Пред тројната уметност, односно за откривањето на вештачката радиоактивност
содржина
Од време на време во историјата на физиката има „чудесни“ години кога заедничките напори на многу истражувачи доведуваат до низа откритија за пробив. Така е од 1820 година, годината на електрична енергија, 1905 година, чудесната година на четирите трудови на Ајнштајн, 1913 година, годината поврзана со проучувањето на структурата на атомот и конечно 1932 година, кога серијата технички откритија и достигнувања доведе до создавање на нуклеарна енергија.физика.
младенците
Ирина, најстарата ќерка на Марија Склодовска-Кири и Пјер Кири, е родена во Париз во 1897 година (1). До XNUMX-годишна возраст, таа била израсната дома, во мало „училиште“ создадено од извонредни научници за нејзините деца, во кое имало околу десет ученици. Наставници беа: Мари Склодовска-Кири (физика), Пол Ланжевин (математика), Жан Перин (хемија), а хуманистичките науки главно ги предаваа мајките на учениците. Лекциите обично се одржуваа во домовите на наставниците, а децата студираа физика и хемија во вистински лаборатории.
Така, наставата по физика и хемија беше стекнување знаење преку практични активности. Секој успешен експеримент ги воодушевувал младите истражувачи. Тоа беа вистински експерименти кои требаше да се разберат и внимателно да се изведат, а децата во лабораторијата на Марија Кири требаше да бидат во примерен ред. Требаше да се стекне и теоретско знаење. Методот, како што покажа судбината на учениците од ова училиште, кои подоцна станаа добри и извонредни научници, се покажа како ефикасен.
2. Фредерик Жолиот (фото Харкур)
Згора на тоа, дедото на Ирена од страна на таткото, лекар, посветил многу време на внуката сираче на својот татко, забавувајќи се и дополнувајќи го нејзиното природно-научно образование. Во 1914 година, Ајрин дипломирала на иновативното училиште Колеџ Севиње и влегла на Математичкиот и Природно-математичкиот факултет на Сорбона. Ова се совпадна со почетокот на Првата светска војна. Во 1916 година, таа се придружи на нејзината мајка и заедно основаа радиолошка служба за францускиот Црвен крст. По војната добила диплома. Во 1921 година беше објавена нејзината прва научна работа. Тој беше посветен на одредување на атомската маса на хлор од различни минерали. Во нејзините понатамошни активности, таа тесно соработуваше со нејзината мајка, работејќи на радиоактивноста. Во својата докторска теза, одбранета во 1925 година, таа ги проучувала алфа честичките испуштени од полониум.
Фредерик Жолиот роден 1900 година во Париз (2). Од осумгодишна возраст посетувал училиште во Со и живеел во интернат. Во тоа време повеќе го сакаше спортот од студиите, особено фудбалот. Потоа посетувал две средни училишта по ред. Како Ајрина Кири, тој рано го загуби својот татко. Во 1919 година, тој го положил испитот на École de Physique et de Chemie Industrielle de la Ville de Paris (Супериорно училиште за индустриска физика и индустриска хемија на градот Париз). Дипломирал во 1923 година. Неговиот професор Пол Лангевин дознал за способностите и доблестите на Фредерик. По 15 месеци воена служба, по наредба на Лангевин, тој беше назначен за личен лабораториски асистент на Мари Склодовска-Кири во Институтот Радиум, финансиран со грант од фондацијата Рокфелер. Таму ја запознал Ајрина Кири, а во 1926 година младите се венчале.
Фредерик докторирал на електрохемија на радиоактивни елементи во 1930 година. Малку порано, тој веќе ги фокусираше своите интереси на истражувањето на неговата сопруга, а откако Фредерик ја одбрани својата докторска дисертација, тие веќе работеа заедно. Еден од нивните први важни успеси беше подготовката на полониум, кој е силен извор на алфа честички, т.е. јадра на хелиум.(24Тој). Тргнаа од неспорно привилегирана позиција, бидејќи Марија Кири беше таа што ја снабдуваше нејзината ќерка со голема залиха на полониум. Лу Коварски, нивниот подоцнежен вработен, ги опиша вака: Ирена беше „одличен техничар“, „работеше многу убаво и внимателно“, „длабоко разбираше што прави“. Нејзиниот сопруг имал „поблескава, посилна имагинација“. „Тие совршено се надополнуваа и го знаеја тоа“. Од гледна точка на историјата на науката, најинтересните две години за нив биле: 1932-34 година.
Тие речиси го открија неутронот
„Речиси“ прави голема разлика. За оваа тажна вистина дознале многу брзо. Во 1930 година во Берлин, двајца Германци - Волтер Боте i Хуберт Бекер – проучувал како светлосните атоми се однесуваат кога се бомбардирани од алфа честички. Берилиумски штит (49Be) кога е бомбардиран со алфа честички, испушта екстремно продорно и високо-енергетско зрачење. Според експериментаторите, ова зрачење мора да било силно електромагнетно зрачење.
