РЕЗЕРФОРД ЕРНЕСТ
(1871 р. - 1937 р.)
Геніальний англійський фізик та хімік Ернест Резерфорд народився 30 серпня 1871 року в Спрінг-Гроув, неподалік міста Нельсон у Новій Зеландії. Він був четвертою дитиною у багатодітній родині Джеймса та Марти Резерфорд (уродженої Томпсон).
Батько Ернеста працював колісним майстром, інженером, будівельником, мірошником. У 1843 році у пошуках кращого життявін переселився в Нову Зеландію із Шотландії. Мати Ернеста, Марта Томпсон, була шкільною вчителькою і переїхала у тринадцятирічному віці до Нельсона з Англії.
У дитинстві Резерфорд вів життя, типове для сільського хлопчика, допомагав доїти корів, збирати дрова. По суботах разом з іншими дітьми майбутній учений майстрував рогатки і плавав наввипередки. Оскільки батько часто змінював роботу, сім'ї доводилося постійно переїжджати.
У віці 10 років Ернест пішов до місцевої школи Фоксхілла, де прочитав першу наукову книгу. Цього року він провів свій перший досвід із вимірювання швидкості звуку, наведений у підручнику.
У 1887 році Ернест вступив до Нельсон-коледжу і незабаром став одним із найкращих учнів. Особливо молодого Резерфорда цікавила математика. Багато вільного часу Ернест приділяв грі в регбі, але це не завадило йому отримати одну з десяти шкільних стипендій, що дає можливість вступити до Кентерберійського коледжу в Крайчестері (філія Новозеландського університету), одного з найбільших міст Нової Зеландії.
У 1892 році Ернест Резерфорд був присуджений ступінь бакалавра гуманітарних наук. Улюбленими предметами майбутнього вченого в коледжі були фізика та хімія. Він найкраще склав іспити з цих предметів і став бакалавром природничих наук.
У своїй магістерській роботі Ернест досліджував високочастотні радіохвилі, відкриті близько десяти років тому. Для вивчення цього явища Резерфорд сконструював бездротовий радіоприймач, за допомогою якого отримував сигнали з відстані понад півмилі.
До двадцяти трьох років Ернест Резерфорд мав уже три наукові ступені. На той час найбільш обдарованим молодим заморським підданим Британії раз на два роки надавали спеціальну стипендію імені Всесвітньої виставки 1851 року, яка давала змогу вдосконалюватись у науках в Англії. В 1895 серед претендентів на отримання однієї стипендії було дві кандидатури - хіміка МакЛорена і фізика Резерфорда.
Стипендію присудили Маклорену, але сімейні обставини не дозволили йому поїхати до Англії. Доля виявилася прихильною до Резерфорда, і восени 1895 року він на запрошення Дж. Дж. Томсона переїхав до Англії, в Кавендіську лабораторію Кембриджського університету. У Кембриджі Резерфорд став першим докторантом директора лабораторії Джозефа Джона Томсона.
На той час Томсон був всесвітньо відомим вченим, членом Лондонського королівського товариства. Робота Резерфорда з дослідження радіохвиль справила враження на знаменитого фізика, і він запропонував молодому вченому спільно вивчати процеси іонізації газів під дією рентгенівських променів, відкритих роком раніше Вільгельм Рентген.
У 1896 році вчені опублікували спільну роботу "Про проходження електрики через гази, піддані дії променів Рентгена". Наступного року Резерфорд видав свою роботу "Магнітний детектор електричних хвиль та деякі його застосування". У цьому ж році він написав статтю «Про електризацію газів, схильних до дії рентгенівських променів, і про поглинання рентгенівського випромінювання газами та парами».
Працюючи в Кавендіській лабораторії, Резерфорд уважно стежив за відкриттями інших фізиків та хіміків. Після того, як у Паризькій академії наук П'єр Кюрі та Марія Склодовська-Кюрі представили результати своїх досліджень, які довели, що окрім урану існують й інші радіоактивні елементи, молодий вчений почав самостійні роботив цій області. Він провів перші дослідження променів Беккереля і виявив неоднорідність випромінювання урану.
Спираючись на власні результати, Ернест Резерфорд і Дж. Дж. Томсон припустили, що під дією рентгенівських променів руйнуються атоми газу і з'являються негативно і позитивно заряджені частинки. Ці частки вчені назвали іонами. Спільні праці вчених призвели також до відкриття електрона – атомної частки, яка несе негативний електричний заряд.
У грудні 1897 року Резерфорд продовжили стипендію імені Всесвітньої виставки, і він почав серйозно займатися дослідженням атомної структури. Однак коли у квітні 1898 року звільнилося місце професора Мак-Гіллського університету в Монреалі та молодому вченому запропонували цю посаду, він дав згоду. Восени 1898 року Резерфорд почав викладати в Мак-Гіллському університеті.
У Канаді тоді ще двадцятисемирічний професор зробив безліч геніальних відкриттів. В 1899 він виявив, що радіоактивний торій випускає газоподібний радіоактивний продукт. Це вчений назвав «еманацією» (випусканням). В результаті подальших досліджень було встановлено, що два інші радіоактивні елементи – радій та актиній – теж виробляють еманацію.
Вчений показав, що існують принаймні два види випромінювання. Перше з них, яке легко поглиналося, він назвав альфа-випромінюванням, а друге, що має більшу проникаючу здатність, – бета-випромінювання.
Проаналізувавши результати досліджень, Резерфорд зробив висновок, що всі відомі науці радіоактивні елементи випускають альфа-і бета-промені. Оскільки через певний період радіоактивність елементів зменшувалася, вчений припустив, що всі радіоактивні елементи належать до одного сімейства атомів. Таким чином, їх можна класифікувати за періодом зменшення їхньої радіоактивності.
У 1902-1903 роках Резерфорд, разом з Фредеріком Содді, одним із засновників радіохімії, продовжив дослідження в цій галузі. Вчені відкрили загальний закон радіоактивних перетворень, висловили його у математичній формі, запровадили поняття «період напіврозпаду», а також виклали основні положення створеної ними теорії радіоактивності.
За Резерфордом і Содді, радіоактивність виникала у тому випадку, коли атом відкидав частку самого себе. Внаслідок втрати атом одного хімічного елемента перетворювався на атом іншого.
