Содержание

Резерфорд, Эрнест

Эрнест Резерфорд

Резерфорд Эрнест (1871-1937), английский физик, один из создателей учения о радиоактивности и строении атома, основатель научной школы, иностранный член-корреспондент РАН (1922) и почетный член АН СССР (1925). Директор Кавендишской лаборатории (с 1919). Открыл (1899) альфа- и бета-лучи и установил их природу. Создал (1903, совместно с Ф. Содди) теорию радиоактивности. Предложил (1911) планетарную модель атома. Осуществил (1919) первую искусственную ядерную реакцию. Предсказал (1921) существование нейтрона. Нобелевская премия (1908).


Английский физик

Резерфорд, Эрнест (Rutherford, Ernest) (1871–1937), английский физик. Родился 30 августа 1871 в Спринг-Гроуве (Новая Зеландия). Окончил Новозеландский университет в Крайстчёрче.

В 1895–1898 занимался исследованиями в Кавендишской лаборатории в Кембридже под руководством Дж.Томпсона. В 1898 стал профессором физики Макгильского университета в Монреале. В 1907 Резерфорд вернулся в Англию. В 1907–1919 – профессор физики Манчестерского университета, с 1919 – профессор Кембриджского университета и директор Кавендишской лаборатории, в 1920 – профессор физики Королевского института в Лондоне.

Исследования Резерфорда посвящены радиоактивности, атомной и ядерной физике. В 1899 он открыл a- и b-излучение, в 1900 ввел понятие периода полураспада. В 1903 Резерфорд вместе с Ф.Содди разработал теорию радиоактивного распада и установил закон радиоактивных превращений элементов, в 1911 предложил планетарную модель атома с массивным центральным ядром и обращающимися вокруг него электронами, установил распределение электрического заряда в атоме.

В 1919 первым осуществил искусственную ядерную реакцию, бомбардируя быстрыми a-частицами атомы азота. Это открытие почти 20 лет спустя привело к созданию атомной бомбы. В 1903 Резерфорд был избран членом Лондонского королевского общества, с 1925 по 1930 был его президентом. В 1908 был удостоен Нобелевской премии по химии, награжден «Орденом за заслуги». В 1931 Резерфорд стал пэром Англии, получив титул лорда Нельсона. Резерфорд создал большую школу физиков. У него учились П.Л.Капица, Ю.Б.Харитон, А.И.Лейпунский. Умер Резерфорд в Кембридже 19 октября 1937.

Использованы материалы энциклопедии «Мир вокруг нас»


Член палаты лордов

Эрнест Резерфорд родился 30 августа 1871 года вблизи города Нелсон (Новая Зеландия) в семье переселенца из Шотландии. Окончив школу в Хавелоке, он поступил в колледж провинции Нельсон в 1887 году. Через два года Эрнест сдал экзамен в Кентерберийский колледж — филиал Новозеландского университета в Крайчестере. В 1892 году Резерфорду была присуждена степень бакалавра гуманитарных наук. На следующий год он стал магистром гуманитарных наук, лучше всех сдав экзамены по математике и физике. Его магистерская работа касалась обнаружения высокочастотных радиоволн. В 1894 году появилась его первая печатная работа «Намагничение железа высокочастотными разрядами». В 1895 году Резерфорд приехал в Англию, где получил приглашение Дж.Дж. Томсона работать в Кембридже в лаборатории Кавендиша.

В 1896 году появляется совместная работа Томсона и Резерфорда «О прохождении электричества через газы, подвергнутые действию лучей Рентгена». В следующем году выходит в свет статья Резерфорда «Магнитный детектор электрических волн и некоторые его применения». В 1897 году появляется и его новая работа «Об электризации газов, подверженных действию рентгеновских лучей, и о поглощении рентгеновского излучения газами и парами».

Томсон и Резерфорд выдвинули предположение, что, когда рентгеновские лучи проходят через газ, они разрушают атомы этого газа, высвобождая одинаковое число положительно и отрицательно заряженных частиц. Эти частицы они назвали ионами. В 1898 году Резерфорд стал профессором Макгиллского университета в Монреале, где начал серию важных экспериментов, касающихся радиоактивного излучения элемента урана.

В Канаде совместно с Содди он открыл радиоактивный распад и его закон. Здесь им была написана книга «Радиоактивность».

В своей работе Резерфорд и Содди коснулись вопроса об энергии радиоактивных превращений. Подсчитывая энергию испускаемых радием к-частиц, они приходят к выводу, что «энергия радиоактивных превращений, по крайней мере, в 20 000 раз, а может, и в миллион раз превышает энергию любого молекулярного превращения». Эта огромная энергия, по их мнению, должна учитываться «при объяснении явлений космической физики». В частности, постоянство солнечной энергии можно объяснить тем, «что на Солнце идут процессы субатомного превращения».

24 мая 1907 года Резерфорд вернулся в Европу, в Манчестер.

В 1908 году Резерфорду была присуждена Нобелевская премия по химии. После получения Нобелевской премии Резерфорд занялся изучением явления, которое наблюдалось при бомбардировке пластинки тонкой золотой фольги альфа-частицами, излучаемыми таким радиоактивным элементом, как уран. В 1911 году Резерфорд предложил новую модель атома. Согласно его теории, положительно заряженные частицы сосредоточены в тяжелом центре атома, а отрицательно заряженные (электроны) находятся на орбите ядра, на довольно большом расстоянии от него. Эта модель, подобна крошечной модели Солнечной системы, подразумевает, что атомы состоят главным образом из пустого пространства.

Во время войны английское правительство назначило Резерфорда членом «адмиральского штаба изобретений и исследований» - организации, созданной для изыскания средств борьбы с подводными лодками противника. После войны он вернулся в манчестерскую лабораторию. В 1919 он году Резерфорду удалось провести искусственным путем первую реакцию превращения атомов. Бомбардируя атомы азота к-частицами, Резерфорд открыл, что при этом образуются атомы кислорода.

В 1919 году Резерфорд стал профессором экспериментальной физики и директором Кавендишской лаборатории. В 1921-м он занял должность профессора естественных наук в Королевском институте в Лондоне. В 1925 году ученый был награжден британским орденом «За заслуги». В 1930 году Резерфорд был назначен председателем правительственного консультативного совета Управления научных и промышленных исследований. В 1931 году он получил звание лорда и стал членом палаты лордов английского парламента.

Почти до конца жизни он отличался крепким здоровьем и умер в Кембридже 20 октября 1937 года после непродолжительной болезни.

Использованы материалы сайта http://100top.ru/encyclopedia/ 


Литература:

Резерфорд Э. Избранные научные труды. Радиоактивность. М., 1971

Резерфорд Э. Избранные научные труды. Строение атома и искусственное превращение элементов. М., 1972

Резерфорд – ученый и учитель. К 100-летию со дня рождения. Под ред. П.Л.Капицы. М., 1973

 

 

 

Эрнест резерфорд (1871-1937) — Документ

Эрнест Резерфорд

(1871-1937)

1. Краткая биографическая справка

2. Этапы жизненного пути, научная деятельность

3. Вклад в науку

4. Общественно-политическая деятельность

1. КРАТКАЯ БИОГРАФИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Резерфорд Эрнест (30.08.1871-19.10.1937) –английский физик, удостоенный в 1908 Нобелевской премии по химии за исследования по превращению элементов и химии радиоактивных веществ. Родился 30 августа 1871 в Спринг-Гроуве (Новая Зеландия).

В 1894 окончил университет в Крайстчёрче. В 1895–1898 занимался исследованиями в Кавендишской лаборатории в Кембридже под руководством Дж.Томпсона. В 1898 стал профессором физики Макгильского университета в Монреале. В 1907 вернулся в Англию. В 1907–1919 – профессор физики Манчестерского университета, с 1919 – профессор Кембриджского университета и директор Кавендишской лаборатории, в 1920 – профессор физики Королевской ассоциации в Лондоне. В каждой из трех областей науки, которыми занимался Резерфорд (радиоактивность, атомная и ядерная физика), он сделал фундаментальные открытия, заложившие основы учения о радиоактивности и строении атома. В 1899 он открыл - и -излучения, в 1900 ввел понятие периода полураспада. В 1903 вместе с Ф.Содди разработал теорию радиоактивного распада и установил закон превращений радиоактивных элементов. В том же году доказал, что -излучение – это поток положительно заряженных частиц. Какие именно это частицы – Резерфорд установил в 1909, после того как им совместно с Г.
Гейгером в 1908 был сконструирован прибор для регистрации отдельных заряженных частиц (прототип счетчика Гейгера): ими оказались дважды ионизированные атомы гелия. В 1906, изучая прохождение -частиц через вещество, открыл их рассеяние, в 1911 установил закон рассеяния -частиц на атомах различных элементов (формула Резерфорда). Эти эксперименты привели его к открытию в 1911 в атоме плотной «сердцевины» с положительным зарядом и к созданию новой модели строения атома – планетарной. В 1914 Резерфорд выдвинул идею об искусственном превращении атомных ядер, а в 1919 первым осуществил искусственную ядерную реакцию, бомбардируя быстрыми -частицами атомы азота и получив при этом кислород. В 1933 совместно с М.Олифантом экспериментально доказал справедливость взаимосвязи массы и энергии в ядерных реакциях, в 1934 провел ядерную реакцию синтеза дейтрона с образованием трития. В 1903 Резерфорд был избран членом Лондонского королевского общества, с 1925 по 1930 был его президентом. В 1908 был награжден «Орденом за заслуги», в 1931 стал пэром Англии, получив титул лорда Нельсона. Создал большую школу физиков, среди его учеников О.Ган, Г.Мозли, Дж.Червик, Д.Хевеши. У него учились известные советские физики П.Л.Капица, Ю.Б.Харитон и др. Резерфорд был членом всех академий наук мира, в том числе АН СССР (с 1925). Умер Резерфорд в Кембридже 19 октября 1937. Английский физик, основоположник ядерной физики, член Лондонского королевского общества (1903), президент в 1925-30. Родился в Спринг-Броуве (сейчас Брайтуотер) в Новой Зеландии. Окончил Кентерберийский колледж Новозеландского университета в Крайстчерче (1894). В 1895-98 работал в Кавендишской лаборатории под руководством Дж. Дж. Томпсона, в 1898-1907 — профессор Мак-Гиллского университета в Квебеке (Канада), в 1907-19 – профессор Манчестерского университета и директор физической лаборатории. С 1919 – профессор Кембриджского университета и директор Кавендишской лаборатории [24].

2. ЭТАПЫ ЖИЗНЕННОГО ПУТИ, НАУЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

На пути к физике.

Резерфорд родился 30 августа 1871 г. в деревне Брайтуотер, недалеко от г. Нельсон в Новой Зеландии. Он был одним из двенадцати детей мелкого фермера, выходца из Шотландии. Начальную школу он закончил с рекордным числом баллов — 580 из 600 возможных — и получил премию в 50 фунтов для продолжения образования. По окончании колледжа в 1890 году Резерфорд поступил в Кентерберийский университет (колледж), незадолго до этого основанный в городе Крайстчерче. В этом высшем учебном заведении, где в те годы занимались всего 150 студентов, которых обучали семь профессоров, Эрнест уже более серьёзно заинтересовался точными и естественными науками.

В Кентерберийском колледже Резерфорд участвовал в различных научных и естественно-политических дискуссиях, возникающих в среде студентов. … На первом же заседании общества он выступил с докладом, название которого «Эволюция элементов» в то время казалось более чем странным. Резерфорд высказал мысль о том, что все атомы представляют собой сложные образования, состоящие из одних и тех же элементарных частиц. Идею Резерфорда приняли неодобрительно, и он должен был извиниться перед обществом. В те годы подобное предположение могло показаться только чистейшей фантазией. Правильность своих воззрений он доказал только через двадцать лет.

[ 2, стр. 13-16].

Ещё в студенческие годы [Резерфорд] заинтересовался вопросами использования электромагнитных волн для беспроволочного телеграфа и построил магнитный детектор электромагнитных колебаний. За эти работы Резерфорд получил по окончании университета (1894) стипендию, на которую поехал в Англию для продолжения научной работы в Кавендишской лаборатории. [Большая советская энциклопедия. Т. 21/третье издание- М.: Советская энциклопедия, 1975, стр.582].

Новичок в Кембридже.

Провинциальный юноша с университетским дипломом после длительного путешествия из Новой Зеландии через Австралию в Англию в 1895 г. из Лондона по железной дороге приехал в Кембридж и разыскал трёхэтажное здание Кавендишской лаборатории, построенное в стиле английской готики[…]. Директором этой знаменитой лаборатории в то время был Джозеф Томсон, узнав о том, что Резерфорд уже проводил опыты с электромагнитными волнами, предложил ему на первых порах продолжить их. Молодой учёный незамедлительно приступил к исследованиям распространения электромагнитных волн с помощью изготовленного им приёмника и другой аппаратуры. Следствием этих опытов было то, что Резерфорду удалось в 1984 году установить радиосвязь между университетской обсерваторией и Кавендишской лабораторией на расстоянии около трёх километров. Однако, добившись таких интересных результатов, он оставил работу, так как, по его словам, практические стороны радиосвязи и, в частности, дальнейшее усовершенствование приёмно-передаточных устройств его не интересовали.

