Гурвалсан урлагийн өмнө, өөрөөр хэлбэл, хиймэл цацраг идэвхт бодисын нээлтийн тухай

Физикийн түүхэнд үе үе олон судлаачдын хамтын хүчин чармайлтаар олон шинэ нээлтүүдийг хийсэн "гайхалтай" он жилүүд байдаг. Энэ нь 1820 он буюу цахилгаан эрчим хүчний жил, 1905 он, Эйнштейний дөрвөн бүтээлийн гайхамшигт жил, 1913 он, атомын бүтцийг судлахтай холбоотой жил, эцэст нь 1932 он буюу XNUMX он буюу XNUMX он буюу атомын шинжлэх ухаанд хэд хэдэн техникийн нээлт, дэвшил гарсан. цөмийн физикийг бий болгох.

шинээр гэрлэсэн хүмүүс

Ирина, Мари Склодовска-Кюри, Пьер Кюри нарын том охин 1897 онд Парист төрсөн (1). Арван хоёр нас хүртлээ гэртээ, нэрт эрдэмтдийн хүүхдүүддээ зориулан байгуулсан бяцхан "сургууль"-д арав шахам сурагчид хүмүүжсэн. Багш нар нь: Мари Склодовска-Кюри (физик), Пол Лангевин (математик), Жан Перрин (хими), хүмүүнлэгийн ухааныг оюутнуудын ээжүүд голчлон заадаг байв. Хичээлүүд ихэвчлэн багш нарын гэрт явагддаг байсан бол хүүхдүүд физик, химийн хичээлийг жинхэнэ лабораторид судалдаг байв.

Тиймээс физик, химийн хичээл заах нь практик үйлдлээр мэдлэг олж авах явдал байв. Амжилттай туршилт бүр залуу судлаачдыг баярлуулж байв. Эдгээр нь бодитой туршилтууд байсан бөгөөд үүнийг ойлгож, анхааралтай хийх шаардлагатай байсан бөгөөд Мари Кюригийн лабораторид байгаа хүүхдүүд үлгэр жишээ дэг журамтай байх ёстой. Онолын мэдлэгийг бас эзэмших ёстой байсан. Энэ сургуулийн оюутнууд, хожмын сайн, шилдэг эрдэмтдийн хувь заяаны хувьд энэ арга үр дүнтэй болох нь батлагдсан.

2. Фредерик Жолиот (Харкортын зураг)

Түүгээр ч барахгүй Иренагийн аавын өвөө эмч нь эцгийнхээ өнчин ач охиндоо маш их цаг заваа зориулж, хөгжилдөж, байгалийн ухааны боловсролыг нь баяжуулдаг байв. 1914 онд Ирен анхдагч Севинье коллежийг төгсөж, Сорбонны математик, шинжлэх ухааны факультетэд элсэн орсон. Энэ нь дэлхийн нэгдүгээр дайн эхлэхтэй давхцсан юм. 1916 онд тэрээр ээжтэйгээ нэгдсэн бөгөөд тэд хамтдаа Францын Улаан загалмайн нийгэмлэгт радиологийн үйлчилгээг зохион байгуулжээ. Дайны дараа тэрээр бакалаврын зэрэг авсан. 1921 онд түүний анхны шинжлэх ухааны бүтээл хэвлэгджээ. Тэрээр янз бүрийн ашигт малтмалаас хлорын атомын массыг тодорхойлоход зориулагдсан байв. Цаашдын үйл ажиллагаанд тэрээр ээжтэйгээ ойр ажиллаж, цацраг идэвхт бодистой харьцаж байв. Тэрээр 1925 онд хамгаалсан докторын диссертацидаа полониумаас ялгарах альфа тоосонцорыг судалжээ.