Відкриття вчених увійшли до переліку найважливіших наукових подій ХХ століття. Усі раніше існували аксіоми про неподільність і незмінність атомів було зруйновано. Вчені сформулювали закони перетворень, у тому числі випливало, що перетворення хімічних елементів при радіоактивних розпадах як відбуваються, а й уповільнити чи припинити їх неможливо.
Досліджуючи радіоактивні перетворення, Резерфорд і Содді підрахували енергію альфа-часток, що випускаються радієм, і зробили висновок, що енергія радіоактивних перетворень багато тисяч, а може, і мільйонів разів перевищує енергію будь-якого молекулярного перетворення. На думку вчених, цю енергію необхідно було враховувати за будь-яких явищ космічної фізики, зокрема, сталість сонячної енергіївони пояснювали тим, що у Сонці відбуваються процеси субатомного перетворення.
В 1903 Резерфорд провів ряд експериментів, що доводять його теорію, а також показав, що альфа-частинки несуть позитивний заряд.
Роботи Резерфорда принесли йому величезну популярність. 1903 року його було обрано членом Лондонського королівського товариства.
В 1904 Резерфорд написав книгу «Радіоактивність», в якій представив і сформулював результати своїх досліджень. Наступного року він опублікував свою другу книгу "Радіоактивні перетворення". Резерфорда почали запрошувати на роботу різні університети та науково-дослідні центри різних країн. У 1907 році він вирішив змінити місце проживання та повернувся до Англії. 24 травня 1907 року Резерфорд приїхав до Манчестера, де обійняв посаду професора фізики в Манчестерському університеті.
У Манчестері Резерфорд продовжив свої дослідження. За допомогою Гейгера він організував при університеті школу з вивчення радіоактивності. У 1908 році Резерфорд допоміг Гансу Гейгеру створити лічильник альфа-часток і наступного року довів, що альфа-частинки є двічі іонізованими атомами гелію.
У 1908 році «за проведені ним дослідження в галузі розпаду елементів у хімії радіоактивних речовин» Резерфорду було присуджено Нобелівську премію з хімії. У презентаційній промові президент Шведської королівської академії наук К. Б. Хассельберг вказав на велике значення відкриттів вченого.
У своїй нобелівській лекції «Хімічна природа альфа-часток у радіоактивних речовинах», прочитаної 11 грудня 1908 року, Резерфорд припустив, що альфа-частинки ідентичні за масою та складом і складаються з ядер атомів гелію. З цього випливає, що атоми радіоактивних елементів частково складаються з атомів гелію.
Після здобуття Нобелівської премії Резерфорд почав досліджувати будову атома. Він звернувся до методики, яку застосовував разом із Дж. Дж. Томсоном у Кавендиській лабораторії, – до просвічування альфа-частинками. Вчений разом з асистентами Гансом Гейгером та Ернстом Марсденом провів ряд дослідів, у яких бомбардував платівку тонкої золотої фольги альфа-частинками, які випромінювали ураном. Тоді фізики вважали, що відстані між атомами в твердих тілах приблизно такі самі, як і розміри атомів. Звідси можна було дійти невтішного висновку, що альфа-частинки не зможуть пролетіти навіть крізь тонку фольгу.
Вже перші досліди Резерфорда спростували цей висновок - більшість альфа-частинок пронизувала фольгу, майже не відхиляючись. Але приблизно в одному з 8000 випадків вони відхилялися від очікуваного спрямування навіть більшою мірою, ніж це допускалося теорією, ніби стикаючись з якоюсь перешкодою. Ця дивовижна аномалія виявилася початковим пунктом розробки ядерної моделі атома.
Після того, як Дж. Дж. Томсон відкрив, що електрони мають негативний електричний заряд, він запропонував модель атома у вигляді позитивно зарядженої краплі радіусом у стомільйонну частку (10,8) сантиметра, усередині якої знаходяться крихітні негативно заряджені електрони. Позитивні та негативні зарядирівномірно розподілялися в атомі і, отже, не могли значною мірою змінювати напрямок руху альфа-часток.
Виходячи зі своїх дослідів, в 1911 Резерфорд відмовився від моделі Томсона і запропонував нову модель атома. Свої ідеї він виклав у статті «Розсіяння альфа- та бета-випромінювань у речовині та структура атома» травневого номера журналу «Philosophical Magazin» – вісника безлічі геніальних відкриттів.
За Резерфордом, в центрі атома знаходиться ядро, в якому зосереджені позитивно заряджені частинки і становить всю масу атома. Негативно заряджені частинки (електрони) розміщені на орбіті ядра, досить великій відстані від нього. Оскільки маси електронів значно менші за маси альфа-частинок, останні майже не відхиляються, пронизуючи електронні хмари. І тільки в тому випадку, коли альфа-частка пролітає близько від позитивно зарядженого ядра, кулонівська сила відштовхування різко змінює її траєкторію.
Модель Резерфорда, яка на сьогоднішній день є загальноприйнятою, нагадувала крихітну модель. Сонячна системата отримала назву «планетарної моделі атома».
Після того, як у 1913 році друг і співробітник Резерфорда датський фізик Нільс Бор вніс у планетарну модель ідею квантів, модель атома отримала світове визнання. Бор припустив, що в атомі існують орбіти, рухаючись якими електрон отримує прискорення, і вказав правило для знаходження таких стаціонарних орбіт. При переході електрона з однієї орбіти в іншу відповідно до законом збереження енергії з'являються кванти випромінювання.
Теорія Нільса Бора усунула головний недолік планетарної моделі атома - електродинамічну неминучість падіння електрона, що обертається, на ядро.
Під час Першої світової війни англійський уряд призначив Резерфорда членом цивільного комітету Управління винаходів та досліджень Британського адміралтейства. До його обов'язків входило винахід методу виявлення підводних човнів супротивника за допомогою акустики.
Після війни Ернест Резерфорд повернувся до манчестерської лабораторії.
1919 року геніальний учений здійснив першу штучну ядерну реакцію. Після бомбардування атомів водню, а потім і азоту, альфа-частинками Резерфорд виявив, що при цьому утворюються атоми кисню. Внаслідок бомбардування стався розпад стійкого атома. Спираючись на дослідження Резерфорда та використовуючи результати своїх досліджень, у 1934 році Фредерік та Ірен Жоліо-Кюрі відкрили штучну радіоактивність.
