Sadurunge seni telung, yaiku, babagan panemuan radioaktivitas buatan
Saka wektu kanggo wektu ing sajarah fisika ana taun "apik banget" nalika efforts bebarengan saka akeh peneliti mimpin kanggo seri panemuan terobosan. Mangkono uga karo 1820, taun listrik, 1905, taun ajaib saka papat makalah Einstein, 1913, taun sing digandhengake karo sinau babagan struktur atom, lan pungkasane, 1932, nalika serangkaian panemuan teknis lan kemajuan ing tenaga nuklir digawe. fisika.
mantèn anyar
Irina, putri mbarep Marie Skłodowska-Curie lan Pierre Curie, lair ing Paris taun 1897 (1). Nganti umur rolas, dheweke digawa ing omah, ing "sekolah" cilik sing digawe dening ilmuwan terkenal kanggo anak-anake, sing ana kira-kira sepuluh siswa. Guru-gurune yaiku: Marie Sklodowska-Curie (fisika), Paul Langevin (matematika), Jean Perrin (kimia), lan humaniora utamane diwulangake dening ibune para siswa. Pelajaran biasane ditindakake ing omah guru, nalika bocah-bocah sinau fisika lan kimia ing laboratorium nyata.
Dadi, piwulang fisika lan kimia minangka angsal kawruh liwat tumindak praktis. Saben eksperimen sing sukses narik kawigaten para peneliti enom. Iki minangka eksperimen nyata sing kudu dimangerteni lan ditindakake kanthi teliti, lan bocah-bocah ing laboratorium Marie Curie kudu dadi teladan. Kawruh teori uga kudu diduweni. Cara kasebut, minangka nasibe siswa sekolah iki, mengko ilmuwan sing apik lan pinunjul, kabukten efektif.
2. Frederic Joliot (foto Harcourt)
Menapa malih, mbah kakungipun Irena, dhokter, nyawisaken kathah wekdal kangge putu lola bapakipun, seneng-seneng lan nambah pendidikan ilmu alam. Ing taun 1914, Irene lulus saka perintis Collège Sévigné lan mlebu fakultas matématika lan sains ing Sorbonne. Iki bertepatan karo wiwitan Perang Dunia I. Ing taun 1916 dheweke gabung karo ibune lan bebarengan ngatur layanan radiologi ing Palang Merah Prancis. Sawise perang, dheweke entuk gelar sarjana. Ing taun 1921, karya ilmiah pisanan dheweke diterbitake. Panjenenganipun pengabdian kanggo netepake massa atom klorin saka macem-macem mineral. Ing kegiatan liyane, dheweke kerja bareng karo ibune, ngurusi radioaktivitas. Ing disertasi doktoral, dibela ing taun 1925, dheweke sinau partikel alfa sing dipancarake dening polonium.
Frederic Joliot lair taun 1900 ing Paris (2). Wiwit umur wolung taun dheweke sekolah ing So, manggon ing pesantren. Nalika iku, dheweke luwih seneng olahraga tinimbang sinau, utamane bal-balan. Dhèwèké banjur gantian sekolah ing rong SMA. Kaya Irene Curie, dheweke kelangan bapake luwih awal. Ing taun 1919 piyambakipun lulus ujian ing École de Physique et de Chemie Industrielle de la Ville de Paris (Sekolah Fisika Industri lan Kimia Industri Kota Paris). Dheweke lulus ing taun 1923. Profesor, Paul Langevin, sinau babagan kabisan lan kabecikan Frederick. Sawise 15 wulan layanan militer, kanthi prentah saka Langevin, dheweke diangkat dadi asisten laboratorium pribadi kanggo Marie Skłodowska-Curie ing Institut Radium kanthi hibah saka Rockefeller Foundation. Ing kana dheweke ketemu Irene Curie, lan ing taun 1926 wong enom nikah.