Фредерик Жолио 1900 онд Парист төрсөн (2). Найман настайгаасаа Со хотын сургуульд сурч, дотуур байранд амьдардаг байв. Тэр үед хичээл сургуулиасаа спортыг илүүд үздэг байсан, тэр дундаа хөлбөмбөг. Дараа нь тэр хоёр ахлах сургуульд ээлжлэн суралцсан. Тэрээр Ирен Кюри шиг эцгээ эрт алдсан. 1919 онд тэрээр École de Physique et de Chemie Industrielle de la Ville de Paris (Парис хотын аж үйлдвэрийн физик, үйлдвэрлэлийн химийн сургууль) -д шалгалт өгч тэнцсэн. 1923 онд сургуулиа төгссөн. Түүний профессор Пол Лангевин Фредерикийн чадвар, сайн чанарыг олж мэдсэн. 15 сар цэргийн алба хаасны дараа Лангевиний тушаалаар Рокфеллерийн сангийн буцалтгүй тусламжаар Радиум институтын Мари Склодовска-Кюригийн хувийн лаборантаар томилогдов. Тэнд тэрээр Ирен Кюритэй танилцаж, 1926 онд залуучууд гэрлэжээ.

Фредерик 1930 онд цацраг идэвхт элементүүдийн цахилгаан химийн сэдвээр докторын диссертацийг хамгаалсан. Хэсэг хугацааны өмнө тэрээр эхнэрийнхээ судалгаанд өөрийн сонирхлыг аль хэдийн төвлөрүүлсэн байсан бөгөөд Фредерикийн докторын зэрэг хамгаалсны дараа тэд аль хэдийн хамтран ажиллаж байжээ. Тэдний анхны чухал амжилтуудын нэг бол альфа тоосонцрын хүчтэй эх үүсвэр болох полони бэлтгэх явдал байв. гелийн цөм.(₂⁴Тэр). Мари Кюри охиндоо их хэмжээний полони нийлүүлсэн тул тэд маргашгүй давуу байр сууринаас эхэлсэн. Тэдний хожмын хамтран зүтгэгч Лью Коварски тэднийг дараах байдлаар тодорхойлсон: Ирена бол "маш сайн техникч", "тэр маш үзэсгэлэнтэй, болгоомжтой ажилладаг", "тэр юу хийж байгаагаа гүн гүнзгий ойлгосон". Нөхөр нь "илүү гялалзсан, илүү өндөр төсөөлөлтэй" байв. "Тэд бие биенээ төгс нөхөж, үүнийг мэддэг байсан." Шинжлэх ухааны түүхийн үүднээс авч үзвэл тэдний хувьд хамгийн сонирхолтой нь хоёр жил байсан: 1932-34 он.

Тэд бараг л нейтроныг нээсэн

"Бараг" гэдэг нь маш чухал. Тэд энэ гашуун үнэнийг тун удахгүй мэдсэн. 1930 онд Берлинд хоёр Герман - Уолтер Боте i Хуберт Бекер - Альфа бөөмсөөр бөмбөгдөхөд хөнгөн атомууд хэрхэн ажилладагийг судалсан. Бериллиум бамбай (₄⁹Be) альфа тоосонцороор бөмбөгдөхөд хэт нэвтэрч, өндөр энергитэй цацраг ялгардаг. Туршилтчдын үзэж байгаагаар энэ цацраг нь хүчтэй цахилгаан соронзон цацраг байсан байх ёстой.

Энэ үе шатанд Ирена, Фредерик нар асуудлыг шийдсэн. Тэдний альфа бөөмсийн эх үүсвэр нь хамгийн хүчтэй нь байсан. Тэд урвалын бүтээгдэхүүнийг ажиглахын тулд үүлний камер ашигласан. 1932 оны XNUMX-р сарын сүүлчээр тэд устөрөгч агуулсан бодисоос өндөр энергитэй протонуудыг устгасан гамма туяа гэдгийг олон нийтэд зарлав. Тэдний гарт юу байгаа, юу болж байгааг тэд хараахан ойлгоогүй байна.. Уншсаны дараа Жеймс Чадвик (3) Кембрижид тэрээр гамма цацраг биш, харин хэд хэдэн жилийн өмнө Рутерфордын таамагласан нейтрон гэж бодон шууд ажилдаа оров. Хэд хэдэн туршилт хийсний дараа тэрээр нейтроны ажиглалтад итгэлтэй болж, түүний масс нь протонтой төстэй болохыг олж мэдэв. 17 оны 1932-р сарын XNUMX-нд тэрээр "Натур" сэтгүүлд "Нейтроны боломжит оршин тогтнол" гэсэн гарчигтай тэмдэглэл бичжээ.

