Rutherford, Ernest

Ernest Rutherford
Ernest Rutherford
Datum narození 30. srpna 1871( 1871-08-30 ) [1] [2] [3] […]
Místo narození Spring Grove, Nový Zéland
Datum úmrtí 19. října 1937( 1937-10-19 ) [4] [1] [2] […] (ve věku 66 let)
Místo smrti Cambridge , Anglie
Země
Vědecká sféra fyzika a chemie
Místo výkonu práce McGill
University University of Manchester
Cavendish Laboratory [5]
Alma mater Canterbury University
Cambridge University
Akademický titul Bakalář umění [6] , magistr umění [6] , bakalář věd [6] a doktor věd [6]
vědecký poradce J. J. Thomson
Studenti P. L. Kapitsa
Mark Oliphant
Patrick Blackett
Hans Geiger
Frederick Soddy
Ernest Walton
James Chadwick
John Cockcroft
Edward Appleton
Otto Hahn
Známý jako zakladatel jaderné fyziky
Ocenění a ceny

Rumfoordova medaile (1904)
Bakerova přednáška (1904, 1920)
Sillimanova přednáška (1905) Nobelova cena za chemii (1908) Medaile Elliotta Cressona (1910) Barnardova medaile (1910) Medaile Matteucciho (1913) Medaile Le1922Cepleyho ( 192922Celvin ) Medaile Franklinova medaile (1924) Guthrieho medaile a cena (1927) Albertova medaile (Královská společnost umění) (1928) Faradayova medaile (1930) Faradayova přednáška (1936) Medaile Wilhelma Exnera (1936)
Nobelova cena










UK Řád za zásluhy ribbon.svg Rytíř Bachelor ribbon.svg
Autogram
Logo wikicitátu Citace na Wikicitátu
Logo Wikisource Pracuje ve společnosti Wikisource
 Mediální soubory na Wikimedia Commons

Ernest Rutherford ; 1st Baron Rutherford of Nelson ( Eng.  Ernest Rutherford, 1st Baron Rutherford of Nelson ; 30. srpna 1871 , Spring Grove, Nový Zéland  – 19. října 1937 , Cambridge ) – britský fyzik novozélandského původu. Známý jako otec jaderné fyziky . Nositel Nobelovy ceny za chemii v roce 1908.

V roce 1911 svým slavným pokusem o rozptylu částic alfa prokázal existenci kladně nabitého jádra v atomech a záporně nabitých elektronů kolem něj [7] . Na základě výsledků experimentu vytvořil planetární model atomu .

Člen (1903) a prezident (1925-1930) Royal Society of London [8] , zahraniční člen Pařížské akademie věd (1927; dopisovatel od roku 1921) [9] , zahraniční člen dopisující (1922) a čestný člen ( 1925) Ruské akademie věd [10] .

Životopis

Ernest Rutherford se narodil 30. srpna 1871 na Novém Zélandu v malé vesničce Spring Grove ( angl.  Spring Grove ), která se nachází na severu Jižního ostrova nedaleko města Nelson , v rodině farmáře lnu. Otec - James Rutherford, přistěhoval se z Perthu (Skotsko). Matka - Martha Thompson, původem z Hornchurch (Essex, Anglie). V té době emigrovali další Skotové do Quebecu (Kanada), ale rodina Rutherfordových neměla štěstí a vláda poskytla bezplatný lístek na parník na Nový Zéland, nikoli do Kanady.

Ernest byl čtvrtým dítětem v rodině dvanácti dětí. Měl úžasnou paměť, dobré zdraví a sílu. Základní školu absolvoval s vyznamenáním se skóre 580 z 600 a bonusem 50 liber, aby mohl pokračovat ve studiu na Nelson College. Další stipendium mu umožnilo pokračovat ve studiu na Canterbury College v Christchurch [11] . V té době to byla malá univerzita se 150 studenty a pouze 7 profesory [12] . Rutherford se začal zajímat o vědu a od prvního dne zahájil výzkumnou práci [12] .