Сообщение об открытии Беккерелем радиоактивности произвело большой эффект в Кавендишской лаборатории, и Резерфорд решил немедленно заняться изучением этих загадочных урановых лучей.

Первоначальная задача сравнения свойств двух видов излучения – рентгеновского и уранового, — могла показаться более скромной, чем то, чего исследователь в действительности достиг. В результате этих работ были открыты альфа-частицы. Резерфорд поместил радиоактивный источник в магнитное поле и получил три вида излучений, испускаемых ураном: альфа-, бета-частицы и гамма-лучи.

Три года практических занятий Резерфорда в Кавендишской лаборатории под руководством Томсона отмечены талантливыми работами, самыми важными из которых были, конечно, исследования радиоактивности урана и тория.

В то время, кода Резерфорд работал в Кавендишской лаборатории, там царила, по выражению А. Ф. Иоффе, «атмосфера электронной модели Томпсона», и в таких условиях трудно было даже мечтать о создании другой модели атома, основанной на иных представлениях.

Вопрос о дальнейшей работе Резерфорда решился очень просто. Двадцатишестилетний новозеландец получил приглашение занять должность профессора физики в Мак-Гиллском университете в Монреале.

Атомы разрушаются.

До отъезда из Кембриджа Резерфорд ещё не думал, что атомы урана способны распадаться без каких-либо внешних причин. Элементы полоний и радий наряду с ураном и торием стали для Резерфорда объектами изучения в Мак-Гиллском университете, который после его приезда постепенно приобрёл славу «Мекки радиоактивности».

Резерфорд приступил к исполнению должности «макдональдовского профессора» с 1898/99 учебного года. Исследовательская кафедра Макдональда давала ему возможность, как это было заранее оговорено, основное время заниматься научно-исследовательской работой. Меньшая часть времени отводилась на чтение лекций студентам приезда и выполнение других педагогических обязанностей.

Сразу же после приезда Резерфорд продолжал свои исследования, начатые ещё в Англии, где он получил очень интересные и важные результаты относительно уранового излучения. Университетская лаборатория оказалась недостаточно приспособленной для научных исследований. Резерфорду пришлось самому строить приборы.

Резерфорд открыл, что торий выделяет газ с периодом полураспада 11.5 часа, который он назвал эманацией тория. Он также показал, что эманация тория образует твёрдое вещество – радиоактивный осадок, который, распыляясь на предметах, создаёт видимость «наведённой» радиоактивности (этот термин использовал Пьер Кюри, обнаружив, что вещества или предметы, помещённых поблизости от достаточно сильных радиевых излучателей, сами становятся активными). Эманация тория и позже открытая Резерфордом эманация радия послужили важным доказательством правильности гипотезы о том, что в результате альфа — распада происходит превращение одного элемента в другой; этому процессу присущи свои законы, но ход его самопроизволен и не связан с внешним воздействием.

В начале 1903 года Резерфорд, используя способность магнитных и электрических полей отклонять альфа–частицы, поставил важный опыт, целью которого было определить, какому из известных химических элементов соответствуют альфа–частицы. Для этого достаточно было бы определить массу частиц и сравнить её с массами атомов элементов периодической системы. Резерфорд определил отношение заряда альфа-частиц к их массе и предположил, что альфа-частицы представляют собой дважды ионизированные атомы гелия, т.е. атомы, потерявшие по два электрона.

Предположение Резерфорда о том, что радий образуется из урана, было очень скоро подтверждено Радиохимиком Б.Болтвудом, который доказал также, что радий и уран – члены одного радиоактивного семейства, или ряда.

Здесь, в Канаде, анализируя результаты своих опытов, а также изучая работы немногих учёных, занявшимися исследованиями в области радиоактивности, Резерфорд первый нашёл, что физические явления, связанные с радиоактивностью, сразу же объясняются, если предположить, что радиоактивность – это процесс распада вещества.

Разработанная более подробно Резерфордом с участием Содди схема радиоактивного распада убеждала в том, что атомы радиоактивных элементов в отличие от других атомов неустойчивы и самопроизвольно без вмешательства каких-либо внешних сил переходят в устойчивое состояние. Отсюда напрашивался вывод: в природе существует процесс превращения одних элементов в другие. Резерфорд любил называть науку о таких превращениях современной алхимией.

Резерфорд за несколько лет создал в Монреальском университет прекрасные условия для исследований в области радиоактивности, которые он и его сотрудники могли вести в достаточно хорошо оборудованных лабораториях – физической и химической, однако, несмотря на это, его не покидала мысль, в конце концов, вернуться в Англию и продолжать там работу.

Намерение Резерфорда перебраться в Англию осуществилось в 1907 году. Он навсегда покинул Монреаль, оставив здесь своих учеников, которые могли продолжать исследования радиоактивности.

Атом в Манчестере.

Профессор физики Манчестерского университета Артур Шустер, перед тем, как выйти в отставку, предложил на освобождаемую им должность пригласить Резерфорда. Совет университета единогласно избрал Резерфорда профессором кафедры физики и послал ему в Монреаль официальное приглашение, которое, конечно, было принято.

Физическая лаборатория, заведовать которой должен был Резерфорд, была основана в 1900 году. До приезда учёного там велись главным образом низкотемпературные (криогенные) исследования.

В 1909 году Резерфорд при участии молодого сотрудника из Германии Ганса Гейгера и новозеландца Ройдса произвёл серию опытов, которые с большей очевидностью подтвердили его утверждение, что альфа-частицы есть не что иное, как дважды ионизированные атомы гелия.

В 1908 году ему была присуждена Нобелевская премия. Учёному пришлось ненадолго отвлечься от своей работы и выехать в Стокгольм. Резерфорд с женой выехал в Швецию пароходом. По дороге они остановились в Копенгагене, где ещё незнакомый Резерфорду двадцатилетний физик Нильс Бор, недавно окончивший Копенгагенский университет, уже был награждён золотой медалью Датского Королевского общества за свою первую научную работу.

Вечером 10 декабря 1908 года после вручения премий в «Золотом зале» городской ратуши был устроен банкет в честь лауреатов. В нём приняли участие 800 человек и вся королевская семья. В своём тосте Резерфорд шутливо замечает: «Я имел дело со многими разнообразными превращениями с разными периодами, но самым быстрым из всех оказалось моё собственное превращение в один момент из физика в химика». Это был намёк на то, что Нобелевский комитет присудил Резерфорду Нобелевскую премию по химии. Учёные всё ещё проявляли неуверенность, они не знали к какой науке причислить радиоактивность: к химии или физике. Ведь кроме физиков ею продолжали активно заниматься знаменитые химики: Мари Кюри, Содди, Болтвуд, Ганн и другие.

О личном успехе Резерфорд нисколько не заботился, и хотя его избрали с надлежащими почестями членом канадского Королевского общества, Американского физического общества и Британской ассоциации содействия прогрессу, его главным, нисколько не ослабевающим интересом была работа, интенсивная и упорная, оставлявшая часто лишь несколько коротких часов для отдыха и сна.

Вернувшись из Швеции, Резерфорд вместе с Гейгером приступил к новым экспериментам, результаты которых произвели новый, и, пожалуй, один из самых значительных научных переворотов в физике первой половины XX столетия.

Об одном опыте с -частицами необходимо рассказать, поскольку это один из наиболее важных экспериментов в физике. Речь идёт о наблюдении рассеяния -частиц веществом, позволившем заключить, что атом содержит очень малое ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома,- концепция, совершенно отличная от модели атома Дж. Дж. Томпсона («пудинг с изюмом»). Согласно этой модели, атом состоит из положительно заряженного вещества, внутрь которого вкраплены электроны (возможно, они находятся в интенсивном движении), так что атом напоминает пудинг с изюмом. Томпсоновскую модель атома нельзя было непосредственно проверить, но в её пользу свидетельствовали всевозможные аналогии.

История этого эксперимента весьма интересна, ибо он, видимо, обязан случаю. Может показаться обидным, что Резерфорд, всегда планировавший свои эксперименты, сделал, может быть, самое важное своё открытие таким образом; впрочем, это нисколько не умаляет его славы. У Резерфорда, видимо, имелось в запасе немало «пустяковых» экспериментов, предназначенных для натаскивания новых аспирантов. Так, в 1909 году Марсдену, работавшему под руководством Гейгера (1882-1945), было предложено выяснить, могут ли -частицы отражаться от золотой фольги. В опыте использовался один из излюбленных методов Резерфорда – наблюдение флюоресценции экрана из сернистого цинка под действием -частиц. Если взять слабый источник излучения и микроскоп с небольшим увеличением, то наблюдатель, после того, как его глаза адаптируются к темноте, может отмечать отдельные вспышки света. Каждая вспышка означает попадание в экран одной -частицы.

Таким путём можно фиксировать одиночные атомные события, и Резерфорду, несомненно, нравилось, когда аспиранты сами наблюдали это явление и пользовались им.

Р езерфорд был абсолютно убеждён в том, что массивные -частицы должны испытывать лишь незначительные отклонения, проходя сквозь золотую фольгу. Он заметил, что быстродвижущиеся альфа-частицы способны проходить сквозь тонкую золотую фольгу (не оставляя видимых следов!), но при этом слегка отклоняются. Количество отклоняющихся на большие углы частиц увеличивалось с увеличением толщины пластинки. Возникло предположение, что атомы золота, твердые, непроницаемые, как «крошечные бильярдные шары» — как ранее считали ученые, — были мягкими внутри! Все выглядело так, будто меньшие и более твердые альфа-частицы могут проходить сквозь атомы золота как высокоскоростная пуля через желе [сайт People]. Но некоторые -частицы – примерно одна из 20 000, — как заметил Марсден, отклонялись на углы больше 90º. «Это было почти неправдоподобно,- говорил Резерфорд,- как если бы выстрелили 15-фунтовым снарядом в кусок папиросной бумаги и он отскочил бы обратно и поразил вас. ..» [/works/323/balitskay/rezerford.htm]. Марсден даже боялся рассказать об этом Резерфорду и тщательно удостоверился сначала в том, что в его опытах не было ошибки. Резерфорд почти не поверил в этот результат наблюдений, он воскликнул, что это самая неправдоподобная вещь в его жизни. Но в неправдоподобное пришлось поверить, и в 1911 году Резерфорд пришёл к убеждению, что результаты опытов по рассеянию -частиц золотой фольгой можно объяснить, только предположив, что -частицы проходят на весьма малом расстоянии от других положительно заряженных частиц с размерами много меньшими размеров атомов. Атом золота должен состоять из малого положительно заряженного ядра и окружающих его электронов. Это было рождением идеи об атомном ядре и новой отрасли физики – ядерной физики.

В новой, предложенной Резерфордом, модели атома ядро, представляющее собой маленькую массивную часть, расположено в центре системы, а вокруг него по орбитам вращаются лёгкие электроны.

Согласно модели атома Резерфорда атом представляет собой как бы миниатюрное подобие солнечной системы, в которой положительно заряженное ядро играет роль центрального светила, т. е. солнца, а электроны, несущие отрицательный заряд,- миниатюрные планеты, вращающиеся вокруг ядра под действием электрических сил кулоновского притяжения.

Однако в этой новой модели очень скоро обнаружились серьёзные недостатки. Особенно это относилось к исследованию явлений, происходящих на периферической области, т.е. там, где движутся электроны. Согласно единственной известной в те годы классической электродинамике Максвелла, электрон не мог бесконечно обращаться вокруг ядра, так как, вращаясь вокруг ядра, он должен был излучать энергию в виде периодически меняющегося электромагнитного поля и, в конце концов, упасть на ядро. Резерфорд не мог разрешить этого противоречия.

 Открытие Резерфорда также привело к появлению новой ветви науки: изучение атомного ядра. В этой области Резерфорду тоже было суждено стать пионером. В 1919 году он добился успеха при трансформировании ядер азота в ядра кислорода, обстреливая первые быстродвижущимися альфа-частицами. Это было достижение, о котором мечтали древние алхимики.

С созданием планетарной модели атома открылась возможность разделять физические и химические свойства вещества. Было установлено, что большей частью первые определяются ядром атома, а вторые зависят от распределения электронов, связанных с ядром, но расположенных на очень больших расстояниях от него по сравнению с размером самого ядра. [Кедров, Ф. Эрнест Резерфорд/ Предисл. Капицы.- М.: Атомиздат,1965г, стр.69]

Вскоре стало ясно, что ядерные трансформации могут быть источником энергии Солнца. Более того, трансформация атомных ядер является ключевым процессом в атомном оружии и на атомных электростанциях. Следовательно, открытие Резерфорда вызывает гораздо больший интерес, чем просто академический.