Во оваа фаза, Ирена и Фредерик се занимаваа со проблемот. Нивниот извор на алфа честички беше најмоќниот досега. Тие користеле облачна комора за да ги набљудуваат производите на реакцијата. На крајот на јануари 1932 година, тие јавно објавија дека гама зраците ги исфрлиле високо-енергетските протони од супстанција што содржи водород. Сè уште не разбрале што имаат во рацете и што се случува. После читање Jamesејмс Чадвик (3) во Кембриџ веднаш се впуштил во работа мислејќи дека воопшто не се работи за гама зрачење, туку за неутрони, предвидено од Радерфорд пред неколку години. По серија експерименти, тој се уверил во набљудувањето на неутронот и открил дека неговата маса е слична на масата на протонот. На 17 февруари 1932 година, тој испратил белешка до списанието Nature, „Можното постоење на неутронот“.
Тоа всушност бил неутрон, иако Чедвик верувал дека неутронот се состои од протон и електрон. Дури во 1934 година разбрал и докажал дека неутронот е елементарна честичка. Чедвик ја доби Нобеловата награда за физика во 1935 година. И покрај сознанието дека пропуштиле важно откритие, Џолиот-Кири продолжиле со своето истражување во оваа област. Тие сфатија дека оваа реакција произведува и гама зраци покрај неутроните, па ја напишаа нуклеарната реакција:
, каде што Еф е енергијата на гама квантот. Спроведоа слични експерименти со 919F.
Повторно го пропушти отворањето
Неколку месеци пред откривањето на позитронот, Џолиот-Кири имал фотографии од, меѓу другото, закривена патека, како да е електрон, но се врти во насока спротивна од онаа на електронот. Фотографиите се направени во комора за магла сместена во магнетно поле. Врз основа на ова, парот зборуваше за електроните кои одат во две насоки, од изворот и до изворот. Всушност, оние поврзани со насоката „кон изворот“ беа позитроните, или позитивните електрони кои се оддалечуваа од изворот.
Во меѓувреме, во САД кон крајот на летото 1932 г. Карл Дејвид Андерсон (4), син на шведски имигранти, ги проучувал космичките зраци во комора на облаци под влијание на магнетно поле. Космичките зраци доаѓаат на Земјата однадвор. Андерсон, за да биде сигурен во насоката и движењето на честичките, ги поминал честичките внатре во комората низ метална плоча, каде што изгубиле дел од својата енергија. На 2 август видел трага која несомнено ја протолкувал како позитивен електрон.
Вреди да се напомене дека Дирак претходно го предвидел теоретското постоење на таква честичка. Сепак, Андерсон не следел никакви теоретски принципи во неговите студии за космичките зраци. Во овој контекст, тој своето откритие го нарече случајно.
Повторно, Жолиот-Кири мораше да се помири со својата несомнена професија, но презеде дополнителни истражувања во оваа област. Тие откриле дека фотоните на гама-зраците можат да исчезнат во близина на тешко јадро, формирајќи пар електрон-позитрон, очигледно во согласност со познатата формула на Ајнштајн E = mc2 и законот за зачувување на енергијата и импулсот. Подоцна, самиот Фредерик докажал дека постои процес на исчезнување на парот електрон-позитрон, што доведува до два гама кванта. Покрај позитроните од паровите електрон-позитрон, тие имаа позитрони од нуклеарните реакции.
5. Седма Солвејска конференција, 1933 година
Седи во првиот ред: Ирена Жолио-Кири (втора од лево),
Мари Склодовска-Кири (петта од лево), Лизе Мајтнер (втора од десно).
Вештачка радиоактивност
Откривањето на вештачката радиоактивност не беше чин преку ноќ. Во февруари 1933 година, со бомбардирање на алуминиум, флуор, а потоа и натриум со алфа честички, Џолиот добил неутрони и непознати изотопи. Во јули 1933 година, тие објавија дека со зрачењето на алуминиум со алфа честички, набљудувале не само неутрони, туку и позитрони. Според Ајрин и Фредерик, позитроните во оваа нуклеарна реакција не може да се произведат со формирање на парови електрон-позитрон, туку мора да потекнуваат од атомското јадро.
Седмата конференција на Солвеј (5) во Брисел се одржа на 22-29 октомври 1933 година. Таа беше наречена „Структурата и својствата на атомските јадра“. На него учествуваа 41 физичари, меѓу кои и најеминентните специјалисти од оваа област во светот. Џолиот ги пријавил резултатите од неговите експерименти, наведувајќи дека зрачењето на бор и алуминиум со алфа зраци произведува или неутрон со позитрон или протон.. На оваа конференција Лиза Мајтнер Таа рече дека во истите експерименти со алуминиум и флуор, не го добила истиот резултат. Во своето толкување таа не го дели мислењето на парот од Париз за нуклеарната природа на потеклото на позитроните. Сепак, откако се врати на работа во Берлин, таа повторно ги спроведе овие експерименти и на 18 ноември, во писмо до Жолиот-Кири, призна дека сега, според нејзиното мислење, позитроните навистина се појавуваат од јадрото.
