Үч искусствонун алдында, башкача айтканда, жасалма радиоактивдүүлүктүн ачылышы жөнүндө
Физиканын тарыхында мезгил-мезгили менен көптөгөн изилдөөчүлөрдүн биргелешкен аракеттери бир катар жаңы ачылыштарга алып келген «кереметтүү» жылдар болот. Ошентип, 1820-жыл, электр энергиясынын жылы, 1905-жыл, Эйнштейндин төрт эмгегинин кереметтүү жылы, 1913-жыл, атомдун түзүлүшүн изилдөө менен байланышкан жыл жана акырында 1932-жыл, бир катар техникалык ачылыштар жана жетишкендиктер. ядролук физиканы түзүү.
Түгөйлөр
Айрин, Мари Склодовска-Кюри менен Пьер Кюринин улуу кызы, 1897-жылы Парижде төрөлгөн (1). Ал он эки жашка чейин үйүндө, атактуу окумуштуулар тарабынан балдары үчүн түзүлгөн чакан «мектепте» тарбияланган, анда он чакты окуучу болгон. Мугалимдер: Мари Склодовска-Кюри (физика), Пол Лангевин (математика), Жан Перрен (химия), гуманитардык илимдерди негизинен окуучулардын энелери окутушту. Сабактар көбүнчө мугалимдердин үйүндө өтсө, балдар физика менен химияны чыныгы лабораторияларда окушчу.
Ошентип, физика менен химияны окутуу билимди практикалык иш-аракеттер аркылуу алуу болгон. Ар бир ийгиликтүү эксперимент жаш изилдөөчүлөрдү кубандырды. Бул түшүнүү жана кылдаттык менен жүргүзүлүшү керек болгон чыныгы эксперименттер жана Мари Кюринин лабораториясындагы балдар үлгүлүү тартипте болушу керек болчу. Теориялык билимдерди да алуу керек эле. Метод, бул мектептин окуучуларынын, кийинчерээк жакшы жана көрүнүктүү илимпоздорунун тагдыры катары натыйжалуу болгон.
2. Фредерик Жолио (Харкорт тарткан сүрөт)
Анын үстүнө Иренанын чоң атасы, дарыгер, атасынын жетим калган небересине көп убактысын арнап, көңүл ачып, табият таануу боюнча билимин толуктаган. 1914-жылы Ирен Севинье атындагы пионердик колледжди бүтүрүп, Сорбоннадагы математика жана илим факультетине тапшырган. Бул Биринчи дүйнөлүк согуштун башталышы менен дал келген. 1916-жылы апасына кошулуп, Франциянын Кызыл Чырымында радиологиялык кызматты уюштурушкан. Согуштан кийин ал бакалавр даражасын алган. 1921-жылы анын биринчи илимий эмгеги жарык көргөн. Ал ар түрдүү минералдардан хлордун атомдук массасын аныктоого арналган. Андан аркы ишмердүүлүгүндө апасы менен тыгыз иштешип, радиоактивдүүлүк менен алектенген. 1925-жылы жактаган докторлук диссертациясында полоний чыгарган альфа бөлүкчөлөрүн изилдеген.
Фредерик Жолио 1900-жылы Парижде туулган (2). Сегиз жашынан баштап Сочдогу мектепте окуп, интернатта жашаган. Ал кезде окуудан көрө спортту, өзгөчө футболду артык көрчү. Андан кийин ал эки орто мектепте кезектешип окуган. Ал Ирен Кюридей эле атасынан эрте ажырап калган. 1919-жылы ал École de Physique et de Chemie Industrielle de la Ville de Paris (Париж шаарынын өнөр жай физикасы жана өнөр жай химиясы мектеби) экзаменин тапшырган. 1923-жылы окууну аяктаган. Анын профессору Пол Лангевин Фредериктин жөндөмдүүлүктөрүн жана жакшы сапаттарын үйрөнгөн. 15 ай аскердик кызмат өтөгөндөн кийин Лангевиндин буйругу менен Рокфеллер фондунун гранты менен Радиум институтуна Мари Склодовска-Кюринин жеке лаборанты болуп дайындалган. Ал жерден Ирен Кюри менен таанышып, 1926-жылы жаштар баш кошушкан.
