, kuriuos reikėjo suprasti ir kruopščiai atlikti, o vaikai Marie Curie laboratorijoje turėjo būti pavyzdingai tvarkingi. Teko įgyti ir teorinių žinių. Metodas, kaip šios mokyklos mokinių, vėliau gerų ir iškilių mokslininkų likimas, pasiteisino.
2. Frederikas Joliotas (Harcourto nuotrauka)
Negana to, Irenos senelis iš tėvo pusės, gydytojas, daug laiko skyrė našlaičiai tėčio anūkei, linksmindamasis ir papildydamas gamtos mokslų išsilavinimą. 1914 m. Irene baigė novatorišką Collège Sévigné ir įstojo į Sorbonos matematikos ir gamtos mokslų fakultetą. Tai sutapo su Pirmojo pasaulinio karo pradžia. 1916 m. ji prisijungė prie savo motinos ir kartu suorganizavo radiologinę tarnybą Prancūzijos Raudonajame kryžiuje. Po karo ji gavo bakalauro laipsnį. 1921 metais buvo paskelbtas pirmasis jos mokslinis darbas. Jis buvo skirtas chloro atominės masės nustatymui iš įvairių mineralų. Tolesnėje veikloje ji glaudžiai bendradarbiavo su mama, sprendžiant radioaktyvumo klausimus. Daktaro disertacijoje, apgintoje 1925 m., ji tyrė polonio skleidžiamas alfa daleles.
Frederikas Joliotas gimęs 1900 metais Paryžiuje (2). Nuo aštuonerių metų lankė mokyklą So mieste, gyveno internate. Tuo metu jis pirmenybę teikė sportui, o ne mokslams, ypač futbolui. Tada jis pakaitomis lankė dvi aukštąsias mokyklas. Kaip ir Irene Curie, jis anksti neteko tėvo. 1919 metais išlaikė egzaminą École de Physique et de Chemie Industrielle de la Ville de Paris (Paryžiaus miesto pramoninės fizikos ir pramoninės chemijos mokykla). Jį baigė 1923 m. Jo profesorius Paulas Langevinas sužinojo apie Frederiko sugebėjimus ir dorybes. Po 15 mėnesių karinės tarnybos Langevino nurodymu jis buvo paskirtas asmeniniu Marie Skłodowska-Curie laborantu Radžio institute, gavęs Rokfelerio fondo dotaciją. Ten jis susipažino su Irene Curie, o 1926 metais jaunuoliai susituokė.
Frederikas baigė daktaro disertaciją apie radioaktyviųjų elementų elektrochemiją 1930 m. Kiek anksčiau savo interesus jis jau buvo nukreipęs į žmonos mokslinius tyrimus, o apgynę Frederiko daktaro disertaciją jau dirbo kartu. Vienas iš pirmųjų svarbių jų laimėjimų buvo polonio preparatas, kuris yra stiprus alfa dalelių šaltinis, t.y. helio branduoliai.(24Jis). Jie pradėjo neabejotinai privilegijuotą padėtį, nes būtent Marie Curie tiekė savo dukrai didelę polonio dalį. Vėlesnis jų bendradarbis Lew Kowarsky apibūdino juos taip: Irena buvo „puiki technika“, „ji dirbo labai gražiai ir kruopščiai“, „ji giliai suprato, ką daro“. Jos vyro vaizduotė buvo „akinesnė, spartesnė“. „Jie puikiai papildė vienas kitą ir tai žinojo“. Mokslo istorijos požiūriu įdomiausi jiems buvo dveji metai: 1932-34 m.
Jie beveik atrado neutroną
„Beveik“ turi daug reikšmės. Apie šią liūdną tiesą jie sužinojo labai greitai. 1930 m. Berlyne du vokiečiai - Walteris Bothe'as i Hubertas Beckeris - Ištyrė, kaip šviesos atomai elgiasi, kai yra bombarduojami alfa dalelėmis. Berilio skydas (49Be) bombarduojamas alfa dalelėmis skleidė itin skvarbią ir didelės energijos spinduliuotę. Pasak eksperimentuotojų, ši spinduliuotė turėjo būti stipri elektromagnetinė spinduliuotė.
Šiame etape Irena ir Frederikas sprendė problemą. Jų alfa dalelių šaltinis buvo galingiausias kada nors. Reakcijos produktams stebėti jie naudojo debesų kamerą. 1932 m. sausio pabaigoje jie viešai paskelbė, kad būtent gama spinduliai išmuša iš vandenilio turinčios medžiagos didelės energijos protonus. Jie dar nesuprato, kas yra jų rankose ir kas vyksta.. Po skaitymo Jamesas Chadwickas (3) Kembridže jis iškart ėmėsi darbo, manydamas, kad tai visai ne gama spinduliuotė, o neutronai, kuriuos Rutherfordas numatė kelerius metus iš anksto. Po daugybės eksperimentų jis įsitikino neutrono stebėjimu ir nustatė, kad jo masė panaši į protono masę. 17 m. vasario 1932 d. jis žurnalui „Nature“ pateikė pastabą „Galimas neutrono egzistavimas“.
