Üçlü sənətdən əvvəl, yəni süni radioaktivliyin kəşfi haqqında

Fizika tarixində zaman-zaman “gözəl” illər olur ki, bir çox tədqiqatçıların birgə səyləri bir sıra sıçrayışlı kəşflərə gətirib çıxarır. 1820-ci il, elektrik ili, 1905-ci il, Eynşteynin dörd məqaləsinin möcüzəvi ili, 1913-cü il, atomun quruluşunun öyrənilməsi ilə bağlı il və nəhayət, 1932-ci ildə bir sıra texniki kəşflər və irəliləyişlər oldu. nüvə enerjisi yaradılmışdır.fizika.

yeni evlənənlər

Irene, Marie Skłodowska-Curie və Pierre Curie'nin böyük qızı, 1897-ci ildə Parisdə anadan olub (1). O, on iki yaşına qədər evdə, görkəmli alimlərin övladları üçün yaratdığı, on nəfərə yaxın şagirdin oxuduğu kiçik “məktəb”də tərbiyə alıb. Müəllimlər: Mari Sklodovska-Küri (fizika), Pol Lanqevin (riyaziyyat), Jan Perrin (kimya), humanitar fənləri isə əsasən tələbələrin anaları tədris edirdilər. Dərslər adətən müəllimlərin evində keçirilirdi, uşaqlar isə fizika və kimya fənlərini real laboratoriyalarda öyrənirdilər.

Beləliklə, fizika və kimyanın tədrisi biliyin əməli hərəkətlərlə mənimsənilməsi idi. Hər bir uğurlu təcrübə gənc tədqiqatçıları sevindirdi. Bunlar başa düşülməli və diqqətlə həyata keçirilməli olan real təcrübələr idi və Mari Kürinin laboratoriyasındakı uşaqlar nümunəvi qaydada olmalı idilər. Nəzəri biliklər də əldə edilməli idi. Metod, bu məktəbin şagirdlərinin, sonradan yaxşı və görkəmli alimlərin taleyi kimi özünü doğrultdu.

2. Frederik Joliot (Foto Harcourt)

Üstəlik, İrenanın ata tərəfdən babası həkim, atasının yetim qalan nəvəsinə çox vaxt ayırır, əylənir və onun təbiətşünaslıq təhsilini tamamlayırdı. 1914-cü ildə İrene Sévigné kollecini bitirdi və Sorbonnanın riyaziyyat və elm fakültəsinə daxil oldu. Bu, Birinci Dünya Müharibəsinin başlanmasına təsadüf etdi. 1916-cı ildə anasına qoşuldu və birlikdə Fransa Qızıl Xaç Cəmiyyətində radioloji xidmət təşkil etdilər. Müharibədən sonra bakalavr dərəcəsi aldı. 1921-ci ildə onun ilk elmi əsəri nəşr olunur. O, müxtəlif minerallardan xlorun atom kütləsinin təyin edilməsinə həsr olunmuşdu. Sonrakı fəaliyyətlərində o, radioaktivliklə məşğul olan anası ilə yaxından işləyirdi. 1925-ci ildə müdafiə etdiyi doktorluq dissertasiyasında o, poloniumun yaydığı alfa hissəciklərini tədqiq edib.

Frederik Joliot 1900-cü ildə Parisdə anadan olub (2). Səkkiz yaşından Sodakı məktəbə getmiş, internat məktəbində yaşamışdır. O vaxt dərs oxumaqdansa idmanı, xüsusən də futbolu üstün tuturdu. Sonra növbə ilə iki orta məktəbə getdi. İren Küri kimi o da atasını erkən itirdi. 1919-cu ildə École de Physique et de Chemie Industrielle de la Ville de Paris (Paris şəhərinin Sənaye Fizikası və Sənaye Kimyası Məktəbi) imtahanını verdi. 1923-cü ildə oranı bitirmişdir. Onun professoru Pol Lanqevin Frederikin qabiliyyət və fəzilətlərini öyrəndi. 15 aylıq hərbi xidmətdən sonra Lanqevinin əmri ilə Rokfeller Fondunun qrantı ilə Radium İnstitutunda Mari Sklodovska-Kürinin şəxsi laborantı təyin edilir. Orada İrene Küri ilə tanış oldu və 1926-cı ildə gənclər evləndilər.