Frederick ngrampungake disertasi doktoral babagan elektrokimia unsur radioaktif ing taun 1930. A little sadurungé, dheweke wis fokus kapentingan ing riset bojoné, lan sawise mbelo disertasi doktoral Frederick, padha wis makarya bebarengan. Salah sawijining sukses penting pisanan yaiku persiapan polonium, sing dadi sumber partikel alfa sing kuwat, yaiku. inti helium.(24Panjenenganipun). Dheweke diwiwiti saka posisi sing ora bisa dipungkiri, amarga Marie Curie sing nyedhiyakake putrine kanthi akeh polonium. Lew Kowarsky, kolaborator sabanjure, nggambarake dheweke kaya mangkene: Irena minangka "teknisi sing apik banget", "dheweke kerja kanthi apik lan kanthi ati-ati", "dheweke ngerti banget apa sing ditindakake." Bojone duwe "imajinasi sing luwih nggumunake lan luwih dhuwur". "Dheweke nglengkapi saben liyane kanthi sampurna lan ngerti." Saka sudut pandang sajarah ilmu, sing paling menarik kanggo wong-wong mau yaiku rong taun: 1932-34.
Dheweke meh nemokake neutron
"Meh" penting banget. Dheweke langsung sinau babagan bebener sing sedhih iki. Ing taun 1930 ing Berlin, loro wong Jerman - Walter Bothe i Hubert Becker - Diselidiki carane atom cahya tumindak nalika bombarded karo partikel alpha. Perisai Beryllium (49Dadi) nalika dibombardir karo partikel alfa mancarake radiasi sing nembus banget lan energi dhuwur. Miturut eksperimen, radiasi iki mesthine minangka radiasi elektromagnetik sing kuwat.
Ing tahap iki, Irena lan Frederick ngatasi masalah kasebut. Sumber partikel alfa sing paling kuat. Dheweke nggunakake ruang awan kanggo mirsani produk reaksi. Ing pungkasan Januari 1932, padha ngumumake kanthi umum yen sinar gamma sing ngilangi proton energi dhuwur saka zat sing ngandhut hidrogen. Dheweke durung ngerti apa sing ana ing tangane lan apa sing kedadeyan.. Sawise maca James Chadwick (3) ing Cambridge, dheweke langsung kerja, amarga mikir yen iki dudu radiasi gamma, nanging neutron sing diprediksi dening Rutherford sawetara taun sadurunge. Sawise pirang-pirang eksperimen, dheweke dadi yakin karo pengamatan neutron lan nemokake yen massane padha karo proton. Tanggal 17 Fèbruari 1932, dhèwèké ngirim cathetan menyang jurnal Nature kanthi judhul "The Possible Existence of the Neutron."
Iku bener neutron, sanajan Chadwick percaya yen neutron dumadi saka proton lan elektron. Mung ing taun 1934 dheweke ngerti lan mbuktekake yen neutron minangka partikel dhasar. Chadwick dianugerahi Bebungah Nobel ing Fisika ing taun 1935. Senadyan kasunyatan manawa dheweke ora kejawab panemuan penting, Joliot-Curies nerusake riset ing wilayah kasebut. Dheweke ngerti yen reaksi iki ngasilake sinar gamma saliyane neutron, mula dheweke nulis reaksi nuklir:
, ngendi Ef iku energi saka gamma-kuantum. Eksperimen sing padha ditindakake kanthi 919F.
Ora kejawab mbukak maneh
Sawetara sasi sadurunge panemuan positron, Joliot-Curie duwe foto, antara liya, dalan sing mlengkung, kaya-kaya elektron, nanging muter ing arah ngelawan saka elektron. Foto-foto kasebut dijupuk ing kamar kabut sing ana ing medan magnet. Adhedhasar iki, pasangan kasebut ngomong babagan elektron menyang rong arah, saka sumber lan menyang sumber. Nyatane, sing ana gandhengane karo arah "menyang sumber" yaiku positron, utawa elektron positif sing pindhah saka sumber kasebut.
