سيرة إرنست رذرفورد القصيرة. سيرة إرنست رذرفورد. الغواصات والتفاعل النووي

56. إرنست روثرفورد (1871-1937) يعتبر إرنست رذرفورد أعظم فيزيائي تجريبي في القرن العشرين. إنه الشخصية المركزية في معرفتنا بالنشاط الإشعاعي ، وهو أيضًا الرجل الذي وضع الأساس للفيزياء النووية. بصرف النظر عن الخاص بك

كيف صنف إرنست رذرفورد العلوم؟ في معظم القرن العشرين (من العقد الأول من القرن العشرين إلى الستينيات) ، نظر العديد من علماء الفيزياء بازدراء إلى زملائهم العلماء الذين يجرون أبحاثًا في مجالات أخرى من العلوم الطبيعية. يقولون ذلك عندما تكون زوجة لأمريكي

رذرفورد (ريزفورد) ، إرنست (رذرفورد ، إرنست ، 1871-1937) ، فيزيائي إنجليزي 52 العلوم مقسمة إلى فيزياء وجمع الطوابع. كما ورد في الكتاب "نكتة رذرفورد الشهيرة". جي بي بيركس "إرنست رذرفورد في مانشستر" (1962). ؟ بيركس جيه بي راذرفورد في مانشستر. - لندن ، 1962 ، ص.

بيفين ، إرنست (1881-1951) ، سياسي بريطاني من حزب العمال ، 1945-1951. وزير الخارجية 29 إذا فتحت صندوق باندورا هذا ، فأنت لا تعرف نوع أحصنة طروادة التي ستقفز من هناك. الواردة في الكتاب. ر. باركلي "إرنست بيفين ووزارة الخارجية" (1975).

رينان ، إرنست (رينان ، إرنست ، 1823-1892) ، المؤرخ الفرنسي 23 ب المعجزة اليونانية. // معجزة اليونان. "الصلاة إلى الأكروبوليس" (1888) "لفترة طويلة لم أعد أؤمن بمعجزة بالمعنى الحرفي ؛ وبدا لي المصير الفريد للشعب اليهودي ، الذي قاد إلى المسيح والمسيحية ، شيئًا ما

إرنست رذرفوردولد في 30 أغسطس 1871 في برايت ووتر ، مكان خلاب في نيوزيلندا. كان الطفل الرابع لجيمس رذرفورد الاسكتلندي المولد ومارثا طومسون ، وكان الأكثر موهبة من بين الأطفال الاثني عشر. أكمل إرنست دراسته الابتدائية ببراعة ، وحصل على 580 نقطة من أصل 600 ممكنة ومكافأة قدرها 50 جنيهًا إسترلينيًا لمواصلة تعليمه.
في كلية نيلسون ، حيث تم قبول إرنست رذرفورد في الصف الخامس ، لاحظ المعلمون قدرته الاستثنائية في الرياضيات. لكن إرنست لم يصبح عالم رياضيات. لم يصبح إنسانيًا أيضًا ، على الرغم من أنه أظهر قدرات ملحوظة في اللغات والأدب. كان من دواعي سرور Fate أن يأمر بأن إرنست أصبح مهتمًا بالعلوم الطبيعية - الفيزياء والكيمياء.
بعد تخرجه من الكلية ، التحق رذرفورد بجامعة كانتربري ، وقد قدم بالفعل في سنته الثانية تقريرًا عن "تطور العناصر" ، حيث اقترح أن العناصر الكيميائية عبارة عن أنظمة معقدة تتكون من نفس الجسيمات الأولية. لم يتم تقدير تقرير الطالب إرنست بشكل صحيح في الجامعة ، لكن عمله التجريبي ، على سبيل المثال ، إنشاء مستقبل الموجات الكهرومغناطيسية ، فاجأ حتى كبار العلماء. بعد بضعة أشهر فقط ، حصل على "منحة 1851" ، والتي تميز الخريجين الموهوبين من جامعات اللغة الإنجليزية الإقليمية.
بعد ذلك ، عمل رذرفورد لمدة ثلاث سنوات في كامبريدج ، في مختبر كافنديش ، بتوجيه من الفيزيائي الشهير جوزيف جون طومسون. في عام 1898 بدأ في دراسة النشاط الإشعاعي. أول اكتشاف أساسي لروذرفورد في هذا المجال - اكتشاف عدم تجانس الإشعاع المنبعث من اليورانيوم - جعل اسمه معروفًا في العالم العلمي ؛ بفضله ، دخل مفهوم إشعاع ألفا وبيتا إلى العلم.
في نفس العام ، تمت دعوة رذرفورد البالغ من العمر 26 عامًا إلى مونتريال كأستاذ في جامعة ماكجيل - الأفضل في كندا. سميت هذه الجامعة على اسم مؤسسها - مهاجر من اسكتلندا ، تمكن في نهاية حياته من الثراء. قبل أن يغادر رذرفورد إلى كندا ، سلمه ج. إذا تم انتخابه ، سيؤسس مدرسة فيزياء متميزة في مونتريال ... ". تحققت تنبؤات طومسون. عمل رذرفورد في كندا لمدة 10 سنوات وأنشأ بالفعل مدرسة علمية هناك.
في عام 1903 ، تم انتخاب العالم البالغ من العمر 32 عامًا كعضو في الجمعية الملكية في لندن - الأكاديمية البريطانية للعلوم.
في عام 1907 ، انتقل رذرفورد وعائلته من كندا إلى إنجلترا لتولي منصب أستاذ الفيزياء في جامعة مانشستر. مباشرة بعد وصوله ، تولى رذرفورد دراسات تجريبية عن النشاط الإشعاعي. عمل معه مساعده وطالبه الفيزيائي الألماني هانز جيجر (1882-1945) ، الذي طور طريقة التأين لقياس شدة الإشعاع - عداد جيجر المعروف. أجرى رذرفورد سلسلة من التجارب التي أكدت أن جسيمات ألفا عبارة عن ذرات هيليوم متأينة بشكل مضاعف. جنبا إلى جنب مع طالب آخر ، إرنست مارسدن (1889-1970) ، درس مرور جسيمات ألفا من خلال صفائح معدنية رفيعة. بناءً على هذه التجارب ، اقترح العالم نموذجًا كوكبيًا للذرة: يوجد في وسط الذرة نواة تدور حولها الإلكترونات. تنبأ رذرفورد باكتشاف النيوترون وإمكانية انشطار النوى الذرية للعناصر الخفيفة والتحولات النووية الاصطناعية.
لمدة 18 عامًا - من عام 1919 حتى نهاية حياته - ترأس رذرفورد مختبر كافنديش ، الذي تأسس عام 1874. قبله ، كان يقودها الفيزيائيون الإنجليز العظماء ماكسويل ورايلي وطومسون. لم يعيش رذرفورد قبل سنوات قليلة فقط من اكتشاف الفيزيائيين الألمان أوتو هان (1879-1968) وليز مايتنر (مايتنر) (1878-1968) انشطار اليورانيوم.
وفقًا لباتريك بلاكيت ، أحد أقرب المتعاونين مع رذرفورد ، فإن هذا الاكتشاف " بمعنى ما ، كان آخر الاكتشافات العظيمة في الفيزياء النووية ، والتي تختلف عن فيزياء الجسيمات الأولية. لم يعش رذرفورد ليرى ذروة تطور الاتجاه ، والذي كان في الواقع مجال نشاطه العلمي".