Нильс Бор приехал к Резерфорду в Манчестер осенью 1911 г., чтобы получить у него разрешение присоединиться к группе его сотрудников весной 1912 г. после Копенгагенского университета.

Бор применил идею о непрерывности к модели атома Резерфорда, сделав допущение, что атом может пребывать сколь угодно долго в совершенно определённых состояниях, характеризующихся своими орбитами электронов. Теория Бора объясняла стабильность атома Резерфорда с помощью рабочей гипотезы, однако она не могла рассматриваться как последовательная физическая теория. Понадобилось ещё 10 лет, чтобы познать законы, согласно которым построена электронная оболочка атома.

В 1919 г. Резерфорд стал руководителем Кавендишской лаборатории в Кембридже и был им до конца жизни. Его научная деятельность была целиком посвящена изучению свойств атомных ядер и реакциям между ними. Резерфорд предсказал существование нейтрона, осуществил первые искусственные превращения элементов. 

Резерфорд был не только великим ученым, но и великим учителем. Среди его учеников были всемирно известные учёные: Н.Бор, Г.Гейгер, Дж.Кокрофт, П.Блэкетт, Дж.Чедвик, П. Л.Капица, Ю.Б.Харитон, Д.Хевеши, А.И.Лейпунский, К.Д.Синельников, Г.Мозли, М.Олифант и многие другие, в числе которых 12 нобелевских лауреатов [Манолов К., Тютюнник В. Биография атома. Атом – от Кембриджа до Хиросимы. Переработанный пер. с болг. – М.: Мир, 1984.-246 с., ил., стр.186]. Он особенно ценил в учениках инициативу, смелость и оригинальность мышления. Как вспоминал один из его любимых учеников, Петр Леонидович Капица, Резерфорд не позволял работать в лаборатории позднее 6 вечера, а по выходным дням работать совсем. Он говорил: «Совершенно достаточно работать до 6 часов, остальное время вам надо думать. Плохи люди, которые слишком много работают и слишком мало думают».  

Личность Резерфорда постоянно поражала всех, кто с ним встречался. Он был крупным человеком с громким голосом, беспредельной энергией и заметным недостатком скромности. Когда коллеги отмечали сверхъестественную способность Резерфорда всегда находиться «на гребне волны» научных исследований, он сразу отвечал: «А почему бы и нет? Ведь это я вызвал волну, не так ли?» Немногие ученые стали бы возражать против этого утверждения [ http://www. peoples.ru/science/physics/rutherford/index.html].

Благополучный брак Резерфорда был омрачен смертью в младенчестве единственной дочери.

В 1931 г. он был удостоен баронского титула. Резерфорд послал своей матери в Новую Зеландию телеграмму: «То, что я лорд Резерфорд, – больше твоя заслуга, чем моя. Твой сын Эрнест».  Резерфорд прожил плодотворную интересную жизнь. Он был удостоен множества наград всего мира, но, может быть, самое большое удовольствие ему доставило бы высказывание давнего друга: «Резерфорд за всю жизнь не создал себе ни одного врага и не потерял ни одного друга». Он был поистине великий ученый и великий человек. [/works/323/balitskay/rezerford.htm]

“Жизнь Резерфорда,- писал работавший у него в Англии академик Ю.Б. Харитон,- представляет собой почти непрерывную цепь блестящих открытий. Не случайно его ученик Чедвик считает, что самым значительным периодом научной деятельности Резерфорда был Манчестерский период, т. е. 1908-1914 гг., а его учитель Томсон. Примерно в таких же выражениях, пишет о Канадском периоде, т.е. 1899-1907 гг. Каждый из периодов деятельности Резерфорда действительно представляет огромную объективную ценность, и только субъективно можно дать предпочтение одному периоду перед другим”. [Кедров, Ф. Эрнест Резерфорд/ Предисл. Капицы.- М.: Атомиздат,1965, стр.104].

3. ВКЛАД В НАУКУ

  1. Резерфорд заложил основы совремнного учения о радиоактивности и теории строения атома:

  1. Предсказал существование трансурановых элементов;

  1. В 1908 вместе с Г. Гейгером сконструировал прибор для регистрации отдельных заряженных частиц (счётчик Гейгера) и с его помощью окончательно доказал (1909), что альфа-частицы являются дважды ионизированными атомами гелия;

  • в 1911 установил закон рассеяния альфа-частиц атомами различных элементов (фомула Резерфорда), что привело его в 1911 к открытию в атоме ядра плотного образования диаметром около 10-12 см, заряженног положительно, и созданию новой модели атома – планетарной (модель атома Резерфорда).

  1. Выдвинул идею об искусственном превращении атомных ядер (1914), предсказал внутреннюю конверсию;

  • в 1914 совместно с Э. Андраде доказал идентичность рентгеновских спектров изотопов, чем окончательно подтвердил равенство порядковых номеров у изотопов данного элемента;

  • наблюдал дифракцию гамма-лучей на кристалле, доказав их электромагнитную природу;

  • в 1919 осуществил первую искусственную ядерную реакцию, превратив азот в кислород, заложив тем самым основы современной физики ядра;

  • открыл протон;

  • в 1920 предсказал существование нейтрона и дейтрона;

  • с М. Олифантом экспериментально доказал (1933) сраведливость закона взаимосвязи массы и энергии в ядерных реакциях;

  • в 1934 осуществил реакцию синтеза дейтрнов с образованием трития.

4. ОБЩЕСТВЕННО-ПОЛИТИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

В 1894 г. Резерфорду была присуждена степень бакалавра естественных наук. В Кентербери-колледже существовала традиция: любой студент, получивший степень магистра гуманитарных наук и оставшийся в колледже, должен был провести дальнейшие исследования и получить степень бакалавра естественных наук. Затем Резерфорд в течение недолгого времени преподавал в одной из мужских школ Крайстчерча. Благодаря своим необыкновенным способностям к науке Резерфорд был удостоен стипендии Кембриджского университета в Англии, где он занимался в Кавендишской лаборатории, одном из ведущих мировых центров научных исследований.

В 1898 г. Резерфорд принял место профессора Макгиллского университета в Монреале (Канада), где начал серию важных экспериментов, касающихся радиоактивного излучения элемента урана.

В 1908 г. Резурфорду была присуждена Нобелевская премия по химии «за проведенные им исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ».

Широкое признание теорий Резерфорда началось с 1913 г., когда к работе ученого в Манчестерском университете подключился датский физик Нильс Бор.

Когда разразилась первая мировая война, Резерфорд был назначен членом гражданского комитета Управления изобретений и исследований британского Адмиралтейства и изучал проблему определения местонахождения подводных лодок с помощью акустики. После войны он вернулся в манчестерскую лабораторию.

В 1919 г. Резерфорд перешел в Кембриджский университет, став преемником Томсона в качестве профессора экспериментальной физики и директора Кавендишской лаборатории, а в 1921 занял должность профессора естественных наук в Королевском институте в Лондоне. В 1930 г. Резерфорд был назначен председателем правительственного консультативного совета Управления научных и промышленных исследований. Находясь на вершине своей карьеры, ученый привлекал к работе в своей лаборатории в Кембридже много талантливых молодых физиков, в т. ч. П.М. Блэкетта, Джона Кокрофта, Джеймса Чедвика и Эрнеста Уолтона. Несмотря на то, что у самого Резерфорда оставалось из-за этого меньше времени на активную исследовательскую работу, его глубокая заинтересованность в проводимых исследованиях и четкое руководство помогали поддерживать высокий уровень работ, осуществляемых в его лаборатории. Ученики и коллеги вспоминали об ученом как о милом, добром человеке. Наряду с присущим ему как теоретику даром предвидения Резерфорд обладал практической жилкой. Именно благодаря ней он был всегда точен в объяснении наблюдаемых явлений, какими бы необычными они на первый взгляд ни казались.

Обеспокоенный политикой, проводимой нацистским правительством Адольфа Гитлера, Резерфорд в 1933 г. стал президентом Академического совета помощи, который был создан для оказания содействия тем, кто бежал из Германии.

В 1900 г., во время краткой поездки в Новую Зеландию, Резерфорд женился на Мэри Ньютон, которая родила ему дочь. Почти до конца жизни он отличался крепким здоровьем и умер в Кембридже в 1937 г. после непродолжительной болезни. Резерфорд похоронен в Вестминстерском аббатстве неподалеку от могил Исаака Ньютона и Чарльза Дарвина.

В числе полученных Резерфордом наград медаль Румфорда (1904) и медаль Копли (1922) Лондонского королевского общества, а также британский орден «За заслуги» (1925). В 1931 г. ученому был пожалован титул пэра. Резерфорд был удостоен почетных степеней Новозеландского, Кембриджского, Висконсинского, Пенсильванского и Макгиллского университетов. Он являлся членом-корреспондентом Геттингенского королевского общества, а также членом Новозеландского философского института, Американского философского общества. Академии наук Сент-Луи, Лондонского королевского общества и Британской ассоциации содействия развитию науки.

[РЕЗЕРФОРД (Rutherford), Эрнест. Лауреаты Нобелевской премии. Наука и техника http://nt. ru/nl/hm/rutherford.htm]

Эрнест резерфорд что открыл. Резерфорд открывает атомное ядро. Переезд в Манчестер и получение Нобелевской премии

Эрнест Резерфорд родился 30 августа 1871 года в Брайтуотере, живописном местечке Новой Зеландии. Он был четвертым ребенком в семье выходцев из Шотландии Джеймса Резерфорда и Марты Томсон, и из двенадцати детей он оказался наиболее одаренным. Эрнест блестяще закончил начальную школу, получив 580 баллов из 600 возможных и премию в 50 фунтов стерлингов для продолжения образования.
В колледже в Нельсоне, где Эрнеста Резерфорда приняли в пятый класс, учителя обратили внимание на его исключительные математические способности. Но математиком Эрнест не стал. Не стал он и гуманитарием, хотя проявлял недюжинные способности к языкам и литературе. Судьбе угодно было распорядиться, чтобы Эрнест увлёкся естественными науками — физикой и химией.
После окончания колледжа Резерфорд поступил в Кентерберийский университет, и уже на втором курсе он выступил с докладом «Эволюция элементов», в котором высказал предположение, что химические элементы представляют собой сложные системы, состоящие из одних и тех же элементарных частиц. Студенческий доклад Эрнеста не был должным образом оценён в университете, однако его экспериментальные работы, например, создание приёмника электромагнитных волн, удивили даже крупных учёных. Спустя всего несколько месяцев ему была присуждена «стипендия 1851 года», которой отмечались самые талантливые выпускники провинциальных английских университетов.
После этого Резерфорд в течение трёх лет работал в Кембридже, в Кавендишской лаборатории, под руководством известного физика Джозефа-Джона Томсона. В 1898 г. он начал изучать радиоактивность. Первое же фундаментальное открытие Резерфорда в этой области — обнаружение неоднородности излучения, испускаемого ураном — сделало его имя известным в научном мире; благодаря ему в науку вошло понятие об альфа- и бета-излучении.
В том же году 26-летнего Резерфорда пригласили в Монреаль в качестве профессора Мак-Гиллского университета — лучшего в Канаде. Этот университет получил название по имени своего основателя — переселенца из Шотландии, которому под конец жизни удалось разбогатеть. Перед отъездом Резерфорда в Канаду Дж. Томсон вручил ему рекомендательное письмо, где было написано: «В моей лаборатории ещё никогда не было молодого учёного с таким энтузиазмом и способностями к оригинальным исследованиям, как господин Резерфорд, и я уверен, что, если он будет избран, то создаст выдающуюся школу физиков в Монреале…». Предсказание Томсона сбылось. Резерфорд проработал в Канаде 10 лет и действительно создал там научную школу.
В 1903 г. 32-летний ученый был избран членом Лондонского Королевского общества — британской Академии наук.
В 1907 г. Резерфорд вместе с семьей переезжает из Канады в Англию, чтобы занять должность профессора кафедры физики Манчестерского университета. Сразу же после приезда Резерфорд занялся экспериментальными исследованиями радиоактивности. Вместе с ним работал его помощник и ученик, немецкий физик Ханс Гейгер (1882-1945), разработавший ионизационный метод измерения интенсивности излучения — широко известный счетчик Гейгера. Резерфорд произвел серию опытов, подтвердивших, что альфа-частицы представляют собой дважды ионизованные атомы гелия. Вместе с другим своим учеником, Эрнестом Марсденом (1889-1970), он исследовал особенности прохождения альфа-частиц через тонкие металлические пластинки. На основании этих опытов ученый предложил планетарную модель атома: в центре атома — ядро, вокруг которого вращаются электроны. Резерфорд предсказал открытие нейтрона, возможность расщепления атомных ядер легких элементов и искусственных ядерных превращений.
В течение 18 лет — с 1919 года и до конца своей жизни — Резерфорд возглавлял основанную в 1874 году Кавендишскую лабораторию. До него ею руководили великие английские физики Максвелл, Релей и Томсон. Резерфорд не дожил всего нескольких лет до того, как немецкие физики Отто Ган (1879-1968) и Лизе Майтнер (Мейтнер) (1878-1968) открыли деление урана.
По словам Патрика Блэкетта, одного из ближайших сотрудников Резерфорда, это открытие «в известном смысле явилось последним из великих открытий в ядерной физике, отличающейся от физики элементарных частиц. Резерфорд не дожил до кульминационного пункта развития направления, которое фактически было областью его научной деятельности «.

