Krótka biografia Ernesta Rutherforda. Biografia Ernesta Rutherforda. Okręty podwodne i reakcja jądrowa

56. ERNEST RUTHERFORD (1871–1937) Ernest Rutherford jest uważany za największego fizyka eksperymentalnego XX wieku. Jest centralną postacią w naszej wiedzy o promieniotwórczości, a także człowiekiem, który położył podwaliny pod fizykę jądrową. Oprócz twojego

Jak Ernest Rutherford sklasyfikował nauki? Przez większą część XX wieku (od lat 1910 do lat 60.) wielu fizyków patrzyło z góry na swoich kolegów naukowców prowadzących badania w innych dziedzinach nauk przyrodniczych. Mówią, że kiedy żona Amerykanina

Rutherford (Reseford), Ernest (Rutherford, Ernest, 1871–1937), fizyk angielski 52 Nauka dzieli się na fizykę i zbieranie znaczków. Jak podaje „słynny dowcip” Rutherforda w książce. JB Burks „Ernest Rutherford w Manchesterze” (1962). ? Birks J. B. Rutherford w Manchesterze. – Londyn, 1962, s.

Bevin, Ernest (1881-1951), polityk brytyjskiej Partii Pracy, 1945-1951. minister spraw zagranicznych29Jeżeli otworzysz tę puszkę Pandory, to nie wiesz, jakie konie trojańskie wyskoczą stamtąd.O Radzie Europy; podane w księdze. R. Barclay „Ernest Bevin i Ministerstwo Spraw Zagranicznych” (1975).

Renan, Ernest (Renan, Ernest, 1823-1892), francuski historyk 23b Cud grecki. // Cud grecki „Modlitwa do Akropolu” (1888) „Przez długi czas nie wierzyłem już w cud w sensie dosłownym; a wyjątkowy los narodu żydowskiego, prowadzący do Jezusa i chrześcijaństwa, wydał mi się czymś

Ernest Rutherford urodził się 30 sierpnia 1871 roku w Brightwater, malowniczym miejscu w Nowej Zelandii. Był czwartym dzieckiem urodzonych w Szkocji Jamesa Rutherforda i Marthy Thomson, a z dwunastu dzieci był najbardziej uzdolniony. Ernest znakomicie ukończył szkołę podstawową, otrzymując 580 punktów na 600 możliwych i 50 funtów premii na kontynuowanie nauki.
W Nelson College, gdzie Ernest Rutherford został przyjęty do piątej klasy, nauczyciele zauważyli jego wyjątkowe zdolności matematyczne. Ale Ernest nie został matematykiem. Nie został też humanistą, choć wykazywał niezwykłe zdolności językowe i literaturowe. Los ucieszył się, że Ernest zainteresował się naukami przyrodniczymi - fizyką i chemią.
Po ukończeniu college'u Rutherford wstąpił na Uniwersytet Canterbury i już na drugim roku przedstawił raport na temat „Ewolucji pierwiastków”, w którym sugerował, że pierwiastki chemiczne to złożone układy składające się z tych samych cząstek elementarnych. Raport studenta Ernesta nie został odpowiednio doceniony na uniwersytecie, ale jego praca eksperymentalna, na przykład stworzenie odbiornika fal elektromagnetycznych, zaskoczyła nawet największych naukowców. Zaledwie kilka miesięcy później otrzymał „Stypendium roku 1851”, które wyróżniało najzdolniejszych absolwentów prowincjonalnych uniwersytetów angielskich.
Następnie Rutherford pracował przez trzy lata w Cambridge, w Cavendish Laboratory, pod kierunkiem słynnego fizyka Josepha-Johna Thomsona. W 1898 rozpoczął studia nad promieniotwórczością. Pierwsze fundamentalne odkrycie Rutherforda w tej dziedzinie – odkrycie niejednorodności promieniowania emitowanego przez uran – rozsławiło jego nazwisko w świecie naukowym; dzięki niemu pojęcie promieniowania alfa i beta weszło do nauki.
W tym samym roku 26-letni Rutherford został zaproszony do Montrealu jako profesor na Uniwersytecie McGill – najlepszym w Kanadzie. Uczelnia ta została nazwana imieniem jej założyciela – emigranta ze Szkocji, który pod koniec życia zdołał się wzbogacić. Przed wyjazdem Rutherforda do Kanady J. Thomson wręczył mu list polecający, w którym napisano: „Nigdy nie było w moim laboratorium młodego naukowca z takim entuzjazmem i zdolnościami do oryginalnych badań, jak pan Rutherford, i jestem pewien, że jeśli zostanie wybrany, stworzy w Montrealu wybitną szkołę fizyki…”. Przepowiednia Thomsona się sprawdziła. Rutherford pracował w Kanadzie przez 10 lat i rzeczywiście stworzył tam szkołę naukową.
W 1903 roku 32-letni naukowiec został wybrany członkiem Royal Society of London – Brytyjskiej Akademii Nauk.
W 1907 Rutherford i jego rodzina przenieśli się z Kanady do Anglii, aby objąć stanowisko profesora fizyki na Uniwersytecie w Manchesterze. Natychmiast po przybyciu Rutherford podjął eksperymentalne badania radioaktywności. Razem z nim pracował jego asystent i uczeń, niemiecki fizyk Hans Geiger (1882-1945), który opracował jonizacyjną metodę pomiaru natężenia promieniowania - znany licznik Geigera. Rutherford przeprowadził serię eksperymentów, które potwierdziły, że cząstki alfa są podwójnie zjonizowanymi atomami helu. Wraz z innym studentem, Ernestem Marsdenem (1889-1970), badał przechodzenie cząstek alfa przez cienkie metalowe płytki. Na podstawie tych eksperymentów naukowiec zaproponował planetarny model atomu: w centrum atomu znajduje się jądro, wokół którego krążą elektrony. Rutherford przewidział odkrycie neutronu, możliwość rozszczepienia jąder atomowych pierwiastków lekkich i sztucznych przemian jądrowych.
Przez 18 lat - od 1919 do końca życia - Rutherford kierował Laboratorium Cavendisha, założonym w 1874 roku. Przed nim kierowali nim wielcy angielscy fizycy Maxwell, Rayleigh i Thomson. Rutherford nie żył zaledwie kilka lat, zanim niemieccy fizycy Otto Hahn (1879-1968) i Lise Meitner (Meitner) (1878-1968) odkryli rozszczepienie uranu.
Według Patricka Blacketta, jednego z najbliższych współpracowników Rutherforda, odkrycie to „ w pewnym sensie było ostatnim z wielkich odkryć fizyki jądrowej, która różni się od fizyki cząstek elementarnych. Rutherford nie doczekał kulminacji rozwoju kierunku, który de facto był obszarem jego naukowej działalności".