Фредерик 1930-жылы радиоактивдүү элементтердин электрохимиясы боюнча докторлук диссертациясын аяктаган. Бир аз мурун ал өзүнүн кызыкчылыктарын жубайынын изилдөөсүнө буруп, Фредериктин докторлук диссертациясын коргогондон кийин алар чогуу иштешкен. Алардын биринчи маанилүү ийгиликтеринин бири полонийди даярдоо болду, ал альфа бөлүкчөлөрүнүн күчтүү булагы, б.а. гелий ядролору.(24Ал). Алар талашсыз артыкчылыктуу позициядан башташты, анткени кызына полонийдин көп бөлүгүн Мари Кюри берген. Алардын кийинки кызматташтыгы Лью Коварский аларды мындайча сүрөттөгөн: Ирена "мыкты техник", "ал абдан кооз жана кылдат иштеген", "эмне кылып жатканын терең түшүнгөн". Күйөөсүнүн "көңүл бурган, андан да бийик фантазиясы" болгон. "Алар бири-бирин эң сонун толуктап турушкан жана билишкен." Илимдин тарыхы жагынан алар үчүн эң кызыктуусу эки жыл болду: 1932-34-ж.
Алар дээрлик нейтронду ачышты
"Дээрлик" абдан маанилүү. Алар бул кайгылуу чындыкты тез эле билишти. 1930-жылы Берлинде эки немис - Уолтер Боте i Хуберт Бекер - Альфа бөлүкчөлөрү менен бомбаланганда жарык атомдорунун өзүн кандай алып жүрөрү изилденген. Бериллий калкан (49Be) альфа бөлүкчөлөрү менен бомбаланганда өтө өтүүчү жана жогорку энергиялуу нурлануу бөлүнүп чыгат. Экспериментаторлордун айтымында, бул нурлануу күчтүү электромагниттик нурлануу болушу керек.
Бул этапта, Ирена менен Фредерик маселени чечишти. Алардын альфа бөлүкчөлөрүнүн булагы болуп көрбөгөндөй күчтүү болгон. Алар реакция продуктыларына байкоо жүргүзүү үчүн булут камерасын колдонушкан. 1932-жылдын январь айынын аягында алар суутекти камтыган заттан жогорку энергиялуу протондорду жок кылган гамма нурлары экенин ачык жарыялашкан. Колдорунда эмне болгонун, эмне болуп жатканын али түшүнө элек.. Окугандан кийин Джеймс Чадвик (3) Кембриджде ал гамма нурлануу эмес, бир нече жыл мурун Резерфорд алдын ала айткан нейтрондор деп ойлоп, дароо ишке киришти. Бир катар эксперименттерден кийин ал нейтронду байкоого ынанды жана анын массасы протондукуна окшош экендигин аныктады. Ал 17-жылдын 1932-февралында Nature журналына «Нейтрондун мүмкүн болушу» деген жазууну тапшырган.
Чадвик нейтрон протон менен электрондон турат деп ишенсе да, бул чындыгында нейтрон болгон. 1934-жылы гана нейтрон элементардык бөлүкчө экенин түшүнүп, далилдеген. Чадвик 1935-жылы физика боюнча Нобель сыйлыгына татыктуу болгон. Жолио-Кюрилер маанилүү ачылышты өткөрүп жибергендигин түшүнүшкөнүнө карабастан, бул багыттагы изилдөөлөрүн уланта беришкен. Алар бул реакциянын нейтрондордон тышкары гамма нурларын пайда кылганын түшүнүп, ядролук реакцияны жазышты:
, мында Ef гамма-кванттын энергиясы. Окшош эксперименттер менен жүргүзүлгөн 919F.
Кайра ачууну сагындым
Позитрон ачылганга чейин бир нече ай мурун Жолио-Кюри башка нерселер менен катар, электрон сыяктуу, бирок электрондун карама-каршы багытында бурулган ийри жолдун фотосүрөттөрү болгон. Сүрөттөр магнит талаасында жайгашкан туман камерасында тартылган. Мунун негизинде жубайлар электрондор булактан жана булакка эки багытта бара жаткандыгы жөнүндө сүйлөшүштү. Чынында, "булакка карай" багыт менен байланышкандар позитрондор же булактан алыстап бараткан оң электрондор болгон.
Ошол эле учурда, 1932-жылдын жай айынын аягында АКШда Карл Дэвид Андерсон (4), швед иммигранттарынын уулу, магнит талаасынын таасири астында булут камерасында космостук нурларды изилдеген. Космостук нурлар Жерге сырттан келет. Андерсон, бөлүкчөлөрдүн багытын жана кыймылын так билүү үчүн, камеранын ичинде бөлүкчөлөрдү металл пластина аркылуу өткөрүп, ал жерде энергиянын бир бөлүгүн жоготушкан. 2-августта ал изди көрдү, аны оң электрон катары чечмеледи.
