Ernest Rutherford ; Primul baron Rutherford din Nelson ( ing. Ernest Rutherford, primul baron Rutherford din Nelson ; 30 august 1871 , Spring Grove, Noua Zeelandă - 19 octombrie 1937 , Cambridge ) - fizician britanic de origine Noua Zeelandă . Cunoscut ca părintele fizicii nucleare . Câștigător al Premiului Nobel pentru Chimie în 1908.
În 1911, cu faimosul său experiment privind împrăștierea particulelor alfa, a dovedit existența unui nucleu încărcat pozitiv în atomi și electroni încărcați negativ în jurul acestuia [7] . Pe baza rezultatelor experimentului, el a creat un model planetar al atomului .
Membru (1903) și președinte (1925-1930) al Societății Regale din Londra [8] , membru străin al Academiei de Științe din Paris (1927; corespondent din 1921) [9] , membru corespondent străin (1922) și membru de onoare ( 1925) al Academiei Ruse de Științe [10] .
Ernest Rutherford s-a născut la 30 august 1871 în Noua Zeelandă în micul sat Spring Grove ( ing. Spring Grove ), situat în nordul Insulei de Sud, lângă orașul Nelson , în familia unui fermier de in. Tatăl - James Rutherford, emigrat din Perth (Scoția). Mama - Martha Thompson, originară din Hornchurch (Essex, Anglia). În acel moment, alți scoțieni au emigrat în Quebec (Canada), dar familia Rutherford nu a avut noroc, iar guvernul a oferit un bilet gratuit de vapor cu aburi în Noua Zeelandă, și nu în Canada.
Ernest a fost al patrulea copil dintr-o familie de doisprezece copii. Avea o memorie uimitoare, sănătate și putere. A absolvit cu onoare școala primară cu un scor de 580 din 600 și un bonus de 50 de lire sterline pentru a-și continua studiile la Nelson College. O altă bursă ia permis să-și continue studiile la Colegiul Canterbury din Christchurch [11] . Pe atunci era o universitate mică cu 150 de studenți și doar 7 profesori [12] . Rutherford a devenit interesat de știință și din prima zi a început munca de cercetare [12] .
Teza sa de master, scrisă în 1892, se numea „Magnetizarea fierului în timpul descărcărilor de înaltă frecvență”. Lucrarea a vizat detectarea undelor radio de înaltă frecvență, a căror existență a fost dovedită în 1888 de fizicianul german Heinrich Hertz . Rutherford a inventat și fabricat un dispozitiv - un detector magnetic, unul dintre primii receptori de unde electromagnetice.
După ce a absolvit universitatea în 1894, Rutherford a lucrat timp de un an ca profesor de liceu [12] . Cei mai talentați tineri supuși ai coroanei britanice, care locuiau în colonii, o dată la doi ani li s-a acordat o bursă specială numită după Expoziția Mondială din 1851 - 150 de lire sterline pe an, ceea ce a făcut posibilă plecarea în Anglia pentru progrese ulterioare în ştiinţă. În 1895, Rutherford a primit această bursă, deoarece cel care a primit-o primul - Maclaurin, a refuzat-o [13] . În toamna aceluiași an, după ce a împrumutat bani pentru un bilet în Marea Britanie, Rutherford a ajuns în Anglia la Laboratorul Cavendish de la Universitatea Cambridge și a devenit primul doctorand al directorului său, Joseph John Thomson . 1895 a fost primul an (la inițiativa lui J. J. Thomson) în care studenții care au absolvit alte universități au putut continua activitatea științifică în laboratoarele de la Cambridge. Alături de Rutherford, John McLennan , John Townsend și Paul Langevin au profitat de această oportunitate înscriindu-se la Laboratorul Cavendish . Cu Langevin, Rutherford a lucrat în aceeași cameră și s-a împrietenit cu el, această prietenie a continuat până la sfârșitul vieții lor [12] .
În același an, 1895, a fost încheiată o logodnă cu Mary Georgina Newton (1876-1945), fiica gazdei pensiunii în care locuia Rutherford. Nunta a avut loc în 1900 în Biserica Anglicană din Christchurch [14] [15] [16] , iar la 30 martie 1901 cuplul a avut o fiică, Eileen Mary (1901-1930), care mai târziu a devenit soția astrofizicianului Ralph . Fowler .
Rutherford plănuia să studieze undele radio sau undele hertziene, să treacă examene de fizică și să obțină o diplomă de master. Dar în anul următor s-a dovedit că oficiul poștal din Regatul Unit a alocat banii lui Marconi pentru aceeași lucrare și a refuzat să o finanțeze la Laboratorul Cavendish . Deoarece bursa nu era suficientă nici măcar pentru mâncare, Rutherford a fost forțat să înceapă să lucreze ca tutore și asistent al lui J. J. Thomson pe tema studierii procesului de ionizare a gazului sub acțiunea razelor X. Împreună cu Thomson, Rutherford a descoperit fenomenul de saturație a curentului în timpul ionizării gazelor [12] .