До цього часу Резерфорд набув слави найбільшого фізика-практика за всю історію фізики, одного з найгеніальніших людей свого часу.
У 1919 році Ернест Резерфорд став наступником Томсона, отримавши посади професора експериментальної фізики Кембриджського університету та директора Кавендіської лабораторії. Через два роки він став професором з природничих наук у Королівському інституті в Лондоні. Ще через два роки, 1923 року, Резерфорд стає президентом Британської асоціації сприяння розвитку науки, а з 1925 по 1930 рік є президентом Лондонського королівського товариства. У 1930 році вченого було призначено головою урядової консультативної ради Управління наукових та промислових досліджень.
Ернест Резерфорд був не лише геніальним вченим, а й талановитим організатором. Перебуваючи на керівних посадах, він приваблював до своїх робіт багатьох молодих фізиків, удостоєних згодом Нобелівських премій. Перед ним схиляли голову всі визначні фізики тієї епохи. Коли колеги наголосили на його здатності завжди перебувати «на гребені хвилі» наукових досліджень, він відповів: «А чому б і ні? Адже це я викликав хвилю, чи не так? Мало хто заперечував проти цього твердження. Резерфорда вважали своїм учителем десятки вчених зі світовим ім'ям: П. Л. Капіца, Г. Мозлі, Дж. Чедвік, Дж. Кокрофт, М. Оліфант, В. Гейтлер, О. Ган, Ю. Б. Харітон та ін.
Незважаючи на вік та зайнятість, Резерфорд весь час продовжував свої дослідження. У 1920 році він передбачив існування нейтрона (відкритого його учнем Джеймсом Чедвіком в 1932 році), існування атома водню з атомною масою, що дорівнює двом (дейтерію), ввів поняття «протон», у 1933 році ініціював експериментальну перевірку взаємозв'язку маси і .
У своїй останній експериментальній роботі в 1934 Резерфорд спільно з Маркусом Оліфантом і Паулем Хартеком відкрив тритій - надважкий ізотоп водню.
До самої смерті Ернест Резерфорд зберігав прекрасний настрій і відрізнявся міцним здоров'ям. Він блискуче робив в голові складні математичні обчислення, дивуючи своїх колег і співробітників.
Після нетривалої хвороби знаменитий учений помер у Кембриджі 19 жовтня 1937 року і був похований у Вестмінстерському абатстві неподалік могили Ісаака Ньютона, Чарлза Дарвіна та Майкла Фарадея.
Ернест Резерфорд
Резерфорд Ернест (1871-1937), англійський фізик, один із творців вчення про радіоактивність та будову атома, засновник наукової школи, іноземний член-кореспондент РАН (1922) та почесний член АН СРСР (1925). Директор Кавендіської лабораторії (з 1919). Відкрив (1899) альфа- і бета-промені і встановив їхню природу. Створив (1903, разом із Ф. Содді) теорію радіоактивності. Запропонував (1911) планетарну модель атома. Здійснив (1919) першу штучну ядерну реакцію. Передбачив (1921) існування нейтрона. Нобелівська премія (1908).
Англійська фізик
Резерфорд, Ернест (Rutherford, Ernest) (1871-1937), англійський фізик. Народився 30 серпня 1871 року в Спрінг-Гроуві (Нова Зеландія). Закінчив Новозеландський університет у Крайстчерчі. У 1895-1898 займався дослідженнями в Кавендіській лабораторії в Кембриджі під керівництвом Дж.Томпсона. У 1898 році став професором фізики Макгільського університету в Монреалі. У 1907 Резерфорд повернувся до Англії. У 1907–1919 – професор фізики Манчестерського університету, з 1919 – професор Кембриджського університету та директор Кавендіської лабораторії, у 1920 – професор фізики Королівського інституту в Лондоні.
Дослідження Резерфорда присвячені радіоактивності, атомній та ядерній фізиці. У 1899 він відкрив a-і b-випромінювання, в 1900 ввів поняття періоду напіврозпаду. У 1903 Резерфорд разом з Ф.Содді розробив теорію радіоактивного розпаду і встановив закон радіоактивних перетворень елементів, в 1911 запропонував планетарну модель атома з масивним центральним ядром і електронами, що обертаються навколо нього, встановив розподіл електричного заряду в атомі. У 1919 р. першим здійснив штучну ядерну реакцію, бомбардуючи швидкими a-частинками атоми азоту. Це відкриття майже через 20 років призвело до створення атомної бомби. У 1903 році Резерфорд був обраний членом Лондонського королівського товариства, з 1925 по 1930 був його президентом. У 1908 році був удостоєний Нобелівської премії з хімії, нагороджений «Орденом за заслуги». У 1931 році Резерфорд став пером Англії, отримавши титул лорда Нельсона. Резерфорд створив велику школу фізиків. У нього вчилися П.Л.Капіца , Ю.Б.Харітон, А.І.Лейпунський. Помер Резерфорд у Кембриджі 19 жовтня 1937 року.
Використані матеріали енциклопедії "Світ навколо нас"
Член палати лордів
Ернест Резерфорд народився 30 серпня 1871 поблизу міста Нелсон (Нова Зеландія) в сім'ї переселенця з Шотландії . Закінчивши школу в Хавелоці, він вступив до коледжу провінції Нельсон у 1887 році. Через два роки Ернест склав іспит до Кентерберійського коледжу - філії Новозеландського університету в Крайчестері. 1892 року Резерфорду було присуджено ступінь бакалавра гуманітарних наук. Наступного року він став магістром гуманітарних наук, найкраще склавши іспити з математики та фізики. Його магістерська робота стосувалася виявлення високочастотних радіохвиль. В 1894 з'явилася його перша друкована робота "Намагнічення заліза високочастотними розрядами". 1895 року Резерфорд приїхав до Англії, де отримав запрошення Дж.Дж. Томсон працювати в Кембриджі в лабораторії Кавендіш.
В 1896 з'являється спільна робота Томсона і Резерфорда "Про проходження електрики через гази, піддані дії променів Рентгена". Наступного року виходить у світ стаття Резерфорда "Магнітний детектор електричних хвиль та деякі його застосування". 1897 року з'являється і його Нова робота"Про електризацію газів, схильних до дії рентгенівських променів, і про поглинання рентгенівського випромінювання газами та парами".