Резерфорд Эрнест
Родился: 30 августа 1871 года.
Умер: 19 октября 1937 года.

Сэр Эрнест Резерфорд (англ. Ernest Rutherford; 30 августа 1871, Спринг Грув, Новая Зеландия — 19 октября 1937, Кембридж) — британский физик новозеландского происхождения.

Известен как «отец» ядерной физики. Лауреат Нобелевской премии по химии 1908 года.

В 1911 году своим знаменитым опытом рассеяния α-частиц доказал существование в атомах положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов вокруг него. На основе результатов опыта создал планетарную модель атома.

Резерфорд родился в Новой Зеландии в небольшом посёлке Спринг-Грув (англ. Spring Grove), расположенном на севере Южного острова близ города Нельсона, в семье фермера, выращивавшего лён. Отец — Джеймс Резерфорд, иммигрировал из г. Перт (Шотландия). Мать — Марта Томпсон, родом из Хорнчёрча, графство Эссекс, Англия. В это время другие шотландцы эмигрировали в Квебек (Канада), но семье Резерфорд не повезло и бесплатный билет на пароход правительство предоставило до Новой Зеландии, а не до Канады.

Эрнест был четвёртым ребёнком в семье из двенадцати детей. Имел удивительную память, богатырское здоровье и силу. С отличием окончил начальную школу, получив 580 баллов из 600 возможных и премию в 50 фунтов стерлингов для продолжения учёбы в колледже Нельсона. Очередная стипендия позволила ему продолжить обучение в Кентербери-колледже в Крайстчерче (ныне Новозеландский университет). В те времена это был маленький университет со 150 студентами и всего 7 профессорами. Резерфорд увлекается наукой и с первого дня начинает исследовательскую работу.

Его магистерская работа, написанная в 1892 году, называлась «Магнетизация железа при высокочастотных разрядах». Работа касалась обнаружения высокочастотных радиоволн, существование которых было доказано в 1888 году немецким физиком Генрихом Герцем. Резерфордом был придуман и изготовлен прибор — магнитный детектор, один из первых приёмников электромагнитных волн.

Закончив университет в 1894 году, Резерфорд в течение года был преподавателем в средней школе. Наиболее одарённым молодым подданным британской короны, проживавшим в колониях, один раз в два года предоставлялась особая Стипендия имени Всемирной выставки 1851 года — 150 фунтов в год, дававшая возможность поехать для дальнейшего продвижения в науке в Англию. В 1895 году Резерфорд был удостоен этой стипендии, так как тот, кто её сначала получил — Маккларен, отказался от неё. Осенью того же года, заняв деньги на билет на пароход до Великобритании, Резерфорд прибывает в Англию в Кавендишскую лабораторию Кембриджского университета и становится первым докторантом её директора Джозефа Джона Томсона. 1895 год был первым годом, когда (по инициативе Дж. Дж. Томсона) студенты, закончившие другие университеты, могли продолжать научную работу в лабораториях Кембриджа. Вместе с Резерфордом этой возможностью воспользовались, записавшись в Кавендишскую лабораторию, Джон Мак-Леннан, Джон Таунсенд и Поль Ланжевен. С Ланжевеном Резерфорд работал в одной комнате и подружился с ним, эта дружба продолжалась до конца их жизни.

В том же 1895 году была заключена помолвка с Мэри Джорджиной Ньютон (1876-1945) — дочерью хозяйки пансиона, в котором жил Резерфорд. (Свадьба состоялась в 1900 году, 30 марта 1901 года у них родилась дочь — Эйлин Мэри (1901-1930), впоследствии жена Ральфа Фаулера, известного астрофизика.)

Резерфорд планировал заниматься детектором радиоволн или волн Герца, сдать экзамены по физике и получить степень магистра. Но в следующем году оказалось, что государственная почта Великобритании выделила деньги Маркони на эту же самую работу и отказалась её финансировать в Кавендишской лаборатории. Так как стипендии не хватало даже на еду, Резерфорд вынужден был начать работать репетитором и ассистентом у Дж. Дж. Томсона по теме изучения процесса ионизации газов под действием рентгеновских лучей. Вместе с Дж. Дж. Томсоном Резерфорд открывает явление насыщения тока при ионизации газа.

В 1898 году Резерфорд открывает альфа- и бета-лучи. Спустя год Поль Вийяр открыл гамма-излучение (название этого типа ионизирующего излучения, как и первых двух, предложено Резерфордом).

С лета 1898 года учёный делает первые шаги в исследовании только что открытого явления радиоактивности урана и тория. Осенью Резерфорд по предложению Томсона, преодолев конкурс в 5 человек, занимает должность профессора университета Макгилла в Монреале (Канада) с окладом 500 фунтов стерлингов или 2500 канадских долларов в год. В этом университете Резерфорд плодотворно сотрудничает с Фредериком Содди , в то время младшим лаборантом химического факультета, впоследствии (как и Резерфорд) нобелевским лауреатом по химии (1921 г.). В 1903 году Резерфорд и Содди выдвинули и доказали революционную идею о преобразовании элементов в процессе радиоактивного распада. В 1905 г. в сентябре на год в Монреаль в лабораторию к Резерфорду приехал учиться Отто Ган , будущий нобелевский лауреат по химии из Германии.

Получив широкую известность благодаря своим работам в области радиоактивности, Резерфорд становится востребованным учёным и получает многочисленные предложения работы в научно-исследовательских центрах различных стран мира. Весной 1907 года он покидает Канаду и начинает профессорскую деятельность в университете Виктории (ныне — Манчестерский университет) в Манчестере (Англия), где его зарплата стала выше примерно в 2,5 раза.

В 1908 году Резерфорду была присуждена Нобелевская премия по химии «за проведённые им исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ».

Важным и радостным событием в жизни стало избрание учёного членом Лондонского Королевского общества в 1903 году, а с 1925 по 1930 года он занимал пост его президента. В 1931-1933 годах Резерфорд был президентом Института Физики.

В 1914 году Резерфорд удостоен дворянского титула и становится «сэром Эрнстом». 12 февраля в Букингемском дворце король посвятил его в рыцари: он был облачён в придворный мундир и препоясан мечом.

Свой геральдический герб, утверждённый в 1931 году, пэр Англии барон Резерфорд Нельсон (так стал зваться великий физик после возведения в дворянское звание) увенчал птицей киви, символом Новой Зеландии. Рисунок герба — изображение экспоненты — кривой, характеризующей монотонный процесс убывания со временем числа радиоактивных атомов.

Эрнест Резерфорд скончался 19 октября 1937 года через четыре дня после срочной операции по поводу неожиданного заболевания — ущемления грыжи — в возрасте 66 лет (хотя его родители прожили до 90 лет). Он был похоронен в Вестминстерском аббатстве, рядом с могилами Ньютона, Дарвина и Фарадея..

Научная деятельность

Согласно воспоминаниям П. Л. Капицы, Резерфорд был ярким представителем английской экспериментальной школы в физике, которая характерна стремлением разобраться в сути физического явления и проверить, может ли оно быть объяснено существующими теориями (в отличие от «немецкой» школы экспериментаторов, которая исходит из существующих теорий и стремится проверить их опытом). Он мало пользовался формулами и мало прибегал к математике, но был гениальным экспериментатором, напоминая в этом отношении Фарадея. Отмечаемым Капицей важным качеством Резерфорда как экспериментатора была его наблюдательность. В частности, благодаря ей он открыл эманацию тория, заметив различия в показаниях электроскопа, измерявшего ионизацию, при открытой и закрытой дверце в приборе, перекрывавшей поток воздуха. Другой пример — открытие Резерфордом искусственной трансмутации элементов, когда облучение ядер азота в воздухе альфа-частицами сопровождалось появлением высокоэнергичных частиц (протонов), имевших больший пробег, но очень редких.

1904 год — «Радиоактивность».

1905 год — «Радиоактивные превращения».

1930 год — «Излучения радиоактивных веществ» (в соавторстве с Дж. Чедвиком и Ч. Эллисом).

12 учеников Резерфорда стали лауреатами Нобелевской премии по физике и химии. Один из наиболее талантливых учеников Генри Мозли, экспериментально показавший физический смысл Периодического закона, погиб в 1915 году на Галлиполи в ходе Дарданелльской операции. В Монреале Резерфорд работал с Ф. Содди, О. Ханом; в Манчестере — с Г. Гейгером (в частности, помог тому разработать счётчик для автоматического подсчёта числа ионизирующих частиц), в Кембридже — с Н. Бором, П. Капицей и многими другими знаменитыми в будущем учёными.

Изучение явления радиоактивности

После открытия радиоактивных элементов началось активное изучение физической природы их излучения. Резерфорду удалось обнаружить сложный состав радиоактивного излучения.

Опыт состоял в следующем. Радиоактивный препарат помещали на дно узкого канала свинцового цилиндра, напротив помещалась фотопластинка. На выходившее из канала излучение действовало магнитное поле. При этом вся установка находилась в вакууме.

В магнитном поле пучок распадался на три части. Две составляющие первичного излучения отклонялись в противоположные стороны, что указывало на наличие у них зарядов противоположных знаков. Третья составляющая сохраняла прямолинейность распространения. Излучение, обладающее положительным зарядом, получило название альфа-лучи, отрицательным — бета-лучи, нейтральным — гамма-лучи.

Изучая природу альфа-излучения, Резерфорд провёл следующий эксперимент. На пути альфа-частиц он поместил счётчик Гейгера , который измерял число испускающихся частиц за определённое время. После этого при помощи электрометра он измерил заряд частиц, испущенных за это же время. Зная суммарный заряд альфа-частиц и их количество, Резерфорд рассчитал заряд одной такой частицы. Он оказался равен двум элементарным.

По отклонению частиц в магнитом поле он определил отношение её заряда к массе. Оказалось, что на один элементарный заряд приходятся две атомные единицы массы.

Таким образом, было установлено, что при заряде, равном двум элементарным, альфа-частица имеет четыре атомные единицы массы. Из этого следует, что альфа-излучение — это поток ядер гелия.

В 1920 году Резерфорд высказал предположение, что должна существовать частица массой, равной массе протона, но не имеющая электрического заряда — нейтрон. Однако обнаружить такую частицу ему не удалось. Её существование было экспериментально доказано Джеймсом Чедвиком в 1932 году.

Кроме того, Резерфорд уточнил на 30 % отношение заряда электрона к его массе.

Радиоактивные превращения

На основе свойств радиоактивного тория Резерфорд открыл и объяснил радиоактивное превращение химических элементов. Учёный обнаружил, что активность тория в закрытой ампуле остаётся неизменной, но если препарат обдувать даже очень слабым потоком воздуха, его активность значительно уменьшается. Было высказано предположение о том, что одновременно с альфа-частицами торий испускает радиоактивный газ.

Результаты совместной работы Резерфорда и его коллеги Фредерика Содди были опубликовали в 1902-1903 годах в ряде статей в «Philosophical Magazine». В этих статьях, проанализировав полученные результаты, авторы пришли к выводу о возможности превращения одних химических элементов в другие.

В результате атомного превращения образуется вещество совершенно нового вида, полностью отличное по своим физическим и химическим свойствам от первоначального вещества — Э. Резерфорд, Ф. Содди

В те времена господствовала идея о неизменности и неделимости атома, другие выдающиеся учёные, наблюдая аналогичные явления, объясняли их присутствием «новых» элементов в исходном веществе с самого начала. Однако время показало ошибочность подобных представлений. Последующие работы физиков и химиков показали, в каких случаях одни элементы могут превращаться в другие и какие законы природы управляют этими превращениями.

Закон радиоактивного распада

Выкачивая воздух из сосуда с торием, Резерфорд выделил эманацию тория (газ, известный сейчас как торон или радон-220, один из изотопов радона) и исследовал её ионизирующую способность. Было выяснено, что активность этого газа каждую минуту убывает вдвое.

Изучая зависимость активности радиоактивных веществ от времени, учёный открыл закон радиоактивного распада.

Поскольку ядра атомов химических элементов достаточно устойчивы, Резерфорд предположил, что для их преобразования или разрушения нужна очень большая энергия. Первое ядро, подвергнутое искусственному преобразованию — ядро атома азота. Бомбардируя азот альфа-частицами с большой энергией, Резерфорд обнаружил появление протонов — ядер атома водорода.

Эксперимент Гейгера — Марсдена с золотой фольгой

Резерфорд — один из немногих лауреатов Нобелевской премии, кто сделал свою самую известную работу после её получения. Совместно с Гансом Гейгером и Эрнстом Марсденом в 1909 году, он провёл эксперимент, который продемонстрировал существование ядра в атоме. Резерфорд попросил Гейгера и Марсдена в этом эксперименте искать альфа-частицы с очень большими углами отклонения, что не ожидалось от модели атома Томсона в то время. Такие отклонения, хотя и редкие, были найдены, и вероятность отклонения оказалась гладкой, хотя и быстро убывающей функцией угла отклонения.