30 sierpnia 1871 r. urodził się Sir Ernest Rutherford, urodzony w Nowej Zelandii brytyjski fizyk, znany jako „ojciec” fizyki jądrowej, a także laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii w 1908 roku.

Postanowiliśmy przypomnieć biografię słynnego naukowca i zilustrować jego główne kamienie milowe w naszym wyborze zdjęć.

Urodzony 30 sierpnia 1871 w mieście Spring – Brove (Nowa Zelandia) w rodzinie szkockich emigrantów. Jego ojciec pracował jako mechanik i hodowca lnu, matka była nauczycielką. Ernest był czwartym z 12 dzieci Rutherforda i najbardziej utalentowanym.

Dom w lis , gdzie Ernest zużyta część moje dzieciństwo

„Nauki dzielą się na dwie grupy – fizykę i kolekcjonowanie znaczków”

Już pod koniec szkoły podstawowej jako pierwszy uczeń otrzymał 50 funtów premii na kontynuowanie nauki. Dzięki temu Rutherford rozpoczął studia w Nelson (Nowa Zelandia).

Portret Rutherforda w 1892 roku, kiedy był studentem w Canterbury College

Po ukończeniu studiów młody człowiek zdał egzaminy na Uniwersytecie Canterbury i tutaj poważnie zajął się fizyką i chemią.

« Jeśli naukowiec nie potrafi wyjaśnić, co robi sprzątaczce, która czyści podłogę w jego laboratorium, to sam nie rozumie, co robi.«

Rutherford ze studentami w Montrealu , stan Kalifornia. 1899

JJ Thomsona, jak wielu świetnych profesorowie fizyki pod koniec XIX wieku zgromadzili grono błyskotliwych młodych” studenci badań" wokół ciebie . Bezpośrednio wśród nich jest jego protegowany Ernesta Rutherforda.

Uczestniczył w tworzeniu naukowego społeczeństwa studenckiego i sporządził raport w 1891 r. na temat „Ewolucja pierwiastków”, gdzie po raz pierwszy padła idea, że ​​atomy są złożonymi układami zbudowanymi z tych samych części składowych.

Hans Geiger było na Rutherford główny partner w Badania od 1907 do 1913

W czasach, gdy idea Daltona o niepodzielności atomu dominowała w fizyce, pomysł ten wydawał się absurdalny, a młody Rutherford musiał nawet przeprosić swoich kolegów za „oczywiste bzdury”.

Ernest Rutherford (pierwszy od lewej w dolnym rzędzie) z kolegami

To prawda, że ​​po 12 latach Rutherford udowodnił swoją sprawę. Po ukończeniu uniwersytetu Ernest został nauczycielem w liceum, ale ten zawód wyraźnie mu się nie podobał. Rutherford - najlepszy absolwent roku - otrzymał stypendium i wyjechał do Cambridge - naukowego centrum Anglii - aby kontynuować studia.

Rutherford (drugi od lewej, górny rząd) z kolegami z klasy w 1896 r.

W Laboratorium Cavendish Rutherford stworzył nadajnik do komunikacji radiowej w promieniu 3 km, ale pierwszeństwo swojego wynalazku dał włoskiemu inżynierowi G. Marconiemu, a on sam zaczął badać jonizację gazów i powietrza. Naukowiec zauważył, że promieniowanie uranu ma dwa składniki – promienie alfa i beta. To była rewelacja.

Rutherford kochałem dobra gra w golf w niedziele. Od lewej do prawej: Ralph Ptasznik , F. U. Aston , Rutherford , G. ORAZ. Taylor

W Montrealu, badając aktywność toru, Rutherford odkrył nowy gaz – radon. W 1902 r. w pracy „Przyczyna i natura radioaktywności” naukowiec po raz pierwszy zasugerował, że przyczyną radioaktywności jest spontaniczne przejście niektórych pierwiastków w inne. Odkrył, że cząstki alfa są naładowane dodatnio, ich masa jest większa niż masa atomu wodoru, a ładunek jest w przybliżeniu równy ładunkowi dwóch elektronów, a to przypomina atomy helu.