Iš tikrųjų tai buvo neutronas, nors Chadwickas tikėjo, kad neutroną sudaro protonas ir elektronas. Tik 1934 metais jis suprato ir įrodė, kad neutronas yra elementarioji dalelė. Chadwickas buvo apdovanotas Nobelio fizikos premija 1935 m. Nepaisant supratimo, kad jie praleido svarbų atradimą, Joliot-Curies tęsė šios srities tyrimus. Jie suprato, kad ši reakcija, be neutronų, gamina ir gama spindulius, todėl parašė branduolinę reakciją:
, kur Ef yra gama kvanto energija. Panašūs eksperimentai buvo atlikti su 919F.
Vėl praleidau atidarymą
Likus keliems mėnesiams iki pozitrono atradimo, Joliot-Curie turėjo nuotraukų, kuriose, be kita ko, buvo lenktas kelias, tarsi tai būtų elektronas, bet besisukantis priešinga elektrono kryptimi. Nuotraukos darytos rūko kameroje, esančioje magnetiniame lauke. Remdamiesi tuo, pora kalbėjo apie elektronus, einančius dviem kryptimis – iš šaltinio ir į šaltinį. Tiesą sakant, tie, kurie buvo susiję su kryptimi „šaltinio link“, buvo pozitronai arba teigiami elektronai, tolstantys nuo šaltinio.
Tuo tarpu Jungtinėse Valstijose 1932 m. vasaros pabaigoje Carlas Davidas Andersonas (4), švedų imigrantų sūnus, tyrė kosminius spindulius debesų kameroje, veikiant magnetiniam laukui. Kosminiai spinduliai į Žemę ateina iš išorės. Andersonas, norėdamas būti tikras dėl dalelių krypties ir judėjimo, kameros viduje daleles perleido per metalinę plokštę, kur jos prarado dalį energijos. Rugpjūčio 2 d. jis pamatė pėdsaką, kurį neabejotinai interpretavo kaip teigiamą elektroną.
Verta paminėti, kad Diracas anksčiau buvo numatęs teorinį tokios dalelės egzistavimą. Tačiau tyrinėdamas kosminius spindulius Andersonas nesivadovavo jokiais teoriniais principais. Šiame kontekste jis pavadino savo atradimą atsitiktiniu.
Vėlgi, Joliot-Curie turėjo taikstytis su neabejotina profesija, tačiau ėmėsi tolesnių šios srities tyrimų. Jie nustatė, kad gama spindulių fotonai gali išnykti šalia sunkaus branduolio, sudarydami elektronų-pozitronų porą, matyt, pagal garsiąją Einšteino formulę E = mc2 ir energijos bei impulso tvermės dėsnį. Vėliau pats Frederikas įrodė, kad vyksta elektronų ir pozitronų poros išnykimo procesas, dėl kurio susidaro du gama kvantai. Be pozitronų iš elektronų ir pozitronų porų, jie turėjo pozitronų iš branduolinių reakcijų.
5. Septintoji Solvay konferencija, 1933 m
Pirmoje eilėje sėdi: Irene Joliot-Curie (antra iš kairės),
Maria Skłodowska-Curie (penkta iš kairės), Lise Meitner (antra iš dešinės).
dirbtinis radioaktyvumas
Dirbtinio radioaktyvumo atradimas nebuvo momentinis veiksmas. 1933 m. vasario mėn., bombarduodamas aliuminį, fluorą, o vėliau natrį alfa dalelėmis, Joliotas gavo neutronų ir nežinomų izotopų. 1933-iųjų liepą jie paskelbė, kad, apšvitindami aliuminį alfa dalelėmis, pastebėjo ne tik neutronus, bet ir pozitronus. Pasak Irenos ir Frederiko, pozitronai šioje branduolinėje reakcijoje negalėjo susidaryti susidarius elektronų ir pozitronų poroms, o turėjo kilti iš atomo branduolio.
5 m. spalio 22–29 d. Briuselyje įvyko septintoji Solvay konferencija (1933), kuri vadinosi „Atominių branduolių struktūra ir savybės“. Jame dalyvavo 41 fizikas, tarp jų ir žymiausi šios srities ekspertai pasaulyje. Joliotas pranešė apie savo eksperimentų rezultatus, teigdamas, kad borą ir aliuminį švitinant alfa spinduliais susidaro arba neutronas su pozitronu, arba protonas.. Šioje konferencijoje Lisa Meitner Ji teigė, kad atliekant tuos pačius eksperimentus su aliuminiu ir fluoru ji negavo tokio paties rezultato. Aiškindama ji nepritarė poros iš Paryžiaus nuomonei apie pozitronų kilmės branduolinį pobūdį. Tačiau grįžusi į darbą Berlyne ji vėl atliko šiuos eksperimentus ir lapkričio 18 dieną laiške Joliot-Curie pripažino, kad dabar, jos nuomone, pozitronai tikrai atsiranda iš branduolio.