Томсон і Резерфорд висунули припущення, що коли рентгенівські промені проходять через газ, вони руйнують атоми цього газу, вивільняючи однакове число позитивно і негативно заряджених частинок. Ці частки вони назвали іонами. В 1898 Резерфорд став професором Макгіллського університету в Монреалі, де почав серію важливих експериментів, що стосуються радіоактивного випромінювання елемента урану.
У Канаді разом із Содді він відкрив радіоактивний розпад та її закон. Тут їм було написано книгу "Радіоактивність".
У своїй роботі Резерфорд і Содді торкнулися питання енергії радіоактивних перетворень. Підраховуючи енергію до-частинок, що випускаються радієм, вони приходять до висновку, що "енергія радіоактивних перетворень, принаймні, в 20 000 разів, а може, і в мільйон разів перевищує енергію будь-якого молекулярного перетворення". Ця величезна енергія, на їхню думку, має враховуватись "при поясненні явищ космічної фізики". Зокрема, сталість сонячної енергії можна пояснити тим, "що на Сонці йдуть процеси субатомного перетворення".
У 1908 році Резерфорду було присуджено Нобелівську премію з хімії. Після отримання Нобелівської премії Резерфорд зайнявся вивченням явища, яке спостерігалося під час бомбардування платівки тонкої золотої фольги альфа-частинками, що випромінюються таким радіоактивним елементом, як уран. 1911 року Резерфорд запропонував нову модель атома. Згідно з його теорією, позитивно заряджені частинки зосереджені у важкому центрі атома, а негативно заряджені (електрони) знаходяться на орбіті ядра, на досить великій відстані від нього. Ця модель, подібна до крихітної моделі Сонячної системи, передбачає, що атоми складаються головним чином з порожнього простору.
Під час війни англійський уряд призначив Резерфорда членом "адміральського штабу винаходів та досліджень" - організації, створеної для пошуку засобів боротьби з підводними човнами супротивника. Після війни він повернувся до манчестерської лабораторії. У 1919 році Резерфорду вдалося провести штучним шляхом першу реакцію перетворення атомів. Бомбардуючи атоми азоту до-частинками, Резерфорд відкрив, що утворюються атоми кисню.
У 1919 році Резерфорд став професором експериментальної фізики та директором Кавендіської лабораторії. 1921-го він обійняв посаду професора природничих наук у Королівському інституті в Лондоні. У 1925 році вченого було нагороджено британським орденом "За заслуги". У 1930 році Резерфорд був призначений головою урядової консультативної ради Управління наукових та промислових досліджень. У 1931 він отримав звання лорда і став членом палати лордів англійського парламенту.
Майже до кінця життя він відрізнявся міцним здоров'ям і помер у Кембриджі 20 жовтня 1937 після нетривалої хвороби.
Використані матеріали сайту http://100top.ru/encyclopedia/
Література:
Резерфорд Е. Вибрані наукові праці. Радіоактивність. М., 1971
Резерфорд Еге. Вибрані наукові праці. Будова атома та штучне перетворення елементів. М., 1972
Резерфорд – вчений та вчитель. До 100-річчя від дня народження. За ред. П.Л.Капіці. М., 1973
Якого нерідко справедливо називають одним із титанів фізики нашого століття, роботи кількох поколінь його учнів вплинули не тільки на науку і техніку нашого століття, а й на життя мільйонів людей. Він був оптимістом, вірив у людей та в науку, якій присвятив усе життя».
Ернест Резерфорд народився 30 серпня 1871 поблизу міста Нелсон (Нова Зеландія), в родині переселенця з Шотландії колісного майстра Джеймса Резерфорда. Ернест був четвертою дитиною в сім'ї, крім неї було ще 6 синів та 5 дочок. Мати його, Марта Томпсон, працювала сільською вчителькою. Коли батько організував деревообробне підприємство, він часто працював під його керівництвом. Отримані навички згодом допомогли Ернесту під час конструювання та будівництва наукової апаратури.
Закінчивши школу в Хавелоці, де в цей час жила сім'я, він отримав стипендію для продовження освіти в коледжі провінції Нелсон, куди вступив у 1887 році. Через два роки Ернест склав іспит до Кентерберійського коледжу - філії Новозеландського університету в Крайстчерчі. У коледжі на Резерфорда вплинули його вчителі: викладав фізику та хімію Е.У. Бікертон та математик Дж.Х.Х. Кук.
Ернест виявив блискучі здібності. Після закінчення четвертого курсу він удостоївся нагороди за кращу роботуз математики і посів перше місце на магістерських іспитах, причому не лише з математики, а й з фізики. Ставши в 1892 магістром мистецтв, він не покинув коледж. Резерфорд поринув у свою першу самостійну наукову працю. Вона мала назву "Магнетизація заліза при високочастотних розрядах" і стосувалася виявлення високочастотних радіохвиль. Для того, щоб вивчити це явище, він сконструював радіоприймач (за кілька років до того, як це зробив Марконі) і з його допомогою отримував сигнали, що передаються колегами з півмілі. Робота молодого вченого була опублікована в 1894 в «Известиях філософського інституту Нової Зеландії».
Найбільш обдарованим молодим заморським підданим британської корониодин раз на два роки надавалася особлива стипендія, що давала можливість поїхати для вдосконалення в науках до Англії. У 1895 році виявилася вакантною стипендія для здобуття наукової освіти. Перший кандидат на цю стипендію хімік Маклорен відмовився за сімейними обставинами, другим кандидатом був Резерфорд. Приїхавши до Англії, Резерфорд отримав запрошення Дж.Дж. Томсон працювати в Кембриджі в лабораторії Кавендіш. Так розпочався науковий шлях Резерфорда.
На Томсона справило глибоке враження проведене Резерфордом дослідження радіохвиль, і він в 1896 запропонував спільно вивчати вплив рентгенівських променів на електричні розряди в газах. У тому ж році з'являється спільна робота Томсона і Резерфорда «Про проходження електрики через гази, піддані дії променів Рентгена». Наступного року побачила світ заключна стаття Резерфорда з цієї тематики «Магнітний детектор електричних хвиль і деякі його застосування». Після цього він повністю зосереджує свої сили на вивченні газового розряду. У 1897 році з'являється і його нова робота «Про електризацію газів, схильних до дії рентгенівських променів, і про поглинання рентгенівського випромінювання газами та парами».