Ślub Ernest oraz Mary Rutherford , 28 Czerwiec 1900 in Nowa Zelandia

W 1903 Rutherford został członkiem Royal Society of London, a od 1925 do 1930 był jego prezesem.

Ernest Rutherford na Kongresie Solvay w 1911 r.

W 1904 r. Opublikowano podstawową pracę naukowca „Substancje radioaktywne i ich promieniowanie”, która stała się encyklopedią dla fizyków jądrowych. W 1908 Rutherford został laureatem Nagrody Nobla za badania nad pierwiastkami promieniotwórczymi. Kierownik laboratorium fizyki na Uniwersytecie w Manchesterze, Rutherford, stworzył szkołę fizyków jądrowych, swoich uczniów.

Rutherford zawsze skupiał wokół siebie grupę błyskotliwych młodych talentów.Zdjęcie z 1910 r.

Razem z nimi zajmował się badaniem atomu, a w 1911 doszedł wreszcie do planetarnego modelu atomu, o którym pisał w artykule opublikowanym w majowym numerze „Philosophical Journal”. Model nie został zaakceptowany od razu, został zatwierdzony dopiero po jego sfinalizowaniu przez uczniów Rutherforda, w szczególności N. Bohra.

Cockcroft, Rutherford i Walton w 1932 r.

Rzeźba młodego Ernesta Rutherforda. Memoriał w Nowa Zelandia

Naukowiec zmarł 19 października 1937 w Cambridge. Jak wielu wielkich ludzi w Anglii, Ernest Rutherford spoczywa w Katedrze św. Pawła, w "Kąciku Nauki", obok Newtona, Faradaya, Darenne, Herschela.

Pierwsza strona artykułu E. Rutherforda w Philosophical Magazine, 6, 21 (1911), w którym po raz pierwszy wprowadza się pojęcie „jądra atomowego”.

Jądro atomowe, odkryte 100 lat temu przez E. Rutherforda, jest połączonym systemem oddziałujących ze sobą protonów i neutronów. Każde jądro atomowe jest na swój sposób wyjątkowe. Aby opisać jądra atomowe, opracowano różne modele opisujące poszczególne specyficzne cechy jąder atomowych. Badanie właściwości jąder atomowych otworzyło nowy świat - subatomowy świat kwantowy, co doprowadziło do ustanowienia nowych praw zachowania i symetrii. Wiedza zdobyta w fizyce jądrowej jest szeroko stosowana w naukach przyrodniczych, od badania systemów żywych po astrofizykę.

1. 1911 Rutherford odkrywa jądro atomowe.

W czerwcowym numerze „Philosophical Magazine” z czerwca 1911 ukazała się praca E. Rutherforda „Rozpraszanie cząstek α- i β przez materię i strukturę atomu”, w której po raz pierwszy wprowadzono pojęcie "jądro atomowe".
E. Rutherford przeanalizował wyniki pracy G. Geigera i E. Marsdena dotyczące rozpraszania cząstek α ​​na cienkiej folii złota, w której dość nieoczekiwanie stwierdzono, że niewielka liczba cząstek α ​​odchyla się o kąt większy niż 90°. Wynik ten był sprzeczny z dominującym wówczas modelem atomu J.J. Thomsona, zgodnie z którym atom składał się z ujemnie naładowanych elektronów i równej ilości dodatniej elektryczności równomiernie rozłożonej wewnątrz kuli o promieniu R ≈ 10 - 8 cm. Geigera i Marsdena, Rutherford opracował model rozpraszania punktowego ładunku elektrycznego przez inny ładunek punktowy oparty na prawie Coulomba i prawa ruchu Newtona i uzyskał zależność prawdopodobieństwa rozproszenia cząstek α ​​pod kątem θ od energii E incydentu α-cząstka

Rozkład kątowy cząstek α ​​mierzony przez Geigera i Marsdena można wytłumaczyć tylko zakładając, że atom ma ładunek centralny rozłożony na obszarze o wielkości<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.

