DŽEIMSS ČADVIKS: BIOGRĀFIJA, ATOMU MODELIS, EKSPERIMENTI - ZINĀTNE - 2025

Džeimss Čadviks (1891–1974) bija vadošais angļu fiziķis, kurš atzīts par neitrona atklāšanu 1932. gadā. Neilgi pēc tam, 1935. gadā, viņam tika piešķirta Nobela prēmija fizikā par ieguldījumu zinātniskajā sabiedrībā. Čadviks uztraucās par neitrālām apsūdzībām, kas radās apmēram 10 gadus pirms viņš spēja pierādīt to esamību.

Pirms šīs pārbaudes Čadviks veica vairākus neveiksmīgus eksperimentus. Tas bija veiksmīgs 1932. gadā, kad tas bija balstīts uz franču Irène Joliot-Curie un Frédéric Joliot eksperimentiem. Vēlāk Čadviks veltīja pētījumus par kodola skaldīšanas izmantošanu kara ieroču radīšanai.

Biogrāfija

pirmsākumi

Čadviks dzimis Bollingtonas pilsētā Anglijas ziemeļaustrumos 1891. gada 20. oktobrī. Viņš bija divu pazemīgu darbinieku dēls: viņa tēvs strādāja dzelzceļa sistēmā, bet māte bija mājas strādnieks.

Jau no ļoti jauna vecuma Čadviks izcēlās kā intraverts un ārkārtīgi inteliģents bērns. Viņš sāka vidusskolu Mančesterā, un 16 gadu vecumā viņš ieguva stipendiju tīras fizikas studijām nelaiķa Mančestras Viktorijas universitātē.

Akadēmiskā apmācība

Jaunais fizikas solījums oficiāli sāka studijas universitātē 1908. gadā, 17 gadu vecumā.

Viņam bija izcils caurskats akadēmijā, un pēdējā savas karjeras gadā viņš apmeklēja Nobela prēmijas laureāta Ernesta Rutheforda izmeklējumus par elementu sadalīšanos un radioaktīvo vielu ķīmiju.

Pēc fizikas grāda iegūšanas 1911. gadā viņš reģistrējās fizikas maģistra grādam, kuru veiksmīgi pabeidza 1913. gadā. Šajā laikā viņš turpināja strādāt roku rokā ar Ruthefordu savā laboratorijā.

Vēlāk viņam tika piešķirta profesionāla stipendija, kas ļāva viņam pārcelties uz Berlīni, Vācijā, lai kopā ar vācu fiziķi Hansu Geigeru turpinātu pētījumu par Technische Hochschule.

Uzturoties Berlīnē, 1914. gada jūlijā sākās Pirmais pasaules karš. Sūdzības par spiegošanu dēļ viņš bija internēts civiliedzīvotāju koncentrācijas nometnē Ruhlēbenā līdz 1918. gadam.

1919. gadā Čadviks atgriezās Anglijā un sāka doktora grādu Kembridžas universitātē. Tikmēr viņš no jauna pievienojās Rutheforda pētnieciskajam darbam, kurš līdz tam laikam vadīja slavenās iestādes Kavendišas laboratoriju.

1921. gadā, 21 gada vecumā, viņš ieguva doktora grādu (filozofijas doktors), uzrādot īpašu pētījumu par kodolieroču un atomu skaitu.

1923. gadā viņš tika iecelts par Kembridžas Kavendišas laboratorijas pētījumu direktora palīgu. Čadviks šajā lomā kalpoja līdz 1935. gadam, kad nolēma pārcelties uz Liverpūles universitāti.

Karjera

Pateicoties viņa zinātniskajam ieguldījumam, 1932. gadā viņam tika piešķirta Hjūsa medaļa. Šī atzinība, ko piešķir Londonas Karaliskā biedrība, apbalvo tos, kuri atklāj fiziskās zinātnes un / vai to praktisko pielietojumu.

1935. gadā viņam tika piešķirta Nobela prēmija fizikā par neitrona kā elementāru daļiņu, kurai nav elektriskā lādiņa, atrašanu atomu kodolā.

Otrā pasaules kara laikā Čadviks aktīvi piedalījās MAUD Lielbritānijas komitejā - komisijā, kas izveidota, lai analizētu kodoltehnoloģijas izmantošanas iespējamību bumbas ražošanā.