Співпраця з Томсоном увінчалася вагомими результатами, включаючи відкриття останнім електрона - частки, що несе негативний електричний заряд. Маючи свої дослідження, Томсон і Резерфорд висунули припущення, що коли рентгенівські промені проходять через газ, вони руйнують атоми цього газу, вивільняючи однакове число позитивно і негативно заряджених частинок. Ці частки вони назвали іонами. Після цього Резерфорд зайнявся вивченням атомної структури речовини.
Восени 1898 року Резерфорд зайняв місце професора Макгілльського університету в Монреалі. Викладання Резерфорда спочатку йшло не надто успішно: студентам не сподобалися лекції, які молодий і ще не цілком навчився відчувати аудиторію професор перенасичував деталями. Деякі труднощі виникли спочатку й у наукову роботу через те, що затримувалося прибуття замовлених радіоактивних препаратів. Адже за всіх зусиль він не отримував достатніх коштів для будівництва необхідних приладів. Багато необхідної для дослідів апаратури Резерфорд збудував власними руками.
Проте він працював у Монреалі досить довго – сім років. Виняток становив 1900 рік, коли під час короткого перебування в Новій Зеландії Резерфорд одружився. Його обраницею стала Мері Джорджін Ньютон, дочка господині того пансіону в Крайстчерчі, де він колись жив. 30 березня 1901 року народилася єдина дочка подружжя Резерфорд. За часом це майже збіглося з народженням нового розділу у фізичній науці – фізики ядра.
«У 1899 році Резерфорд відкриває еманацію торію, а в 1902-03 роках він спільно з Ф. Содді вже приходить до загального закону радіоактивних перетворень, - пише В.І. Григор'єв.- Про цю наукову подію треба сказати докладніше. Усі хіміки світу твердо засвоїли, що перетворення одних хімічних елементів на інші неможливо, що мрії алхіміків робити золото зі свинцю слід поховати навіки. І ось з'являється робота, автори якої стверджують, що перетворення елементів при радіоактивних розпадах не тільки відбуваються, але й що ні припинити, ні сповільнити їх неможливо. Більше того, формулюються закони таких перетворень. Ми тепер розуміємо, що положення елемента в періодичній системі Менделєєва, а отже, і його хімічні властивості визначаються зарядом ядра. При альфа-розпаді, коли заряд ядра зменшується на дві одиниці (за одиницю приймається «елементарний» заряд - модуль заряду електрона), елемент «переміщається» на дві клітинки вгору в таблиці Менделєєва, при електронному розпаді бета - на одну клітинку вниз, при позитрон - на клітинку вгору. Незважаючи на простоту і навіть очевидність цього закону, його відкриття стало однією з найважливіших наукових подій початку нашого століття».
У своїй класичній роботі «Радіоактивність» Резерфорд та Содді торкнулися фундаментального питанняпро енергію радіоактивних перетворень. Підраховуючи енергію альфа-часток, що випускаються радієм, вони приходять до висновку, що «енергія радіоактивних перетворень, принаймні, в 20000 разів, а може, і в мільйон разів перевищує енергію будь-якого молекулярного перетворення». Резерфорд і Содді зробили висновок, що «енергія, прихована в атомі, набагато більше енергії, що звільняється при звичайному хімічному перетворенні». Ця величезна енергія, на їхню думку, має враховуватись «при поясненні явищ космічної фізики». Зокрема, постійність сонячної енергії можна пояснити тим, «що на Сонці йдуть процеси субатомного перетворення».
Не можна не вразитись прозорливості авторів, які побачили ще 1903 року космічну роль ядерної енергії. Цей рік став роком відкриття нової формиенергії, про яку з певністю висловлювалися Резерфорд та Содді, назвавши її внутрішньоатомною енергією.
Вчений, що отримав світову славу, член Лондонського королівського товариства (1903) отримує запрошення зайняти кафедру в Манчестері. 24 травня 1907 року Резерфорд повернувся до Європи. Тут Резерфорд розгорнув бурхливу діяльність, залучаючи молодих учених із різних країн світу. Одним із його діяльних співробітників був німецький фізик Ганс Гейгер, творець першого лічильника елементарних частинок. У Манчестері з Резерфордом працювали Е. Марсден, К. Фаянс, Г. Мозлі, Г. Хевеші та інші фізики та хіміки.
У 1908 році Резерфорду було присуджено Нобелівську премію з хімії «за проведені ним дослідження в галузі розпаду елементів у хімії радіоактивних речовин». У своїй вступній промові від імені Шведської королівської академії наук К.Б. Хассельберг вказав на зв'язок між роботою, проведеною Резерфордом, та роботами Томсона, Анрі Беккереля, П'єра та Марії Кюрі. «Відкриття привели до приголомшливого висновку: хімічний елемент... здатний перетворюватися на інші елементи», - сказав Хассельберг. У своїй нобелівській лекції Резерфорд зазначив: «Є всі підстави вважати, що альфа-частинки, які так вільно викидаються з більшості радіоактивних речовин, ідентичні за масою та складом і мають складатися з ядер атомів гелію. Ми, отже, не можемо не дійти висновку, що атоми основних радіоактивних елементів, таких як уран і торій, повинні будуватися принаймні частково з атомів гелію».
Після здобуття Нобелівської премії Резерфорд провів експерименти з бомбардування платівки тонкої золотої фольги альфа-частинками. Отримані дані привели його в 1911 до нової моделі атома. Згідно з його теорією, що стала загальноприйнятою, позитивно заряджені частинки зосереджені у важкому центрі атома, а негативно заряджені (електрони) знаходяться на орбіті ядра, на великій відстані від нього. Ця модель подібна до крихітної моделі Сонячної системи. Вона має на увазі, що атоми складаються головним чином із порожнього простору.
Широке визнання теорії Резерфорда почалося, коли до роботи вченого в університеті Манчестера підключився датський фізик Нільс Бор. Бор показав, що у термінах, запропонованих Резерфордом, структури можна пояснити загальновідомими фізичними властивостямиатома водню, а також атомів кількох важчих елементів.