في 30 أغسطس 1871 ، وُلد السير إرنست رذرفورد ، عالم الفيزياء البريطاني المولود في نيوزيلندا والمعروف باسم "أب" الفيزياء النووية ، وحائز أيضًا على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1908.

قررنا أن نتذكر سيرة العالم الشهير وتوضيح معالمه الرئيسية في اختيار الصور لدينا.

من مواليد 30 أغسطس 1871 في مدينة سبرينج - بروف (نيوزيلندا) في عائلة من المهاجرين الاسكتلنديين. عمل والده ميكانيكيًا ومزارع كتان ، وكانت والدته معلمة. كان إرنست هو الرابع من بين 12 طفلًا من أبناء رذرفورد والأكثر موهبة.

منزل في فوكسهيل , أين إرنست أمضى جزء طفولتي

"العلوم مقسمة إلى مجموعتين - الفيزياء وجمع الطوابع"

بالفعل في نهاية المدرسة الابتدائية ، كأول طالب ، حصل على مكافأة قدرها 50 جنيهًا إسترلينيًا لمواصلة تعليمه. بفضل هذا ، التحق رذرفورد بالكلية في نيلسون (نيوزيلندا).

صورة لروذرفورد عام 1892 عندما كان طالبًا في كلية كانتربري

بعد التخرج من الكلية ، اجتاز الشاب الامتحانات في جامعة كانتربري وهنا درس الفيزياء والكيمياء بجدية.

« إذا لم يستطع العالم أن يشرح ما يفعله إلى عاملة التنظيف التي تنظف الأرضية في مختبره ، فهو نفسه لا يفهم ما يفعله.«

رذرفورد مع الطلابفي مونتريال ، ولاية كاليفورنيا. 1899

جيه جيه طومسون ، مثل الكثيرينجمع أساتذة الفيزياء في نهاية القرن التاسع عشر مجموعة من الشباب اللامعين " طلاب البحث" حولك . من بينهم مباشرة هو تلميذهإرنست رذرفورد.

شارك في إنشاء مجتمع طلابي علمي وقدم تقريرًا في عام 1891 حول موضوع "تطور العناصر" ، حيث تم التعبير عن فكرة أن الذرات عبارة عن أنظمة معقدة مبنية من نفس الأجزاء المكونة.

هانز جيجر كان في رذرفورد الشريك الرئيسي في ابحاث من 1907 حتى عام 1913

في الوقت الذي هيمنت فيه فكرة دالتون عن عدم قابلية الذرة للتجزئة على الفيزياء ، بدت هذه الفكرة سخيفة ، وكان على رذرفورد الشاب أن يعتذر لزملائه عن "الهراء الواضح".

إرنست رذرفورد (الأول من اليسار في الصف السفلي) مع زملائه

صحيح ، بعد 12 عامًا ، أثبت رذرفورد قضيته. بعد تخرجه من الجامعة ، أصبح إرنست مدرسًا في مدرسة ثانوية ، ولكن من الواضح أن هذا الاحتلال لم يكن يروق له. حصل رذرفورد - أفضل خريج في العام - على منحة دراسية ، وذهب إلى كامبريدج - المركز العلمي في إنجلترا - لمواصلة دراسته.

رذرفورد (الثاني من اليسار ، الصف العلوي) مع زملائه في عام 1896

في مختبر كافنديش ، ابتكر رذرفورد جهاز إرسال للاتصالات اللاسلكية ضمن دائرة نصف قطرها 3 كيلومترات ، لكنه أعطى الأولوية لاختراعه للمهندس الإيطالي جي ماركوني ، وبدأ هو نفسه في دراسة تأين الغازات والهواء. لاحظ العالم أن إشعاع اليورانيوم يتكون من مكونين - أشعة ألفا وبيتا. لقد كان الوحي.

