ДЖЕЙМС ЧАДВІК: БІОГРАФІЯ, АТОМНА МОДЕЛЬ, ЕКСПЕРИМЕНТИ - НАУКА - 2025

Джеймс Чадвік (1891-1974) був провідним англійським фізиком, визнаним за відкриття нейтрона в 1932 році. Незабаром після цього, у 1935 році, він був удостоєний Нобелівської премії з фізики за внесок у наукове співтовариство. Заклопотаність Чадвіка нейтральними звинуваченнями виникла приблизно за 10 років, перш ніж він зміг довести їх існування.

До цієї перевірки Чадвік провів кілька експериментів, які були невдалими. Це було успішним у 1932 році, коли він базувався на експериментах французьких Ірен Жоліо-Кюрі та Фредерика Жоліо. Пізніше Чадвік присвятив себе дослідженню використання ядерного поділу для створення бойової зброї.

Біографія

витоки

Чадвік народився в місті Боллінгтон, на північному сході Англії, 20 жовтня 1891 р. Він був сином двох покірних робітників: батько працював на залізничній системі, а мати - домашнім робітником.

З самого раннього віку Чадвік виділявся інтровертованою і надзвичайно розумною дитиною. Він розпочав середню школу в Манчестері, а у віці 16 років здобув стипендію для вивчення чистої фізики в неіснуючому Манчестерському університеті Вікторії.

Академічна підготовка

Молодий обіцянок фізики офіційно розпочав навчання в університеті в 1908 році, у віці 17 років.

Він мав видатний прохід через академію, і в останній рік своєї кар’єри він відвідував розслідування лауреата Нобелівської премії Ернеста Рутефорда щодо розпаду елементів та хімії радіоактивних речовин.

Після здобуття наукового ступеня фізики в 1911 році він записався на ступінь магістра з фізики, яку він успішно закінчив у 1913 р. За цей час він продовжував працювати в руці з Рутефордом у своїй лабораторії.

Пізніше йому було присвоєно професійну стипендію, яка дозволила йому переїхати до Берліна, Німеччина, для подальшого дослідження бета-випромінювання разом з німецьким фізиком Гансом Гейгером в Technische Hochschule.

Під час перебування в Берліні Перша світова війна почалася в липні 1914 р. Через звинувачення у шпигунстві до 1918 року була інтернована в концтабір для цивільних людей у ​​Рухлебені.

У 1919 році Чадвік повернувся до Англії і розпочав докторський ступінь в Кембриджському університеті. Тим часом він знову приєднався до науково-дослідної роботи Рутефорда, який до того часу керував Кавендішською лабораторією відомого закладу.

У 1921 році, у віці 21 року, він отримав ступінь доктора філософії, представивши спеціальний науковий документ про ядерні сили та атомні числа.

У 1923 році він був призначений помічником директора з досліджень у Кембриджській кавендішській лабораторії. Чадвік виконував цю роль до 1935 року, коли він вирішив перейти до Ліверпульського університету.

Кар'єра

Завдяки науковим внескам він був нагороджений медаллю Хьюза в 1932 році. Це визнання, присвоєне Лондонським королівським товариством, нагороджує тих, хто робить відкриття про фізичні науки та / або їх практичне застосування.

У 1935 році він був удостоєний Нобелівської премії з фізики за виявлення нейтрона як елементарної частинки без електричного заряду, розташованої в атомному ядрі.

Під час Другої світової війни Чадвік брав активну участь у Британському комітеті МАУД, комісії, створеній для аналізу доцільності використання ядерних технологій у виробництві бомби.

Джеймс Чадвік також був центральною частиною проекту «Сплавні сплави» - дослідницької програми, дозволеної та фінансуваної Великобританією за підтримки Канади, для розробки ядерної зброї під час Другої світової війни.

У цей період Чадвік був відзначений своєю дотепністю та політичною позицією, оскільки його пропозиції послужили мостом для переговорів про співпрацю між Сполученим Королівством, Канадою та США.

Манхеттенський проект

Наприкінці Другої світової війни Чадвік перейняв естафету британської місії в рамках проекту Манхеттен. Останній був спільним дослідницьким проектом між США, Великобританією та Канадою з метою розробки першої атомної бомби.

Чадвік мав вільний доступ до всієї конфіденційної інформації проекту: конструкцій, планів, даних, кошторисів тощо, незважаючи на те, що він був цивільним, а не американцем; Варто зазначити, що обидві умови були виключними для участі в проекті.

Пізніше він був зроблений англійським лицарем у 1945 році, а через рік США нагородили його медаллю "За заслуги" за внесок мужності у проект "Манхеттен".

Ядерний арсенал для Англії

Наприкінці Другої світової війни Чадвік рішуче пропагував ініціативу Великої Британії розробити власний ядерний арсенал.