Плідна робота резерфордівської групи у Манчестері була перервана Першою світовою війною. Англійський уряд призначив Резерфорда членом «адміральського штабу винаходів та досліджень» - організації, створеної для пошуку засобів боротьби з підводними човнами супротивника. У лабораторії Резерфорда у зв'язку з цим почалися дослідження щодо поширення звуку під водою. Лише після закінчення війни вчений зміг відновити дослідження атома.
Після війни він повернувся до манчестерської лабораторії і в 1919 зробив ще одне фундаментальне відкриття. Резерфорду вдалося провести штучним шляхом першу реакцію перетворення атомів. Бомбардуючи атоми азоту альфа-частинками, Резерфорд отримав атоми кисню. В результаті проведених Резерфордом досліджень різко зріс інтерес фахівців з атомної фізики до природи атомного ядра.
Того ж 1919 року Резерфорд перейшов до Кембриджського університету, ставши наступником Томсона як професор експериментальної фізики і директор Кавендіської лабораторії, а 1921-го обійняв посаду професора природничих наук у Королівському інституті в Лондоні. У 1925 році вченого було нагороджено британським орденом «За заслуги». В 1930 Резерфорд був призначений головою урядової консультативної ради управління наукових і промислових досліджень. У 1931 він отримав звання лорда і став членом палати лордів англійського парламенту.
Учні та колеги згадували про вченого як про милу, добру людину. Вони захоплювалися його надзвичайним творчим способом мислення, згадували, як він із задоволенням говорив перед початком кожного нового дослідження: "Сподіваюся, що це важлива тема, оскільки існує ще так багато речей, яких ми не знаємо".
Занепокоєний політикою, яку проводив нацистський уряд Адольф Гітлер, Резерфорд у 1933 році став президентом Академічної ради допомоги, який був створений для сприяння тим, хто втік з Німеччини.
Майже до кінця життя він відрізнявся міцним здоров'ям і помер у Кембриджі 20 жовтня 1937 після нетривалої хвороби. У визнання видатних заслуг у розвитку науки вченого було поховано у Вестмінстерському абатстві.
Досліди Резерфорда
У 1913 р. англійський фізик Резерфорд проробив класичні досліди з розсіювання a-Частинок тонкими шарамирізних речовин. a-частки, що випускаються радіоактивними речовинами, є відповідними пробними зарядами для дослідження внутрішньоатомних електричних полів Вони являють собою повністю іонізовані атоми гелію, мають позитивний заряд, що дорівнює подвоєному елементарному заряду (q = 3.2·10 -19 Кл), масу m = 6.67·10 -27 кг, мають високу енергію (а значить і швидкість), достатню для проникнення атоми речовини.
Схема дослідів Резерфорда та його учнів Гейгера та Марсдена зображена на рис.1. a-частки. Вузький пучок частинок падав перпендикулярно поверхню металевої (золотої) фольги, товщиною близько 1 мкм (10 -6 м). Реєстрація частинок здійснювалася за спалахами світла (сцинтиляцій), що викликаються ними на екрані, вкритому люмінофором. Екран був укріплений перед об'єктивом на корпусі мікроскопа, за допомогою якого візуально спостерігали сцинтиляцію та підраховували їх число. Так визначали кількість частинок, що рухаються в даному напрямку після їх взаємодії з атомами речовини. Мікроскоп разом з екраном міг обертатися навколо вертикальної осі, що проходить через центр камери, для реєстрації розсіяних атомами фольги частинок.
На малюнку: 1 атом золота, 2 a-частки
Наочніша схема досвіду Резерфорда
За розсіювання α-часток.
K - свинцевий контейнер з радіоактивною речовиною,
Е - екран, покритий сірчистим цинком,
Ф - золота фольга,
M – мікроскоп.
Результати дослідів Резерфорда:
1.Більшість частинок проходить через атоми речовини. не розсіюючись (як через "порожнечу");
2.зі збільшенням кута розсіювання число частинок, що відхилилися від початкового напрямку, різко зменшується;
3.є окремі частинки, отбрасываемые атомами тому, проти їхнього початкового руху (як м'яч від стінки).
Резерфорд вивів формулу, за якою можна розрахувати кількість a-частинок, розсіяних під певними кутами. У цю формулу входить характеристичний параметр "d", що є поперечним розміром утворень, що відхиляють частки.
Для збігу розрахунків із результатами дослідів цей параметр може бути близько 10 -13 див. Атоми мають діаметр 10 -8 див, тобто. на п'ять порядків вище. Отже, в атомі є область, що займає мізерно малу частину атома, яка і відхиляє частинки на великі кути аж до 180 0 .
Один із найвідоміших фізиків Ернест Резенфорд був родом із Нової Зеландії. Сім'я його була небагатою, а сам Резенфорд був четвертою дитиною із дванадцяти. Здавалося б якесь особливе майбутнє йому не світить, але навпроти з дитинства вчений прагнув освіти, і завдяки своєму розуму та посидючості він досяг стипендії, що дозволяє навчатися в одному з кращих коледжів країни. 1894 року майбутній фізик став бакалавром природничих наук.
Він так добре вчився, що був удостоєний персональної стипендії та права продовжити навчання в Англії. Резерфорд приїхав до Кембриджу і став аспірантом у Кавендіській лабораторії. Там він продовжив вивчати поширення радіохвиль, і вперше провів радіозв'язок на відстані близько кілометра. Але суто інженерні проблеми ніколи не приваблювали його і Резерфорд почав займатися вивченням провідності повітря під впливом щойно відкритих променів Рентгена. Ця робота, якою він займався разом із Дж. Дж.Томпсоном, призвела до відкриття електрона. Після цього Резерфорд зайнявся вивченням структури атома.
Захистивши докторську дисертацію, Резенфорд поїхав до Канади та обійняв посаду професора фізики в Макгіллському університеті в Монреалі. Там він почав вивчати радіоактивність. Резерфорд досліджував властивості альфа- та бета-променів, а також відкрив ізотопи торію та радію. 1908 року Ернест Резерфорд отримав Нобелівську преміюза свою теорію про перетворення радіоактивних елементів. Це дослідження вчений проводив разом із Ф.Содді.
1907 року Резенфорд знову приїхав до Англії, де став керівником кафедри фізики Манчестерського університету. Вивчаючи розсіювання альфа-променів, учений відкрив існування атомних ядер та визначив їх розміри. Цю роботу він зробив разом із майбутнім відомим фізиком Марсденом. На основі цих досліджень та теоретичних робітдатського фізика Нільса Бора було створено модель атома Бора-Резерфорда.