Kangge, ing Amerika Serikat ing pungkasan mangsa panas 1932, Carl David Anderson (4), putrane imigran Swedia, nyinaoni sinar kosmik ing kamar awan ing pengaruh medan magnet. Sinar kosmik teka ing bumi saka njaba. Anderson, kanggo mesthekake arah lan gerakan partikel, nang kamar liwati partikel liwat piring logam, ngendi padha ilang sawetara saka energi. Ing tanggal 2 Agustus, dheweke weruh jejak, sing mesthi diinterpretasikake minangka elektron positif.
Wigati dicathet yen Dirac sadurunge wis prédhiksi anané teoretis saka partikel kasebut. Nanging, Anderson ora ngetutake prinsip teoretis ing studi sinar kosmik. Ing konteks iki, dheweke nyebat panemune kanthi ora sengaja.
Maneh, Joliot-Curie kudu ngetrapake profesi sing ora bisa dipungkiri, nanging nindakake riset luwih lanjut ing wilayah kasebut. Dheweke nemokake yen foton sinar gamma bisa ilang ing cedhak inti abot, mbentuk pasangan elektron-positron, ketoke sesuai karo rumus Einstein sing misuwur E = mc2 lan hukum kekekalan energi lan momentum. Banjur, Frederick dhewe mbuktekake yen ana proses ilang pasangan elektron-positron, nuwuhake rong gamma quanta. Saliyane positron saka pasangan elektron-positron, padha duwe positron saka reaksi nuklir.
5. Konferensi Solvay kaping pitu, 1933
Lungguh ing baris ngarep: Irene Joliot-Curie (loro saka kiwa),
Maria Skłodowska-Curie (kalima saka kiwa), Lise Meitner (kapindho saka tengen).
radioaktivitas gawean
Panemuan radioaktivitas gawean dudu tumindak instan. Ing Februari 1933, kanthi ngebom aluminium, fluorine, lan banjur sodium kanthi partikel alfa, Joliot entuk neutron lan isotop sing ora dingerteni. Ing Juli 1933, padha ngumumake yen kanthi iradiasi aluminium kanthi partikel alfa, dheweke ora mung neutron, nanging uga positron. Miturut Irene lan Frederick, positron ing reaksi nuklir iki ora bisa dibentuk minangka asil saka pambentukan pasangan elektron-positron, nanging kudu teka saka inti atom.
Konferensi Solvay kaping pitu (5) dianakaké ing Brussels tanggal 22-29 Oktober 1933. Iki diarani "Struktur lan Sifat-sifat Nukleus Atom". Iki dirawuhi dening 41 fisikawan, kalebu ahli paling misuwur ing bidang iki ing donya. Joliot nglaporake asil eksperimen, nyatakake yen iradiasi boron lan aluminium kanthi sinar alfa ngasilake neutron kanthi positron utawa proton.. Ing konferensi iki Lisa Meitner Dheweke ujar manawa ing eksperimen sing padha karo aluminium lan fluorine, dheweke ora entuk asil sing padha. Ing interpretasi, dheweke ora nuduhake pendapat pasangan saka Paris babagan sifat nuklir asal positron. Nanging, nalika bali kerja ing Berlin, dheweke nindakake eksperimen kasebut maneh, lan ing 18 November, ing surat kanggo Joliot-Curie, dheweke ngakoni yen saiki, miturut dheweke, positron pancene metu saka inti.
Kajaba iku, konferensi iki Francis Perrin, kanca lan kanca apik saka Paris, ngandika metu ing subyek positrons. Saka eksperimen kasebut, dheweke entuk spektrum positron sing terus-terusan, padha karo spektrum partikel beta ing peluruhan radioaktif alami. Analisis luwih lanjut babagan energi positron lan neutron Perrin teka ing kesimpulan yen rong emisi kudu dibedakake ing kene: pisanan, emisi neutron, diiringi pembentukan inti sing ora stabil, lan banjur emisi positron saka inti iki.
