Pirms trīskāršās mākslas, tas ir, par mākslīgās radioaktivitātes atklāšanu
Ik pa laikam fizikas vēsturē ir "brīnišķīgi" gadi, kad daudzu pētnieku kopīgie centieni noved pie virknes izrāvienu atklājumu. Tā tas bija ar 1820. gadu, elektrības gadu, 1905. gadu, brīnumaino Einšteina četru rakstu gadu, 1913. gadu, kas saistīts ar atoma struktūras izpēti, un visbeidzot 1932. gadā, kad tika veikti vairāki tehniski atklājumi un sasniegumi. tika radīta kodolenerģija.fizika.
jaunlaulātajiem
Irene, Marijas Sklodovskas-Kirī un Pjēra Kirī vecākā meita, dzimusi Parīzē 1897. gadā (1). Līdz divpadsmit gadu vecumam viņa tika audzināta mājās, mazā "skolā", ko saviem bērniem izveidoja izcili zinātnieki un kurā mācījās apmēram desmit audzēkņu. Skolotāji bija: Marija Sklodovska-Kirī (fizika), Pols Langevins (matemātika), Žans Perins (ķīmija), un humanitārās zinātnes galvenokārt mācīja skolēnu mammas. Mācības parasti notika skolotāju mājās, savukārt bērni fiziku un ķīmiju mācījās īstās laboratorijās.
Tātad fizikas un ķīmijas mācīšana bija zināšanu iegūšana ar praktisku darbību palīdzību. Katrs veiksmīgais eksperiments iepriecināja jaunos pētniekus. Tie bija īsti eksperimenti, kas bija jāsaprot un rūpīgi jāveic, un bērniem Marijas Kirī laboratorijā bija jābūt priekšzīmīgā kārtībā. Bija jāapgūst arī teorētiskās zināšanas. Metode, kā liktenis šīs skolas audzēkņiem, vēlāk labiem un izciliem zinātniekiem, izrādījās efektīva.
2. Frederiks Džolio (Hārkorta fotoattēls)
Turklāt Irēnas vectēvs no tēva puses, ārsts, daudz laika veltīja tēva bāreņa mazmeitai, izklaidējoties un papildinot dabaszinātņu izglītību. 1914. gadā Irēna absolvēja novatorisko Sévigné koledžu un iestājās Sorbonnas matemātikas un dabaszinātņu fakultātē. Tas sakrita ar Pirmā pasaules kara sākumu. 1916. gadā viņa pievienojās mātei un kopā organizēja radioloģisko dienestu Francijas Sarkanajā Krustā. Pēc kara viņa ieguva bakalaura grādu. 1921. gadā tika publicēts viņas pirmais zinātniskais darbs. Viņš bija veltīts hlora atomu masas noteikšanai no dažādiem minerāliem. Savā turpmākajā darbībā viņa cieši sadarbojās ar māti, nodarbojas ar radioaktivitāti. 1925. gadā aizstāvētajā doktora disertācijā viņa pētīja polonija izstarotās alfa daļiņas.
Frederiks Džoliots dzimis 1900. gadā Parīzē (2). No astoņu gadu vecuma viņš apmeklēja skolu So, dzīvoja internātskolā. Tolaik viņš priekšroku deva sportam, nevis mācībām, īpaši futbolam. Pēc tam viņš pārmaiņus apmeklēja divas vidusskolas. Tāpat kā Irēna Kirī, viņš agri zaudēja savu tēvu. 1919. gadā viņš nokārtoja eksāmenu École de Physique et de Chemie Industrielle de la Ville de Paris (Parīzes pilsētas Rūpnieciskās fizikas un rūpnieciskās ķīmijas skola). Viņš absolvēja 1923. gadā. Viņa profesors Pols Langevins uzzināja par Frederika spējām un tikumiem. Pēc 15 mēnešu militārā dienesta pēc Langevina pavēles ar Rokfellera fonda stipendiju viņš tika iecelts par Marijas Sklodovskas-Kirī personīgo laboratorijas asistentu Radija institūtā. Tur viņš iepazinās ar Irēnu Kirī, un 1926. gadā jaunieši apprecējās.