У 1918 році Резерфорд зробив ще одне велике відкриття - довів можливість перетворення ядра азоту в кисень під впливом альфа-часток, підтвердивши можливість перетворення одного хімічного елемента в інший.
Вивчаючи зіткнення альфа-часток з атомами водню, Резерфорд зробив й інше фундаментальне відкриття – штучну радіоактивність.
Цікаво, що вчений вважав це суто науковою проблемою та не вірив у можливість практичного використання ядерної енергії. Проте саме його співробітник, а згодом, великий німецький фізик Отто Ган відкрив поділ урану, а роботи Резерфорда величезною мірою наблизили настання ядерного віку. У 1919 році Ернест Резерфорд стає директором Кавендіської лабораторії. На цій посаді він залишався до самої смерті. Лабораторія стала справжньою Меккою для фізиків ХХ століття. У ній працювали багато найбільших вчених нашого часу, які вважали себе учнями Резерфорда, - Блекетт, Кокрофт, Чедвік, Капіца, Уолтон. Вчений вважав, що головне - дати людині можливість розкритися до кінця і показати, на що вона здатна. Так, він був ініціатором будівництва спеціальної магнітної лабораторії для дослідів П.Капіци, а пізніше добився продажу унікального обладнання в СРСР, щоб учений міг продовжити свою наукову роботу.
Ернест Резерфорд (фото розміщено далі в статті), барон Резерфорд Нельсона і Кембриджа (народився 30.08.1871 в Спрінг-Груві, Нова Зеландія - помер 19.10.1937 в Кембриджі, Англія) - британський фізик з часів Майкла Фарадея (1791–1867). Він був центральною фігурою в галузі вивчення радіоактивності, а його концепція будови атома домінувала в ядерної фізики. Став лауреатом Нобелівської премії у 1908 році, був президентом Королівського товариства (1925-1930) та Британської асоціації сприяння розвитку науки (1923). У 1925 був прийнятий в члени Ордену заслуг і в 1931 був удостоєний звання пера, отримав титул лорда Нельсона.
Ернест Резерфорд: коротка біографія у ранні роки життя
Батько Ернеста Джеймс у середині XIX століття дитиною переїхав із Шотландії до Нової Зеландії, лише нещодавно заселеної європейцями, де займався сільським господарством. Мати Резерфорда - Марта Томпсон - приїхала з Англії в підлітковому віці і працювала шкільною вчителькою, поки не вийшла заміж і не народила десяти дітей, з яких Ернест був четвертим (і другим сином).
Ернест навчався у безкоштовних державних навчальних закладах до 1886 р., коли він виграв стипендію для навчання у приватному середній школіНельсон. Обдарований учень досяг майже кожного предмета, але особливо у математиці. Інша стипендія допомогла Резерфорду вступити у 1890 році до Кентербері-коледжу, одного з чотирьох кампусів університету Нової Зеландії. Це було невелике навчальний заклад, У штаті складі якого вважалося всього вісім викладачів, студентів ж було менше 300. Юному обдаруванню пощастило мати прекрасних вчителів, які розпалили в ньому інтерес до наукових досліджень, підкріплених надійними доказами.
Після завершення трирічного навчального курсу Ернест Резерфорд став бакалавром та виграв стипендію для року навчання в аспірантурі в Кентербері. Завершивши її наприкінці 1893 року, він отримав ступінь магістра мистецтв - перший вчений ступінь у галузі фізики, математики та математичної фізики. Йому було запропоновано залишитися ще на один рік у Крайстчерчі для проведення незалежних експериментів. Дослідження Резерфорда здатності високочастотного електричного розряду, наприклад, від конденсатора, намагнічувати залізо наприкінці 1894 принесло йому ступінь бакалавра наук. У цей період він полюбив Мері Ньютон, доньку жінки, в чиєму будинку він оселився. Вони одружилися 1900 р. 1895-го Резерфорд отримав стипендію імені Всесвітньої виставки 1851 р. у Лондоні. Він вирішив продовжувати свої дослідження в Кавендіській лабораторії, яку Дж. Дж. Томсон, провідний європейський експерт в галузі електромагнітного випромінювання, очолив у 1884 році.
Кембрідж
На знак визнання зростаючої важливості науки Кембриджський університет змінив свої правила, дозволивши випускникам інших вишів отримувати диплом після двох років навчання та виконання прийнятної наукової роботи. Першим студентом-дослідником став Резерфорд. Ернест, крім демонстрації намагнічування коливальним розрядом заліза, встановив, що голка втрачає частину своєї намагніченості в магнітному полі, створюваному змінним струмом. Це дозволило створити детектор нещодавно відкритих електромагнітних хвиль. У 1864 р. шотландський фізик-теоретик Джеймс Клерк Максвелл передбачив їхнє існування, а в 1885-1889 рр. в 1885 році. німецький фізик Генріх Герц виявив їх у своїй лабораторії. Прилад Резерфорда для детекції радіохвиль був простішим і мав комерційний потенціал. Наступний рікмолодий вчений провів у Кавендиській лабораторії, збільшуючи діапазон і чутливість приладу, який міг приймати сигнали на відстані півмилі. Однак Резерфорду не вистачило міжконтинентального бачення та підприємницьких навичок італійця Гульєльмо Марконі, який винайшов бездротовий телеграф у 1896 році.
Дослідження іонізації
Не залишаючи свого давнього захоплення альфа-частинками, Резерфорд вивчав їхнє невелике розсіювання після взаємодії з фольгою. Гейгер приєднався щодо нього, і вони отримали більше значних даних. У 1909 р., коли студент-старшекурсник Ернест Марсден шукав тему для свого науково-дослідного проекту, Ернест запропонував йому вивчити великі кути розсіювання. Марсден виявив, що невелика кількість α-часток відхилялася більш ніж на 90° від свого початкового напрямку, що змусило Резерфорда вигукнути, що це майже так само неймовірно, якби 15-дюймовий снаряд, запущений у аркуш цигаркового паперу, відскочив би назад і влучив у того, хто стріляв.