Džeimss Čadviks bija arī centrālā daļa Tube Alloys Project - pētniecības programmā, kuru atļāvusi un finansējusi Apvienotā Karaliste ar Kanādas atbalstu, lai izstrādātu kodolieročus Otrā pasaules kara laikā.

Čadviks tika atzīts par asprātību un politisko nodomu šajā periodā, jo viņa priekšlikumi kalpoja par tiltu izmeklēšanas sadarbības sarunām starp Apvienoto Karalisti, Kanādu un Amerikas Savienotajām Valstīm.

Manhetenas projekts

Tuvojoties Otrā pasaules kara beigām, Čadviks pārņēma Lielbritānijas misijas vadību Manhetenas projektā. Pēdējais bija Amerikas Savienoto Valstu, Apvienotās Karalistes un Kanādas kopīgs pētniecības projekts ar mērķi izstrādāt pirmo atombumbu.

Čadviksam bija brīva pieeja visai konfidenciālajai projekta informācijai: projektiem, plāniem, datiem, tāmēm utt., Neskatoties uz to, ka viņi ir civiliedzīvotāji, nevis amerikāņi; Ir vērts atzīmēt, ka, lai piedalītos projektā, abi nosacījumi bija ekskluzīvi.

Viņu vēlāk 1945. gadā padarīja par angļu bruņinieku, un gadu vēlāk ASV viņam piešķīra medaļu “Par nopelniem” par viņa drosmi Manhetenas projektā.

Kodolieroču arsenāls Anglijai

Otrā pasaules kara beigās Čadviks ļoti atbalstīja Apvienotās Karalistes iniciatīvu izveidot savu kodolieroču arsenālu.

Īstenojot šo mērķi, Čadviks tika ievēlēts par Lielbritānijas Atomenerģijas padomdevējas komitejas locekli un arī bija Lielbritānijas pārstāvis Apvienoto Nāciju Atomenerģijas komisijā.

Ap 1948. gadu Džeimss Čadviks bija profesors Kembridžas universitātes Gonvilas un Kaija koledžā. Tad 1950. gadā viņu atkal pagodināja Londonas Karaliskā biedrība, saņemot Kopija medaļu.

Pēc 8 gadiem viņš nolemj brīvprātīgi doties pensijā uz Ziemeļvelsu. Džeimss Čadviks aizgāja bojā 1974. gada 24. jūlijā Kembridžas pilsētā.

Čadvika atomu modelis

Čadvika atomu modelis koncentrējas uz atomu kodola, kas sastāv ne tikai no protoniem (pozitīvajiem lādiņiem), bet arī no neitroniem (neitrāliem lādiņiem), modelēšanu.

Čadvika centieni pierādīt neitrālo daļiņu esamību sākās 1920. gados, taču tajā laikā ievērojamais zinātnieks vairākkārt mēģināja bez rezultātiem. Pēc desmit gadiem Čadviks Francijā atkārtoja Irēnas Joliotas-Kirī (Marijas Kirī un Pjēra Kirī meita) un Frédéric Joliot (Irēnas vīrs) eksperimentus.

Šim zinātnieku pārim bija izdevies ar gamma stariem izraidīt protonus no parafīna vaska parauga.

Čadviks uzskatīja, ka gamma starojuma izstarojumā ir neitrālas daļiņas un ka šīs daļiņas bija tās, kas bija sadūrusies ar vaska paraugu, pēc tam pamudinot protonus atbrīvoties no vaska.

Tāpēc viņš mēģināja atkārtot šos eksperimentus Kavendišas laboratorijā un izmantoja poloniju - ko curiji bija izmantojuši kā gamma staru avotu - berilija apstarošanai ar alfa daļiņām.

Pēc tam šis starojums ietekmēja līdzīgu parafīna vaska paraugu, un tajā esošie protoni vardarbīgi tika izraidīti no materiāla.

Protonu izturēšanās tika novērota, izmantojot nelielu jonizācijas kameru, kuru eksperimentam adaptēja pats Čadviks.

Čadviks atklāja, ka vaska izdalīto protonu izturēšanos var izskaidrot tikai tad, ja šīs daļiņas būtu sadūrušās ar citām elektriski neitrālām daļiņām un ar ļoti līdzīgu masu.

Divas nedēļas vēlāk Džeimss Čadviks zinātniskajā žurnālā Nature publicēja rakstu par iespējamo neitronu eksistenci.