W 1910 roku do laboratorium Rutherforda przybył do pracy młody naukowiec o imieniu Marsden. Poprosił Rutherforda, aby zadał mu bardzo prosty problem. Rutherford polecił mu zliczyć cząstki alfa przechodzące przez materię i znaleźć ich rozproszenie. Jednocześnie Rutherford zaznaczył, że jego zdaniem Marsden nie znajdzie niczego zauważalnego. Rutherford oparł swoje rozważania na przyjętym wówczas modelu atomu Thomsona. Zgodnie z tym modelem atom był reprezentowany przez kulę o rozmiarze 10 -8 cm z równomiernie rozłożonym ładunkiem dodatnim, w którym przeplatały się elektrony. Oscylacje harmoniczne tych ostatnich determinowały widma emisyjne. Łatwo wykazać, że cząstki α powinny łatwo przechodzić przez taką sferę i nie można było oczekiwać od nich rozpraszania się w szczególny sposób. Cząstki α zużyły całą energię na swojej drodze, aby wyrzucić elektrony, które zjonizowały otaczające atomy.
Marsden, pod kierunkiem Geigera, zaczął prowadzić obserwacje i wkrótce zauważył, że większość cząstek α ​​przechodzi przez materię, ale nadal występuje zauważalne rozpraszanie, a niektóre cząstki wydają się odbijać. Kiedy Rutherford to usłyszał, powiedział:
— To niemożliwe. Jest to tak samo niemożliwe, jak niemożliwe jest, aby kula odbiła się od papieru.
To zdanie pokazuje, jak konkretnie i w przenośni widział to zjawisko.
Marsden i Geiger opublikowali swoją pracę, a Rutherford natychmiast uznał, że istniejąca koncepcja atomu jest błędna i wymaga radykalnej zmiany.
Studiując prawo rozkładu odbitych cząstek α, Rutherford próbował ustalić, jaki rozkład pola wewnątrz atomu jest konieczny do ustalenia prawa rozpraszania, zgodnie z którym cząstki α mogą nawet powrócić. Doszedł do wniosku, że jest to możliwe, gdy cały ładunek koncentruje się nie na całej objętości atomu, ale w środku. Rozmiar tego centrum, które nazwał jądrem, jest bardzo mały: 10 -12 —10 -13 cm średnicy. Ale gdzie w takim razie umieścić elektrony? Rutherford zdecydował, że ujemnie naładowane elektrony powinny być rozłożone wokół - mogą być utrzymywane dzięki rotacji, której siła odśrodkowa równoważy siłę przyciągania dodatniego ładunku jądra. W konsekwencji model atomu to nic innego jak rodzaj układu słonecznego, składającego się z jądra – słońca i elektronów – planet. Stworzył więc swój model atomu.
Model ten spotkał się z całkowitym oszołomieniem, gdyż zaprzeczał niektórym z ówczesnych, pozornie niewzruszonych podstaw fizyki..

P.L. Kapita. „Wspomnienia profesora E. Rutherforda”

1909-1911 Eksperymenty G. Geigera i E. Marsden

G. Geiger i E. Marsden zauważyli, że podczas przechodzenia przez cienką folię złota większość cząstek α, zgodnie z oczekiwaniami, leci bez odchylania, ale nieoczekiwanie okazało się, że niektóre cząstki α odchylają się pod bardzo dużymi kątami. Niektóre cząstki alfa zostały rozproszone nawet w przeciwnym kierunku. Obliczenia natężenia pola elektrycznego atomów w modelach Thomsona i Rutherforda pokazują istotną różnicę między tymi modelami. Natężenie pola ładunku dodatniego rozłożonego na powierzchni atomu w przypadku modelu Thomsona wynosi ~10 13 V/m. W modelu Rutherforda ładunek dodatni znajdujący się w centrum atomu w obszarze 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.

E. Rutherforda, 1911 "Jak powszechnie wiadomoα - orazβ - cząstki, zderzając się z atomami substancji, doznają odchylenia od prostej drogi. To rozproszenie jest znacznie bardziej widoczne wβ -cząstki niżα -cząstki, ponieważ mają znacznie niższy pęd i energię. Nie ma więc wątpliwości, że tak szybko poruszające się cząstki wnikają w napotkane na swojej drodze atomy, a obserwowane odchylenia wynikają z silnego pola elektrycznego działającego w układzie atomowym. Zazwyczaj zakładano, że rozproszenie wiązkiα - lubβ -promienie przy przechodzeniu przez cienką płytkę materii jest wynikiem licznych małych rozproszeń podczas przechodzenia atomów materii. Jednak obserwacje poczynione przez Geigera i Marsdena wykazały, że niektórzy:α - cząstki w pojedynczym zderzeniu są odchylone o kąt większy niż 90°. Proste obliczenia pokazują, że silne pole elektryczne musi istnieć w atomie, aby pojedyncze zderzenie wytworzyło tak duże ugięcie.

1911 E. Rutherford. jądro atomowe

α + 197 Au → α + 197 Au

Ernest Rutherford (1891-1937)

W oparciu o planetarny model atomu Rutherford wyprowadził wzór opisujący rozpraszanie cząstek α ​​na cienkiej folii złota, zgodny z wynikami Geigera i Marsdena. Rutherford założył, że cząstki α i jądra atomowe, z którymi oddziałują, można uznać za masy punktowe i ładunki oraz że między dodatnio naładowanymi jądrami a cząstkami α działają tylko elektrostatyczne siły odpychające oraz że jądro jest tak ciężkie w porównaniu z cząstką α że nie porusza się podczas interakcji. Elektrony krążą wokół jądra atomowego w charakterystycznych skalach atomowych ~10-8 cm i ze względu na małą masę nie wpływają na rozpraszanie cząstek α.