Frederiks pabeidza savu doktora disertāciju par radioaktīvo elementu elektroķīmiju 1930. gadā. Nedaudz agrāk viņš jau bija koncentrējis savas intereses uz sievas pētniecību, un pēc Frederika doktora disertācijas aizstāvēšanas viņi jau strādāja kopā. Viens no viņu pirmajiem nozīmīgajiem panākumiem bija polonija preparāts, kas ir spēcīgs alfa daļiņu avots, t.i. hēlija kodoli.(24Viņš). Viņi sāka no nenoliedzami priviliģēta stāvokļa, jo tieši Marija Kirī piegādāja savai meitai lielu polonija porciju. Viņu vēlākais līdzstrādnieks Lū Kovarskis tos raksturoja šādi: Irēna bija "izcila tehniķe", "viņa strādāja ļoti skaisti un rūpīgi", "viņa dziļi saprata, ko dara". Viņas vīram bija "žilbinošāka, planējošāka iztēle". "Viņi lieliski papildināja viens otru un to zināja." No zinātnes vēstures viedokļa interesantākie viņiem bija divi gadi: 1932.-34.
Viņi gandrīz atklāja neitronu
"Gandrīz" ir liela nozīme. Viņi ļoti drīz uzzināja par šo skumjo patiesību. 1930. gadā Berlīnē divi vācieši - Valters Bote i Huberts Bekers - Izpētīja, kā gaismas atomi uzvedas, kad tos bombardē ar alfa daļiņām. Berilija vairogs (49Be) bombardējot ar alfa daļiņām, tas izstaro ārkārtīgi caurlaidīgu un augstas enerģijas starojumu. Pēc eksperimentētāju domām, šim starojumam jābūt spēcīgam elektromagnētiskajam starojumam.
Šajā posmā Irēna un Frederiks tika galā ar problēmu. Viņu alfa daļiņu avots bija visu laiku visspēcīgākais. Viņi izmantoja mākoņu kameru, lai novērotu reakcijas produktus. 1932. gada janvāra beigās viņi publiski paziņoja, ka tieši gamma stari izsituši augstas enerģijas protonus no vielas, kas satur ūdeņradi. Viņi vēl nesaprata, kas ir viņu rokās un kas notiek.. Pēc izlasīšanas Džeimss Čedviks (3) Kembridžā viņš nekavējoties ķērās pie darba, domādams, ka tas nemaz nav gamma starojums, bet gan Raterforda vairākus gadus iepriekš prognozēti neitroni. Pēc virknes eksperimentu viņš pārliecinājās par neitrona novērošanu un atklāja, ka tā masa ir līdzīga protona masai. 17. gada 1932. februārī viņš iesniedza piezīmi žurnālam Nature ar nosaukumu "Neitrona iespējamā esamība".
Patiesībā tas bija neitrons, lai gan Čadviks uzskatīja, ka neitronu veido protons un elektrons. Tikai 1934. gadā viņš saprata un pierādīja, ka neitrons ir elementārdaļiņa. Čadviks saņēma Nobela prēmiju fizikā 1935. Neskatoties uz sapratni, ka viņi ir palaiduši garām svarīgu atklājumu, Džolio-Kirī turpināja izpēti šajā jomā. Viņi saprata, ka šī reakcija papildus neitroniem rada gamma starus, tāpēc viņi uzrakstīja kodolreakciju:
, kur Ef ir gamma kvanta enerģija. Līdzīgi eksperimenti tika veikti ar 919F.
Atkal nokavēta atvēršana
Dažus mēnešus pirms pozitrona atklāšanas Džoliota-Kirī rīcībā bija fotogrāfijas, kurās cita starpā bija redzams izliekts ceļš, it kā tas būtu elektrons, bet griežas pretējā virzienā pret elektronu. Fotogrāfijas uzņemtas miglas kamerā, kas atrodas magnētiskajā laukā. Pamatojoties uz to, pāris runāja par elektroniem, kas iet divos virzienos, no avota un uz avotu. Faktiski tie, kas saistīti ar virzienu "pret avotu", bija pozitroni jeb pozitīvi elektroni, kas attālinājās no avota.