Позднее Резерфорд признался, что когда предложил своим ученикам провести эксперимент по рассеиванию альфа-частиц на бо́льшие углы, он сам не верил в положительный результат.

Это было почти столь же невероятно, как если бы вы стреляли 15-дюймовым снарядом в кусок тонкой бумаги, а снаряд возвратился бы к вам и нанёс удар.
— Эрнест Резерфорд

Резерфорд смог интерпретировать полученные в результате эксперимента данные, что привело его к разработке планетарной модели атома в 1911 году. Согласно этой модели атом состоит из очень маленького положительно заряженного ядра, содержащего большую часть массы атома, и обращающихся вокруг него лёгких электронов.

За добрый нрав Капицa прозвал Резерфорда «Крокодилом». В 1931 году «Крокодил» выхлопотал 15 тысяч фунтов стерлингов на постройку и оборудование специального здания лаборатории для Капицы. В феврале 1933 года в Кембридже состоялось торжественное открытие лаборатории. На торцевой стене 2- этажного здания был высечен по камню огромный, во всю стену крокодил. Его по заказу Капицы сделал известный скульптор Эрик Гилл. Резерфорд сам объяснил, что это он. Входную дверь открыли позолоченным ключом в форме крокодила.

По словам Ива, Капица так объяснял придуманное им прозвище: «Это животное никогда не поворачивает назад и потому может символизировать Резерфордовскую проницательность и его стремительное продвижение вперед». Капица добавлял, что «в России на Крокодила смотрят со смесью ужаса и восхищения».

Э. Резерфорд, открывший ядро атома, негативно отзывался о перспективах ядерной энергетики: «Каждый, кто надеется, что преобразования атомных ядер станут источником энергии, исповедует вздор» Когда Пётр Капица приехал работать в Кембридж к Резерфорду, то он ему сказал, что штат лаборатории уже укомплектован. Тогда Капица спросил: — Какую допустимую погрешность вы допускаете в экспериментах? — Обычно около 3 % — А сколько человек работает в лаборатории? — 30 — Тогда 1 человек составляет примерно 3 % от 30 Резерфорд рассмеялся и принял Капицу в качестве «допустимой погрешности». В действительности же Капицу взяли в лабораторию благодаря рекомендации физика Иоффе[источник не указан 1272 дня]. Получив в 1908 году известие о присуждении ему Нобелевской премии по химии, Резерфорд заявил: «Вся наука — или физика, или коллекционирование марок» (All science is either physics or stamp collecting)

Память

Резерфорд является одним из самых уважаемых в мире ученых. В 1914 году Георг V посвятил Резерфорда в рыцари, в качестве рыцаря-бакалавра. В 1925 году принял его в члены Ордена Заслуг, а в 1931 году назначил Резерфорда бароном.

В честь Эрнеста Резерфорда названы:
химический элемент номер 104 в периодической системе — Резерфордий, впервые синтезированный в 1964 году и получивший данное название в 1997 (до этого носил название «Курчатовий»).
лаборатория Резерфорда — Эплтона, одна из национальных лабораторий Великобритании, открытая в 1957 году.
астероид (1249) Резерфордия.
кратер на обратной стороне Луны.
Медаль и премия Резерфорда Института физики (Великобритания).
Медаль Резерфорда.

Английский физик, первым осуществил искусственное превращение элементов. Характерно его высказывание в 1933 году: «Каждый, кто надеется, что преобразования атомных ядер станут источником энергии, исповедует вздор». Историки науки считают, что это — единственная крупная ошибка учёного…

Эрнст Резерфорд — лауреат Нобелевской премии по химии за 1908 год «за проведённые исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ». Он был членом всех Академий наук мира.

Эрнест Резерфорд родился в Новой Зеландии, но как учёный состоялся в Великобритании.

«Среди любимых поговорок Эрнста Резерфорда была такая: «Хорош тот экспериментатор, чьи результаты бесят теоретиков!» Сам Резерфорд был очень хорош в этом смысле. Сперва он ухитрился превратить один атом в другой. Потом он обнаружил атомы с разной массой, но одинаковыми химическими свойствами — Изотопы. Наконец, Резерфорд обнаружил, что большая часть объёма атома — пустая; только в центре присутствует заряженное ядро огромной плотности».

Смирнов С.Г., Лекции по истории науки, М., Изд-во МЦНМО, 2012 г., с.118.

«Одно из первых открытий Резерфорда заключалось в том, что радиоактивное излучение урана состоит из двух различных компонентов, которые учёный назвал альфа- и бета-лучи. Позже он продемонстрировал природу каждого компонента (они состоят из быстродвижущихся частиц) и показал, что существует ещё и третий компонент, который назвал гамма-лучами. Важная черта радиоактивности — это связанная с ней энергия. Беккерель, супруги Кюри и множество других ученых считали энергию внешним источником. Но Резерфорд доказал, что данная энергия — которая намного мощнее, чем освобождаемая при химических реакциях, — исходит изнутри отдельных атомов урана! Этим он положил начало важной концепции атомной энергии. Учёные всегда предполагали, будто отдельные атомы неделимы и неизменяемы. Но Резерфорд (с помощью очень талантливого молодого помощника Фредерика Содди ) смог показать, что когда атом испускает альфа- или бета-лучи, он преобразуется в атом иного сорта. Сначала химики не могли в это поверить. Однако Резерфорд и Содди провели целую серию экспериментов с радиоактивным распадом и трансформировали уран в свинец.

Также Резерфорд измерил скорость распада и сформулировал важную концепцию «полураспада». Это вскоре привело к технике радиоактивного исчисления, которое стало одним из важнейших научных инструментов и нашло широкое применение в геологии, археологии, астрономии и во многих других областях. Эта ошеломляющая серия открытий принесла Резерфорду в 1908 году Нобелевскую премию (позже Нобелевскую премию получил и Содди ), но его величайшее достижение было ещё впереди. Он заметил, что быстродвижущиеся альфа-частицы способны проходить сквозь тонкую золотую фольгу (не оставляя видимых следов!), но при этом слегка отклоняются. Возникло предположение, что атомы золота, твёрдые, непроницаемые, как «крошечные бильярдные шары» — как ранее считали учёные, — были мягкими внутри! Всё выглядело так, будто меньшие и более твердые альфа-частицы могут проходить сквозь атомы золота как высокоскоростная пуля через желе.

Но Резерфорд (работая с Гейгером и Марсденом , своими двумя молодыми помощниками) обнаружил, что некоторые альфа-частицы, проходя сквозь золотую фольгу, отклоняются очень сильно. Фактически некоторые вообще отлетают назад! Почувствовав, что за этим кроется нечто важное, учёный тщательно посчитал количество частиц, полетевших в каждом направлении. Затем путём сложного, но вполне убедительного математического анализа он показал единственный путь, которым можно было объяснить результаты экспериментов: атом золота состоял почти полностью из пустого пространства, а практически вся атомная масса была сконцентрирована в центре, в маленьком «ядре» атома!

Одним ударом труд Резерфорда навсегда потряс наше привычное видение мира. Если даже кусок металла — кажущийся самым твёрдым из всех предметов — являлся в основном пустым пространством, значит, всё, что мы считали вещественным, вдруг развалилось на крошечные песчинки, бегающие в необъятной пустоте! Открытие Резерфордом атомных ядер является основой всех современных теорий строения атома. Когда Нильс Бор через два года опубликовал знаменитый труд, описывающий атом как миниатюрную солнечную систему, управляемую квантовой механикой, он использовал для своей модели в качестве отправной точки ядерную теорию Резерфорда. Так же поступили Гейзенберг и Шрёдингер , когда они сконструировали более сложные атомные модели, используя классическую и волновую механику.

Открытие Резерфорда также привело к появлению новой ветви науки: изучение атомного ядра. В этой области Резерфорду тоже было суждено стать пионером. В 1919 году он добился успеха при трансформировании ядер азота в ядра кислорода, обстреливая первые быстродвижущимися альфа-частицами. Это было достижение, о котором мечтали древние алхимики. Вскоре стало ясно, что ядерные трансформации могут быть источником энергии Солнца. Более того, трансформация атомных ядер является ключевым процессом в атомном оружии и на атомных электростанциях. Следовательно, открытие Резерфорда вызывает гораздо больший интерес, чем просто академический.

Личность Резерфорда постоянно поражала всех, кто с ним встречался. Он был крупным человеком с громким голосом, беспредельной энергией и заметным недостатком скромности. Когда коллеги отмечали сверхъестественную способность Резерфорда всегда находиться «на гребне волны» научных исследований, он сразу отвечал: «А почему бы и нет? Ведь это я вызвал волну, не так ли?» Немногие учёные стали бы возражать против этого утверждения».

Майкл Харт, 100 великих людей, М., «Вече», 1998 г., с. 293-295.

«11 сентября 1933 г. на съезде Британской ассоциации содействия развитию науки (аналог нашего общества «Знание») выступил Резерфорд, как известно, открывший атомные ядра и их расщепление. Резерфорд в своей речи заявил, однако (это было широко освещено в газетах), что «всякий, кто ожидает получения энергии в результате трансформации атомов, говорит вздор». Иными словами, Резерфорд отрицал реальность использования атомной (ядерной) энергии. В этом он был не одинок и совершенно прав в том смысле, что в 1933 г. действительно не было видно никакого пути для использования ядерной энергии. Однако всего через пять лет ситуация полностью изменилась — было открыто деление урана, а через девять лет (в 1942 г.) заработал первый атомный котёл».

ЭРНЕСТ РЕЗЕРФОРД

Эрнест Резерфорд родился 30 августа 1871 года вблизи города Нелсон (Новая Зеландия) в семье переселенца из Шотландии. Эрнест был четвёртым из двенадцати детей. Мать его работала сельской учительницей. Отец будущего учёного организовал деревообрабатывающее предприятие. Под руководством отца мальчик получил хорошую подготовку для работы в мастерской, что впоследствии помогло ему при конструировании и постройке научной аппаратуры.

Окончив школу в Хавелоке, где в это время жила семья, он получил стипендию для продолжения образования в колледже провинции Нельсон, куда поступил в 1887 году. Через два года Эрнест сдал экзамен в Кентерберийский колледж — филиал Новозеландского университета в Крайчестере. В колледже на Резерфорда оказали большое влияние его учителя: преподававший физику и химию Э. У. Бикертон и математик Дж. Х. Х. Кук. После того как в 1892 году Резерфорду была присуждена степень бакалавра гуманитарных наук, он остался в Кентербери-колледже и продолжил свои занятия благодаря полученной стипендии по математике. На следующий год он стал магистром гуманитарных наук, лучше всех сдав экзамены по математике и физике. Его магистерская работа касалась обнаружения высокочастотных радиоволн, существование которых было доказано около десяти лет назад. Для того чтобы изучить это явление, он сконструировал беспроволочный радиоприёмник (за несколько лет до того, как это сделал Маркони) и с его помощью получал сигналы, передаваемые коллегами с расстояния полумили.

В 1894 году в «Известиях философского института Новой Зеландии» появилась его первая печатная работа «Намагничение железа высокочастотными разрядами». В 1895 году оказалась вакантной стипендия для получения научного образования, первый кандидат на эту стипендию отказался по семейным обстоятельствам, вторым кандидатом был Резерфорд. Приехав в Англию, Резерфорд получил приглашение Дж. Дж. Томсона работать в Кембридже в лаборатории Кавендиша. Так начался научный путь Резерфорда.

На Томсона произвело глубокое впечатление проведённое Резерфордом исследование радиоволн, и он в 1896 году предложил совместно изучать воздействие рентгеновских лучей на электрические разряды в газах. В том же году появляется совместная работа Томсона и Резерфорда «О прохождении электричества через газы, подвергнутые действию лучей Рентгена». В следующем году выходит в свет заключительная статья Резерфорда «Магнитный детектор электрических волн и некоторые его применения». После этого он полностью сосредоточивает свои силы на исследовании газового разряда. В 1897 году появляется и его новая работа «Об электризации газов, подверженных действию рентгеновских лучей, и о поглощении рентгеновского излучения газами и парами».

Их сотрудничество увенчалось весомыми результатами, включая открытие Томсоном электрона — атомной частицы, несущей отрицательный электрический заряд. Опираясь на свои исследования, Томсон и Резерфорд выдвинули предположение, что, когда рентгеновские лучи проходят через газ, они разрушают атомы этого газа, высвобождая одинаковое число положительно и отрицательно заряженных частиц. Эти частицы они назвали ионами. После этой работы Резерфорд занялся изучением атомной структуры.