رذرفورد احببت لعبة جيدة فيها جولف في أيام الأحد. من اليسار الى اليمين: رالف الصياد , F. يو. أستون , رذرفورد , ج. و. تايلور

في مونتريال ، أثناء دراسة نشاط الثوريوم ، اكتشف رذرفورد غازًا جديدًا ، وهو الرادون. في عام 1902 ، في عمله "سبب وطبيعة النشاط الإشعاعي" ، اقترح العالم أولاً أن سبب النشاط الإشعاعي هو الانتقال التلقائي لبعض العناصر إلى عناصر أخرى. وجد أن جسيمات ألفا موجبة الشحنة ، وكتلتها أكبر من كتلة ذرة الهيدروجين ، والشحنة تساوي تقريبًا شحنة إلكترونين ، وهذا يشبه ذرات الهيليوم.

حفل زواج إرنست و ماري رذرفورد , 28 يونيه 1900 بوصة نيوزيلاندا

في عام 1903 ، أصبح رذرفورد عضوًا في الجمعية الملكية في لندن ، ومن عام 1925 إلى عام 1930 شغل منصب رئيسها.

إرنست رذرفورد في مؤتمر سولفاي عام 1911

في عام 1904 ، تم نشر العمل الأساسي للعالم "المواد المشعة وإشعاعاتها" ، والتي أصبحت موسوعة لعلماء الفيزياء النووية. في عام 1908 ، حصل رذرفورد على جائزة نوبل للبحث في العناصر المشعة. أنشأ رئيس مختبر الفيزياء في جامعة مانشستر ، رذرفورد مدرسة من علماء الفيزياء النووية ، طلابه.

لقد جمع رذرفورد دائمًا مجموعة من المواهب الشابة اللامعة من حوله.صورة من عام 1910

شارك معهم في دراسة الذرة ، وفي عام 1911 توصل أخيرًا إلى النموذج الكوكبي للذرة ، والذي كتب عنه في مقال نُشر في عدد مايو من المجلة الفلسفية. لم يتم قبول النموذج على الفور ، تمت الموافقة عليه فقط بعد الانتهاء منه من قبل طلاب رذرفورد ، ولا سيما N. Bohr.

كوكروفت وروذرفورد والتون عام 1932

النحت لإرنست رذرفورد الشاب. النصب التذكاري في نيوزيلاندا

توفي العالم في 19 أكتوبر 1937 في كامبريدج. مثل العديد من عظماء إنجلترا ، يقع إرنست رذرفورد في كاتدرائية القديس بولس ، في "ركن العلوم" ، بجوار نيوتن وفاراداي ودارين وهيرشل.

الصفحة الأولى من مقال إي. رذرفورد في مجلة فلسفية ، 6 ، 21 (1911) ، حيث تم تقديم مفهوم "النواة الذرية" لأول مرة.

النواة الذرية ، التي اكتشفها إي. رذرفورد منذ 100 عام ، هي نظام متصل من البروتونات والنيوترونات المتفاعلة. كل نواة ذرية فريدة بطريقتها الخاصة. لوصف النوى الذرية ، تم تطوير نماذج مختلفة تصف السمات الفردية المحددة للنواة الذرية. فتحت دراسة خصائص النوى الذرية عالماً جديداً - عالم الكم دون الذري ، أدى إلى وضع قوانين جديدة للحفظ والتماثل. تستخدم المعرفة المكتسبة في الفيزياء النووية على نطاق واسع في العلوم الطبيعية من دراسة النظم الحية إلى الفيزياء الفلكية.

1. 1911 اكتشف رذرفورد النواة الذرية.

في عدد يونيو 1911 من المجلة الفلسفية ، نُشر عمل إي. "النواة الذرية".
قام E.Rutherford بتحليل نتائج عمل G.Gaiger و E. 90 درجة. تناقضت هذه النتيجة مع النموذج السائد للذرة آنذاك بواسطة J.J. Thomson ، والذي بموجبه تتكون الذرة من إلكترونات سالبة الشحنة وكمية متساوية من الكهرباء الموجبة موزعة بالتساوي داخل كرة نصف قطرها R ≈ 10-8 سم. لشرح النتائج التي تم الحصول عليها بواسطة جيجر ومارسدن ، طور رذرفورد نموذجًا لتشتت نقطة شحنة كهربائية بواسطة شحنة نقطية أخرى بناءً على قانون كولوم وقوانين نيوتن للحركة وحصل على الاعتماد على احتمال تشتت جسيمات ألفا من خلال زاوية θ على الطاقة E لحادث جسيم ألفا

لا يمكن تفسير التوزيع الزاوي لجسيمات ألفا المقاسة بواسطة جيجر ومارسدن إلا بافتراض أن الذرة لها شحنة مركزية موزعة على منطقة من الحجم<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.