Najpierw Rutherford uzyskał zależność kąta rozproszenia θ cząstki α o energii E od wartości parametru zderzenia b kolizji z masywnym jądrem punktowym. b – parametr uderzenia – minimalna odległość, na jaką cząstka α zbliżyłaby się do jądra, gdyby nie było między nimi sił odpychających, θ – kąt rozproszenia cząstki α, Z 1 e – ładunek elektryczny cząstki α , Z 2 e - jądra ładunku elektrycznego.
Następnie Rutherford obliczył, jaki ułamek wiązki α-cząstek o energii E jest rozpraszany pod kątem θ, w zależności od ładunku jądra Z 2 e i ładunku α-cząstki Z 1 e. Tak więc, w oparciu o klasyczne prawa Newtona i Coulomba, uzyskano słynny wzór na rozpraszanie Rutherforda. Głównym założeniem uzyskania wzoru było to, że atom zawiera masywne, dodatnio naładowane centrum, którego rozmiar to R< 10 -12 см.

E. Rutherford, 1911: „Najprostszym założeniem jest to, że atom ma ładunek centralny rozłożony w bardzo małej objętości, a duże pojedyncze odchylenia wynikają z ładunku centralnego jako całości, a nie z jego części składowych. Jednocześnie dane eksperymentalne nie są wystarczająco dokładne, aby zaprzeczyć możliwości istnienia niewielkiej części ładunku dodatniego w postaci satelitów znajdujących się w pewnej odległości od centrum ... Należy zauważyć, że znalezione przybliżone wartość centralnego ładunku atomu złota (100e) w przybliżeniu pokrywa się z wartością, która miałaby atom złota złożony z 49 atomów helu, z których każdy ma ładunek 2e. Być może to tylko zbieg okoliczności, ale jest to bardzo kuszące z punktu widzenia emisji atomów helu przez substancję radioaktywną, niosącą dwie jednostki ładunku.

JJ Thomson i E. Rutherford

E. Rutherford, 1921:„Koncepcja struktury jądrowej atomu pierwotnie powstała z prób wyjaśnienia rozpraszania cząstek α ​​pod dużymi kątami podczas przechodzenia przez cienkie warstwy materii. Ponieważ cząstki α mają dużą masę i dużą prędkość, te znaczące odchylenia były najbardziej godne uwagi; wskazywali na istnienie bardzo intensywnych elektrycznie! lub pola magnetyczne w atomach. Aby wyjaśnić te wyniki, konieczne było założenie, że atom składa się z naładowanego, masywnego jądra o bardzo małych rozmiarach w porównaniu z powszechnie akceptowaną wartością średnicy atomu. To dodatnio naładowane jądro zawiera większość masy atomu i jest otoczone w pewnej odległości przez ujemne elektrony rozmieszczone w znany sposób; których liczba jest równa całkowitemu dodatniemu ładunkowi jądra. W takich warunkach w pobliżu jądra musi istnieć bardzo intensywne pole elektryczne, a cząstki α, gdy napotykają pojedynczy atom przechodzący w pobliżu jądra, są odchylane pod znacznymi kątami. Zakładając, że siły elektryczne zmieniają się odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości w obszarze sąsiadującym z jądrem, autor uzyskał zależność liczby cząstek α ​​rozproszonych pod pewnym kątem od ładunku jądra i energii cząstka α.
Pytanie, czy liczba atomowa pierwiastka jest rzeczywistą miarą jego ładunku jądrowego, jest tak ważne, że do jego rozwiązania należy zastosować wszystkie możliwe metody. Kilka badań jest obecnie w toku w Cavendish Laboratory w celu sprawdzenia dokładności tego stosunku. Dwie najbardziej bezpośrednie metody opierają się na badaniu rozpraszania szybkich promieni α i β. Pierwsza metoda jest używana przez Chadwicka „ohm, przy użyciu nowych technik; ostatnia to Crowthar” ohm. Wyniki uzyskane dotychczas przez Chadwicka „om w pełni potwierdzają identyczność liczby atomowej z ładunkiem jądrowym w granicach możliwej dokładności eksperymentu, która dla Chadwicka wynosi około 1%.

Pomimo faktu, że połączenie dwóch protonów i dwóch neutronów jest niezwykle stabilną formacją, obecnie uważa się, że cząstka α nie jest zawarta w składzie jądra jako niezależna formacja strukturalna. W przypadku pierwiastków α-radioaktywnych energia wiązania cząstki α jest większa niż energia wymagana do oddzielnego usunięcia dwóch protonów i dwóch neutronów z jądra, więc cząstka α może być emitowana z jądra, chociaż jest to nieobecny w jądrze jako samodzielna edukacja.
Sugestia Rutherforda, że ​​jądro atomowe może składać się z pewnej liczby atomów helu lub dodatnio naładowanych satelitów jądra, była całkowicie naturalnym wyjaśnieniem α radioaktywność. Pomysł, że cząstki mogą powstawać w wyniku różnych interakcji, jeszcze wtedy nie istniał.
Odkrycie jądra atomowego przez E. Rutherforda w 1911 r. i późniejsze badania zjawisk jądrowych radykalnie zmieniły nasze rozumienie otaczającego nas świata. Wzbogacona nauka o nowe koncepcje, była początkiem badań nad subatomową strukturą materii.

Sir Ernesta Rutherforda. Urodzony 30 sierpnia 1871 w Spring Grove w Nowej Zelandii - zmarł 19 października 1937 w Cambridge. Brytyjski fizyk pochodzenia nowozelandzkiego. Znany jako „ojciec” fizyki jądrowej. Laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii w 1908 roku. W 1911 roku w swoim słynnym eksperymencie z rozpraszaniem cząstek α ​​udowodnił istnienie dodatnio naładowanego jądra w atomach i ujemnie naładowanych elektronów wokół niego. Na podstawie wyników eksperymentu stworzył planetarny model atomu.