Frederik 1930-cu ildə radioaktiv elementlərin elektrokimyası üzrə doktorluq dissertasiyasını tamamladı. Bir az əvvəl o, artıq öz maraqlarını həyat yoldaşının tədqiqatlarına yönəltmişdi və Frederikin doktorluq dissertasiyasını müdafiə etdikdən sonra onlar artıq birlikdə işləyirdilər. Onların ilk mühüm uğurlarından biri güclü alfa hissəcikləri mənbəyi olan poloniumun hazırlanması idi, yəni. helium nüvələri.(₂⁴O). Onlar danılmaz imtiyazlı bir mövqedən başladılar, çünki qızına poloniumun böyük bir hissəsini verən Marie Curie idi. Onların sonrakı əməkdaşları Lyu Kovarski onları belə təsvir etdi: İrena "əla texnik idi", "çox gözəl və diqqətlə işləyirdi", "o nə etdiyini dərindən başa düşürdü". Ərinin "daha gözqamaşdırıcı, daha uçan təxəyyülü" var idi. "Onlar bir-birini mükəmməl şəkildə tamamlayırdılar və bunu bilirdilər." Elm tarixi baxımından onlar üçün ən maraqlısı iki il oldu: 1932-34.

Demək olar ki, neytronu kəşf etdilər

"Demək olar ki," çox vacibdir. Onlar bu acı həqiqəti çox tez öyrəndilər. 1930-cu ildə Berlində iki alman - Walter Bothe i Hubert Becker - Alfa hissəcikləri ilə bombardman edildikdə yüngül atomların necə davranması araşdırıldı. Berilyum Qalxanı (₄⁹Be) alfa hissəcikləri ilə bombardman edildikdə son dərəcə nüfuzedici və yüksək enerjili radiasiya yayılır. Təcrübəçilərin fikrincə, bu şüalanma güclü elektromaqnit şüalanma olmalıdır.

Bu mərhələdə İrena və Frederik problemlə məşğul oldular. Onların alfa hissəciklərinin mənbəyi indiyə qədərki ən güclü idi. Onlar reaksiya məhsullarını müşahidə etmək üçün bulud kamerasından istifadə ediblər. 1932-ci il yanvarın sonunda onlar açıq şəkildə elan etdilər ki, tərkibində hidrogen olan maddədən yüksək enerjili protonları çıxaran qamma şüalarıdır. Əllərində nə olduğunu, nə baş verdiyini hələ də anlamırdılar.. Oxuduqdan sonra James Chadwick (3) Kembricdə o, heç də qamma şüalanma olmadığını, Rezerfordun bir neçə il öncədən proqnozlaşdırdığı neytronlar olduğunu düşünərək dərhal işə başladı. Bir sıra təcrübələrdən sonra o, neytronun müşahidəsinə əmin oldu və onun kütləsinin protonun kütləsinə bənzədiyini aşkar etdi. O, 17-ci il fevralın 1932-də “Nature” jurnalına “Neytronun mümkün mövcudluğu” başlıqlı qeyd təqdim edir.

Çadvik neytronun proton və elektrondan ibarət olduğuna inansa da, əslində bu neytron idi. Yalnız 1934-cü ildə o, neytronun elementar hissəcik olduğunu başa düşdü və sübut etdi. Çadvik 1935-ci ildə fizika üzrə Nobel mükafatına layiq görülüb. Əhəmiyyətli bir kəşfi əldən verdiklərini başa düşsələr də, Joliot-Kurilər bu sahədə araşdırmalarını davam etdirdilər. Bu reaksiyanın neytronlara əlavə olaraq qamma şüaları da əmələ gətirdiyini anladılar və nüvə reaksiyasını yazdılar:

, burada Ef qamma-kvantun enerjisidir. Oxşar təcrübələr ilə aparılmışdır ₉¹⁹F.

Yenidən açılışı qaçırdım

Pozitronun kəşfindən bir neçə ay əvvəl Joliot-Kurie başqa şeylərlə yanaşı, sanki elektron kimi, lakin elektronun əks istiqamətində bükülən əyri yolun fotoşəkilləri var idi. Fotoşəkillər maqnit sahəsində yerləşən duman kamerasında çəkilib. Buna əsaslanaraq cütlük elektronların mənbədən və mənbəyə doğru iki istiqamətdə getdiyindən danışıblar. Əslində, "mənbəyə doğru" istiqamətlə əlaqəli olanlar pozitronlar və ya mənbədən uzaqlaşan müsbət elektronlar idi.

Bu arada, 1932-ci ilin yayın sonunda ABŞ-da Carl David Anderson İsveçli mühacirlərin oğlu (4), maqnit sahəsinin təsiri altında bulud kamerasında kosmik şüaları öyrəndi. Kosmik şüalar Yerə kənardan gəlir. Anderson, hissəciklərin istiqamətinə və hərəkətinə əmin olmaq üçün kameranın içərisində hissəcikləri metal lövhədən keçirdi və burada enerjinin bir hissəsini itirdi. Avqustun 2-də o, şübhəsiz ki, müsbət elektron kimi şərh etdiyi bir iz gördü.