في عام 1910 ، جاء عالم شاب يدعى مارسدن إلى مختبر رذرفورد للعمل. طلب من رذرفورد أن يعطيه مشكلة بسيطة للغاية. أمره رذرفورد بحساب جسيمات ألفا التي تمر عبر المادة وإيجاد تشتتها. في الوقت نفسه ، أشار رذرفورد إلى أن مارسدن ، في رأيه ، لن يجد أي شيء يمكن ملاحظته. بنى رذرفورد اعتباراته على نموذج طومسون للذرة الذي تم قبوله في ذلك الوقت. وفقًا لهذا النموذج ، تم تمثيل الذرة بواسطة كرة بحجم 10 -8 سم مع شحنة موجبة موزعة بالتساوي ، حيث تتخلل الإلكترونات. تحدد التذبذبات التوافقية لهذا الأخير أطياف الانبعاث. من السهل إظهار أن جسيمات الفا يجب أن تمر بسهولة عبر هذا المجال ، ولا يمكن توقع تناثرها بطريقة خاصة. أنفقت جسيمات الفا كل الطاقة في طريقها للتخلص من الإلكترونات ، مما أدى إلى تأين الذرات المحيطة.
بدأ مارسدن ، بتوجيه من جيجر ، في إبداء ملاحظاته وسرعان ما لاحظ أن معظم جسيمات ألفا تمر عبر المادة ، ولكن لا يزال هناك تشتت ملحوظ ، ويبدو أن بعض الجسيمات ترتد إلى الوراء. عندما سمع رذرفورد هذا قال:
— هذا مستحيل. هذا مستحيل بقدر ما يستحيل على رصاصة أن ترتد عن الورق.
توضح هذه العبارة كيف رأى الظاهرة بشكل ملموس ومجازي.
نشر مارسدن وجيجر أعمالهما ، وقرر رذرفورد على الفور أن المفهوم الحالي للذرة كان خاطئًا ويحتاج إلى مراجعة جذرية.
بدراسة قانون توزيع جسيمات الفا المنعكسة ، حاول رذرفورد تحديد توزيع المجال داخل الذرة الضروري لتحديد قانون التشتت ، والذي بموجبه يمكن لجسيمات ألفا العودة. لقد توصل إلى استنتاج مفاده أن هذا ممكن عندما تتركز الشحنة بأكملها ليس على حجم الذرة بالكامل ، ولكن في المركز. حجم هذا المركز الذي أسماه النواة صغير جدًا: 10 -12 —10 -13 قطرها سم. لكن أين ، إذن ، لوضع الإلكترونات؟ قرر رذرفورد أن الإلكترونات سالبة الشحنة يجب أن يتم توزيعها حولها - يمكن الاحتفاظ بها بسبب الدوران ، حيث تعمل قوة الطرد المركزي على موازنة القوة الجاذبة للشحنة الموجبة للنواة. وبالتالي ، فإن نموذج الذرة ليس سوى نوع من النظام الشمسي ، يتكون من نواة - الشمس والإلكترونات - الكواكب. لذلك ابتكر نموذجه من الذرة.
قوبل هذا النموذج بحيرة تامة ، لأنه تناقض مع بعض أسس الفيزياء آنذاك ، والتي كانت تبدو غير متزعزعة..

ر. كابيتسا. "ذكريات البروفيسور إي رذرفورد"

1909-1911 تجارب جي جيجر وإي مارسدن

رأى G.Gaiger و E. كانت بعض جسيمات ألفا مبعثرة حتى في الاتجاه المعاكس. تظهر حسابات شدة المجال الكهربائي للذرات في نماذج طومسون وروذرفورد اختلافًا كبيرًا بين هذه النماذج. تبلغ شدة المجال لشحنة موجبة موزعة على سطح الذرة في حالة نموذج طومسون ~ 10 13 فولت / م. في نموذج رذرفورد ، تقع الشحنة الموجبة في مركز الذرة في المنطقة 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.

إي رذرفورد ، 1911 "ومن المعروف جيدا أنα - وβ - الجسيمات ، عند اصطدامها بذرات مادة ما ، تتعرض للانحراف عن المسار المستقيم. هذا التشتت أكثر وضوحا فيβ من الجسيماتα الجسيمات ، لأن لديهم زخم وطاقات أقل بكثير. لذلك ، ليس هناك شك في أن مثل هذه الجسيمات سريعة الحركة تخترق الذرات التي تقابلها في طريقها ، وأن الانحرافات المرصودة ترجع إلى مجال كهربائي قوي يعمل داخل النظام الذري. كان من المفترض عادة أن الحزمة تشتتα - أوβ -الرشاشات عند المرور عبر صفيحة رقيقة من المادة هي نتيجة العديد من التبعثر الصغير أثناء مرور ذرات المادة. ومع ذلك ، أظهرت الملاحظات التي أدلى بها جيجر ومارسدن أن بعضα - الجسيمات في اصطدام واحد تنحرف بزاوية أكبر من 90 درجة. تظهر عملية حسابية بسيطة أن مجالًا كهربائيًا قويًا يجب أن يوجد في الذرة حتى يؤدي تصادم واحد إلى حدوث مثل هذا الانحراف الكبير.

1911 إي رذرفورد. نواة ذرية

α + 197 Au → α + 197 Au

إرنست رذرفورد (1891-1937)

استنادًا إلى النموذج الكوكبي للذرة ، اشتق رذرفورد صيغة تصف تشتت جسيمات ألفا على رقاقة رقيقة من الذهب ، بما يتوافق مع نتائج جايجر ومارسدن. افترض رذرفورد أن جسيمات ألفا والنواة الذرية التي تتفاعل معها يمكن اعتبارها كتلًا وشحنات نقطية وأن قوى التنافر الكهروستاتيكية فقط هي التي تعمل بين النوى الموجبة الشحنة وجسيمات ألفا وأن النواة ثقيلة جدًا مقارنة بجسيم ألفا. أنه لا يتحرك أثناء التفاعل. تدور الإلكترونات حول النواة الذرية على مقاييس ذرية مميزة من 10-8 سم ، وبسبب كتلتها الصغيرة ، لا تؤثر على تشتت جسيمات ألفا.

أولاً ، حصل رذرفورد على اعتماد زاوية التشتت θ لجسيم α مع الطاقة E على قيمة معامل التأثير b للتصادم بنواة نقطة ضخمة. ب - معامل التأثير - الحد الأدنى للمسافة التي يقترب فيها جسيم ألفا من النواة إذا لم تكن هناك قوى تنافر بينهما ، θ - زاوية تشتت جسيم ألفا ، Z 1 هـ - الشحنة الكهربائية لجسيم ألفا ، Z 2 e - حبات الشحنة الكهربائية.
ثم قام رذرفورد بحساب جزء شعاع جسيمات ألفا مع الطاقة E المتناثرة عبر الزاوية θ ، اعتمادًا على شحنة النواة Z 2 e وشحنة الجسيم α Z 1 e. لذلك ، بناءً على القوانين الكلاسيكية لنيوتن وكولومب ، تم الحصول على صيغة تشتت رذرفورد الشهيرة. كان الافتراض الرئيسي في الحصول على الصيغة هو أن الذرة تحتوي على مركز هائل موجب الشحنة ، حجمه R< 10 -12 см.