Модель атома
Розмірковуючи над тим, як така важка заряджена частка може відхилятися електростатичним тяжінням чи відштовхуванням такий великий кут, в 1944 р. Резерфорд дійшов висновку, що атом може бути однорідним твердим тілом. На його думку, він складався в основному з порожнього простору та крихітного ядра, в якому сконцентровано всю його масу. Резерфорд Ернест модель атома підтвердив численними експериментальними доказами. Вона стала його найбільшим науковим внеском, але поза Манчестера на неї звертали мало уваги. У 1913 р. датський фізик Нільс Бор показав всю важливість цього відкриття. Роком раніше він відвідав лабораторію Резерфорда і повернувся до неї як співробітник факультету в 1914-1916 роках. Радіоактивність, як пояснив він, міститься в ядрі, тоді як хімічні властивості визначаються орбітальними електронами. Модель атома Бора породила нову концепцію квантів (чи дискретних значень енергії) в електродинаміці орбіт, і пояснив спектральні лінії як виділення чи поглинання енергії електронами за її переході з однієї орбіти в іншу. Генрі Мозлі, ще один із багатьох учнів Резерфорда, аналогічним чином пояснив послідовність рентгенівського спектру елементів зарядом ядра. Таким чином було розроблено нову узгоджену картину фізики атома.
Підводні човни та ядерна реакція
Перша світова війнаспустошила лабораторію, якою керував Ернест Резерфорд. Цікаві факти з життя фізика в цей період стосуються його участі у розробці засобів боротьби з підводними човнами, а також членства в Раді адміралтейства з винаходів та наукових досліджень. Коли він знайшов час, щоб повернутися до своїх попередніх науковим роботам, то зайнявся вивченням зіткнення альфа-часток із газами. У разі водню, як і очікувалося, детектор фіксував утворення окремих протонів. Але протони виникали і під час бомбардування атомів азоту. У 1919 р. Ернест Резерфорд відкриття поповнив ще одним: йому вдалося штучно спровокувати ядерну реакцію у стабільному елементі.
Повернення до Кембриджу
Ядерні реакції займали вченого протягом усієї кар'єри, яка проходила знову в Кембриджі, де у 1919 р. наступником Томсона на посаді директора Кавендіської лабораторії університету і став Резерфорд. Ернест навів сюди свого колегу з університету Манчестера – фізика Джеймса Чедвіка. Разом вони бомбардували альфа-частинками ряд легких елементів та викликали ядерні перетворення. Але їм не вдавалося проникнути у важчі ядра, оскільки α-частинки відштовхувалися від них через однаковий заряд, і вчені не могли визначити, відбувалося це окремо чи разом із мішенню. В обох випадках була потрібна більш передова технологія.
Вищі енергії в прискорювачах частинок, необхідних вирішення першої проблеми, стали доступні наприкінці 1920-х років. У 1932 р. два студенти Резерфорда - англієць Джон Кокрофт та ірландець Ернест Волтон - стали першими, хто фактично викликав ядерне перетворення. За допомогою високовольтного лінійного прискорювача вони бомбардували літій протонами та розщепили його на дві α-частинки. За цю роботу вони здобули Нобелівську премію 1951 р. з фізики. Шотландець Чарльз Вільсон у Кавендіші створив туманну камеру, яка давала візуальне підтвердження траєкторії заряджених частинок, за що був удостоєний цієї ж престижної міжнародної нагороди в 1927 р. У 1924-му англійський фізик Патрік Блекетт і виявив, що більшість з них були звичайними пружними, а 8 супроводжувалися розпадом, в якому -частка поглиналася ядром-мішенню перед його розщепленням на два фрагменти. Це стало важливим кроком у розумінні ядерних реакцій, за що Блекетту було присвоєно Нобелівську премію з фізики 1948 року.
Відкриття нейтрону та термоядерного синтезу
Кавендіш став місцем проведення та інших цікавих робіт. Існування нейтрону було передбачено Резерфордом у 1920 році. Після довгих пошуків, 1932 року Чедвік виявив цю нейтральну частинку, довівши, що ядро складається з нейтронів і протонів, яке колега, англійський фізик Норман Федер, невдовзі показав, що нейтрони можуть викликати ядерні реакції легше, ніж заряджені частки. Працюючи з подарованою нещодавно відкритою США важкої водою, в 1934 р. Резерфорд, Марк Оліфант з Австралії та Пауль Хартек з Австрії провели бомбардування дейтерію дейтронами і провели перший термоядерний синтез.
Життя поза фізикою
Вчений мав кілька захоплень, що не стосуються науки, до яких входили гольф та автоспорт. Ернест Резерфорд, коротко кажучи, дотримувався ліберальних переконань, але не був політично активним, хоча й обіймав посаду голови експертної ради урядового Департаменту наукових та промислових досліджень і був довічний президент (з 1933 р.) організації Academic Assistance Council, створеної для допомоги вченим із нацистської Німеччини. У 1931 р. він став пером, але ця подія була затьмарена смертю його дочки, яка померла на вісім днів раніше. Видатний учений помер у Кембриджі після нетривалої хвороби та був похований у Вестмінстерському абатстві.
Ернест Резерфорд: цікаві факти
- Він навчався в Кентерберійському коледжі університету Нової Зеландії на стипендію, отримавши ступінь бакалавра та магістра, а також два роки займався розробками, що призвели до винаходу нового виду радіоприймача.
- Ернест Резерфорд був першим випускником, який не закінчив Кембридж, якому було дозволено вести науково-дослідну роботу в лабораторії Кавенді під керівництвом сера Дж. Дж. Томсона.
- Під час Першої світової війни він працював над вирішенням практичних проблем виявлення підводних човнів.
- В університеті Макгілла в Канаді Ернест Резерфорд разом із хіміком Фредеріком Содді створив теорію атомного розпаду.
- В університеті Вікторії в Манчестері він і Томас Ройдс довели, що альфа-випромінювання складається з іонів гелію.
- Дослідження Резерфорда з розпаду елементів та радіоактивних речовин принесли йому Нобелівську премію у 1908 році.
- Свій найвідоміший експеримент Гейгера - Марсдена, який продемонстрував ядерну природу атома, фізик провів після отримання нагороди Шведської академії.
- На його честь названо 104-й хімічний елемент - резерфордій, який у СРСР і РФ до 1997 р. іменувався курчатовищем.