В 1898 году Резерфорд принял место профессора Макгиллского университета в Монреале, где начал серию важных экспериментов, касающихся радиоактивного излучения элемента урана. Резерфорда при проведении его весьма трудоёмких экспериментов довольно часто одолевало удручённое настроение. Ведь при всех усилиях он не получал достаточных средств для постройки необходимых приборов. Много необходимой для опытов аппаратуры Резерфорд построил собственными руками. Он работал в Монреале довольно долго — семь лет. Исключение составил 1900 год, когда во время краткой поездки в Новую Зеландию Резерфорд женился на Мэри Ньютон. Позднее у них родилась дочь.

В Канаде он сделал фундаментальные открытия: им была открыта эманация тория и разгадана природа так называемой индуцированной радиоактивности; совместно с Содди он открыл радиоактивный распад и его закон. Здесь им была написана книга «Радиоактивность».

В своей классической работе Резерфорд и Содди коснулись фундаментального вопроса об энергии радиоактивных превращений. Подсчитывая энергию испускаемых радием альфа-частиц, они приходят к выводу, что «энергия радиоактивных превращений, по крайней мере, в 20 000 раз, а может, и в миллион раз превышает энергию любого молекулярного превращения» Резерфорд и Содди сделали вывод, что «энергия, скрытая в атоме, во много раз больше энергии, освобождающейся при обычном химическом превращении». Эта огромная энергия, по их мнению, должна учитываться «при объяснении явлений космической физики». В частности, постоянство солнечной энергии можно объяснить тем, «что на Солнце идут процессы субатомного превращения».

Нельзя не поразиться прозорливости авторов, увидевших ещё в 1903 году космическую роль ядерной энергии. Этот год стал годом открытия этой новой формы энергии, о которой с такой определённостью высказывались Резерфорд и Содди, назвав её внутриатомной энергией.

Огромен размах научной работы Резерфорда в Монреале, им было опубликовано как лично, так и совместно с другими учёными 66 статей, не считая книги «Радиоактивность», которая принесла Резерфорду славу первоклассного исследователя. Он получает приглашение занять кафедру в Манчестере. 24 мая 1907 года Резерфорд вернулся в Европу. Начался новый период его жизни.

В Манчестере Резерфорд развернул кипучую деятельность, привлекая молодых учёных из разных стран мира. Одним из его деятельных сотрудников был немецкий физик Ганс Гейгер, создатель первого счётчика элементарных частиц (счётчика Гейгера). В Манчестере с Резерфордом работали Э. Марсден, К. Фаянс, Г. Мозли, Г. Хевеши и другие физики и химики.

Приехавший в Манчестер в 1912 году Нильс Бор позже вспоминал об этом периоде: «В это время вокруг Резерфорда группировалось большое число молодых физиков из разных стран мира, привлечённых его чрезвычайной одарённостью как физика и редкими способностями как организатора научного коллектива».

В 1908 году Резерфорду была присуждена Нобелевская премия по химии «за проведённые им исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ». В своей вступительной речи от имени Шведской королевской академии наук К. Б. Хассельберг указал на связь между работой, проведённой Резерфордом, и работами Томсона, Анри Беккереля, Пьера и Мари Кюри. «Открытия привели к потрясающему выводу: химический элемент… способен превращаться в другие элементы», — сказал Хассельберг. В своей Нобелевской лекции Резерфорд отметил: «Есть все основания полагать, что альфа-частицы, которые так свободно выбрасываются из большинства радиоактивных веществ, идентичны по массе и составу и должны состоять из ядер атомов гелия. Мы, следовательно, не можем не прийти к заключению, что атомы основных радиоактивных элементов, таких как уран и торий, должны строиться, по крайней мере частично, из атомов гелия».

После получения Нобелевской премии Резерфорд занялся изучением явления, которое наблюдалось при бомбардировке пластинки тонкой золотой фольги альфа-частицами, излучаемыми таким радиоактивным элементом, как уран. Оказалось, что с помощью угла отражения альфа-частиц можно изучать структуру устойчивых элементов, из которых состоит пластинка. Согласно принятым тогда представлениям, модель атома была подобна пудингу с изюмом: положительные и отрицательные заряды были равномерно распределены внутри атома и, следовательно, не могли в значительной мере изменять направление движения альфа-частиц. Резерфорд, однако, заметил, что определённые альфа-частицы отклонялись от ожидаемого направления в значительно большей степени, чем это допускалось теорией. Работая с Эрнестом Марсденом, студентом Манчестерского университета, учёный подтвердил, что довольно большое число альфа-частиц отклоняется дальше, чем ожидалось, причём некоторые под углом более чем 90 градусов.

Размышляя над этим явлением. Резерфорд в 1911 году предложил новую модель атома. Согласно его теории, которая сегодня стала общепринятой, положительно заряженные частицы сосредоточены в тяжёлом центре атома, а отрицательно заряженные (электроны) находятся на орбите ядра, на довольно большом расстоянии от него. Эта модель, подобна крошечной модели Солнечной системы, подразумевает, что атомы состоят главным образом из пустого пространства.

Широкое признание теории Резерфорда началось, когда к работе учёного в Манчестерском университете подключился датский физик Нильс Бор. Бор показал, что в терминах предлагаемой Резерфордом структуры могут быть объяснены общеизвестные физические свойства атома водорода, а также атомов нескольких более тяжёлых элементов.

Плодотворная работа резерфордовской группы в Манчестере была прервана Первой мировой войной. Война разбросала дружный коллектив по разным, враждующим друг с другом странам. Был убит Мозли, только что прославивший своё имя крупным открытием в спектроскопии рентгеновских лучей, Чедвик томился в немецком плену. Английское правительство назначило Резерфорда членом «адмиральского штаба изобретений и исследований» — организации, созданной для изыскания средств борьбы с подводными лодками противника. В лаборатории Резерфорда в связи с этим начались исследования распространения звука под водой, чтобы дать теоретическое обоснование для определения местонахождения подводных лодок. Лишь по окончании войны учёный смог возобновить свои исследования, но уже в другом месте.

После войны он вернулся в манчестерскую лабораторию и в 1919 году сделал ещё одно фундаментальное открытие. Резерфорду удалось провести искусственным путём первую реакцию превращения атомов. Бомбардируя атомы азота альфа-частицами. Резерфорд открыл, что при этом образуются атомы кислорода. Это новое наблюдение явилось ещё одним доказательством способности атомов к превращению. При этом, в данном случае из ядра атома азота, выделяется протон — частица, несущая единичный положительный заряд. В результате проведённых Резерфордом исследований резко возрос интерес специалистов по атомной физике к природе атомного ядра.

В 1919 году Резерфорд перешёл в Кембриджский университет, став преемником Томсона в качестве профессора экспериментальной физики и директора Кавендишской лаборатории, а в 1921-м занял должность профессора естественных наук в Королевском институте в Лондоне. В 1925 году учёный был награждён британским орденом «За заслуги». В 1930 году Резерфорд был назначен председателем правительственного консультативного совета Управления научных и промышленных исследований. В 1931 году он получил звание лорда и стал членом палаты лордов английского парламента.

Резерфорд стремился к тому, чтобы научным подходом к выполнению всех порученных ему задач способствовать умножению славы его родины. Он постоянно и с большим успехом доказывал в авторитетных органах необходимость всемерной государственной поддержки науки и проведения исследовательской работы.

Находясь на вершине своей карьеры, учёный привлекал к работе в своей лаборатории в Кембридже много талантливых молодых физиков, в том числе П. М. Блэкетта, Джона Кокрофта, Джеймса Чедвика и Эрнеста Уолтона. Побывал в этой лаборатории и советский учёный Капица.

В одном из писем Капица называет Резерфорда Крокодилом. Дело в том, что у Резерфорда был громкий голос, и он не умел управлять им. Могучий голос мэтра, встретившего кого-нибудь в коридоре, предупреждал тех, кто находился в лабораториях, о его приближении, и сотрудники успевали «собраться с мыслями». В «Воспоминаниях о профессоре Резерфорде» Капица писал: «Наружностью он был довольно плотный, роста выше среднего, глаза у него были голубые, всегда очень весёлые, лицо очень выразительное. Он был подвижен, голос у него был громкий, он плохо умел его модулировать, все знали об этом, и по интонации можно было судить — в духе профессор или нет. Во всей его манере общения с людьми сразу с первого слова бросались в глаза его искренность и непосредственность. Ответы его были всегда кратки, ясны и точны. Когда ему что-нибудь рассказывали, он немедленно реагировал, что бы это ни было. С ним можно было обсуждать любую проблему — он сразу начинал охотно говорить о ней».

Несмотря на то что у самого Резерфорда оставалось из-за этого меньше времени на активную исследовательскую работу, его глубокая заинтересованность в проводимых исследованиях и чёткое руководство помогали поддерживать высокий уровень работ, осуществляемых в его лаборатории.

Резерфорд обладал способностью выявлять наиболее важные проблемы своей науки, делая предметом исследования ещё неизвестные связи в природе. Наряду с присущим ему как теоретику даром предвидения Резерфорд обладал практической жилкой. Именно благодаря ей он был всегда точен в объяснении наблюдаемых явлений, какими бы необычными они на первый взгляд ни казались.

Ученики и коллеги вспоминали об учёном как о милом, добром человеке. Они восхищались его необычайным творческим способом мышления, вспоминали, как он с удовольствием говорил перед началом каждого нового исследования: «Надеюсь, что это важная тема, поскольку существует ещё так много вещей, которых мы не знаем».

Обеспокоенный политикой, проводимой нацистским правительством Адольфа Гитлера, Резерфорд в 1933 году стал президентом Академического совета помощи, который был создан для оказания содействия тем, кто бежал из Германии.

Почти до конца жизни он отличался крепким здоровьем и умер в Кембридже 19 октября 1937 года после непродолжительной болезни. В признание выдающихся заслуг в развитии науки учёный был похоронен в Вестминстерском аббатстве.

Из книги 100 великих нобелевских лауреатов автора Мусский Сергей Анатольевич

ЭРНЕСТ РЕЗЕРФОРД (1871- 1937)Как пишет В.И. Григорьев: «Труды Эрнеста Резерфорда, которого нередко справедливо называют одним из титанов физики нашего века, работы нескольких поколений его учеников оказали огромное влияние не только на науку и технику нашего века, но и на

Из книги Мысли, афоризмы и шутки знаменитых мужчин автора

Эрнест РЕЗЕРФОРД (1871–1937) английский физик Науки делятся на физику и собирание марок. * * * Диалог между молодым физиком и Резерфордом: — Я работаю с утра до вечера. — А когда же вы думаете? * * * Три стадии признания научной истины: первая — «это абсурд», вторая — «в этом

Из книги Большая Советская Энциклопедия (БЛ) автора БСЭ

Блох Эрнест Блох (Bloch) Эрнест (24.7.1880, Женева, — 16.7.1959, Портленд, штат Орегон), швейцарский и американский композитор, скрипач, дирижёр и педагог. Среди его учителей — Э. Жак-Далькроз и Э. Изаи. Профессор Женевской консерватории (1911-15). Выступал как симфонический дирижёр в

Из книги Большая Советская Энциклопедия (КР) автора БСЭ

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ЛА) автора БСЭ

Из книги Большой словарь цитат и крылатых выражений автора Душенко Константин Васильевич

РЕЗЕРФОРД Эрнест (Rutherford, Ernest, 1871-1937), британский физик 23 ** А когда же вы думаете? Ответ молодому физику, который заявил, что работает с утра до

Из книги Всемирная история в изречениях и цитатах автора Душенко Константин Васильевич

56. ЭРНЕСТ РЕЗЕРФОРД (1871–1937) Эрнест Резерфорд считается величайшим физиком-экспериментатором двадцатого столетия. Он является центральной фигурой в наших познаниях в области радиоактивности, а также человеком, который положил начало ядерной физике. Помимо своего

Из книги автора

Как классифицировал науки Эрнест Резерфорд? На протяжении большей части ХХ века (с 1910-х по 1960-е годы) многие физики свысока смотрели на своих ученых собратьев, занимающихся исследованиями в других областях естествознания. Рассказывают, что, когда жена американского

Из книги автора

РЕЗЕРФОРД (Резефорд), Эрнест (Rutherford, Ernest, 1871–1937), английский физик 52 Науки делятся на физику и собирание марок. Как «знаменитая острота» Резерфорда приведено в кн. Дж. Б. Бёркса «Эрнест Резерфорд в Манчестере» (1962). ? Birks J. B. Rutherford at Manchester. – London, 1962, p.

Из книги автора

БЕВИН, Эрнест (Bevin, Ernest, 1881–1951), британский политик-лейборист, в 1945–1951 гг. министр иностранных дел29Если открыть этот ящик Пандоры, неизвестно, что за троянские кони оттуда выскочат.О Совете Европы; приведено в кн. Р. Баркли «Эрнест Бевин и Министерство иностранных дел» (1975).

Из книги автора

РЕНАН, Эрнест (Renan, Ernest, 1823–1892), французский историк23бГреческое чудо. // Miracle grec.«Молитва к Акрополю» (1888)«Я давно уже больше не верил в чудо в буквальном смысле; а единственная в своем роде судьба еврейского народа, ведущая к Иисусу и христианству, казалась мне чем-то

РЕЗЕРФОРД Эрнест


(Rutherford E.)