Tikmēr ASV 1932. gada vasaras beigās Kārlis Deivids Andersons (4), zviedru imigrantu dēls, pētīja kosmiskos starus mākoņu kamerā magnētiskā lauka ietekmē. Kosmiskie stari nāk uz Zemi no ārpuses. Andersons, lai pārliecinātos par daļiņu virzienu un kustību, kameras iekšpusē izlaida daļiņas caur metāla plāksni, kur tās zaudēja daļu enerģijas. 2. augustā viņš ieraudzīja taku, kuru viņš neapšaubāmi interpretēja kā pozitīvu elektronu.
Ir vērts atzīmēt, ka Diraks jau iepriekš bija paredzējis šādas daļiņas teorētisko eksistenci. Tomēr Andersons kosmisko staru pētījumos neievēroja nekādus teorētiskos principus. Šajā kontekstā viņš savu atklājumu nosauca par nejaušu.
Atkal Džoliotai-Kirī bija jāsamierinās ar nenoliedzamu profesiju, taču viņš veica turpmākus pētījumus šajā jomā. Viņi atklāja, ka gamma staru fotoni var pazust pie smagā kodola, veidojot elektronu-pozitronu pāri, acīmredzot saskaņā ar Einšteina slaveno formulu E = mc2 un enerģijas un impulsa nezūdamības likumu. Vēlāk pats Frederiks pierādīja, ka notiek elektronu-pozitronu pāra pazušanas process, radot divus gamma kvantus. Papildus pozitroniem no elektronu-pozitronu pāriem tiem bija arī pozitroni no kodolreakcijām.
5. Septītā Solvay konference, 1933. gads
Sēž pirmajā rindā: Irēna Džolio-Kirī (otrā no kreisās),
Marija Sklodovska-Kirī (piektā no kreisās), Līze Meitnere (otrā no labās).
mākslīgā radioaktivitāte
Mākslīgās radioaktivitātes atklāšana nebija tūlītēja darbība. 1933. gada februārī, bombardējot alumīniju, fluoru un pēc tam nātriju ar alfa daļiņām, Džoliots ieguva neitronus un nezināmus izotopus. 1933. gada jūlijā viņi paziņoja, ka, apstarojot alumīniju ar alfa daļiņām, viņi novēroja ne tikai neitronus, bet arī pozitronus. Pēc Irēnas un Frederika domām, pozitroni šajā kodolreakcijā nevarēja veidoties elektronu-pozitronu pāru veidošanās rezultātā, bet tiem bija jānāk no atoma kodola.
Septītā Solvay konference (5) notika Briselē 22. gada 29. un 1933. oktobrī. To sauca "Atomu kodolu struktūra un īpašības". Tajā piedalījās 41 fiziķis, tostarp pasaulē ievērojamākie šīs jomas eksperti. Džoliots ziņoja par savu eksperimentu rezultātiem, norādot, ka bora un alumīnija apstarošana ar alfa stariem rada vai nu neitronu ar pozitronu, vai protonu.. Šajā konferencē Liza Meitnere Viņa teica, ka tajos pašos eksperimentos ar alumīniju un fluoru viņa nesaņēma tādu pašu rezultātu. Interpretācijā viņa nepiekrita pāra no Parīzes viedoklim par pozitronu izcelsmes kodolieroču dabu. Taču, atgriežoties darbā Berlīnē, viņa atkal veica šos eksperimentus, un 18. novembrī vēstulē Džolio-Kirī atzina, ka tagad, viņasprāt, pozitroni patiešām izceļas no kodola.
Turklāt šī konference Frensiss Perins, viņu vienaudzis un labs draugs no Parīzes, runāja par pozitronu tēmu. No eksperimentiem bija zināms, ka viņi ieguva nepārtrauktu pozitronu spektru, kas līdzīgs beta daļiņu spektram dabiskā radioaktīvā sabrukšanā. Turpmāka pozitronu un neitronu enerģijas analīze Perrins nonāca pie secinājuma, ka šeit ir jānošķir divas emisijas: pirmkārt, neitronu emisija, ko pavada nestabila kodola veidošanās, un pēc tam pozitronu emisija no šī kodola.
Pēc konferences Džoliots pārtrauca šos eksperimentus apmēram divus mēnešus. Un tad 1933. gada decembrī Perins publicēja savu viedokli par šo jautājumu. Tajā pašā laikā arī decembrī Enriko Fermi ierosināja beta sabrukšanas teoriju. Tas kalpoja par teorētisko pamatu pieredzes interpretācijai. 1934. gada sākumā pāris no Francijas galvaspilsētas atsāka eksperimentus.