رذرفورد ، 1911: "أبسط افتراض هو أن الذرة لها شحنة مركزية موزعة على حجم صغير جدًا ، وأن الانحرافات المفردة الكبيرة ترجع إلى الشحنة المركزية ككل ، وليس إلى الأجزاء المكونة لها. وفي نفس الوقت فإن البيانات التجريبية ليست دقيقة بما يكفي لإنكار إمكانية وجود جزء صغير من الشحنة الموجبة على شكل أقمار صناعية تقع على مسافة ما من المركز ... وتجدر الإشارة إلى أن الموجودات تقريبية تتطابق قيمة الشحنة المركزية لذرة الذهب (100e) تقريبًا مع القيمة التي قد تحتوي على ذرة ذهب مكونة من 49 ذرة هيليوم ، تحمل كل منها شحنة مقدارها 2 e. ربما تكون هذه مجرد مصادفة ، لكنها مغرية للغاية من وجهة نظر انبعاث ذرات الهيليوم بواسطة المادة المشعة التي تحمل وحدتين من الشحنة.

جيه جيه طومسون وإي رذرفورد

رذرفورد ، 1921:نشأ مفهوم البنية النووية للذرة في الأصل من محاولات تفسير تشتت جسيمات ألفا بزوايا كبيرة عند المرور عبر طبقات رقيقة من المادة. نظرًا لأن جسيمات ألفا لها كتلة كبيرة وسرعة عالية ، كانت هذه الانحرافات الكبيرة ملحوظة للغاية ؛ وأشاروا إلى وجود مكثف جدا كهربائيا! أو المجالات المغناطيسية داخل الذرات. لشرح هذه النتائج ، كان من الضروري افتراض أن الذرة تتكون من نواة ضخمة مشحونة ، صغيرة الحجم جدًا مقارنة بالقيمة المقبولة عمومًا للقطر الذري. تحتوي هذه النواة الموجبة الشحنة على معظم كتلة الذرة وهي محاطة من مسافة معينة بالإلكترونات السالبة الموزعة بطريقة معروفة ؛ عدد منها يساوي إجمالي شحنة النواة الموجبة. في ظل هذه الظروف ، يجب أن يوجد مجال كهربائي شديد الكثافة بالقرب من النواة ، وعندما تلتقي جسيمات ألفا بذرة مفردة ، تمر بالقرب من النواة ، تنحرف بزوايا كبيرة. بافتراض أن القوى الكهربائية تختلف في تناسب عكسي مع مربع المسافة في المنطقة المجاورة للنواة ، حصل المؤلف على علاقة تتعلق بعدد جسيمات ألفا المنتشرة عبر زاوية معينة بشحنة النواة وطاقة جسيم ألفا.
إن مسألة ما إذا كان العدد الذري لعنصر ما مقياسًا حقيقيًا لشحنته النووية مهمة جدًا لدرجة أنه يجب تطبيق جميع الطرق الممكنة لحلها. تجري حاليًا العديد من الدراسات في مختبر كافنديش لاختبار دقة هذه النسبة. تعتمد الطريقتان الأكثر مباشرة على دراسة تشتت أشعة ألفا وبيتا السريعة. الطريقة الأولى تستخدم من قبل Chadwick "أوم ، باستخدام تقنيات جديدة ؛ وآخرها هو Crowthar" أوم. النتائج التي حصل عليها تشادويك حتى الآن "تؤكد بشكل كامل هوية الرقم الذري مع الشحنة النووية ضمن حدود الدقة المحتملة للتجربة والتي تبلغ بالنسبة لتشادويك" حوالي 1٪.

على الرغم من حقيقة أن الجمع بين اثنين من البروتونات والنيوترونين هو تكوين مستقر للغاية ، فمن المعتقد حاليًا أن جسيم ألفا غير مدرج في تكوين النواة كتكوين هيكلي مستقل. في حالة العناصر المشعة α ، تكون طاقة الارتباط لجسيم ألفا أكبر من الطاقة المطلوبة لإزالة بروتونين ونيوترونين بشكل منفصل من النواة ، لذلك يمكن أن ينبعث جسيم ألفا من النواة ، على الرغم من أنه ليست موجودة في النواة كتعليم مستقل.
كان اقتراح رذرفورد بأن النواة الذرية قد تتكون من عدد معين من ذرات الهليوم أو أقمار صناعية موجبة الشحنة للنواة تفسيرًا طبيعيًا تمامًا للنواة. α النشاط الإشعاعي. لم تكن فكرة إنشاء الجسيمات نتيجة لتفاعلات مختلفة موجودة في ذلك الوقت.
أدى اكتشاف النواة الذرية بواسطة إي. راذرفورد في عام 1911 والدراسة اللاحقة للظواهر النووية إلى تغيير جذري في فهمنا للعالم من حولنا. إثراء العلم بمفاهيم جديدة ، كان بداية دراسة التركيب دون الذري للمادة.

السير إرنست رذرفورد. من مواليد 30 أغسطس 1871 في سبرينج جروف بنيوزيلندا - توفي في 19 أكتوبر 1937 في كامبريدج. فيزيائي بريطاني من أصل نيوزيلندي. يُعرف بـ "أب" الفيزياء النووية. حائز على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1908. في عام 1911 ، من خلال تجربته الشهيرة حول تشتت جسيمات الفا ، أثبت وجود نواة موجبة الشحنة في الذرات والإلكترونات سالبة الشحنة حولها. بناءً على نتائج التجربة ، ابتكر نموذجًا كوكبيًا للذرة.