Энэ нь үнэндээ нейтрон байсан ч Чадвик нейтрон нь протон ба электроноос бүрддэг гэж үздэг байв. Зөвхөн 1934 онд тэрээр нейтрон бол энгийн бөөмс гэдгийг ойлгож, нотолсон. Чадвик 1935 онд физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртжээ. Хэдийгээр Жолио-Кюри нар нэгэн чухал нээлтээ алдсанаа ойлгосон ч энэ чиглэлээр судалгаагаа үргэлжлүүлэв. Тэд энэ урвал нь нейтроноос гадна гамма цацраг үүсгэдэг болохыг ойлгосон тул цөмийн урвалыг бичсэн:

, энд Ef нь гамма-квантын энерги юм. Үүнтэй ижил төстэй туршилтуудыг хийсэн ₉¹⁹F.

Дахин нээлтээ алдлаа

Позитроныг нээхээс хэдхэн сарын өмнө Жолио-Кюри бусад зүйлсийн дотор электрон мэт муруй, харин электроны эсрэг чиглэлд эргэлдэж буй замыг харуулсан гэрэл зургуудтай байжээ. Гэрэл зургуудыг соронзон орон дотор байрлах манангийн камерт авсан. Үүний үндсэн дээр хосууд электронууд эх үүсвэрээс эх үүсвэр рүү хоёр чиглэлд явдаг талаар ярилцав. Үнэн хэрэгтээ "эх үүсвэр рүү" чиглэсэн чиглэлтэй холбоотой хүмүүс нь позитронууд буюу эх үүсвэрээс холдох эерэг электронууд байв.

Энэ хооронд 1932 оны зуны сүүлээр АНУ-д Карл Дэвид Андерсон Шведийн цагаачдын хүү (4) соронзон орны нөлөөн дор үүлний камерт сансрын туяаг судалжээ. Сансрын туяа дэлхий рүү гаднаас ирдэг. Андерсон бөөмсийн чиглэл, хөдөлгөөнийг шалгахын тулд камер дотор хэсгүүдийг металл хавтангаар дамжуулж, зарим энергийг алдсан байна. 2-р сарын XNUMX-нд тэрээр ул мөрийг харсан бөгөөд үүнийг эерэг электрон гэж тайлбарласан нь эргэлзээгүй.

Ийм бөөмс онолын хувьд оршин тогтнохыг Дирак урьд нь таамаглаж байсныг тэмдэглэх нь зүйтэй. Гэсэн хэдий ч Андерсон сансрын туяаг судлахдаа онолын ямар ч зарчмыг баримтлаагүй. Энэ хүрээнд тэрээр нээлтээ санамсаргүй гэж нэрлэжээ.

Дахин хэлэхэд Жолио-Кюри маргаангүй мэргэжлийг тэсвэрлэх шаардлагатай болсон ч энэ чиглэлээр нэмэлт судалгаа хийсэн. Тэд Эйнштейний алдарт E = mc2 томьёо болон эрчим хүч, импульс хадгалагдах хуулийн дагуу гамма-туяа фотонууд хүнд цөмийн ойролцоо алга болж, электрон-позитрон хос үүсгэдэг болохыг олж мэдэв. Хожим нь Фредерик өөрөө электрон-позитрон хос алга болох үйл явц байдгийг нотолж, хоёр гамма квант үүсгэдэг. Тэд электрон-позитрон хосын позитронуудаас гадна цөмийн урвалын позитронуудтай байсан.

5. Солвэйгийн долдугаар бага хурал, 1933 он

Урд эгнээнд суусан: Ирен Жолио-Кюри (зүүн талаас хоёр дахь),

Мария Склодовска-Кюри (зүүн талаас тавд), Лиз Майтнер (баруун талаас хоёр дахь).