Tieši 11. janvārī, ceturtdienas pēcpusdienā, Frederiks Džoliots paņēma alumīnija foliju un 10 minūtes bombardēja to ar alfa daļiņām. Pirmo reizi viņš noteikšanai izmantoja Geigera-Mullera skaitītāju, nevis miglas kameru, kā iepriekš. Viņš ar pārsteigumu pamanīja, ka, no folijas noņemot alfa daļiņu avotu, pozitronu skaitīšana neapstājās, skaitītāji turpināja tos rādīt, tikai to skaits samazinājās eksponenciāli. Viņš noteica, ka pusperiods ir 3 minūtes un 15 sekundes. Tad viņš samazināja alfa daļiņu enerģiju, kas krīt uz folijas, novietojot to ceļā svina bremzi. Un tas ieguva mazāk pozitronu, bet pussabrukšanas periods nemainījās.
Tad viņš pakļāva boru un magniju tiem pašiem eksperimentiem un šajos eksperimentos ieguva attiecīgi 14 minūtes un 2,5 minūtes. Pēc tam šādi eksperimenti tika veikti ar ūdeņradi, litiju, oglekli, beriliju, slāpekli, skābekli, fluoru, nātriju, kalciju, niķeli un sudrabu, taču viņš nenovēroja līdzīgu parādību kā alumīnija, bora un magnija gadījumā. Geigera-Mullera skaitītājs neatšķir pozitīvas un negatīvas lādētas daļiņas, tāpēc Frederiks Džoliots arī pārbaudīja, vai tas faktiski darbojas ar pozitīviem elektroniem. Šajā eksperimentā svarīgs bija arī tehniskais aspekts, t.i., spēcīga alfa daļiņu avota klātbūtne un jutīga lādētu daļiņu skaitītāja, piemēram, Geigera-Mullera skaitītāja, izmantošana.
Kā iepriekš paskaidroja Džoliota-Kirī pāris, novērotajā kodoltransformācijā vienlaicīgi tiek atbrīvoti pozitroni un neitroni. Tagad, sekojot Frensisa Perina ieteikumiem un izlasot Fermi apsvērumus, pāris secināja, ka pirmajā kodolreakcijā radās nestabils kodols un neitrons, kam sekoja šī nestabilā kodola beta un sabrukšana. Tātad viņi varētu uzrakstīt šādas reakcijas:
Džolioti pamanīja, ka iegūtajiem radioaktīvajiem izotopiem ir pārāk īss pussabrukšanas periods, lai tie pastāvētu dabā. Viņi savus rezultātus paziņoja 15. gada 1934. janvārī rakstā ar nosaukumu "Jauns radioaktivitātes veids". Februāra sākumā no savāktajiem mazajiem daudzumiem izdevās identificēt fosforu un slāpekli pirmajās divās reakcijās. Drīz vien izskanēja pareģojums, ka kodolbombardēšanas reakcijās var rasties vairāk radioaktīvo izotopu, arī ar protonu, deuteronu un neitronu palīdzību. Martā Enriko Fermi noslēdza derības, ka šādas reakcijas drīzumā tiks veiktas, izmantojot neitronus. Drīz viņš pats uzvarēja derībās.
Irēnai un Frederikam 1935. gadā tika piešķirta Nobela prēmija ķīmijā par "jaunu radioaktīvo elementu sintēzi". Šis atklājums pavēra ceļu mākslīgi radioaktīvu izotopu ražošanai, kas ir atraduši daudz svarīgu un vērtīgu pielietojumu fundamentālajos pētījumos, medicīnā un rūpniecībā.
Visbeidzot, ir vērts pieminēt fiziķus no ASV, Ernests Lorenss ar kolēģiem no Bērklijas un pētniekiem no Pasadenas, starp kuriem bija arī kāds polis, kurš stažējās Andžejs Soltāns. Tika novērota impulsu skaitīšana pie skaitītājiem, lai gan akselerators jau bija pārstājis darboties. Viņiem šis skaitījums nepatika. Tomēr viņi nesaprata, ka viņiem ir darīšana ar svarīgu jaunu parādību un ka viņiem vienkārši trūkst mākslīgās radioaktivitātes atklāšanas ...