وُلد رذرفورد في نيوزيلندا في قرية سبرنج جروف الصغيرة (المهندس سبرينغ جروف) ، الواقعة في شمال الجزيرة الجنوبية بالقرب من مدينة نيلسون ، في عائلة مزارع كان يزرع الكتان. الأب - جيمس رذرفورد ، هاجر من بيرث (اسكتلندا). الأم - مارثا طومسون ، الأصل من هورنشيرش ، إسيكس ، إنجلترا. في هذا الوقت ، هاجر اسكتلنديون آخرون إلى كيبيك (كندا) ، لكن عائلة رذرفورد لم تكن محظوظة وقدمت الحكومة تذكرة بخارية مجانية إلى نيوزيلندا ، وليس إلى كندا.

كان إرنست الطفل الرابع في عائلة مكونة من اثني عشر طفلاً. كان يتمتع بذاكرة رائعة وصحة جيدة وقوة. تخرج مع مرتبة الشرف من المدرسة الابتدائية بدرجة 580 من أصل 600 ومكافأة قدرها 50 جنيهًا إسترلينيًا لمواصلة دراسته في كلية نيلسون. سمحت له منحة أخرى بمواصلة دراسته في كلية كانتربري في كرايستشيرش (الآن جامعة نيوزيلندا). في ذلك الوقت كانت جامعة صغيرة تضم 150 طالبًا و 7 أساتذة فقط. رذرفورد مغرم بالعلوم ويبدأ العمل البحثي منذ اليوم الأول.

كانت أطروحة الماجستير التي كتبها عام 1892 بعنوان "ممغنطة الحديد أثناء التفريغ عالي التردد". يتعلق العمل بالكشف عن موجات الراديو عالية التردد ، والتي أثبت وجودها في عام 1888 من قبل الفيزيائي الألماني هاينريش هيرتز. اخترع رذرفورد وصنع جهازًا - كاشفًا مغناطيسيًا ، أحد أوائل أجهزة استقبال الموجات الكهرومغناطيسية.

بعد تخرجه من الجامعة عام 1894 ، كان رذرفورد مدرسًا في مدرسة ثانوية لمدة عام.

حصل أكثر الشباب موهبة من رعايا التاج البريطاني ، الذين عاشوا في المستعمرات ، مرة كل عامين ، على منحة دراسية خاصة سميت باسم المعرض العالمي 1851 - 150 جنيهًا إسترلينيًا في السنة ، مما جعل من الممكن الذهاب إلى إنجلترا لمزيد من التقدم في علم. في عام 1895 ، حصل رذرفورد على هذه المنحة ، حيث رفضها أول من حصل عليها - مكلارين. في خريف نفس العام ، بعد أن اقترض المال لشراء تذكرة سفر إلى المملكة المتحدة ، وصل رذرفورد إلى إنجلترا في مختبر كافنديش في جامعة كامبريدج وأصبح أول طالب دكتوراه لمديره جوزيف جون طومسون.

كان عام 1895 هو العام الأول (بمبادرة من J.J. Thomson) الذي يمكن للطلاب من جامعات أخرى مواصلة العمل العلمي في مختبرات كامبريدج. جنبا إلى جنب مع رذرفورد ، جون ماكلينان ، جون تاونسند وبول لانجيفين استفادوا من هذه الفرصة من خلال التسجيل في مختبر كافنديش. مع لانجفين ، عمل رذرفورد في نفس الغرفة وأصبح صديقًا له ، واستمرت هذه الصداقة حتى نهاية حياتهم.

في نفس العام ، 1895 ، تم إبرام خطوبة مع ماري جورجينا نيوتن (1876-1945) ، ابنة مضيفة المنزل الداخلي الذي عاش فيه رذرفورد. (أقيم حفل الزفاف في عام 1900 ، في 30 مارس 1901 ، وأنجبا ابنة - إيلين ماري (1901-1930) ، والتي أصبحت فيما بعد زوجة رالف فاولر ، عالم الفيزياء الفلكية الشهير.)

خطط رذرفورد لدراسة موجات الراديو أو موجات هيرتز ، واجتياز امتحانات الفيزياء والحصول على درجة الماجستير. لكن في العام التالي اتضح أن مكتب البريد البريطاني قد خصص أموال ماركوني لنفس العمل ورفض تمويله في مختبر كافنديش. نظرًا لأن المنحة لم تكن كافية حتى للطعام ، فقد اضطر رذرفورد لبدء العمل كمدرس ومساعد لـ J.J. Thomson في موضوع دراسة عملية تأين الغاز تحت تأثير الأشعة السينية. يكتشف رذرفورد مع J.J. Thomson ظاهرة التشبع الحالي أثناء تأين الغاز.

اكتشف رذرفورد أشعة ألفا وبيتا في عام 1898.بعد عام ، اكتشف بول فيلارد إشعاع جاما (اقترح رذرفورد اسم هذا النوع من الإشعاع المؤين ، مثل النوعين الأولين).

منذ صيف عام 1898 ، اتخذ العالم الخطوات الأولى في دراسة ظاهرة النشاط الإشعاعي لليورانيوم والثوريوم المكتشفة حديثًا. في الخريف ، باقتراح من طومسون ، تولى رذرفورد منصب أستاذ في جامعة ماكجيل في مونتريال (كندا) ، بناء على اقتراح طومسون ، براتب 500 جنيه إسترليني أو 2500 دولار كندي سنويًا. في هذه الجامعة ، تعاون رذرفورد بشكل مثمر مع فريدريك سودي ، ثم مساعد مختبر صغير في قسم الكيمياء ، فيما بعد (مثل رذرفورد) الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء (1921). في عام 1903 ، طرح رذرفورد وسودي وأثبتا الفكرة الثورية لتحول العناصر في عملية الاضمحلال الإشعاعي.