Jeho diplomová práce napsaná v roce 1892 se jmenovala „Magnetizace železa při vysokofrekvenčních výbojích“. Práce se týkala detekce vysokofrekvenčních rádiových vln, jejichž existenci prokázal v roce 1888 německý fyzik Heinrich Hertz . Rutherford vynalezl a vyrobil zařízení – magnetický detektor, jeden z prvních přijímačů elektromagnetických vln.

Po absolvování univerzity v roce 1894 pracoval Rutherford rok jako středoškolský učitel [12] . Nejnadanějším mladým poddaným britské koruny, kteří žili v koloniích, bylo jednou za dva roky uděleno zvláštní stipendium pojmenované po Světové výstavě v roce 1851  - 150 liber ročně, což umožnilo jít do Anglie za dalším postupem v Věda. V roce 1895 bylo toto stipendium uděleno Rutherfordovi, neboť ten, kdo je získal jako první – Maclaurin, jej odmítl [13] . Na podzim téhož roku, když si Rutherford půjčil peníze na letenku do Spojeného království, přijel do Anglie do Cavendish Laboratory na Cambridge University a stal se prvním doktorandem jejího ředitele Josepha Johna Thomsona . Rok 1895 byl prvním rokem (z iniciativy J. J. Thomsona), kdy studenti, kteří absolvovali jiné univerzity, mohli pokračovat ve vědecké práci v laboratořích Cambridge. Spolu s Rutherfordem využili této příležitosti John McLennan , John Townsend a Paul Langevin a zapsali se do Cavendish Laboratory . S Langevinem pracoval Rutherford ve stejné místnosti a spřátelil se s ním, toto přátelství pokračovalo až do konce jejich života [12] .

Ve stejném roce 1895 bylo uzavřeno zasnoubení s Mary Georginou Newtonovou (1876-1945), dcerou hostitelky penzionu, ve kterém Rutherford žil. Svatba se konala v roce 1900 v anglikánském kostele v Christchurch [14] [15] [16] , 30. března 1901 se manželům narodila dcera Eileen Mary (1901-1930), která se později stala manželkou astrofyzika Ralpha Fowler .

Rutherford plánoval studovat rádiové vlny nebo Hertzovy vlny, složit zkoušky z fyziky a získat magisterský titul. Ale následující rok se ukázalo, že britská pošta přidělila Marconiho peníze na stejnou práci a odmítla je financovat v Cavendish Laboratory . Protože stipendium nestačilo ani na jídlo, byl Rutherford nucen začít pracovat jako vychovatel a asistent J. J. Thomsona na téma studia procesu ionizace plynu působením rentgenového záření . Spolu s Thomsonem objevil Rutherford fenomén saturace proudu během ionizace plynu [12] .

V roce 1898 objevil Rutherford paprsky alfa a beta . O rok později objevil Paul Villard gama záření (název tohoto typu ionizujícího záření, stejně jako prvních dvou, navrhl Rutherford).

V létě 1898 začal vědec studovat nově objevený fenomén radioaktivity uranu a thoria. Na podzim Rutherford na návrh Thomsona, překonávající konkurenci 5 lidí, nastoupil na místo profesora na McGill University v Montrealu (Kanada) s platem 500 liber št. nebo 2 500 kanadských dolarů ročně. Na této univerzitě Rutherford plodně spolupracoval s Frederickem Soddym , tehdy mladším laboratorním asistentem na katedře chemie, později (jako Rutherford) laureátem Nobelovy ceny za chemii (1921). V roce 1903 Rutherford a Soddy předložili a dokázali revoluční myšlenku transformace prvků v procesu radioaktivního rozpadu. V září 1905 přišel Otto Hahn , budoucí laureát Nobelovy ceny za chemii z Německa, do Rutherfordovy laboratoře v Montrealu na rok studovat .