Sawise konferensi Joliot mandheg eksperimen kasebut kira-kira rong sasi. Banjur, ing Desember 1933, Perrin nerbitake panemune babagan perkara kasebut. Ing wektu sing padha, uga ing Desember Enrico Fermi ngusulake teori peluruhan beta. Iki minangka basis teoretis kanggo interpretasi pengalaman. Ing wiwitan taun 1934, pasangan saka ibukutha Prancis nerusake eksperimen.
Persis tanggal 11 Januari, Kamis sore, Frédéric Joliot njupuk aluminium foil lan dibombardir karo partikel alfa suwene 10 menit. Kanggo pisanan, dheweke nggunakake counter Geiger-Muller kanggo deteksi, lan dudu kamar kabut, kaya sadurunge. Dheweke kaget nalika dheweke ngilangi sumber partikel alfa saka foil, pancacahan positron ora mandheg, counter terus nuduhake, mung jumlahe suda eksponensial. Dheweke nemtokake setengah umur dadi 3 menit lan 15 detik. Banjur ngurangi energi partikel alfa sing tiba ing foil kanthi nyelehake rem timbal ing dalane. Lan entuk positron luwih sithik, nanging setengah umur ora owah.
Banjur ngalami boron lan magnesium ing eksperimen sing padha, lan entuk setengah umur ing eksperimen kasebut 14 menit lan 2,5 menit. Sabanjure, eksperimen kasebut ditindakake kanthi hidrogen, litium, karbon, beryllium, nitrogen, oksigen, fluorine, sodium, kalsium, nikel lan salaka - nanging dheweke ora mirsani fenomena sing padha karo aluminium, boron lan magnesium. Counter Geiger-Muller ora mbedakake antarane partikel muatan positif lan negatif, mula Frédéric Joliot uga mbuktekake manawa bener-bener gegayutan karo elektron positif. Aspek teknis uga penting ing eksperimen iki, yaiku, anané sumber partikel alfa sing kuwat lan panggunaan penghitung partikel muatan sing sensitif, kayata penghitung Geiger-Muller.
Kaya sing wis diterangake sadurunge dening pasangan Joliot-Curie, positron lan neutron dibebasake bebarengan ing transformasi nuklir sing diamati. Saiki, ngetutake saran Francis Perrin lan maca pertimbangan Fermi, pasangan kasebut nyimpulake yen reaksi nuklir pisanan ngasilake inti sing ora stabil lan neutron, disusul dening beta plus bosok saka inti sing ora stabil kasebut. Supaya padha bisa nulis reaksi ing ngisor iki:
Joliots weruh yen isotop radioaktif sing diasilake nduweni umur setengah sing cendhak banget kanggo ana ing alam. Dheweke ngumumake asile tanggal 15 Januari 1934, ing artikel kanthi judhul "Jenis Radioaktivitas Anyar". Ing awal Februari, dheweke kasil ngenali fosfor lan nitrogen saka rong reaksi pisanan saka jumlah cilik sing diklumpukake. Ora let suwe ana ramalan yen isotop radioaktif bisa diprodhuksi ing reaksi bombardment nuklir, uga kanthi bantuan proton, deuteron lan neutron. Ing wulan Maret, Enrico Fermi nggawe taruhan yen reaksi kasebut bakal ditindakake kanthi nggunakake neutron. Dheweke langsung menang taruhan dhewe.
Irena lan Frederick dianugerahi Bebungah Nobel Kimia ing taun 1935 kanggo "sintesis unsur radioaktif anyar". Panemuan iki mbukak dalan kanggo produksi isotop radioaktif artifisial, sing nemokake akeh aplikasi penting lan terkenal ing riset dhasar, obat, lan industri.
Pungkasan, kudu disebutake fisikawan saka AS, Ernest Lawrence karo kolega saka Berkeley lan peneliti saka Pasadena, antarane kang ana Pole sing ana ing internship Andrzej Soltan. Etungan pulsa dening konter diamati, sanajan akselerator wis mandheg. Dheweke ora seneng karo count iki. Nanging, dheweke ora ngerti yen lagi ngalami fenomena anyar sing penting lan mung ora nemokake radioaktivitas buatan ...