Для досягнення цієї мети Чадвік був обраний членом Британського консультативного комітету з атомної енергії, а також був представником Великобританії в Комісії з питань атомної енергії ООН.

Близько 1948 року Джеймс Чадвік займав посаду професора в коледжі Гонвіля і Каюса Кембриджського університету. Потім, в 1950 році, він був удостоєний знову Королівського товариства Лондона, отримавши медаль Коплі.

Через 8 років він вирішує добровільно відійти в Північний Уельс. Джеймс Чадвік помер 24 липня 1974 року в місті Кембридж.

Атомна модель Чадвіка

Атомна модель Чадвіка зосереджена на моделюванні атомного ядра, що складається не тільки з протонів (позитивні заряди), але і з нейтронів (нейтральні заряди).

Намагання Чадвіка продемонструвати існування нейтральних частинок розпочалося у 1920-х роках. Однак у той час видатний вчений робив багато спроб безрезультатно. Через десятиліття Чадвік повторив експерименти Ірен Жоліо-Кюрі (дочки Марі Кюрі та П'єра Кюрі) та Фредерика Жоліо (чоловіка Ірени) у Франції.

Цій парі вчених вдалося вигнати протони із зразка парафінового воску за допомогою гамма-променів.

Чадвік вважав, що випромінювання гамма-променів містить нейтральні частинки і що саме ці частинки стикаються з восковим зразком, згодом індукуючи вивільнення протонів з воску.

Тому він спробував повторити ці експерименти в Кавендішській лабораторії і застосував полоній - який використовувався Кюрі як джерело гамма-променів - для опромінення берилію альфа-частинками.

Потім це випромінювання впливало на аналогічний зразок парафінового воску, і протони в цьому зразку були насильно викинуті з матеріалу.

Поведінку протонів спостерігали за допомогою невеликої іонізаційної камери, адаптованої до експерименту самим Чадвіком.

Чадвік виявив, що поведінку протонів, що виділяються воском, можна пояснити лише в тому випадку, якщо ці частинки зіткнулися з іншими електрично нейтральними частинками і з дуже подібною масою.

Через два тижні Джеймс Чадвік опублікував у науковому журналі Nature статтю про можливе існування нейтронів.

Однак спочатку Чадвік замислив модель, вважаючи, що нейтрон був компонуванням, складеним з протона і електрона, який генерував нейтральний заряд. Пізніше німецький фізик Вернер Гейзенберг показав, що нейтрон являв собою єдину, елементарну частинку.

Досліди

Після відкриття нейтрона, Чадвік зосередився на тому, щоб піти все далі і далі стосовно характеристики цього нового атомного компонента.

Відкриття нейтрона та атомної моделі Чадвіка революціонізувало традиційний погляд на науку, враховуючи зіткнення нейтронів з атомними ядрами та вигнання протонів з атома.

Бета-розкладання - це процес, за допомогою якого з ядра атома викидаються бета-частинки (електрон або позитрон), щоб збалансувати присутність протонів та нейтронів в атомному ядрі.

Завдяки цьому процесу в усьому світі було проведено незліченну кількість експериментів, мотивованих відкриттям Чадвіка, щоб викликати перетворення деяких нейтронів у протони.

Оскільки кожен хімічний елемент ідентифікується відповідно до кількості протонів, які він має, попередні експерименти відкрили двері для створення та / або виявлення нових хімічних елементів із більшою кількістю протонів під їх поясом.

Ядерний поділ

Чадвік наголосив на своїх пізніших аналізах на використанні нейтронів для поділу атомів важких ядер на кілька менших ядер через процес ядерного поділу.

Він названий таким чином, тому що поділ відбувається в ядрі атома і виробляє надзвичайно велику кількість енергії. Ця концепція була використана для проектування потужної ядерної зброї.

Чадвік навіть фінансував придбання прискорювача частинок за час свого перебування в Ліверпулі, використовуючи для цього частину виручки від здобуття Нобелівської премії.

Внесок Чадвіка в науку

Серед внеску Джеймса Чадвіка в науку виділяється виявлення нейтрона, за що він отримав Нобелівську премію з фізики в 1935 р. Він також брав участь у будівництві атомної бомби в США, писав про випромінювання радіоактивних речовин і виявив тритій .

Відкриття нейтрона

Під час своїх досліджень в Кавендішській лабораторії в Кембриджі, Резерфорд і Чадвік провели експерименти з альфа-частинками, щоб дізнатися про природу атомного ядра. Варто зазначити, що атомне ядро ​​було відкрито Резерфордом у 1911 році.

Ці дослідження були проведені шляхом аналізу випромінювання, яке ніколи не спостерігалося до берилію, коли цей матеріал був підданий обстрілу альфа-частинок.

Це випромінювання складалося з частинок маси, дуже подібних до маси протона, але без електричного заряду. Ці частинки отримали назву нейтронів, через нейтральність їх складу.