Белгилей кетсек, Дирак мурда мындай бөлүкчөнүн теориялык бар экенин алдын ала айткан. Бирок Андерсон космостук нурларды изилдөөдө эч кандай теориялык принциптерди карманган эмес. Бул контекстте ал өзүнүн ачылышын кокустук деп атады.
Кайрадан Жолио-Кюри талашсыз кесипке туруштук берүүгө аргасыз болгон, бирок бул жаатта дагы изилдөөлөрдү жүргүзгөн. Алар Эйнштейндин атактуу E = mc2 формуласына жана энергия менен импульстун сакталуу мыйзамына ылайык, гамма-нур фотондор оор ядронун жанында жок болуп, электрон-позитрон жуптарын түзө аларын аныкташкан. Кийинчерээк Фредерик өзү эки гамма кванттарды пайда кылып, электрон-позитрон жупунун жок болуу процесси бар экенин далилдеген. Аларда электрон-позитрон жуптарынан позитрондордон тышкары, ядролук реакциялардын позитрондору да болгон.
5. Жетинчи Солвей конференциясы, 1933-ж
Биринчи катарда отурган: Ирен Жолио-Кюри (солдон экинчи),
Мария Склодовска-Кюри (солдон бешинчи), Лиз Майтнер (оңдон экинчи).
жасалма радиоактивдүүлүк
Жасалма радиоактивдүүлүктүн ачылышы бир заматта болгон эмес. 1933-жылы февраль айында алюминий, фтор, анан натрийди альфа бөлүкчөлөрү менен бомбалоо аркылуу Жолио нейтрондорду жана белгисиз изотопторду алган. 1933-жылы июлда алар алюминийди альфа бөлүкчөлөрү менен нурлантуу аркылуу нейтрондорду гана эмес, позитрондорду да байкашкандыктарын жарыялашкан. Ирен менен Фредериктин ою боюнча, бул ядролук реакциядагы позитрондор электрон-позитрон жуптарынын пайда болушунун натыйжасында пайда болушу мүмкүн эмес, атом ядросунан чыгышы керек болчу.
Жетинчи Солвей конференциясы (5) 22-жылдын 29-1933-октябрында Брюсселде болуп өткөн. Ал «Атомдук ядролордун түзүлүшү жана касиеттери» деп аталган. Ага 41 физик, анын ичинде дүйнөдөгү бул тармактын эң көрүнүктүү адистери катышты. Жолиот бор менен алюминийди альфа нурлары менен нурлантуу же позитрондуу нейтронду же протонду пайда кылаарын айтып, өз эксперименттеринин натыйжаларын билдирди.. Бул конференцияда Лиза Майтнер Ал алюминий жана фтор менен болгон эксперименттерде ал бирдей жыйынтыкка ээ болбогонун айтты. Чечмелөөдө ал Парижден келген жубайлардын позитрондордун келип чыгышынын өзөктүк табияты жөнүндө пикири менен бөлүшкөн эмес. Бирок, ал Берлинге жумушка кайтып келгенден кийин, ал бул эксперименттерди кайрадан ишке ашырган жана 18-ноябрда Жолио-Кюриге жазган катында, анын пикири боюнча, азыр ядродон позитрондор чындап эле пайда болуп жатканын моюнга алган.
Мындан тышкары бул конференция Фрэнсис Перрин, алардын теңтуштары жана Парижден келген жакшы досу позитрондор жөнүндө сөз сүйлөдү. Эксперименттерден алар табигый радиоактивдүү ажыроодо бета бөлүкчөлөрүнүн спектрине окшош позитрондордун үзгүлтүксүз спектрин алышканы белгилүү болгон. Позитрондордун жана нейтрондордун энергияларын андан ары талдоо Перрин бул жерде эки эмиссияны бөлүү керек деген жыйынтыкка келди: биринчиден, туруксуз ядронун пайда болушу менен коштолгон нейтрондордун эмиссиясы, андан кийин бул ядродон позитрондордун эмиссиясы.
Конференциядан кийин Жолиот бул эксперименттерди эки айга жакын токтотту. Анан, 1933-жылы декабрда, Перрин бул маселе боюнча өз пикирин жарыялады. Ошол эле учурда декабрь айында да Enrico Fermi бета ажыроо теориясын сунуш кылган. Бул тажрыйбаларды чечмелөө үчүн теориялык негиз болуп кызмат кылган. 1934-жылдын башында Франциянын борборунан келген жубайлар эксперименттерин кайра башташкан.