Rutherford, široce známý svou prací v oblasti radioaktivity, se stal vyhledávaným vědcem a dostal mnoho pracovních nabídek ve výzkumných centrech po celém světě. Na jaře roku 1907 opustil Kanadu a zahájil profesuru na Victoria University v Manchesteru (Anglie), kde se jeho plat zvýšil asi 2,5krát.

V roce 1908 byla Rutherfordovi udělena Nobelova cena za chemii „za výzkum rozpadu prvků v chemii radioaktivních látek“.

Důležitou a radostnou událostí v jeho životě bylo zvolení vědce členem Královské společnosti v Londýně v roce 1903 a v letech 1925 až 1930 působil jako prezident společnosti. Od 1931-1933 Rutherford byl prezident Ústavu fyziky .

V roce 1914 byl Rutherfordovi udělen šlechtický titul. 12. února v Buckinghamském paláci ho král pasoval na rytíře: byl oblečen do dvorské uniformy a přepásán mečem.

Anglický vrstevník, baron Rutherford Nelson, korunoval svůj heraldický erb, schválený v roce 1931, ptákem kiwi, symbolem Nového Zélandu. Kresba státního znaku je obrazem exponentu - křivky, která charakterizuje monotónní proces snižování počtu radioaktivních atomů v čase.

V roce 1931 zajistil Rutherford 15 000 liber na stavbu a vybavení speciální laboratorní budovy pro Petera Kapitzu , kterého najal v roce 1921 v Cavendishově laboratoři [17] . Kapitza přezdívaný Rutherford „ Krokodýl “. "Toto zvíře se nikdy neotočí zpět, a proto může symbolizovat Rutherfordův vhled a jeho rychlý pokrok," vysvětlil později Kapitsa [17] . F. Kedrov v knize „Kapitsa: život a objevy“ uvádí jinou verzi [18] : „Faktem je, že Rutherford měl vysoký hlas a nevěděl, jak to zvládnout. Mohutný hlas mistra, který někoho potkal na chodbě, varoval ty, kteří byli v laboratořích, před svým přístupem a zaměstnanci měli čas „sbírat myšlenky“. To dalo Kapici důvod nazvat Rutherforda Krokodýlem. Vysvětluje to asociace s hrdinou oblíbené dětské knihy Krokodýl, který spolkl budík. Jeho tikání varovalo děti před příchodem strašlivého zvířete. V únoru 1933 byla laboratoř slavnostně otevřena v Cambridge. Na čelní stěně dvoupatrové budovy byl do kamene vytesán obrovský krokodýl, který pokrýval celou zeď. Na zakázku Kapitsy ji vyrobil tehdy známý sochař Eric Gill . Sám Rutherford vysvětlil, že to byl on. Vstupní dveře se otevíraly pozlaceným klíčem ve tvaru krokodýla [19] [17] .

Ernest Rutherford zemřel 19. října 1937, čtyři dny po nouzové operaci na neočekávanou nemoc – uškrcenou kýlu – ve věku 66 let [12] . Byl pohřben ve Westminsterském opatství , vedle hrobů Newtona, Darwina a Faradaye [20] [21] [22] .

Vědecká činnost

Podle memoárů P. L. Kapitzy byl Rutherford významným představitelem anglické experimentální školy ve fyzice, která se vyznačuje touhou porozumět podstatě fyzikálního jevu a ověřit, zda jej lze vysvětlit existujícími teoriemi (na rozdíl od tzv. německá škola experimentátorů, která vychází z existujících teorií a snaží se je otestovat zkušeností). Málo používal vzorce a málo se uchyloval k matematice, ale byl skvělým experimentátorem, který v tomto ohledu připomínal Faradaye [12] . Důležitou vlastností Rutherforda jako experimentátora, kterého si Kapitsa všiml, bylo jeho pozorování. Zejména díky ní objevil emanaci thoria a všiml si rozdílů v údajích elektroskopu, který měřil ionizaci, s otevřenými a zavřenými dveřmi v zařízení, které blokovaly proudění vzduchu [12] . Dalším příkladem je Rutherfordův objev umělé transmutace prvků, kdy ozařování jader dusíku ve vzduchu částicemi alfa bylo doprovázeno výskytem vysokoenergetických částic (protonů), které měly větší dosah, ale byly velmi vzácné [12 ] .