Tomēr Čadviks sākotnēji iecerēja modeli, uzskatot, ka neitrons ir izvietojums, ko veido protons un elektrons, kas rada neitrālu lādiņu. Vēlāk vācu fiziķis Verners Heisenbergs parādīja, ka neitrons ir viena elementāra daļiņa.

Eksperimenti

Pēc neitrona atklāšanas Čadviks pievērsās tam, lai tiktu tālāk un tālāk attiecībā uz šī jaunā atomu komponenta raksturojumu.

Neitronu un Čadvika atomu modeļa atklāšana mainīja tradicionālo zinātnes uzskatu, ņemot vērā neitronu sadursmes ar atomu kodoliem un protonu izraidīšanu no atoma.

Beta sadalīšanās ir process, kura laikā no atoma kodola izdalās beta daļiņas (elektronu vai pozitronu), lai līdzsvarotu protonu un neitronu klātbūtni atoma kodolā.

Šī procesa dēļ visā pasaulē tika veikti neskaitāmi eksperimenti, kuru motīvs bija Čadvika atklājums, lai pamudinātu dažu neitronu pārvēršanos protonos.

Tā kā katrs ķīmiskais elements tiek identificēts pēc tajā esošo protonu skaita, iepriekšējie eksperimenti ļāva izveidot un / vai atklāt jaunus ķīmiskos elementus ar lielāku protonu skaitu zem viņu jostas.

Kodolsistēma

Čadviks uzsvēra vēlākās analīzes par neitronu izmantošanu smago kodola atomu sadalīšanai vairākos mazākos kodolos, izmantojot kodolskaldīšanas procesu.

Tas tiek nosaukts šādā veidā, jo dalīšana notiek atoma kodolā un rada ārkārtīgi lielu enerģijas daudzumu. Šī koncepcija tika izmantota jaudīgu kodolieroču projektēšanai.

Čadviks pat finansēja daļiņu paātrinātāja iegādi savā laikā Liverpūlē, izmantojot daļu ieņēmumu no Nobela prēmijas iegūšanas 1935. gadā.

Čadvika ieguldījums zinātnē

Džeimsa Čadvika ieguldījums zinātnē ietver neitrona atklāšanu, par kuru viņš ieguva 1935. gada Nobela prēmiju fizikā. Viņš piedalījās arī atombumbas celtniecībā Amerikas Savienotajās Valstīs, rakstīja par radioaktīvo vielu starojumu un atklāja tritiju. .

Neitrona atklāšana

Pētījumu laikā Kavendišas laboratorijā Kembridžā, Rutherford un Chadwick veica eksperimentus ar alfa daļiņām, lai noskaidrotu atomu kodola būtību. Ir vērts atzīmēt, ka atomu kodolu Rutherfords atklāja 1911. gadā.

Šie izmeklējumi tika veikti, analizējot starojumu, kas nekad nav novērots, izstarojot beriliju, kad šis materiāls tika pakļauts bombardēšanas alfa daļiņām.

Šis starojums sastāvēja no masas daļiņām, kas bija ļoti līdzīgas protona masai, bet bez elektrības lādiņa. Šīs daļiņas sauca par neitroniem to sastāva neitralitātes dēļ.

Čadviks izdarīja šo atklājumu 1932. gada vidū, tādējādi definējot Čadvika atomu modeļa telpas, kuru informācija ir sīki aprakstīta nākamajā šī raksta sadaļā.

Kodolizmeklēšana

Čadviks atklāja neitronu, un tas ļāva atklāties kodolskaldīšanas un kara ieroču izstrādei ar šo tehnoloģiju.

Čadviks atklāja, ka, bombardējot elementa atomu ar neitroniem, šī materiāla kodolu var iekļūt un sadalīt, radot ievērojamu enerģijas daudzumu.

Pēc tam Čadviks paziņoja par šāda veida tehnoloģiju neizbēgamību kara ieroču izstrādei un tieši iesaistījās diplomātiskajās lietās, kas saistītas ar šo procesu ASV un Anglijā.

Čadviks sadarbībā ar citiem Amerikas un Kanādas zinātniekiem laikposmā no 1943. līdz 1945. gadam sadarbojās ar atombumbu.

Viņš bija atbildīgs par angļu zinātniskās delegācijas vadīšanu, kas strādāja Los Álamos laboratorijā Ņūmeksikā, Amerikas Savienotajās Valstīs. 1939. gadā Amerikas Savienotās Valstis sāka pētīt Manhetenas projektu - atombumbas koda nosaukumu.