Чадвік зробив це відкриття в середині 1932 року, тим самим визначивши приміщення атомної моделі Чадвіка, деталі яких детально описані в наступному розділі цієї статті.

Ядерні дослідження

Відкриття нейтрона Чадвіком поставило підґрунтя для відкриття ядерного поділу та розвитку зброї війни за допомогою цієї технології.

Чадвік виявив, що, бомбардуючи атом елемента нейтронами, ядро ​​цього матеріалу може проникати і розщеплюватися, генеруючи значну кількість енергії.

Звідти Чадвік оголосив про неминучість цього виду техніки для розробки зброї війни та взяв безпосередню участь у дипломатичних справах, пов’язаних із цим процесом у США та Англії.

Чадвік співпрацював у будівництві атомної бомби разом з іншими американськими та канадськими вченими між 1943 та 1945 роками.

Він керував керівництвом англійської наукової делегації, яка працювала в лабораторії Лос-Аламос, у Нью-Мексико, США. У 1939 р. США почали досліджувати проект «Манхеттен», кодова назва атомної бомби.

Президент Франклін Делано Рузвельт попередив ядерних учених Едварда Теллера, Лео Сіларда та Євгена Вігнера через Альберта Ейнштейна про використання ядерного поділу для виробництва бомб нацистами.

Відкриття тритію

Тритій був ідентифікований ще в 1911 році англійським вченим Джозефом Джоном Томсоном, але він вважав, що це тріатомічна молекула.

Ернест Резерфорд вже оголосив про це, але лише в 1934 році Чадвік, працюючи в команді Резерфорда, каталогізував це як ізотоп водню.

Трицій - радіоактивний ізотоп водню, символом якого є ³H. Він складається з ядра, складеного з протона і двох нейтронів.

Тритій утворюється бомбардуванням вільними нейтронами мішеней азоту, літію та бору.

Полегшення поділу урану 235

Відкриття нейтрона Джеймсом Чадвіком сприяло ядерному поділу; тобто відділення урану 235 від урану -238, хімічного елемента, знайденого в природі.

Збагачення урану 235 - це процес, який зазнає природний уран для отримання ізотопу 235 та отримання ядерної енергії. Фіс - це ядерна реакція; тобто він спрацьовує в ядрі атома.

Ця хімічна реакція виникає, коли важке ядро ​​ділиться на два або більше менших ядер та деякі побічні продукти, такі як фотони (гамма-промені), вільні нейтрони та інші фрагменти ядра.

Договір про випромінювання радіоактивних речовин

У 1930 році Джеймс Чадвік написав трактат про радіацію від радіоактивних речовин.

Чадвік зумів виміряти масу нейтрона і з однією різницею вивів, що вона схожа на протонну, що має нейтральний електричний заряд.

Потім він зробив висновок, що атомне ядро ​​складається з нейтронів і протонів і що кількість протонів аналогічна кількості електронів.

Його дослідження та внесок у роботу фізичної лабораторії в Манчестерському університеті та в Кембриджському університеті в Англії були ключовими в знаннях ядерної енергії та побудові атомної моделі Резерфорда.

Статті, що цікавлять

Атомна модель Шредінгера.

Атомна модель Де Бройля.

Атомна модель Гейзенберга.

Атомна модель Перріна.

Атомна модель Томсона.

Атомна модель Далтона.

Атомна модель Дірака Йордана.

Атомна модель Демокріта.

Атомна модель Бора.

Атомна модель Соммерфельда.

Список літератури

1. Дж. Чадвік, Існування нейтрона, зб. Рой. Soc. A 136 (1932) Отримано 18 грудня 2017 року з chemteam.info
2. Чадвік (1891-1974). Консультується з losavancesdelaquimica.com
3. Джеймс Чадвік - біографія. Консультується з Buscabiografias.com
4. Перес Агірре, Габріела. Хімія 1. Конструктивістський підхід, Том 1. Консультація з books.google.co.ve
5. Джеймс Чадвік. Консультується з es.wikipedia.org
6. Браун, Ендрю (1997). Нейтрон і бомба: біографія сера Джеймса Чадвіка. Oxford University Press. Відновлено з amazon.co.uk
7. Джеймс Чадвік (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Відновлено: britannica.com
8. Джеймс Чадвік (другий). Відновлено з: atomicheritage.org
9. Джеймс Чадвік (другий). Відновлено: famousscientists.org
10. Джеймс Чадвік - біографічний (2014). Nobel Media AB. Відновлено: nobelprize.org
11. Джеймс Чадвік: біографія та атомна теорія (другий). Відновлено з: study.com
12. Принципи фізичної науки (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Відновлено: britannica.com
13. Вікіпедія, безкоштовна енциклопедія (2018). Відкриття нейтрона. Відновлено з: en.wikipedia.org.