În 1898, Rutherford a descoperit razele alfa și beta . Un an mai târziu, Paul Villard a descoperit radiația gamma (denumirea acestui tip de radiații ionizante, ca și primele două, a fost propusă de Rutherford).
În vara anului 1898, omul de știință a început să studieze fenomenul recent descoperit al radioactivității uraniului și toriu. În toamnă, Rutherford, la propunerea lui Thomson, depășind competiția de 5 persoane, a preluat funcția de profesor la Universitatea McGill din Montreal (Canada) cu un salariu de 500 de lire sterline sau 2.500 de dolari canadieni pe an. La această universitate, Rutherford a colaborat fructuos cu Frederick Soddy , pe atunci un asistent junior de laborator în cadrul Departamentului de Chimie, mai târziu (ca și Rutherford) laureat al Premiului Nobel pentru chimie (1921). În 1903, Rutherford și Soddy au prezentat și au demonstrat ideea revoluționară a transformării elementelor în procesul de dezintegrare radioactivă. În septembrie 1905, Otto Hahn , viitorul laureat al Nobel pentru chimie din Germania, a venit la laboratorul lui Rutherford din Montreal pentru un an pentru a studia .
Cunoscut pe scară largă pentru munca sa în domeniul radioactivității, Rutherford a devenit un om de știință căutat și a primit numeroase oferte de muncă în centre de cercetare din întreaga lume. În primăvara anului 1907, a părăsit Canada și a început o profesie la Universitatea Victoria din Manchester (Anglia), unde salariul i-a crescut de aproximativ 2,5 ori.
În 1908, Rutherford a primit Premiul Nobel pentru Chimie „pentru cercetările sale privind dezintegrarea elementelor în chimia substanțelor radioactive”.
Un eveniment important și vesel din viața sa a fost alegerea unui om de știință membru al Societății Regale din Londra în 1903, iar din 1925 până în 1930 a fost președinte al societății. Între 1931-1933, Rutherford a fost președintele Institutului de Fizică .
În 1914, Rutherford a primit titlul de nobilime. Pe 12 februarie, la Palatul Buckingham , regele l-a numit cavaler: era îmbrăcat într-o uniformă de curte și încins cu o sabie.
Peer-ul Angliei, baronul Rutherford Nelson, și-a încoronat stema heraldică, aprobată în 1931, cu o pasăre kiwi, simbolul Noii Zeelande. Desenul stemei este imaginea exponentului - o curbă care caracterizează procesul monoton de scădere a numărului de atomi radioactivi în timp.
În 1931, Rutherford a asigurat 15.000 de lire sterline pentru a construi și echipa o clădire specială de laborator pentru Peter Kapitza , pe care l-a angajat la Laboratorul Cavendish în 1921 [17] . Kapitza l-a poreclit pe Rutherford „ Crocodilul ”. „Acest animal nu se întoarce niciodată înapoi și, prin urmare, poate simboliza înțelegerea lui Rutherford și avansul lui rapid”, a explicat mai târziu Kapitsa [17] . F. Kedrov în cartea „Kapitsa: viață și descoperiri” dă o altă versiune [18] : „Adevărul este că Rutherford avea o voce tare și nu știa să o gestioneze. Vocea puternică a maestrului, care a întâlnit pe cineva pe coridor, i-a avertizat pe cei care se aflau în laboratoare despre demersul lui, iar angajații au avut timp să „și adune gândurile”. Acest lucru i-a dat lui Kapitsa motive să-l numească pe Rutherford Crocodilul. Acest lucru se explică prin asocierea cu eroul cărții populare pentru copii Crocodile, care a înghițit ceasul cu alarmă. Ticâitul lui i-a avertizat pe copii de apropierea unei fiare groaznice. În februarie 1933, laboratorul a fost inaugurat la Cambridge. Pe peretele de capăt al unei clădiri cu 2 etaje a fost sculptat în piatră un crocodil imens, acoperind întregul zid. A fost comandat de Kapitsa pentru a fi realizat de faimosul sculptor Eric Gill . Rutherford însuși a explicat că era el. Ușa de la intrare a fost deschisă cu o cheie aurita în formă de crocodil [19] [17] .
Ernest Rutherford a murit pe 19 octombrie 1937, la patru zile după o operație de urgență pentru o boală neașteptată - hernie sugrumată - la vârsta de 66 de ani [12] . A fost înmormântat în Westminster Abbey , lângă mormintele lui Newton, Darwin și Faraday [20] [21] [22] .