بعد أن اكتسب شهرة واسعة بسبب عمله في مجال النشاط الإشعاعي ، أصبح رذرفورد عالمًا مطلوبًا ويتلقى العديد من عروض العمل في مراكز الأبحاث حول العالم. في ربيع عام 1907 ، غادر كندا وبدأ أستاذاً في جامعة فيكتوريا (الآن جامعة مانشستر) في مانشستر (إنجلترا) ، حيث كان راتبه أعلى بحوالي 2.5 مرة.

في عام 1908 ، حصل رذرفورد على جائزة نوبل في الكيمياء "لأبحاثه حول اضمحلال العناصر في كيمياء المواد المشعة."

عند تلقيه نبأ حصوله على جائزة نوبل في الكيمياء ، أعلن رذرفورد: "كل العلوم إما فيزياء أو جمع طوابع" (كل العلوم إما فيزياء أو جمع طوابع).

كان من الأحداث المهمة والبهجة في حياته انتخاب عالم عضوًا في الجمعية الملكية في لندن عام 1903 ، وشغل منصب رئيسها من عام 1925 إلى عام 1930. من عام 1931 إلى عام 1933 ، كان رذرفورد رئيسًا لمعهد الفيزياء.

في عام 1914 ، مُنح رذرفورد لقب النبلاء وأصبح "السير إرنست". في 12 فبراير ، في قصر باكنغهام ، منحه الملك فارسًا: كان يرتدي زي المحكمة ويحمل سيفًا.

شعار النبالة الخاص به ، الذي تمت الموافقة عليه في عام 1931 ، توج نظير إنجلترا ، البارون رذرفورد نيلسون (كان هذا هو اسم الفيزيائي العظيم بعد ترقيته إلى رتبة نبالة) طائر الكيوي ، رمز نيوزيلندا. رسم شعار النبالة هو صورة الأس - منحنى يميز العملية الرتيبة لتقليل عدد الذرات المشعة بمرور الوقت.

إنجازات رذرفورد العلمية:

وفقًا للمذكرات ، كان رذرفورد ممثلًا بارزًا للمدرسة التجريبية الإنجليزية في الفيزياء ، والتي تتميز بالرغبة في فهم جوهر ظاهرة فيزيائية والتحقق مما إذا كان يمكن تفسيرها بالنظريات الموجودة (على عكس المدرسة "الألمانية" من المجربين ، والتي تنطلق من النظريات الموجودة وتسعى لاختبار تجربتها).

لقد استخدم القليل من الصيغ ولجأ قليلًا إلى الرياضيات ، لكنه كان مجربًا لامعًا ، يذكرنا بفاراداي في هذا الصدد. من السمات المهمة لروذرفورد كمتجرب لاحظه كابتسا كانت ملاحظته. على وجه الخصوص ، بفضلها اكتشف انبعاث الثوريوم ، ولاحظ الاختلافات في قراءات المكشاف الكهربائي الذي يقيس التأين ، مع فتح الباب وإغلاقه في الجهاز ، مما يعيق تدفق الهواء. مثال آخر هو اكتشاف رذرفورد للتحول الاصطناعي للعناصر ، عندما كان تشعيع نوى النيتروجين في الهواء بجزيئات ألفا مصحوبًا بظهور جسيمات عالية الطاقة (بروتونات) لها نطاق أكبر ، لكنها كانت نادرة جدًا.

1904 - "النشاط الإشعاعي"
1905 - "التحولات المشعة"
1930 - "انبعاثات المواد المشعة" (شارك في تأليفه مع J.Chadwick و C. Ellis).

حصل 12 طالبًا من رذرفورد على جائزة نوبل في الفيزياء والكيمياء.توفي هنري موسلي ، أحد أكثر الطلاب موهبة ، والذي أظهر تجريبياً المعنى المادي للقانون الدوري ، في عام 1915 في جاليبولي أثناء عملية الدردنيل. في مونتريال ، عمل رذرفورد مع F. Soddy، O. Khan؛ في مانشستر - مع G.Gaiger (على وجه الخصوص ، ساعده في تطوير عداد لحساب عدد الجسيمات المؤينة تلقائيًا) ، في كامبريدج - مع N. Bohr و P. Kapitsa والعديد من العلماء المشهورين الآخرين في المستقبل.

بعد اكتشاف العناصر المشعة ، بدأت دراسة نشطة للطبيعة الفيزيائية لإشعاعها. كان رذرفورد قادرًا على اكتشاف التركيب المعقد للإشعاع المشع.

كانت التجربة على النحو التالي. تم وضع المستحضر المشع في قاع قناة ضيقة من أسطوانة الرصاص ، وتم وضع لوحة فوتوغرافية في الجهة المقابلة. أثر المجال المغناطيسي على الإشعاع الخارج من القناة. في هذه الحالة ، كان التثبيت بأكمله في فراغ.

في المجال المغناطيسي ، انقسم الشعاع إلى ثلاثة أجزاء. انحرف مكونا الإشعاع الأولي في اتجاهين متعاكسين ، مما يشير إلى أن لديهما شحنة من إشارات معاكسة. المكون الثالث أبقى التكاثر مستقيما. يسمى الإشعاع بشحنة موجبة أشعة ألفا ، أشعة بيتا السلبية ، أشعة جاما المحايدة.

بدراسة طبيعة إشعاع ألفا ، أجرى رذرفورد التجربة التالية. في مسار جسيمات ألفا ، وضع عداد جيجر الذي يقيس عدد الجسيمات المنبعثة في وقت معين. بعد ذلك ، قام باستخدام مقياس كهربي ، بقياس شحنة الجسيمات المنبعثة خلال نفس الوقت. بمعرفة إجمالي شحنة جسيمات ألفا وعددها ، قام رذرفورد بحساب شحنة أحد هذه الجسيمات. اتضح أنه يساوي اثنين من الابتدائية.