Rutherford urodził się w Nowej Zelandii w małej wiosce Spring Grove (pol. Spring Grove), położonej na północy Wyspy Południowej w pobliżu miasta Nelson, w rodzinie rolnika, który uprawiał len. Ojciec - James Rutherford, wyemigrował z Perth (Szkocja). Matka - Martha Thompson, pochodząca z Hornchurch w hrabstwie Essex w Anglii. W tym czasie inni Szkoci wyemigrowali do Quebecu (Kanada), ale rodzina Rutherford nie miała szczęścia i rząd zapewnił bezpłatny bilet na parowiec do Nowej Zelandii, a nie do Kanady.

Ernest był czwartym dzieckiem w dwunastoletniej rodzinie. Miał niesamowitą pamięć, dobre zdrowie i siłę. Ukończył z wyróżnieniem szkołę podstawową z wynikiem 580 na 600 i premią w wysokości 50 funtów, aby kontynuować naukę w Nelson College. Kolejne stypendium umożliwiło mu kontynuowanie studiów w Canterbury College w Christchurch (obecnie Uniwersytet Nowej Zelandii). W tamtym czasie była to niewielka uczelnia licząca 150 studentów i tylko 7 profesorów. Rutherford lubi naukę i od pierwszego dnia rozpoczyna pracę badawczą.

Jego praca magisterska, napisana w 1892 roku, nosiła tytuł „Namagnesowanie żelaza podczas wyładowań o wysokiej częstotliwości”. Praca dotyczyła wykrywania fal radiowych o wysokiej częstotliwości, których istnienie potwierdził w 1888 r. niemiecki fizyk Heinrich Hertz. Rutherford wynalazł i wyprodukował urządzenie – detektor magnetyczny, jeden z pierwszych odbiorników fal elektromagnetycznych.

Po ukończeniu uniwersytetu w 1894 roku Rutherford przez rok był nauczycielem w szkole średniej.

Najzdolniejsi młodzi poddani korony brytyjskiej, którzy mieszkali w koloniach, raz na dwa lata otrzymywali specjalne Stypendium im. nauki ścisłe. W 1895 r. Rutherford otrzymał to stypendium, ponieważ ten, który je otrzymał jako pierwszy – McClaren odmówił. Jesienią tego samego roku, pożyczywszy pieniądze na bilet do Wielkiej Brytanii, Rutherford przybył do Anglii do Cavendish Laboratory na Uniwersytecie w Cambridge i został pierwszym doktorantem jego dyrektora, Josepha Johna Thomsona.

Rok 1895 był pierwszym rokiem (z inicjatywy J.J. Thomsona), w którym studenci z innych uczelni mogli kontynuować pracę naukową w laboratoriach Cambridge. Razem z Rutherfordem John McLennan, John Townsend i Paul Langevin skorzystali z tej możliwości zapisując się do Cavendish Laboratory. Z Langevinem Rutherford pracował w tym samym pokoju i zaprzyjaźnił się z nim, ta przyjaźń trwała do końca ich życia.

W tym samym roku 1895 zawarto zaręczyny z Mary Georginą Newton (1876-1945), córką gospodyni pensjonatu, w którym mieszkał Rutherford. (Ślub odbył się w 1900, 30 marca 1901 mieli córkę - Eileen Mary (1901-1930), później żonę Ralpha Fowlera, słynnego astrofizyka.)

Rutherford planował studiować fale radiowe lub fale Hertza, zdać egzaminy z fizyki i uzyskać tytuł magistra. Ale w następnym roku okazało się, że poczta brytyjska przeznaczyła pieniądze Marconiego na tę samą pracę i odmówiła sfinansowania jej w Laboratorium Cavendisha. Ponieważ stypendium nie wystarczało nawet na jedzenie, Rutherford został zmuszony do podjęcia pracy jako korepetytor i asystent J.J. Thomsona na temat badania procesu jonizacji gazu pod wpływem promieni rentgenowskich. Wraz z J.J. Thomsonem Rutherford odkrywa zjawisko nasycenia prądem podczas jonizacji gazu.

Rutherford odkrył promienie alfa i beta w 1898 roku. Rok później Paul Villard odkrył promieniowanie gamma (nazwę tego typu promieniowania jonizującego, podobnie jak pierwsze dwa, zaproponował Rutherford).

Od lata 1898 roku naukowiec podjął pierwsze kroki w badaniu nowo odkrytego zjawiska promieniotwórczości uranu i toru. Jesienią Rutherford, za sugestią Thomsona, po pokonaniu konkurencji 5 osób, obejmuje stanowisko profesora na Uniwersytecie McGill w Montrealu (Kanada) z pensją 500 funtów szterlingów lub 2500 dolarów kanadyjskich rocznie. Na tej uczelni Rutherford owocnie współpracował z Frederickiem Soddy, wówczas młodszym asystentem laboratoryjnym na Wydziale Chemii, później (podobnie jak Rutherford) laureatem nagrody Nobla w dziedzinie chemii (1921). W 1903 Rutherford i Soddy wysunęli i udowodnili rewolucyjną ideę transformacji pierwiastków w procesie rozpadu promieniotwórczego.