(30.VIII.1871 — 19.Х.1937)

Английский физик, член Лондонского королевского общества (с 1903 г.), его президент в 1925-1930 гг.
Родился в Спринг-Броуве (ныне Брайтуотер) в Новой Зеландии. Окончил Кентерберийский колледж Новозеландского университета в Крайстчерче (1894 г.).
В 1895-1898 гг. работал в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета под руководством физика Дж. Дж. Томсона, в 1898-1907 гг. — профессор Мак-Гиллского университета в Монреале (Канада), в 1907-1919 гг. — Манчестерского университета.
С 1919 г. — профессор Кембриджского университета и директор Кавендишской лаборатории.

Научные исследования посвящены атомной и ядерной физике и имеют непосредственное отношение к химии.

Заложил основы современного учения о радиоактивности и теории строения атома .
Показал (1899 г.), что уран испускает два вида лучей, и назвал их альфа- и бета-лучами. Открыл (1900 г.) эманацию тория (торон).
Совместно с Ф. Содди разработал (1902 г.) основные положения теории радиоактивного распада, которая сыграла решающую роль в развитии учения о радиоактивности.
Совместно с Содди открыл (1902 г.) новый радиоэлемент торий-Х (радий-224) и доказал химическую инертность двух радиоактивных газов — радона-220 и радона-222.
Совместно с Содди дал четкую формулировку (1903 г.) закона радиоактивных превращений, выразив его в математической форме, и ввел понятие «период полураспада «.
Теорию радиоактивного распада обосновал экспериментально. Совместно с немецким физиком Г. Гейгером сконструировал (1908 г.) прибор для регистрации отдельных заряженных частиц и доказал (1909 г.), что альфа-частицы являются дважды ионизированными атомами гелия.
Сформулировал закон рассеяния альфа-частиц атомами различных элементов и предположил (1911 г.) существование положительно заряженного ядра в атоме.
Предложил (1911 г.) планетарную модель атома .
Показал (1914 г.) идентичность рентгеновских спектров изотопов, доказав этим равенство порядковых номеров у изотопов данного элемента.
Бомбардировал (1919 г.) альфа-частицами атомы азота, в результате чего они превратились в атомы кислорода. Таким образом, он осуществил искусственное превращение элементов .
Предсказал (1920 г.) существование и возможные свойства нейтрона, существование атома водорода с массой 2 (дейтерия) и предложил называть ядро атома водорода протоном.
Совместно с Дж. Чедвиком бомбардировкой альфа-частицами разрушил (1921 г. ) ядра бора, фтора, натрия, алюминия и фосфора, положив, таким образом, начало изучению искусственных ядерных превращений.

Создал большую школу физиков.

Президент Британской ассоциации содействия развитию науки (1923 г.). Член многих академий наук и научных обществ. Иностранный почетный член АН СССР (с 1925 г.).

Нобелевская премия (1908 г.).

По материалам биографического справочника «Выдающиеся химики мира» (авторы Волков В.А и др.) — Москва, «Высшая школа», 1991 г.


Эрнест резерфорд — биография, информация, личная жизнь. Резерфорд открывает атомное ядро

Эрнест Резерфорд

Резерфорд Эрнест (1871-1937), английский физик, один из создателей учения о радиоактивности и строении атома, основатель научной школы, иностранный член-корреспондент РАН (1922) и почетный член АН СССР (1925). Директор Кавендишской лаборатории (с 1919). Открыл (1899) альфа- и бета-лучи и установил их природу. Создал (1903, совместно с Ф. Содди) теорию радиоактивности. Предложил (1911) планетарную модель атома. Осуществил (1919) первую искусственную ядерную реакцию. Предсказал (1921) существование нейтрона. Нобелевская премия (1908).

Английский физик

Резерфорд, Эрнест (Rutherford, Ernest) (1871–1937), английский физик. Родился 30 августа 1871 в Спринг-Гроуве (Новая Зеландия). Окончил Новозеландский университет в Крайстчёрче. В 1895–1898 занимался исследованиями в Кавендишской лаборатории в Кембридже под руководством Дж.Томпсона. В 1898 стал профессором физики Макгильского университета в Монреале. В 1907 Резерфорд вернулся в Англию. В 1907–1919 – профессор физики Манчестерского университета, с 1919 – профессор Кембриджского университета и директор Кавендишской лаборатории, в 1920 – профессор физики Королевского института в Лондоне.

Исследования Резерфорда посвящены радиоактивности, атомной и ядерной физике. В 1899 он открыл a- и b-излучение, в 1900 ввел понятие периода полураспада. В 1903 Резерфорд вместе с Ф.Содди разработал теорию радиоактивного распада и установил закон радиоактивных превращений элементов, в 1911 предложил планетарную модель атома с массивным центральным ядром и обращающимися вокруг него электронами, установил распределение электрического заряда в атоме. В 1919 первым осуществил искусственную ядерную реакцию, бомбардируя быстрыми a-частицами атомы азота. Это открытие почти 20 лет спустя привело к созданию атомной бомбы. В 1903 Резерфорд был избран членом Лондонского королевского общества, с 1925 по 1930 был его президентом. В 1908 был удостоен Нобелевской премии по химии, награжден «Орденом за заслуги». В 1931 Резерфорд стал пэром Англии, получив титул лорда Нельсона. Резерфорд создал большую школу физиков. У него учились П.Л.Капица , Ю.Б.Харитон, А.И.Лейпунский. Умер Резерфорд в Кембридже 19 октября 1937.

Использованы материалы энциклопедии «Мир вокруг нас»

Член палаты лордов

Эрнест Резерфорд родился 30 августа 1871 года вблизи города Нелсон (Новая Зеландия) в семье переселенца из Шотландии . Окончив школу в Хавелоке, он поступил в колледж провинции Нельсон в 1887 году. Через два года Эрнест сдал экзамен в Кентерберийский колледж — филиал Новозеландского университета в Крайчестере. В 1892 году Резерфорду была присуждена степень бакалавра гуманитарных наук. На следующий год он стал магистром гуманитарных наук, лучше всех сдав экзамены по математике и физике. Его магистерская работа касалась обнаружения высокочастотных радиоволн. В 1894 году появилась его первая печатная работа «Намагничение железа высокочастотными разрядами». В 1895 году Резерфорд приехал в Англию, где получил приглашение Дж.Дж. Томсона работать в Кембридже в лаборатории Кавендиша.

В 1896 году появляется совместная работа Томсона и Резерфорда «О прохождении электричества через газы, подвергнутые действию лучей Рентгена». В следующем году выходит в свет статья Резерфорда «Магнитный детектор электрических волн и некоторые его применения». В 1897 году появляется и его новая работа «Об электризации газов, подверженных действию рентгеновских лучей, и о поглощении рентгеновского излучения газами и парами».

Томсон и Резерфорд выдвинули предположение, что, когда рентгеновские лучи проходят через газ, они разрушают атомы этого газа, высвобождая одинаковое число положительно и отрицательно заряженных частиц. Эти частицы они назвали ионами. В 1898 году Резерфорд стал профессором Макгиллского университета в Монреале, где начал серию важных экспериментов, касающихся радиоактивного излучения элемента урана.

В Канаде совместно с Содди он открыл радиоактивный распад и его закон. Здесь им была написана книга «Радиоактивность».

В своей работе Резерфорд и Содди коснулись вопроса об энергии радиоактивных превращений. Подсчитывая энергию испускаемых радием к-частиц, они приходят к выводу, что «энергия радиоактивных превращений, по крайней мере, в 20 000 раз, а может, и в миллион раз превышает энергию любого молекулярного превращения». Эта огромная энергия, по их мнению, должна учитываться «при объяснении явлений космической физики». В частности, постоянство солнечной энергии можно объяснить тем, «что на Солнце идут процессы субатомного превращения».

В 1908 году Резерфорду была присуждена Нобелевская премия по химии. После получения Нобелевской премии Резерфорд занялся изучением явления, которое наблюдалось при бомбардировке пластинки тонкой золотой фольги альфа-частицами, излучаемыми таким радиоактивным элементом, как уран. В 1911 году Резерфорд предложил новую модель атома. Согласно его теории, положительно заряженные частицы сосредоточены в тяжелом центре атома, а отрицательно заряженные (электроны) находятся на орбите ядра, на довольно большом расстоянии от него. Эта модель, подобна крошечной модели Солнечной системы, подразумевает, что атомы состоят главным образом из пустого пространства.

Во время войны английское правительство назначило Резерфорда членом «адмиральского штаба изобретений и исследований» — организации, созданной для изыскания средств борьбы с подводными лодками противника. После войны он вернулся в манчестерскую лабораторию. В 1919 он году Резерфорду удалось провести искусственным путем первую реакцию превращения атомов. Бомбардируя атомы азота к-частицами, Резерфорд открыл, что при этом образуются атомы кислорода.

В 1919 году Резерфорд стал профессором экспериментальной физики и директором Кавендишской лаборатории. В 1921-м он занял должность профессора естественных наук в Королевском институте в Лондоне. В 1925 году ученый был награжден британским орденом «За заслуги». В 1930 году Резерфорд был назначен председателем правительственного консультативного совета Управления научных и промышленных исследований. В 1931 году он получил звание лорда и стал членом палаты лордов английского парламента.

Почти до конца жизни он отличался крепким здоровьем и умер в Кембридже 20 октября 1937 года после непродолжительной болезни.

Использованы материалы сайта http://100top.ru/encyclopedia/

Литература:

Резерфорд Э. Избранные научные труды. Радиоактивность. М., 1971

Резерфорд Э. Избранные научные труды. Строение атома и искусственное превращение элементов. М., 1972

Резерфорд – ученый и учитель. К 100-летию со дня рождения. Под ред. П.Л.Капицы. М., 1973

Английский физик, один из создателей учения о радиоактивности и строении атома, основатель научной школы, ин. ч.-к. РАН (1922), поч.ч. АН СССР (1925). Дир. Кавендишской лаборатории (с 1919). Открыл (1899) альфа- и бета-лучи и установил их природу. Создал (1903, совм. с Ф. Содди) теорию радиоактивности. Предложил (1911) планетарную модель атома. Осуществил (1919) первую исскуств. ядерную реакцию. Предсказал (1921) существование нейтрона. Ноб. пр. по химии (1908).

Эрнест Резерфорд считается величайшим физиком-экспериментатором двадцатого столетия. Он является центральной фигурой в наших познаниях в области радиоактивности, а также человеком, который положил начало ядерной физике. Помимо своего огромного теоретического значения его открытия получили широкий спектр применения, включая: ядерное оружие, атомные электростанции, радиоактивные исчисления и исследования радиации. Влияние трудов Резерфорда на мир огромно. Оно продолжает расти и, похоже, еще увеличится в будущем.

Резерфорд родился и вырос в Новой Зеландии. Там он поступил в Кентерберийский колледж и к двадцати трем годам получил три степени (бакалавра гуманитарных наук, бакалавра естественных наук, магистра гуманитарных наук). На следующий год ему присудили право на обучение в Кембриждском университете в Англии, где он провел три года как студент-исследователь под руководством Дж. Дж. Томсона, одного из ведущих ученых того времени. В двадцать семь лет Резерфорд стал профессором физики в университете Макджил в Канаде. Там он работал девять лет и в 1907 году вернулся в Англию, чтобы возглавить физический факультет Манчестерского университета. В 1919 году Резерфорд вернулся в Кембридж, на этот раз как директор Кавендишской лаборатории, и оставался на этом посту до конца жизни.

Радиоактивность была открыта в 1896 году французским ученым Антуаном Анри Беккерелем, когда он проводил эксперименты с урановыми соединениями. Но вскоре Беккерель потерял интерес к этому предмету, и большая часть наших основных знаний в области радиоактивности происходит из широких исследований Резерфорда. (Мари и Пьер Кюри открыли еще два радиоактивных элемента — полоний и радий, но не сделали открытий фундаментального значения.)

Одно из первых открытий Резерфорда заключалось в том, что радиоактивное излучение урана состоит из двух различных компонентов, которые ученый назвал альфа- и бета-лучи. Позже он продемонстрировал природу каждого компонента (они состоят из быстродвижущихся частиц) и показал, что существует еще и третий компонент, который назвал гамма-лучами.

Важная черта радиоактивности — это связанная с ней энергия. Беккерель, супруги Кюри и множество других ученых считали энергию внешним источником. Но Резерфорд доказал, что данная энергия — которая намного мощнее, чем освобождаемая при химических реакциях, — исходит изнутри отдельных атомов урана! Этим он положил начало важной концепции атомной энергии.