Rutherford napsal a vydal tři svazky prací. Všechny jsou experimentální.

1904 - "Radioaktivita".

1905 - "Radioaktivní přeměny".

1930 - "Emise radioaktivních látek" (spoluautor s J. Chadwickem a C. Ellisem ).

Rutherford se nezajímal o aplikované otázky jaderné energie a její perspektivy a věřil, že pokud lidstvo využívá atomovou energii, pak na tom nebude nic překvapivého [23] [24] .

12 studentů Rutherfordu se stalo nositeli Nobelovy ceny za fyziku a chemii. Jeden z nejtalentovanějších studentů Henry Moseley , který experimentálně ukázal fyzikální význam Periodického zákona , byl odveden do britské armády pro první světovou válku jako komunikační důstojník a zemřel v roce 1915 ve věku 27 let během operace Dardanely . V Montrealu pracoval Rutherford s Frederickem Soddym , Otto Hahnem ; v Manchesteru  - s Hansem Geigerem (zejména mu pomohl vyvinout počítač pro automatické počítání počtu ionizujících částic ), v Cambridge  - s Nielsem Bohrem , Peterem Kapitsou a mnoha dalšími slavnými vědci v budoucnu.

Studium fenoménu radioaktivity

Po objevu radioaktivních prvků začalo aktivní studium fyzikální podstaty jejich záření. Rutherfordovi se podařilo objevit komplexní složení radioaktivního záření .

Zkušenost byla následující. Radioaktivní přípravek byl umístěn na dno úzkého kanálu olověného válce a naproti byla umístěna fotografická deska. Magnetické pole působilo na záření vycházející z kanálu. V tomto případě byla celá instalace ve vakuu.

V magnetickém poli se paprsek rozdělí na tři části. Obě složky primárního záření se odchýlily v opačných směrech, což naznačovalo, že mají náboje opačných znamének. Třetí složka udržovala šíření rovné. Záření s kladným nábojem se nazývá paprsky alfa , paprsky negativní beta , neutrální paprsky gama .

Rutherford studoval povahu záření alfa a provedl následující experiment. Do dráhy částic alfa umístil Geigerův počítač , který měřil počet částic emitovaných za určitý čas. Poté pomocí elektrometru změřil náboj částic emitovaných za stejnou dobu. Rutherford znal celkový náboj částic alfa a jejich počet a vypočítal náboj jedné takové částice. Ukázalo se, že se rovná dvěma základním .

Vychýlením částic v magnetickém poli určil poměr jejich náboje k hmotnosti. Ukázalo se, že na jeden elementární náboj připadají dvě jednotky atomové hmotnosti .

Bylo tedy zjištěno, že s nábojem rovným dvěma elementárním má částice alfa čtyři atomové hmotnostní jednotky . Z toho vyplývá, že záření alfa je proud jader helia .

V roce 1920 Rutherford navrhl, že by měla existovat částice s hmotností rovnou hmotnosti protonu, ale bez elektrického náboje - neutron . Nepodařilo se mu však takovou částici detekovat. Jeho existenci experimentálně prokázal James Chadwick v roce 1932.

Navíc Rutherford specifikoval poměr náboje elektronu k jeho hmotnosti o 30 %.

Radioaktivní přeměny

Na základě vlastností radioaktivního thoria Rutherford objevil a vysvětlil radioaktivní přeměnu chemických prvků. Vědec zjistil, že aktivita thoria v uzavřené ampuli zůstává nezměněna, ale pokud se lék fouká i při velmi slabém proudu vzduchu, jeho aktivita se výrazně snižuje. Bylo navrženo, že současně s částicemi alfa thorium emituje radioaktivní plyn.