хиймэл цацраг идэвхт байдал

Хиймэл цацраг идэвхт бодисыг нээсэн нь агшин зуурын үйлдэл биш байв. 1933 оны 1933-р сард хөнгөн цагаан, фтор, дараа нь натрийг альфа тоосонцороор бөмбөгдөж, Жолио нейтрон болон үл мэдэгдэх изотопуудыг олж авав. XNUMX оны XNUMX-р сард тэд хөнгөн цагааныг альфа тоосонцороор цацруулж, зөвхөн нейтрон төдийгүй позитроныг ажигласнаа зарлав. Ирен, Фредерик хоёрын үзэж байгаагаар энэхүү цөмийн урвалын позитронууд нь электрон-позитрон хос үүссэний үр дүнд үүсэх боломжгүй, атомын цөмөөс үүсэх ёстой байв.

5 оны 22-р сарын 29-1933-нд Брюссель хотноо Солвэйгийн долдугаар бага хурал (41) болж, "Атомын цөмийн бүтэц, шинж чанар" гэж нэрлэв. Үүнд XNUMX физикч, тэр дундаа дэлхийн энэ салбарын хамгийн нэр хүндтэй мэргэжилтнүүд оролцов. Жолиот туршилтынхаа үр дүнг тайлагнаж, бор, хөнгөн цагааныг альфа туяагаар цацруулах нь позитрон эсвэл протонтой нейтрон үүсгэдэг гэж мэдэгджээ.. Энэ чуулган дээр Лиза Майтнер Тэрээр хөнгөн цагаан, фтортой ижил туршилт хийхэд ижил үр дүнд хүрээгүй гэж хэлэв. Тайлбарлахдаа тэрээр позитронуудын гарал үүслийн цөмийн шинж чанарын талаархи Парисаас ирсэн хосуудын санал бодлыг хуваалцаагүй байна. Гэсэн хэдий ч тэрээр Берлинд ажилдаа буцаж ирээд эдгээр туршилтуудыг дахин хийж, 18-р сарын XNUMX-нд Жолио-Кюрид бичсэн захидалдаа одоо түүний бодлоор позитронууд цөмөөс гарч ирдэг гэдгийг хүлээн зөвшөөрсөн.

Үүнээс гадна энэхүү бага хурал Фрэнсис ПерринТэдний үе тэнгийнхэн, Парисаас ирсэн сайн найз позитронуудын тухай ярьжээ. Туршилтаар тэд байгалийн цацраг идэвхт задрал дахь бета бөөмсийн спектртэй төстэй позитронуудын тасралтгүй спектрийг олж авсан нь мэдэгдэж байсан. Позитрон ба нейтронуудын энергийн цаашдын дүн шинжилгээгээр Перрин энд хоёр ялгаралтыг ялгах ёстой гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн: эхлээд тогтворгүй цөм үүсэхтэй хамт нейтроны ялгаралт, дараа нь энэ цөмөөс позитрон ялгардаг.

Чуулганы дараа Жолиот эдгээр туршилтуудыг хоёр сар орчим зогсоов. Дараа нь 1933 оны XNUMX-р сард Перрин энэ талаархи санал бодлоо нийтэлжээ. Үүний зэрэгцээ, мөн арванхоёрдугаар сард Энрико Ферми бета задралын онолыг дэвшүүлсэн. Энэ нь туршлагыг тайлбарлах онолын үндэс болсон. 1934 оны эхээр Францын нийслэлээс ирсэн хосууд туршилтаа үргэлжлүүлэв.

Яг 11-р сарын 10-ний Пүрэв гарагийн үдээс хойш Фредерик Жолио хөнгөн цагаан тугалган цаас авч, альфа тоосонцороор 3 минутын турш бөмбөгдөв. Тэрээр анх удаа илрүүлэхийн тулд манангийн камер биш харин Гейгер-Мюллерийн тоолуур ашигласан. Альфа бөөмсийн эх үүсвэрийг тугалган цааснаас салгахад позитрон тоолох нь зогссонгүй, тоолуур үргэлжлүүлэн харуулж, зөвхөн тоо нь экспоненциалаар буурч байгааг тэрээр гайхшруулав. Тэрээр хагас задралын хугацааг 15 минут XNUMX секунд гэж тодорхойлсон. Дараа нь тэр тугалган цаасан дээр унасан альфа тоосонцоруудын замд хар тугалга тоормос байрлуулснаар тэдний энергийг багасгасан. Цөөн позитрон авсан ч хагас задралын хугацаа өөрчлөгдөөгүй.