Qeyd edək ki, Dirak əvvəllər belə bir hissəciyin nəzəri mövcudluğunu proqnozlaşdırmışdı. Bununla belə, Anderson kosmik şüalarla bağlı araşdırmalarında heç bir nəzəri prinsipə əməl etməmişdir. Bu kontekstdə o, kəşfini təsadüfi adlandırıb.

Yenə də Joliot-Curie danılmaz bir peşəyə dözməli oldu, lakin bu sahədə əlavə araşdırmalar apardı. Onlar aşkar etdilər ki, qamma-şüaları fotonlar ağır nüvənin yaxınlığında yoxa çıxa bilər, elektron-pozitron cütü əmələ gətirir, görünür, Eynşteynin məşhur E = mc2 düsturuna və enerjinin və impulsun saxlanması qanununa uyğun olaraq. Sonralar Frederik özü sübut etdi ki, elektron-pozitron cütünün yoxa çıxması prosesi var, iki qamma kvant yaranır. Elektron-pozitron cütlüyündən olan pozitronlarla yanaşı, onların nüvə reaksiyalarından pozitronları da var idi.

5. Yeddinci Solvay Konfransı, 1933

Ön cərgədə oturan: İren Coliot-Küri (soldan ikinci),

Maria Skłodowska-Curie (soldan beşinci), Lise Meitner (sağdan ikinci).

süni radioaktivlik

Süni radioaktivliyin kəşfi ani bir akt deyildi. 1933-cü ilin fevral ayında alüminium, flüor və sonra natriumu alfa hissəcikləri ilə bombalayaraq Coliot neytronlar və naməlum izotoplar əldə etdi. 1933-cü ilin iyulunda onlar alüminiumu alfa hissəcikləri ilə şüalandıraraq təkcə neytronları deyil, həm də pozitronları müşahidə etdiklərini bildirdilər. İren və Frederikin fikrincə, bu nüvə reaksiyasındakı pozitronlar elektron-pozitron cütlərinin əmələ gəlməsi nəticəsində əmələ gələ bilməzdilər, ancaq atom nüvəsindən gəlməli idilər.

Yeddinci Solvay Konfransı (5) 22-29 oktyabr 1933-cü ildə Brüsseldə keçirildi. O, "Atom nüvələrinin quruluşu və xassələri" adlanırdı. Burada 41 fizik, o cümlədən dünyanın bu sahə üzrə ən görkəmli mütəxəssisləri iştirak edirdi. Joliot öz təcrübələrinin nəticələrini bildirdi və bildirdi ki, bor və alüminiumun alfa şüaları ilə şüalanması ya pozitronlu neytron, ya da proton əmələ gətirir.. Bu konfransda Lisa Meitner O, alüminium və flüorla eyni təcrübələrdə eyni nəticə əldə etmədiyini söylədi. Təfsirdə o, Parisdən olan cütlüyün pozitronların mənşəyinin nüvə təbiəti haqqında fikirlərini bölüşmədi. Lakin o, Berlinə işə qayıtdıqdan sonra yenidən bu təcrübələri həyata keçirdi və noyabrın 18-də Joliot-Kurie-yə yazdığı məktubda etiraf etdi ki, indi, onun fikrincə, həqiqətən də nüvədən pozitronlar çıxır.

Bundan əlavə, bu konfrans Frensis Perrin, onların Parisdən olan həmyaşıdı və yaxşı dostu, pozitronlar mövzusunda danışdı. Təcrübələrdən məlum oldu ki, onlar təbii radioaktiv parçalanmada beta hissəciklərinin spektrinə bənzər davamlı pozitron spektrini əldə ediblər. Perrin pozitronların və neytronların enerjilərinin sonrakı təhlili nəticəsində belə bir nəticəyə gəldi ki, burada iki emissiya fərqləndirilməlidir: birincisi, qeyri-sabit nüvənin əmələ gəlməsi ilə müşayiət olunan neytronların emissiyası, sonra isə bu nüvədən pozitronların emissiyası.

Konfransdan sonra Joliot təxminən iki aya qədər bu təcrübələri dayandırdı. Və sonra, 1933-cü ilin dekabrında Perrin məsələ ilə bağlı fikirlərini dərc etdi. Eyni zamanda, dekabr ayında da Enrico Fermi beta parçalanma nəzəriyyəsini irəli sürdü. Bu, təcrübələrin şərhi üçün nəzəri əsas rolunu oynayırdı. 1934-cü ilin əvvəlində Fransa paytaxtından olan cütlük təcrübələrini bərpa etdilər.