Be to, ši konferencija Pranciškus Perrinas, jų bendraamžis ir geras draugas iš Paryžiaus, pasisakė pozitronų tema. Iš eksperimentų buvo žinoma, kad jie gavo ištisinį pozitronų spektrą, panašų į beta dalelių spektrą natūralaus radioaktyvaus skilimo metu. Tolesnė pozitronų ir neutronų energijų analizė Perrinas priėjo prie išvados, kad čia reikėtų išskirti dvi emisijas: pirma – neutronų emisiją, kurią lydi nestabilaus branduolio susidarymas, o vėliau – pozitronų emisiją iš šio branduolio.
Po konferencijos Joliotas šiuos eksperimentus sustabdė maždaug dviem mėnesiams. Ir tada, 1933 m. gruodžio mėn., Perrinas paskelbė savo nuomonę šiuo klausimu. Tuo pačiu metu ir gruodžio mėn Enrico Fermi pasiūlė beta skilimo teoriją. Tai buvo teorinis patirties interpretavimo pagrindas. 1934-ųjų pradžioje pora iš Prancūzijos sostinės atnaujino savo eksperimentus.
Lygiai sausio 11 d., ketvirtadienio popietę, Frédéricas Joliotas paėmė aliuminio foliją ir 10 minučių bombardavo ją alfa dalelėmis. Pirmą kartą jis aptikimui naudojo Geigerio-Muller skaitiklį, o ne rūko kamerą, kaip anksčiau. Jis su nuostaba pastebėjo, kad iš folijos pašalinus alfa dalelių šaltinį, pozitronų skaičiavimas nenutrūko, skaitikliai juos rodė ir toliau, tik jų skaičius sumažėjo eksponentiškai. Jis nustatė, kad pusinės eliminacijos laikas yra 3 minutės ir 15 sekundžių. Tada jis sumažino alfa dalelių, krentančių ant folijos, energiją, įdėdamas švino stabdį jų kelyje. Ir gavo mažiau pozitronų, bet pusinės eliminacijos laikas nepasikeitė.
Tada jis atliko tokius pačius eksperimentus su boru ir magniu, o šių eksperimentų pusinės eliminacijos laikas buvo atitinkamai 14 minučių ir 2,5 minutės. Vėliau tokie eksperimentai buvo atlikti su vandeniliu, ličiu, anglimi, beriliu, azotu, deguonimi, fluoru, natriu, kalciu, nikeliu ir sidabru – tačiau jis nepastebėjo panašaus reiškinio kaip su aliuminiu, boru ir magniu. Geigerio-Muller skaitiklis neskiria teigiamo ir neigiamo krūvio dalelių, todėl Frédéricas Joliotas taip pat patikrino, ar jis iš tikrųjų susijęs su teigiamais elektronais. Šiame eksperimente taip pat buvo svarbus techninis aspektas, ty stipraus alfa dalelių šaltinio buvimas ir jautraus įkrautų dalelių skaitiklio, pvz., Geigerio-Muller skaitiklio, naudojimas.
Kaip anksčiau paaiškino Joliot-Curie pora, stebimos branduolinės transformacijos metu pozitronai ir neutronai išsiskiria vienu metu. Dabar, vadovaudamiesi Franciso Perrino pasiūlymais ir perskaitę Fermio samprotavimus, pora padarė išvadą, kad pirmoji branduolinė reakcija sukūrė nestabilų branduolį ir neutroną, o po to - beta ir nestabilaus branduolio skilimas. Taigi jie galėtų parašyti tokias reakcijas:
Joliotai pastebėjo, kad susidariusių radioaktyvių izotopų pusinės eliminacijos laikas buvo per trumpas, kad egzistuotų gamtoje. Savo rezultatus jie paskelbė 15 m. sausio 1934 d. straipsnyje „Naujas radioaktyvumo tipas“. Vasario pradžioje iš surinktų nedidelių kiekių pavyko identifikuoti fosforą ir azotą iš pirmųjų dviejų reakcijų. Netrukus buvo paskelbta pranašystė, kad branduolinio bombardavimo reakcijose gali susidaryti daugiau radioaktyvių izotopų, taip pat naudojant protonus, deuteronus ir neutronus. Kovo mėnesį Enrico Fermi lažinosi, kad tokios reakcijos netrukus bus vykdomos naudojant neutronus. Netrukus jis pats laimėjo lažybas.
Irena ir Frederickas 1935 metais buvo apdovanoti Nobelio chemijos premija už „naujų radioaktyvių elementų sintezę“. Šis atradimas atvėrė kelią dirbtinai radioaktyvių izotopų gamybai, kurie rado daug svarbių ir vertingų pritaikymų fundamentiniuose tyrimuose, medicinoje ir pramonėje.
Galiausiai verta paminėti fizikus iš JAV, Ernestas Lawrence'as su kolegomis iš Berklio ir tyrėjais iš Pasadenos, tarp kurių buvo ir stažavęsis lenkas Andrejus sultonas. Stebėtas impulsų skaičiavimas pagal skaitiklius, nors akceleratorius jau buvo nustojęs veikti. Jiems nepatiko šis skaičius. Tačiau jie nesuvokė, kad susiduria su svarbiu nauju reiškiniu ir kad jiems tiesiog trūksta dirbtinio radioaktyvumo atradimo...