Zdobywszy szeroką popularność dzięki swojej pracy w dziedzinie radioaktywności, Rutherford staje się poszukiwanym naukowcem i otrzymuje liczne oferty pracy w ośrodkach badawczych na całym świecie. Wiosną 1907 opuścił Kanadę i objął stanowisko profesora na University of Victoria (obecnie University of Manchester) w Manchesterze (Anglia), gdzie jego pensja była około 2,5 razy wyższa.

W 1908 Rutherford otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii „za badania nad rozpadem pierwiastków w chemii substancji radioaktywnych”.

Po otrzymaniu wiadomości, że otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii, Rutherford oświadczył: „Cała nauka to albo fizyka, albo zbieranie znaczków” (Cała nauka to albo fizyka, albo zbieranie znaczków).

Ważnym i radosnym wydarzeniem w jego życiu był wybór naukowca na członka Royal Society of London w 1903 roku, a od 1925 do 1930 pełnił funkcję jego prezesa. Od 1931 do 1933 Rutherford był prezesem Instytutu Fizyki.

W 1914 Rutherford otrzymał tytuł szlachecki i został „Sir Ernst”. 12 lutego w Pałacu Buckingham król pasował go na rycerza: był ubrany w dworski mundur i przepasany mieczem.

Jego herb heraldyczny, zatwierdzony w 1931 r., rówieśnik Anglii, baron Rutherford Nelson (tak nazywał się wielki fizyk po podniesieniu do rangi szlacheckiej) koronował ptaka kiwi, symbol Nowej Zelandii. Rysunek herbu jest obrazem wykładnika - krzywej charakteryzującej jednostajny proces zmniejszania się w czasie liczby radioaktywnych atomów.

Dorobek naukowy Rutherforda:

Według wspomnień Rutherford był wybitnym przedstawicielem angielskiej szkoły eksperymentalnej w fizyce, którą cechuje chęć zrozumienia istoty zjawiska fizycznego i sprawdzenia, czy da się to wytłumaczyć istniejącymi teoriami (w przeciwieństwie do „niemieckiej” szkoła eksperymentatorów, która wychodzi z istniejących teorii i ma na celu sprawdzenie ich doświadczenia).

Niewiele posługiwał się wzorami i nie odwoływał się do matematyki, ale był błyskotliwym eksperymentatorem, przypominającym pod tym względem Faradaya. Ważną cechą Rutherforda jako eksperymentatora, zauważoną przez Kapitsę, była jego obserwacja. W szczególności dzięki niej odkrył emanację toru, zauważając różnice w odczytach elektroskopu mierzącego jonizację, przy otwartych i zamkniętych drzwiach urządzenia, blokujących przepływ powietrza. Innym przykładem jest odkrycie przez Rutherforda sztucznej transmutacji pierwiastków, gdy napromieniowaniu jąder azotu w powietrzu cząstkami alfa towarzyszyło pojawienie się cząstek wysokoenergetycznych (protonów), które miały większy zasięg, ale były bardzo rzadkie.

1904 - „Radioaktywność”
1905 - „Przemiany radioaktywne”
1930 - „Emisje substancji promieniotwórczych” (współautor z J. Chadwick i C. Ellis).

12 uczniów Rutherford zostało laureatami Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki i chemii. Jeden z najbardziej utalentowanych uczniów, Henry Moseley, który eksperymentalnie pokazał fizyczne znaczenie prawa okresowego, zmarł w 1915 roku w Gallipoli podczas operacji Dardanele. W Montrealu Rutherford pracował z F. Soddy, O. Khanem; w Manchesterze – z G. Geigerem (w szczególności pomógł mu opracować licznik do automatycznego liczenia liczby cząstek jonizujących), w Cambridge – z N. Bohrem, P. Kapitsą i wieloma innymi znanymi naukowcami w przyszłości.

Po odkryciu pierwiastków promieniotwórczych rozpoczęto aktywne badanie fizycznej natury ich promieniowania. Rutherford był w stanie wykryć złożony skład promieniowania radioaktywnego.

Doświadczenie było następujące. Preparat promieniotwórczy umieszczono na dnie wąskiego kanału ołowianego cylindra, a naprzeciwko umieszczono kliszę fotograficzną. Pole magnetyczne oddziaływało na promieniowanie wychodzące z kanału. W tym przypadku cała instalacja znajdowała się w próżni.

W polu magnetycznym wiązka dzieli się na trzy części. Dwie składowe promieniowania pierwotnego odchylały się w przeciwnych kierunkach, co wskazywało, że mają ładunki o przeciwnych znakach. Trzeci składnik utrzymywał propagację prosto. Promieniowanie o ładunku dodatnim nazywane jest promieniami alfa, ujemnymi - promieniami beta, neutralnymi - promieniami gamma.

Badając naturę promieniowania alfa, Rutherford przeprowadził następujący eksperyment. Na drodze cząstek alfa umieścił licznik Geigera, który mierzył liczbę cząstek emitowanych w danym czasie. Następnie za pomocą elektrometru zmierzył ładunek cząstek emitowanych w tym samym czasie. Znając całkowity ładunek cząstek alfa i ich liczbę, Rutherford obliczył ładunek jednej takiej cząstki. Okazało się, że równa się dwóm elementarnym.