Potrivit memoriilor lui P. L. Kapitza , Rutherford a fost un reprezentant proeminent al școlii experimentale engleze de fizică, care se caracterizează prin dorința de a înțelege esența unui fenomen fizic și de a verifica dacă acesta poate fi explicat prin teoriile existente (în contrast cu școală germană de experimentatori, care pornește de la teoriile existente și încearcă să le testeze prin experiență). A folosit puțin formulele și a recurs puțin la matematică, dar a fost un experimentator strălucit, amintind de Faraday în această privință [12] . O calitate importantă a lui Rutherford ca experimentator remarcată de Kapitsa a fost observația sa. În special, datorită ei, a descoperit emanația de toriu, observând diferențe în citirile unui electroscop care măsura ionizarea, cu ușa deschisă și închisă în aparat, blocând fluxul de aer [12] . Un alt exemplu este descoperirea de către Rutherford a transmutării artificiale a elementelor, când iradierea nucleelor de azot din aer cu particule alfa a fost însoțită de apariția unor particule de înaltă energie (protoni) care aveau o gamă mai mare, dar erau foarte rare [12]. ] .
Rutherford a scris și publicat trei volume de lucrări. Toate sunt experimentale.
1904 - „Radioactivitate”.
1905 - „Transformări radioactive”.
1930 - „Emisii de substanțe radioactive” (coautor cu J. Chadwick și C. Ellis ).
Rutherford nu era interesat de problemele aplicate ale energiei nucleare și perspectivele acesteia și credea că, dacă omenirea folosește energia atomică, atunci nu va fi nimic surprinzător în aceasta [23] [24] .
12 studenți din Rutherford au devenit câștigători ai Premiului Nobel pentru fizică și chimie. Unul dintre cei mai talentați studenți , Henry Moseley , care a arătat experimental semnificația fizică a Legii periodice , a fost recrutat în armata britanică pentru Primul Război Mondial ca ofițer de comunicații și a murit în 1915, la vârsta de 27 de ani, în timpul operațiunii Dardanele . La Montreal , Rutherford a lucrat cu Frederick Soddy , Otto Hahn ; la Manchester - cu Hans Geiger (în special, el l-a ajutat să dezvolte un contor pentru numărarea automată a numărului de particule ionizante ), la Cambridge - cu Niels Bohr , Peter Kapitsa și mulți alți oameni de știință celebri în viitor.
După descoperirea elementelor radioactive , a început un studiu activ al naturii fizice a radiațiilor lor. Rutherford a reușit să descopere compoziția complexă a radiațiilor radioactive .
Experiența a fost următoarea. Preparatul radioactiv a fost plasat în partea de jos a unui canal îngust al unui cilindru de plumb, iar o placă fotografică a fost plasată vizavi. Câmpul magnetic a acționat asupra radiației care iese din canal. În acest caz, întreaga instalație a fost în vid.
Într-un câmp magnetic, fasciculul s-a împărțit în trei părți. Cele două componente ale radiației primare au deviat în direcții opuse, ceea ce a indicat că aveau sarcini de semne opuse. A treia componentă a menținut propagarea dreaptă. Radiația cu sarcină pozitivă se numește raze alfa, raze beta negative, raze gamma neutre .
Studiind natura radiațiilor alfa , Rutherford a efectuat următorul experiment. În calea particulelor alfa, el a plasat un contor Geiger , care măsura numărul de particule emise într-un anumit timp. După aceea, folosind un electrometru , a măsurat sarcina particulelor emise în același timp. Cunoscând încărcătura totală a particulelor alfa și numărul acestora, Rutherford a calculat sarcina unei astfel de particule. Sa dovedit a fi egal cu două elementare .
Prin deviația particulelor într-un câmp magnetic, el a determinat raportul dintre sarcina acestuia și masa. S-a dovedit că există două unități de masă atomică pentru o sarcină elementară .
Astfel, s-a constatat că, cu o sarcină egală cu două elementare, o particulă alfa are patru unități de masă atomică . Rezultă că radiația alfa este un flux de nuclee de heliu .
În 1920, Rutherford a sugerat că ar trebui să existe o particulă cu o masă egală cu masa unui proton, dar fără sarcină electrică - un neutron . Cu toate acestea, el nu a reușit să detecteze o astfel de particule. Existența sa a fost dovedită experimental de James Chadwick în 1932.
În plus, Rutherford a specificat cu 30% raportul dintre sarcina electronului și masa sa.
Transformări radioactivePe baza proprietăților toriului radioactiv, Rutherford a descoperit și explicat transformarea radioactivă a elementelor chimice. Omul de știință a descoperit că activitatea toriului într-o fiolă închisă rămâne neschimbată, dar dacă medicamentul este suflat chiar și cu un flux de aer foarte slab, activitatea sa este redusă semnificativ. S-a sugerat că, simultan cu particulele alfa, toriu emite un gaz radioactiv.