Так 11-январда, бейшемби күнү түштөн кийин Фредерик Жолио алюминий фольгасын алып, аны 10 мүнөт бою альфа бөлүкчөлөрү менен бомбалады. Ал биринчи жолу аныктоо үчүн мурункудай туман камерасын эмес, Гейгер-Мюллер эсептегичти колдонгон. Ал фольгадан альфа бөлүкчөлөрүнүн булагын алып салганда, позитрондорду эсептөө токтоп калбаганын, эсептегичтер аларды көрсөтүүнү улантып жатканын, болгону алардын саны экспоненциалдуу түрдө кыскарганын таң калуу менен байкады. Ал жарым ажыроо мөөнөтүн 3 мүнөт 15 секунд деп аныктаган. Андан кийин ал фольгага түшкөн альфа бөлүкчөлөрүнүн жолун алардын жолунда коргошун тормозун коюу менен алардын энергиясын азайткан. Жана ал азыраак позитрондорду алды, бирок жарым ажыроо мезгили өзгөргөн жок.
Андан кийин ал ошол эле эксперименттерге бор менен магнийди дуушар кылды жана бул эксперименттерде 14 мүнөт жана 2,5 мүнөттүк жарым ажыроо мөөнөттөрүн алды. Андан кийин, мындай эксперименттер суутек, литий, көмүртек, бериллий, азот, кычкылтек, фтор, натрий, кальций, никель жана күмүш менен жүргүзүлдү - бирок ал алюминий, бор жана магний сыяктуу көрүнүштү байкаган эмес. Гейгер-Мюллер эсептегичи оң жана терс заряддуу бөлүкчөлөрдү айырмалай албайт, ошондуктан Фредерик Жолио да чындыгында оң электрондор менен иштээрин текшерди. Бул экспериментте техникалык аспект дагы маанилүү болгон, б.а., альфа бөлүкчөлөрүнүн күчтүү булагынын болушу жана Гейгер-Мюллер эсептегичи сыяктуу сезгич заряддуу бөлүкчөлөрдүн эсептегичтерин колдонуу.
Мурда Жолио-Кюри түгөйү түшүндүргөндөй, байкалган ядролук трансформацияда позитрондор менен нейтрондор бир убакта бөлүнүп чыгат. Эми, Фрэнсис Перрендин сунуштарынан кийин жана Ферминин ойлорун окуп, түгөйлөр биринчи ядролук реакция туруксуз ядрону жана нейтронду, андан кийин бета плюс ошол туруксуз ядронун ажыроосун пайда кылган деген жыйынтыкка келишкен. Ошентип, алар төмөнкү реакцияларды жаза алышат:
Жолиоттор пайда болгон радиоактивдүү изотоптордун жарым ажыроо мезгили табиятта болушу үчүн өтө кыска экенин байкашкан. Алар өз жыйынтыгын 15-жылдын 1934-январында «Радиоактивдүүлүктүн жаңы түрү» деген макаласында жарыялашты. Февраль айынын башында алар чогултулган аз өлчөмдөгү алгачкы эки реакциядан фосфор менен азотту аныктоого жетишти. Көп өтпөй ядролук бомбалоо реакцияларында, ошондой эле протондордун, дейрондордун жана нейтрондордун жардамы менен көбүрөөк радиоактивдүү изотоптор пайда болушу мүмкүн деген пайгамбарлык болгон. Март айында Энрико Ферми мындай реакциялар жакында нейтрондор аркылуу ишке ашат деп коюм жасады. Көп өтпөй коюмду өзү утуп алган.
Ирена менен Фредерик 1935-жылы "жаңы радиоактивдүү элементтердин синтези" үчүн химия боюнча Нобель сыйлыгын алышкан. Бул ачылыш фундаменталдык изилдөөдө, медицинада жана өнөр жайда көптөгөн маанилүү жана баалуу колдонмолорду тапкан жасалма радиоактивдүү изотопторду өндүрүүгө жол ачты.
Акырында АКШдан келген физиктерди айта кетели. Эрнест Лоуренс Берклидеги кесиптештери жана Пасаденадагы изилдөөчүлөр менен, алардын арасында стажировкада жүргөн поляк да болгон. Андрей Султан. Эсептегичтер аркылуу импульстарды эсептөө байкалды, бирок газ иштебей калган. Бул эсеп аларга жаккан жок. Бирок, алар маанилүү бир жаңы кубулуш менен күрөшүп жатышканын жана жасалма радиоактивдүүлүктүн ачылышы жетишсиз экенин түшүнүшкөн жок ...