Yanvarın 11-də, cümə axşamı günortadan sonra Frederik Joliot alüminium folqa götürdü və onu 10 dəqiqə ərzində alfa hissəcikləri ilə bombaladı. İlk dəfə aşkarlama üçün əvvəlki kimi duman kamerasından deyil, Geiger-Muller sayğacından istifadə etdi. O, alfa hissəciklərinin mənbəyini folqadan çıxararkən pozitronların hesablanmasının dayanmadığını, sayğacların onları göstərməyə davam etdiyini, yalnız onların sayının eksponent olaraq azaldığını görüb təəccübləndi. Yarımparçalanma müddətini 3 dəqiqə 15 saniyə olaraq təyin etdi. Sonra folqa üzərinə düşən alfa hissəciklərinin yoluna qurğuşun əyləci qoyaraq onların enerjisini azaldıb. Və daha az pozitron aldı, lakin yarımparçalanma dövrü dəyişmədi.

Sonra o, bor və maqneziumu eyni təcrübələrə məruz qoymuş və bu təcrübələrdə müvafiq olaraq 14 dəqiqə və 2,5 dəqiqə yarım ömrü əldə etmişdir. Sonradan bu cür təcrübələr hidrogen, litium, karbon, berillium, azot, oksigen, flüor, natrium, kalsium, nikel və gümüşlə aparıldı - lakin o, alüminium, bor və maqnezium üçün bənzər bir fenomen müşahidə etmədi. Geiger-Muller sayğacı müsbət və mənfi yüklü hissəciklər arasında fərq qoymur, buna görə də Frédéric Joliot onun həqiqətən müsbət elektronlarla işlədiyini təsdiqlədi. Bu təcrübədə texniki aspekt də vacib idi, yəni güclü alfa hissəcikləri mənbəyinin olması və Geiger-Muller sayğacı kimi həssas yüklü hissəcik sayğacının istifadəsi.

Coliot-Küri cütlüyünün əvvəllər izah etdiyi kimi, müşahidə olunan nüvə transformasiyasında pozitronlar və neytronlar eyni vaxtda sərbəst buraxılır. İndi, Frensis Perrinin təkliflərinə əməl edərək və Ferminin mülahizələrini oxuyan cütlük belə nəticəyə gəldi ki, ilk nüvə reaksiyası qeyri-sabit nüvə və neytron əmələ gətirir, ardınca isə bu qeyri-sabit nüvənin beta plus çürüməsi baş verir. Beləliklə, onlar aşağıdakı reaksiyaları yaza bilərlər:

Joliotlar nəticədə yaranan radioaktiv izotopların təbiətdə mövcud ola bilməyəcək qədər qısa yarım ömrü olduğunu gördülər. Onlar öz nəticələrini 15-cü il yanvarın 1934-də “Yeni radioaktivlik növü” başlıqlı məqalədə açıqlayıblar. Fevralın əvvəlində toplanmış kiçik miqdardan ilk iki reaksiyadan fosfor və azotu müəyyən etməyə müvəffəq oldular. Tezliklə, nüvə bombardmanı reaksiyalarında, həmçinin protonların, deytronların və neytronların köməyi ilə daha çox radioaktiv izotopların istehsal olunacağına dair bir peyğəmbərlik var idi. Mart ayında Enriko Fermi bu cür reaksiyaların tezliklə neytronlardan istifadə ediləcəyinə dair mərc etdi. Tezliklə mərcə özü qalib gəldi.

İrena və Frederik 1935-ci ildə "yeni radioaktiv elementlərin sintezi"nə görə kimya üzrə Nobel mükafatına layiq görülüblər. Bu kəşf əsas tədqiqatlarda, tibbdə və sənayedə bir çox mühüm və qiymətli tətbiqlər tapmış süni radioaktiv izotopların istehsalına yol açdı.

Nəhayət, ABŞ-dan olan fizikləri qeyd etmək yerinə düşər. Ernest Lourens Berklidən olan həmkarları və Pasadenadan olan tədqiqatçılarla, onların arasında təcrübə keçən bir polyak da var idi. Andrzej Soltan. Sürətləndirici artıq işini dayandırsa da, sayğaclar tərəfindən impulsların sayılması müşahidə edilib. Bu say onların xoşuna gəlmədi. Bununla belə, onlar vacib bir yeni fenomenlə qarşılaşdıqlarını və süni radioaktivliyin kəşfindən məhrum olduqlarını başa düşmədilər ...