Rezultatele muncii în comun a lui Rutherford și a colegului său Frederick Soddy au fost publicate în 1902-1903 într-o serie de articole în revista Philosophical Magazine . În aceste articole, după analizarea rezultatelor obținute, autorii au ajuns la concluzia că este posibilă transformarea unor elemente chimice în altele.
Ca urmare a transformării atomice, se formează un tip complet nou de substanță, complet diferită în proprietățile sale fizice și chimice de substanța originală.
— E. Rutherford, F. SoddyÎn acel moment, ideea imuabilității și indivizibilității atomului domina, alți oameni de știință proeminenți, observând fenomene similare, le-au explicat de la bun început prin prezența unor elemente noi în substanța originală. Cu toate acestea, timpul a arătat eroarea unor astfel de idei. Lucrările ulterioare ale fizicienilor și chimiștilor au arătat în ce cazuri unele elemente se pot transforma în altele și ce legi ale naturii guvernează aceste transformări [25] .
Legea dezintegrarii radioactivePompând aer dintr-un vas cu toriu, Rutherford a izolat emanația de toriu (gazul cunoscut acum sub numele de toron sau radon-220, unul dintre izotopii radonului ) și a investigat capacitatea sa de ionizare. S-a constatat că activitatea acestui gaz scade la jumătate în fiecare minut.
Studiind dependența activității substanțelor radioactive în timp, omul de știință a descoperit legea dezintegrarii radioactive .
Deoarece nucleele atomilor elementelor chimice sunt destul de stabile, Rutherford a sugerat că este nevoie de o cantitate foarte mare de energie pentru a le transforma sau distruge. Primul nucleu supus transformării artificiale este nucleul atomului de azot . Prin bombardarea azotului cu particule alfa de înaltă energie , Rutherford a descoperit apariția protonilor - nucleele atomului de hidrogen .
Experimentul Geiger-Marsden cu folie de aurRutherford este unul dintre puținii câștigători ai Premiului Nobel care și-a făcut cea mai faimoasă lucrare de când a primit-o. Împreună cu Hans Geiger și Ernst Marsden în 1909, a condus un experiment care a demonstrat existența unui nucleu într-un atom. Rutherford i-a cerut lui Geiger și Marsden în acest experiment să caute particule alfa cu unghiuri de deviere foarte mari, ceea ce nu era așteptat de la modelul atomic al lui Thomson la acea vreme. Astfel de abateri, deși rare, au fost găsite, iar probabilitatea abaterii s-a dovedit a fi o funcție lină, deși în scădere rapidă, a unghiului de abatere.
Mai târziu, Rutherford a recunoscut că atunci când le-a sugerat studenților săi să efectueze un experiment privind împrăștierea particulelor alfa la unghiuri mari, el însuși nu a crezut într-un rezultat pozitiv.
A fost aproape la fel de incredibil ca și cum ai tras cu un proiectil de 15 inchi într-o bucată de hârtie subțire și proiectilul s-a întors la tine și a lovit.
— Ernest Rutherford [26]Rutherford a reușit să interpreteze datele obținute în urma experimentului, ceea ce l-a determinat să dezvolte un model planetar al atomului în 1911. Conform acestui model, un atom este format dintr-un nucleu foarte mic încărcat pozitiv, care conține cea mai mare parte a masei atomului și electroni ușori care se rotesc în jurul lui.
Rutherford este unul dintre cei mai respectați oameni de știință din lume [27] . În 1914 , George al V-lea l- a numit cavaler pe Rutherford [28] ca licențiat de cavaler . În 1925, l-a făcut [29] membru al Ordinului de Merit , iar în 1931 i-a acordat lui Rutherford [30] titlul de baron, astfel a primit dreptul de a fi numit Lord Rutherford.
Numit după Ernest Rutherford:
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
Dicționare și enciclopedii | ||||
Genealogie și necropole | ||||
|
Președinții Societății Regale din Londra | |
---|---|
secolul al 17-lea |
|
secolul al 18-lea |
|
secolul al 19-lea |
|
Secolului 20 |
|
Secolul XXI |
|
pentru Chimie 1901-1925 | Câștigători ai Premiului Nobel|
---|---|
| |
|
Câștigători ai Premiului Nobel în 1908 | |
---|---|
Fiziologie sau medicină | Ilya Ilici Mechnikov (Imperiul Rus) Paul Ehrlich (Germania) |
Fizică | Gabriel Lippmann (Franța) |
Chimie | Ernest Rutherford (Noua Zeelandă) |
Literatură | Rudolf Christoph Eiken (Germania) |
Lume | Klas Pontus Arnoldson (Suedia) Fredrik Baier (Danemarca) |