من خلال انحراف الجسيمات في مجال مغناطيسي ، حدد نسبة شحنتها إلى الكتلة. اتضح أن هناك وحدتين من وحدات الكتلة الذرية لكل شحنة أولية.

وهكذا ، وجد أنه مع وجود شحنة تساوي اثنين من العناصر الأولية ، فإن جسيم ألفا يحتوي على أربع وحدات كتلة ذرية. ويترتب على ذلك أن إشعاع ألفا هو تيار من نوى الهليوم.

في عام 1920 ، اقترح رذرفورد أنه يجب أن يكون هناك جسيم كتلته تساوي كتلة البروتون ، ولكن ليس له شحنة كهربائية - نيوترون. ومع ذلك ، فقد فشل في اكتشاف مثل هذا الجسيم. تم إثبات وجودها تجريبياً بواسطة جيمس تشادويك في عام 1932.

بالإضافة إلى ذلك ، حدد رذرفورد بنسبة 30٪ نسبة شحنة الإلكترون إلى كتلته.

بناءً على خصائص الثوريوم المشع ، اكتشف رذرفورد وشرح التحول الإشعاعي للعناصر الكيميائية. وجد العالم أن نشاط الثوريوم في أمبولة مغلقة يظل دون تغيير ، ولكن إذا تم نفخ الدواء حتى مع تدفق هواء ضعيف للغاية ، فإن نشاطه ينخفض ​​بشكل كبير. تم اقتراح أنه ، بالتزامن مع جسيمات ألفا ، يصدر الثوريوم غازًا مشعًا.

نُشرت نتائج العمل المشترك لروذرفورد وزميله فريدريك سودي في 1902-1903 في عدد من المقالات في المجلة الفلسفية. في هذه المقالات ، بعد تحليل النتائج التي تم الحصول عليها ، توصل المؤلفون إلى استنتاج مفاده أنه من الممكن تحويل بعض العناصر الكيميائية إلى عناصر أخرى.

قام رذرفورد بضخ الهواء من وعاء بالثوريوم ، وعزل انبعاث الثوريوم (الغاز المعروف الآن باسم الثورون أو الرادون 220 ، أحد نظائر الرادون) وقام بالتحقيق في قدرته على التأين. وجد أن نشاط هذا الغاز يقل بمقدار النصف كل دقيقة.

بدراسة اعتماد نشاط المواد المشعة في الوقت المناسب ، اكتشف العالم قانون التحلل الإشعاعي.

نظرًا لأن نوى ذرات العناصر الكيميائية مستقرة تمامًا ، اقترح رذرفورد أن هناك حاجة إلى كمية كبيرة جدًا من الطاقة لتحويلها أو تدميرها. النواة الأولى الخاضعة للتحول الاصطناعي هي نواة ذرة النيتروجين. من خلال قصف النيتروجين بجزيئات ألفا عالية الطاقة ، اكتشف رذرفورد ظهور البروتونات - نواة ذرة الهيدروجين.

رذرفورد هو واحد من القلائل الحائزين على جائزة نوبل الذين أنجزوا أشهر أعماله منذ حصوله عليها. أجرى مع هانز جيجر وإرنست مارسدن في عام 1909 تجربة أظهرت وجود نواة في الذرة. طلب رذرفورد من جيجر ومارسدن في هذه التجربة البحث عن جسيمات ألفا بزوايا انحراف كبيرة جدًا ، وهو ما لم يكن متوقعًا من نموذج طومسون للذرة في ذلك الوقت. تم العثور على هذه الانحرافات ، على الرغم من ندرتها ، واتضح أن احتمال الانحراف هو دالة سلسة ، وإن كانت تتناقص بسرعة ، لزاوية الانحراف.

اعترف رذرفورد لاحقًا أنه عندما اقترح أن يقوم طلابه بإجراء تجربة على تشتت جسيمات ألفا بزوايا كبيرة ، لم يؤمن بنفسه بنتيجة إيجابية.

كان رذرفورد قادرًا على تفسير البيانات التي تم الحصول عليها من التجربة ، مما دفعه إلى تطوير نموذج كوكبي للذرة في عام 1911. وفقًا لهذا النموذج ، تتكون الذرة من نواة صغيرة جدًا ذات شحنة موجبة تحتوي على معظم كتلة الذرة ، وإلكترونات ضوئية تدور حولها.

بسبب تصرفه اللطيف ، أطلق كابيتسا على رذرفورد لقب "التمساح".في عام 1931 ، حصل كروكوديل على 15000 جنيه إسترليني لبناء وتجهيز مبنى مختبر خاص لكابيتسا. في فبراير 1933 ، تم افتتاح المختبر في كامبريدج. على الجدار الأخير لمبنى من طابقين ، نحت تمساح ضخم في الحجر ، ويغطي الجدار بأكمله. تم تكليفه من قبل Kapitza وصنعه النحات الشهير إريك جيل. وأوضح رذرفورد نفسه أنه كان هو. تم فتح الباب الأمامي بمفتاح مذهّب على شكل تمساح.

وفقًا لـ Yves ، أوضح Kapitsa اللقب الذي اخترعه بالطريقة التالية: "هذا الحيوان لا يرجع أبدًا إلى الوراء ، وبالتالي يمكن أن يرمز إلى بصيرة رذرفورد وتقدمه السريع". وأضاف كابتسا أنه "في روسيا ، يُنظر إلى التمساح بمزيج من الرعب والإعجاب".

ومن المثير للاهتمام أن رذرفورد ، الذي اكتشف نواة الذرة ، كان متشككًا بشأن احتمالات الطاقة النووية: "كل من يأمل في أن يصبح تحويل النوى الذرية مصدرًا للطاقة هو يدعي الهراء".