Výsledky společné práce Rutherforda a jeho kolegy Fredericka Soddyho byly publikovány v letech 1902-1903 v sérii článků ve Philosophical Magazine . V těchto článcích autoři po rozboru získaných výsledků došli k závěru, že je možné přeměnit některé chemické prvky na jiné.

V důsledku atomové přeměny vzniká zcela nový typ látky, zcela odlišný svými fyzikálními a chemickými vlastnostmi od původní látky.

— E. Rutherford, F. Soddy

V té době dominovala myšlenka o neměnnosti a nedělitelnosti atomu, jiní významní vědci, pozorující podobné jevy, je od počátku vysvětlovali přítomností nových prvků v původní látce. Čas však ukázal mylnost takových myšlenek. Následné práce fyziků a chemiků ukázaly, v jakých případech se mohou některé prvky přeměnit v jiné a jaké přírodní zákony tyto přeměny řídí [25] .

Zákon radioaktivního rozpadu

Rutherford čerpáním vzduchu z nádoby s thoriem izoloval emanaci thoria (plynu nyní známého jako thoron nebo radon-220, jeden z izotopů radonu ) a zkoumal jeho ionizační schopnost. Bylo zjištěno, že aktivita tohoto plynu klesá každou minutu o polovinu.

Studiem závislosti aktivity radioaktivních látek na čase vědec objevil zákon radioaktivního rozpadu .

Protože jádra atomů chemických prvků jsou poměrně stabilní, Rutherford navrhl, že k jejich přeměně nebo zničení je zapotřebí velmi velké množství energie. Prvním jádrem podrobeným umělé transformaci je jádro atomu dusíku . Bombardováním dusíku vysokoenergetickými částicemi alfa objevil Rutherford vzhled protonů - jader atomu vodíku .

Geiger-Marsdenův experiment se zlatou fólií

Rutherford je jedním z mála nositelů Nobelovy ceny, který udělal své nejslavnější dílo od doby, kdy ji dostal. Spolu s Hansem Geigerem a Ernstem Marsdenem v roce 1909 provedl experiment , který prokázal existenci jádra v atomu. Rutherford v tomto experimentu požádal Geigera a Marsdena, aby hledali částice alfa s velmi velkými úhly vychýlení, což se od Thomsonova modelu atomu v té době neočekávalo. Takové odchylky, i když vzácné, byly nalezeny a pravděpodobnost odchylky se ukázala jako plynulá, i když rychle klesající funkce úhlu odchylky.

Později Rutherford přiznal, že když svým studentům navrhl, aby provedli experiment s rozptylem částic alfa pod velkými úhly, sám nevěřil v pozitivní výsledek.

Bylo to skoro tak neuvěřitelné, jako kdybyste vypálili 15palcový projektil na kus tenkého papíru a projektil se k vám vrátil a zasáhl.

— Ernest Rutherford [26]

Rutherford byl schopen interpretovat data získaná z experimentu, což ho vedlo v roce 1911 k vyvinutí planetárního modelu atomu . Podle tohoto modelu se atom skládá z velmi malého kladně nabitého jádra obsahujícího většinu hmotnosti atomu a lehkých elektronů obíhajících kolem něj.

Paměť

Rutherford je jedním z nejuznávanějších vědců na světě [27] . V roce 1914 povýšil George V na rytíře Rutherforda [28] jako rytíř bakalář . V roce 1925 jej učinil [29] členem Řádu za zásluhy a v roce 1931 udělil Rutherfordovi [30] titul barona, čímž získal právo být nazýván Lord Rutherford.