Покрај тоа, на оваа конференција Френсис Перин, нивниот врсник и добар пријател од Париз, проговори за прашањето на позитроните. Од експериментите било познато дека тие добиле континуиран спектар на позитрони, сличен на спектарот на бета честички при природно радиоактивно распаѓање. Понатамошната анализа на енергиите на позитроните и неутроните Перин дошол до заклучок дека тука треба да се разликуваат две емисии: прво, емисијата на неутрони, придружена со формирање на нестабилно јадро, а потоа емисијата на позитрони од ова јадро.
По конференцијата Џолиот, овие експерименти беа прекинати околу два месеци. И тогаш, во декември 1933 година, Перин го објави своето мислење за ова прашање. Во исто време, исто така, во декември Енрико Ферми ја постави теоријата за бета распаѓање. Ова даде теоретска основа за толкување на искуствата. На почетокот на 1934 година, парот од француската престолнина продолжи со експериментите.
Точно во четвртокот попладне, на 11 јануари, Фредерик Жолиот зеде алуминиумска фолија и ја бомбардираше со алфа честички 10 минути. За прв пат, тој користел бројач Гајгер-Милер за откривање, наместо комора за магла како порано. Тој бил изненаден кога забележал дека додека го оддалечувал изворот на алфа честичките од фолијата, броењето на позитроните не престанувало, бројачите продолжиле да ги покажуваат, само нивниот број експоненцијално се намалувал. Полуживотот го одредил да биде 3 минути и 15 секунди. Потоа ја намалил енергијата на алфа честичките што паѓаат на фолијата ставајќи оловна сопирачка на нивниот пат. И тој доби помалку позитрони, но полуживотот не се промени.
Потоа ги подложил борот и магнезиумот на истите експерименти и добил полуживот во овие експерименти од 14 минути и 2,5 минути, соодветно. Последователно, таквите експерименти беа спроведени со водород, литиум, јаглерод, берилиум, азот, кислород, флуор, натриум, калциум, никел и сребро - но тој не забележа сличен феномен како за алуминиум, бор и магнезиум. Гајгер-Милеровиот бројач не прави разлика помеѓу позитивно и негативно наелектризираните честички, така што Фредерик Жолиот исто така потврдил дека всушност има работа со позитивни електрони. Техничкиот аспект беше исто така важен во овој експеримент, т.е. присуството на силен извор на алфа честички и употребата на чувствителен бројач на наелектризирани честички како што е бројачот Гајгер-Милер.
Како што претходно беше објаснето од парот Џолиот-Кири, позитроните и неутроните се ослободуваат истовремено за време на набљудуваната нуклеарна трансформација. Сега, следејќи ги предлозите на Френсис Перин и читајќи ги размислувањата на Ферми, парот заклучил дека првата нуклеарна реакција произведува нестабилно јадро и неутрон, проследено со бета-плус распаѓање на тоа нестабилно јадро. Така тие би можеле да ги напишат следните реакции:
Жолиотите забележале дека добиените радиоактивни изотопи имаат прекраток полуживот за да постојат во природата. Тие ги објавија своите резултати на 15 јануари 1934 година, во трудот насловен „Нов тип на радиоактивност“. На почетокот на февруари, тие беа во можност да идентификуваат фосфор и азот од првите две реакции од собраните мали количини. Наскоро се појавило пророштво дека реакциите на нуклеарно бомбардирање би можеле да произведат повеќе радиоактивни изотопи, исто така со помош на протони, деутрони и неутрони. Во март, Енрико Ферми се обложи дека таквите реакции наскоро ќе бидат извршени со помош на неутрони. Наскоро тој самиот го доби облогот.
Ирена и Фредерик ја добија Нобеловата награда за хемија во 1935 година за „синтеза на нови радиоактивни елементи“. Ова откритие го отвори патот за производство на вештачки радиоактивни изотопи, кои нашле многу важни и вредни примени во основните истражувања, медицината и индустријата.
Конечно, вреди да се споменат физичарите од САД, Ернест Лоренс со колеги од Беркли и истражувачи од Пасадена, меѓу кои имаше и еден Полјак кој беше на стажирање Анджеј Солтан. Ги гледавме бројачите како бројат импулси, иако педалот за гас веќе престана да работи. Не им се допадна оваа пресметка. Сепак, тие не сфатија дека имаат работа со важен нов феномен и дека едноставно им недостасува откривањето на вештачката радиоактивност...