Kodolzinātnieki Edvards Tellers, Leo Szilárd un Eugene Wigner ar Alberta Einšteina starpniecību brīdināja prezidentu Franklinu Delano Rūzveltu par kodola skaldīšanas izmantošanu bomžu ražošanā, ko nacisti veica.

Tritija atklāšana

Tritiju jau 1911. gadā identificēja angļu zinātnieks Džozefs Džons Thomsons, taču viņš uzskatīja, ka tā ir triatomāla molekula.

Ernests Rutherfords to jau bija paziņojis, taču tikai 1934. gadā Čadviks, strādājot Rutherforda komandā, to kataloģizēja kā ūdeņraža izotopu.

Tritijs ir radioaktīvs ūdeņraža izotops, kura simbols ir ³H. Tas sastāv no kodola, kas sastāv no protona un diviem neitroniem.

Tritiju iegūst, bombardējot ar brīvajiem slāpekļa, litija un bora neitroniem.

Urāna 235 skaldīšanas atvieglošana

Džeimsa Čadvika atklātais neitrons atviegloja kodoldalīšanos; tas ir, urāna 235 atdalīšana no urāna -238, dabā sastopama ķīmiska elementa.

Urāna 235 bagātināšana ir process, kurā dabiskais urāns tiek pakļauts, lai iegūtu izotopu 235 un iegūtu kodolenerģiju. Sadalīšanās ir kodolreakcija; tas ir, tas tiek iedarbināts atoma kodolā.

Šī ķīmiskā reakcija notiek, ja smagais kodols ir sadalīts divos vai vairākos mazākos kodolos un dažos blakusproduktos, piemēram, fotonos (gamma staros), brīvajos neitronos un citos kodola fragmentos.

Līgums par radioaktīvo vielu izstarošanu

1930. gadā Džeimss Čadviks uzrakstīja traktātu par radioaktīvo vielu starojumu.

Čadvičam izdevās izmērīt neitrona masu un secināja, ka tas ir līdzīgs protona masai ar vienu atšķirību: ka tam ir neitrāls elektriskais lādiņš.

Tad viņš secināja, ka atoma kodolu veido neitroni un protoni un protonu skaits ir līdzīgs elektronu skaitam.

Viņa pētījumi un ieguldījums Mančestras universitātes un Anglijas Kembridžas universitātes fizikas laboratorijas darbā bija atslēga uz zināšanām par kodolenerģiju un Rutherforda atomu modeļa uzbūvi.

Interesanti raksti

Šrēdingera atomu modelis.

De Broglie atomu modelis.

Heizenberga atomu modelis.

Perrina atomu modelis.

Tomsa atoma modelis.

Daltona atomu modelis.

Diraka Jordānijas atomu modelis.

Democritus atomu modelis.

Boha atoma modelis.

Sommerfelda atomu modelis.

Atsauces

1. J. Čadviks, neitrona esamība, Proc. Rojs. Soc. A 136 (1932), iegūts 2017. gada 18. decembrī no chemteam.info
2. Čadviks (1891–1974). Apsprieda vietni losavancesdelaquimica.com
3. Džeimss Čadviks - biogrāfija. Apsprieda vietni Buscabiografias.com
4. Peres Aguirre, Gabriela. Ķīmija 1. Konstruktīvistu pieeja, 1. sējums. Apspriežas ar books.google.co.ve
5. Džeimss Čadviks. Apspriedies ar vietni es.wikipedia.org
6. Brauns, Endrjū (1997). Neitrons un bumba: sera Džeimsa Čadvika biogrāfija. Oxford University Press. Atgūts no amazon.co.uk
7. Džeimss Čadviks (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Atgūts no: britannica.com
8. Džeimss Čadviks (nd). Atgūts no: atomicheritage.org
9. Džeimss Čadviks (nd). Atgūts no: famousscientists.org
10. Džeimss Čadviks - biogrāfisks (2014). Nobel Media AB. Atgūts no nobelprize.org
11. Džeimss Čadviks: biogrāfija un atomu teorija (nd). Atgūts no: study.com
12. Fizikālās zinātnes principi (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Atgūts no: britannica.com
13. Wikipedia, bezmaksas enciklopēdija (2018). Neitrona atklāšana. Atgūts no: en.wikipedia.org.