Poprzez ugięcie cząstek w polu magnetycznym określił stosunek ich ładunku do masy. Okazało się, że na ładunek elementarny przypada dwie jednostki masy atomowej.

Stwierdzono zatem, że przy ładunku równym dwóm elementarnym cząstka alfa ma cztery jednostki masy atomowej. Wynika z tego, że promieniowanie alfa to strumień jąder helu.

W 1920 Rutherford zasugerował, że powinna istnieć cząstka o masie równej masie protonu, ale nie mająca ładunku elektrycznego – neutron. Jednak nie udało mu się wykryć takiej cząstki. Jego istnienie zostało eksperymentalnie udowodnione przez Jamesa Chadwicka w 1932 roku.

Ponadto Rutherford określił na 30% stosunek ładunku elektronu do jego masy.

W oparciu o właściwości radioaktywnego toru Rutherford odkrył i wyjaśnił radioaktywną przemianę pierwiastków chemicznych. Naukowiec stwierdził, że aktywność toru w zamkniętej ampułce pozostaje niezmieniona, ale jeśli lek jest wdmuchiwany nawet przy bardzo słabym przepływie powietrza, jego aktywność jest znacznie zmniejszona. Sugerowano, że tor jednocześnie z cząstkami alfa emituje gaz radioaktywny.

Wyniki wspólnej pracy Rutherforda i jego kolegi Fredericka Soddy'ego zostały opublikowane w latach 1902-1903 w wielu artykułach w czasopiśmie Philosophical Magazine. W tych artykułach, po przeanalizowaniu uzyskanych wyników, autorzy doszli do wniosku, że możliwe jest przekształcenie niektórych pierwiastków chemicznych w inne.

Wypompowując powietrze z naczynia zawierającego tor, Rutherford wyizolował emanację toru (gaz znany obecnie jako tor lub radon-220, jeden z izotopów radonu) i zbadał jego zdolność do jonizacji. Stwierdzono, że aktywność tego gazu zmniejsza się z każdą minutą o połowę.

Badając zależność aktywności substancji promieniotwórczych od czasu, naukowiec odkrył prawo rozpadu promieniotwórczego.

Ponieważ jądra atomów pierwiastków chemicznych są dość stabilne, Rutherford zasugerował, że do ich przekształcenia lub zniszczenia potrzebna jest bardzo duża ilość energii. Pierwszym jądrem poddanym sztucznej transformacji jest jądro atomu azotu. Bombardując azot wysokoenergetycznymi cząstkami alfa, Rutherford odkrył pojawienie się protonów - jąder atomu wodoru.

Rutherford jest jednym z nielicznych laureatów Nagrody Nobla, którzy wykonali swoją najsłynniejszą pracę od czasu jej otrzymania. Razem z Hansem Geigerem i Ernstem Marsdenem w 1909 roku przeprowadził eksperyment, który wykazał istnienie jądra atomowego w atomie. Rutherford poprosił Geigera i Marsdena w tym eksperymencie, aby poszukali cząstek alfa o bardzo dużych kątach odchylenia, czego nie spodziewano się w ówczesnym modelu atomu Thomsona. Odchylenia takie, choć rzadkie, zostały znalezione, a prawdopodobieństwo odchylenia okazało się płynną, choć szybko malejącą funkcją kąta odchylenia.

Rutherford przyznał później, że kiedy zasugerował swoim uczniom przeprowadzenie eksperymentu z rozpraszaniem cząstek alfa pod dużymi kątami, sam nie wierzył w pozytywny wynik.

Rutherford był w stanie zinterpretować dane uzyskane z eksperymentu, co doprowadziło go do opracowania planetarnego modelu atomu w 1911 roku. Zgodnie z tym modelem atom składa się z bardzo małego dodatnio naładowanego jądra zawierającego większość masy atomu i krążących wokół niego lekkich elektronów.

Ze względu na życzliwe usposobienie Kapitsa nadał Rutherfordowi przydomek „Krokodyl”. W 1931 roku Krokodil zabezpieczył 15 000 funtów na budowę i wyposażenie specjalnego budynku laboratoryjnego dla Kapitzy. W lutym 1933 roku w Cambridge otwarto laboratorium. Na skrajnej ścianie dwupiętrowego budynku wyrzeźbiono w kamieniu ogromnego krokodyla, pokrywającego całą ścianę. Został zamówiony przez Kapitzę i wykonany przez słynnego rzeźbiarza Erica Gilla. Sam Rutherford wyjaśnił, że to on. Drzwi wejściowe otwierano złoconym kluczem w kształcie krokodyla.

Według Yvesa, Kapitsa wyjaśnił wymyślony przez siebie pseudonim w następujący sposób: „To zwierzę nigdy się nie zawraca i dlatego może symbolizować wgląd Rutherforda i jego szybki postęp”. Kapitsa dodał, że „w Rosji na Krokodyla patrzy się z mieszaniną grozy i podziwu”.

Co ciekawe, Rutherford, który odkrył jądro atomu, był sceptycznie nastawiony do perspektyw energii jądrowej: „Każdy, kto ma nadzieję, że transformacja jąder atomowych stanie się źródłem energii, wyznaje bzdury”.