Дараа нь тэр бор, магнийн ижил туршилтуудыг хийж, хагас задралын хугацааг 14 минут, 2,5 минут тус тус олж авсан. Дараа нь ийм туршилтыг устөрөгч, лити, нүүрстөрөгч, бериллий, азот, хүчилтөрөгч, фтор, натри, кальци, никель, мөнгөтэй хийсэн боловч хөнгөн цагаан, бор, магнийн хувьд ижил төстэй үзэгдэл ажиглагдаагүй. Гейгер-Мюллерийн тоолуур нь эерэг ба сөрөг цэнэгтэй бөөмсийг ялгадаггүй тул Фредерик Жолиот мөн эерэг электронуудтай харьцдаг гэдгийг баталсан. Энэ туршилтын техникийн тал нь бас чухал байсан, тухайлбал альфа бөөмсийн хүчтэй эх үүсвэр байгаа эсэх, Гейгер-Мюллерийн тоолуур гэх мэт мэдрэмтгий цэнэгтэй бөөмийн тоолуур ашиглах явдал байв.

Өмнө нь Жолио-Кюри хосын тайлбарласнаар ажиглагдсан цөмийн өөрчлөлтөд позитрон ба нейтронууд нэгэн зэрэг ялгардаг. Одоо Фрэнсис Перриний зөвлөмжийг дагаж, Фермигийн бодлыг уншаад хосууд анхны цөмийн урвал нь тогтворгүй цөм ба нейтрон үүсгэдэг, дараа нь тогтворгүй цөмийн задралын үр дүнд бета нэмсэн гэж дүгнэжээ. Тиймээс тэд дараах хариу үйлдлийг бичиж болно.

Үүний үр дүнд үүссэн цацраг идэвхт изотопуудын хагас задралын хугацаа нь байгальд байхын тулд хэтэрхий богино байгааг Жолиотууд анзаарчээ. Тэд 15 оны 1934-р сарын XNUMX-нд "Цацраг идэвхт бодисын шинэ төрөл" гэсэн нийтлэлдээ үр дүнгээ зарлажээ. Хоёрдугаар сарын эхээр тэд цуглуулсан бага хэмжээгээр эхний хоёр урвалаас фосфор, азотыг тодорхойлж чадсан. Удалгүй цөмийн бөмбөгдөлтөнд өртөх урвалын явцад протон, дейтерон, нейтроны тусламжтайгаар илүү их цацраг идэвхт изотопуудыг гаргаж авах боломжтой гэсэн зөгнөл гарч ирэв. Гуравдугаар сард Энрико Ферми удахгүй нейтрон ашиглан ийм урвал явуулна гэж бооцоо тавьсан. Тэр удалгүй өөрөө бооцоо хожсон.

Ирена, Фредерик нар 1935 онд "цацраг идэвхт шинэ элементүүдийн нийлэгжилт"-ийн төлөө химийн салбарт Нобелийн шагнал хүртжээ. Энэхүү нээлт нь хиймэл цацраг идэвхт изотопуудыг үйлдвэрлэх замыг нээж, суурь судалгаа, анагаах ухаан, үйлдвэрлэлд олон чухал, үнэ цэнэтэй хэрэглээг олсон юм.

Эцэст нь АНУ-ын физикчдийг дурдах нь зүйтэй. Эрнест Лоуренс Берклигийн хамт олон болон Пасаденагийн судлаачидтай, тэдний дунд дадлага хийж байсан польш хүн байсан. Анжей Солтан. Хэдийгээр хурдасгуур ажиллахаа больсон байсан ч тоолуураар импульс тоолж байсан. Тэд энэ тоонд дургүй байсан. Гэсэн хэдий ч тэд шинэ чухал үзэгдэлтэй тулгарснаа ойлгоогүй бөгөөд хиймэл цацраг идэвхт бодисыг олж илрүүлээгүй ...