Pojmenováno po Ernestu Rutherfordovi:

Bibliografie

Sborník Rutherford v ruštině

Poznámky

  1. 12 Ernest Rutherford
  2. 1 2 Lundy D. R. Ernest Rutherford, první a poslední baron Rutherford z Nelsonu // Šlechtický titul 
  3. 1. baron Rutherford z Nelsona Rutherford Ernest // KNAW Minulé členy 
  4. Kapitsa P. L. Rutherford Ernest // Velká sovětská encyklopedie : [ve 30 svazcích] / ed. A. M. Prochorov - 3. vyd. - M .: Sovětská encyklopedie , 1975. - T. 21: Ukázka - Remensy. - S. 582.
  5. Dunin, 1966 , str. 474.
  6. 1 2 3 4 5 Earnest Rutherford
  7. Rutherfordova zkušenost . Elementy.Ru. Získáno 30. dubna 2014. Archivováno z originálu 2. května 2014.
  8. Rutherford; Ernest (1871 - 1937); Baron Rutherford z Nelsonu // Webové stránky Královské společnosti v Londýně  (anglicky)
  9. Les membres du passé dont le nom zahájit par R Archivováno 4. června 2020 na Wayback Machine  (FR)
  10. Profil Ernesta Rutherforda na oficiálních stránkách Ruské akademie věd
  11. N.S. Rukk. Životopis Ernesta Rutherforda . Získáno 19. srpna 2009. Archivováno z originálu 10. ledna 2012.
  12. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (Kapitsa, 1938)
  13. Dunin, 1966 , str. 63,67.
  14. Rodinná historie před mrazem. . Získáno 5. července 2017. Archivováno z originálu 14. září 2018.
  15. Historický kostel svatého Pavla na předměstí Christchurch v Papanui je plně restaurován. . Získáno 5. července 2017. Archivováno z originálu 31. července 2017.
  16. Archivováno 3. prosince 2011 na Wayback Machine 
  17. 1 2 3 Marina Tebenková. Petr Kapitsa. Princip "konstruktivní kreativity"  // Pro vědu: časopis. - 2019. - 8. července.
  18. F. Kedrov. Kapitsa: život a objevy. - M .: Moskovský dělník, 1979.
  19. V. Z. Bulvanker. Krokodýl v obálce // Kvant  : journal. - 1987. - č. 6 . - S. 14 .
  20. http://to-name.ru/biography/ernest-rezerford.htm Archivováno 19. března 2015 na Wayback Machine - Ernest Rutherford. Životopis
  21. Dunin, 1966 , str. 603.
  22. Novozélandští vědci jsou součástí Nobelovy  ceny . Kopeček (16. října 2007). Získáno 13. července 2012. Archivováno z originálu 12. července 2012.
  23. Sergey Kapitsa. „Rusko a svět v demografickém zrcadle“ . 2. přednáška, přepis. . Staženo 2. listopadu 2018. Archivováno z originálu 14. března 2019.
  24. Archiv The Times, 12. září 1933, „Britská asociace – rozbití atomu“
  25. http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/radioaktivnie_prevrashcheniya.html?page=0.0 Archivní kopie ze 4. března 2016 na Wayback Machine - RADIOAKTIVNÍ TRANSFORMACE|Encyklopedie Around the World
  26. Rutherford, Ernest; Ratcliffe, John A. Čtyřicet let fyziky // Pozadí moderní vědy. — Cambridge University Press , 1938.
  27. PP O'Shea: Ernest Rutherford. Jeho vyznamenání a vyznamenání . In: Notes and Records of the Royal Society of London . Band 27, číslo 1, 1972, S. 67 ( doi:10.1098/rsnr.1972.0009 ).
  28. London Gazette . Číslo 28806, 24. února 1914, S. 1546 ( PDF Archivováno 17. ledna 2012 na Wayback Machine ).
  29. London Gazette . Číslo 33007, Dodatek, 1. leden 1925, S. 3 ( PDF ).
  30. London Gazette . Číslo 33675, Dodatek, 1. leden 1931, S. 1 ( PDF ).

Literatura

Odkazy