Ученые всегда предполагали, будто отдельные атомы неделимы и неизменяемы. Но Резерфорд (с помощью очень талантливого молодого помощника Фредерика Содди) смог пока зать, что когда атом испускает альфа- или бета-лучи, он преобразуется в атом иного сорта. Сначала химики не могли в это поверить. Однако Резерфорд и Содди провели целую серию экспериментов с радиоактивным распадом и трансформировали уран в свинец. Также Резерфорд измерил скорость распада и сформулировал важную концепцию «полураспада». Это вскоре привело к технике радиоактивного исчисления, которое стало одним из важнейших научных инструментов и нашло широкое применение в геологии, археологии, астрономии и во многих других областях.

Эта ошеломляющая серия открытий принесла Резерфорду в 1908 году Нобелевскую премию (позже Нобелевскую премию получил и Содди), но его величайшее достижение было еще впереди. Он заметил, что быстродвижущиеся альфа-частицы способны проходить сквозь тонкую золотую фольгу (не оставляя видимых следов!), но при этом слегка отклоняются. Возникло предположение, что атомы золота, твердые, непроницаемые, как «крошечные бильярдные шары» — как ранее считали ученые, — были мягкими внутри! Все выглядело так, будто меньшие и более твердые альфа-частицы могут проходить сквозь атомы золота как высокоскоростная пуля через желе.

Но Резерфорд (работая с Гейгером и Марсденом, своими двумя молодыми помощниками) обнаружил, что некоторые альфа-частицы, проходя сквозь золотую фольгу, отклоняются очень сильно. Фактически некоторые вообще отлетают назад! Почувствовав, что за этим кроется нечто важное, ученый тщательно посчитал количество частиц, полетевших в каждом направлении. Затем путем сложного, но вполне убедительного математического анализа он показал единственный путь, которым можно было объяснить результаты экспериментов: атом золота состоял почти полностью из пустого пространства, а практически вся атомная масса была сконцентрирована в центре, в маленьком «ядре» атома!

Одним ударом труд Резерфорда навсегда потряс наше привычное видение мира. Если даже кусок металла — кажущийся самым твердым из всех предметов — являлся в основном пустым пространством, значит, все, что мы считали вещественным, вдруг развалилось на крошечные песчинки, бегающие в необъятной пустоте!

Открытие Резерфордом атомных ядер является основой всех современных теорий строения атома. Когда Нильс Бор через два года опубликовал знаменитый труд, описывающий атом как миниатюрную солнечную систему, управляемую квантовой механикой, он использовал для своей модели в качестве отправной точки ядерную теорию Резерфорда. Так же поступили Гейзенберг и Шрёдингер, когда они сконструировали более сложные атомные модели, используя классическую и волновую механику.

Открытие Резерфорда также привело к появлению новой ветви науки: изучение атомного ядра. В этой области Резерфорду тоже было суждено стать пионером. В 1919 году он добился успеха при трансформировании ядер азота в ядра кислорода, обстреливая первые быстродвижущимися альфа-частицами. Это было достижение, о котором мечтали древние алхимики.

Вскоре стало ясно, что ядерные трансформации могут быть источником энергии Солнца. Более того, трансформация атомных ядер является ключевым процессом в атомном оружии и на атомных электростанциях. Следовательно, открытие Резерфорда вызывает гораздо больший интерес, чем просто академический.

Личность Резерфорда постоянно поражала всех, кто с ним встречался. Он был крупным человеком с громким голосом, беспредельной энергией и заметным недостатком скромности. Когда коллеги отмечали сверхъестественную способность Резерфорда всегда находиться «на гребне волны» научных исследований, он сразу отвечал: «А почему бы и нет? Ведь это я вызвал волну, не так ли?» Немногие ученые стали бы возражать против этого утверждения.

Эрнест Резерфорд (фото размещено далее в статье), барон Резерфорд Нельсона и Кембриджа (родился 30.08.1871 в Спринг-Груве, Новая Зеландия — умер 19.10.1937 в Кембридже, Англия) — британский физик родом из Новой Зеландии, которого считают самым великим экспериментатором со времен Майкла Фарадея (1791-1867). Он был центральной фигурой в области изучения радиоактивности, а его концепция строения атома доминировала в ядерной физике. Стал лауреатом Нобелевской премии в 1908 году, был президентом Королевского общества (1925-1930) и Британской ассоциации содействия развитию науки (1923). В 1925 году был принят в члены Ордена заслуг и в 1931 году был удостоен звания пэра, получил титул лорда Нельсона.

Эрнест Резерфорд: краткая биография в ранние годы жизни

Отец Эрнеста Джеймс в середине XIX века ребенком переехал из Шотландии в Новую Зеландию, лишь недавно заселенную европейцами, где занимался сельским хозяйством. Мать Резерфорда — Марта Томпсон — приехала из Англии в подростковом возрасте и работала школьной учительницей, пока не вышла замуж и не родила десятерых детей, из которых Эрнест был четвертым (и вторым сыном).

Эрнест учился в бесплатных государственных учебных заведениях до 1886 г., когда он выиграл стипендию для учебы в частной средней школе Нельсона. Одаренный ученик преуспел почти в каждом предмете, но особенно в математике. Другая стипендия помогла Резерфорду поступить в 1890 году в Кентербери-колледж, один из четырех кампусов университета Новой Зеландии. Это было небольшое учебное заведение, в штате составе которого числилось всего восемь преподавателей, студентов же было менее 300. Юному дарованию посчастливилось иметь прекрасных учителей, которые разожгли в нем интерес к научным исследованиям, подкрепленным надежными доказательствами.

По завершении трехлетнего учебного курса Эрнест Резерфорд стал бакалавром и выиграл стипендию для года учебы в аспирантуре в Кентербери. Завершив ее в конце 1893 года, он получил степень магистра искусств — первую ученую степень в области физики, математики и математической физики. Ему было предложено остаться еще на один год в Крайстчерче для проведения независимых экспериментов. Исследование Резерфорда способности высокочастотного электрического разряда, например, от конденсатора, намагничивать железо в конце 1894 года принесло ему степень бакалавра наук. В этот период он полюбил Мэри Ньютон, дочь женщины, в чьем доме он поселился. Они поженились в 1900 г. В 1895-м Резерфорд получил стипендию имени Всемирной выставки 1851 г. в Лондоне. Он решил продолжать свои исследования в Кавендишской лаборатории, которую Дж. Дж. Томсон, ведущий европейский эксперт в области электромагнитного излучения, возглавил в 1884 г.

Кембридж

В знак признания растущей важности науки Кембриджский университет изменил свои правила, позволив выпускникам других вузов получать диплом после двух лет обучения и выполнения приемлемой научной работы. Первым студентом-исследователем стал Резерфорд. Эрнест, кроме демонстрации намагничивания колебательным разрядом железа, установил, что игла теряет часть своей намагниченности в магнитном поле, создаваемом переменным током. Это позволило создать детектор недавно открытых электромагнитных волн. В 1864 г. шотландский физик-теоретик Джеймс Клерк Максвелл предсказал их существование, а в 1885-1889 гг. немецкий физик Генрих Герц обнаружил их в своей лаборатории. Прибор Резерфорда для детекции радиоволн был проще и имел коммерческий потенциал. Следующий год молодой ученый провел в Кавендишской лаборатории, увеличивая диапазон и чувствительность прибора, который мог принимать сигналы на расстоянии полумили. Однако Резерфорду не хватило межконтинентального видения и предпринимательских навыков итальянца Гульельмо Маркони, который изобрел беспроводной телеграф в 1896 г.

Исследования ионизации

Не оставляя своего давнего увлечения альфа-частицами, Резерфорд изучал их небольшое рассеяние после взаимодействия с фольгой. Гейгер присоединился к нему, и они получили больше значимых данных. В 1909 г., когда студент-старшекурсник Эрнест Марсден искал тему для своего научно-исследовательского проекта, Эрнест предложил ему изучить большие углы рассеяния. Марсден обнаружил, что небольшое число α-частиц отклонялось более чем на 90° от своего первоначального направления, что вынудило Резерфорда воскликнуть, что это почти так же невероятно, как если бы 15-дюймовый снаряд, запущенный в лист папиросной бумаги, отскочил бы обратно и попал в стрелявшего.

Модель атома

Размышляя над тем, как такая тяжелая заряженная частица может отклоняться электростатическим притяжением или отталкиванием на такой большой угол, в 1944 г. Резерфорд пришел к выводу, что атом не может являться однородным твердым телом. По его мнению, он состоял в основном из пустого пространства и крошечного ядра, в котором сконцентрирована вся его масса. Резерфорд Эрнест модель атома подтвердил многочисленными экспериментальными доказательствами. Она стала его наибольшим научным вкладом, но за пределами Манчестера на нее обращали мало внимания. В 1913 г., однако, датский физик Нильс Бор показал всю важность этого открытия. Годом ранее он посетил лабораторию Резерфорда и вернулся в нее в качестве сотрудника факультета в 1914-1916 гг. Радиоактивность, как объяснил он, заключена в ядре, в то время как химические свойства определяются орбитальными электронами. Модель атома Бора породила новую концепцию квантов (или дискретных значений энергии) в электродинамике орбит, и он объяснил спектральные линии как выделение или поглощение энергии электронами при их переходе из одной орбиты на другую. Генри Мозли, еще один из многих учеников Резерфорда, аналогичным образом объяснил последовательность рентгеновского спектра элементов зарядом ядра. Таким образом была разработана новая согласованная картина физики атома.

Подлодки и ядерная реакция

Первая мировая война опустошила лабораторию, которой руководил Эрнест Резерфорд. Интересные факты из жизни физика в этот период касаются его участия в разработке средств борьбы с подводными лодками, а также членства в Совете адмиралтейства по изобретениям и научным исследованиям. Когда он нашел время, чтобы вернуться к своим предыдущим научным работам, то занялся изучением столкновения альфа-частиц с газами. В случае водорода, как и ожидалось, детектор фиксировал образование отдельных протонов. Но протоны возникали и при бомбардировке атомов азота. В 1919 г. Эрнест Резерфорд открытия пополнил еще одним: ему удалось искусственно спровоцировать ядерную реакцию в стабильном элементе.

Возвращение в Кембридж

Ядерные реакции занимали ученого на протяжении всей карьеры, которая проходила снова в Кембридже, где в 1919 г. преемником Томсона на посту директора Кавендишской лаборатории университета и стал Резерфорд. Эрнест привел сюда своего коллегу по университету Манчестера — физика Джеймса Чедвика. Вместе они бомбардировали альфа-частицами ряд легких элементов и вызывали ядерные превращения. Но им не удавалось проникнуть в более тяжелые ядра, поскольку α-частицы отталкивались от них из-за одинакового заряда, и ученые не могли определить, происходило это раздельно или вместе с мишенью. В обоих случаях требовалась более передовая технология.

Более высокие энергии в ускорителях частиц, необходимые для решения первой проблемы, стали доступны в конце 1920-х годов. В 1932 г. два студента Резерфорда — англичанин Джон Кокрофт и ирландец Эрнест Уолтон — стали первыми, кто фактически вызвал ядерное превращение. С помощью высоковольтного линейного ускорителя они бомбардировали литий протонами и расщепили его на две α-частицы. За эту работу они получили Нобелевскую премию 1951 г. по физике. Шотландец Чарльз Вильсон в Кавендише создал туманную камеру, которая давала визуальное подтверждение траектории заряженных частиц, за что был удостоен этой же престижной международной награды в 1927 г. В 1924-м английский физик Патрик Блэкетт модифицировал камеру Вильсона, чтобы сфотографировать около 400 000 альфа-столкновений и обнаружил, что большинство из них были обычными упругими, а 8 сопровождались распадом, в котором α-частица поглощалась ядром-мишенью перед его расщеплением на два фрагмента. Это стало важным шагом в понимании ядерных реакций, за что Блэкетту была присвоена Нобелевская премия по физике 1948 года.

Открытие нейтрона и термоядерного синтеза

Кавендиш стал местом проведения и других интересных работ. Существование нейтрона было предсказано Резерфордом в 1920 году. После долгих поисков, в 1932 году Чедвик обнаружил эту нейтральную частицу, доказав, что ядро состоит из нейтронов и протонов, а его коллега, английский физик Норман Федер, вскоре показал, что нейтроны могут вызывать ядерные реакции легче, чем заряженные частицы. Работая с подаренной недавно открытой в США тяжелой водой, в 1934 г. Резерфорд, Марк Олифант из Австралии и Пауль Хартек из Австрии провели бомбардировку дейтерия дейтронами и провели первый термоядерный синтез.

Жизнь вне физики

Ученый имел несколько увлечений, не касающихся науки, в число которых входили гольф и автоспорт. Эрнест Резерфорд, кратко говоря, придерживался либеральных убеждений, но не был политически активным, хотя и занимал должность председателя экспертного совета правительственного Департамента научных и промышленных исследований и являлся пожизненным президентом (с 1933 г.) организации Academic Assistance Council, созданной для помощи ученым, бежавшим из нацистской Германии. В 1931 г. он стал пэром, но это событие было омрачено смертью его дочери, скончавшейся восемью днями раньше. Выдающийся ученый умер в Кембридже после непродолжительной болезни и был похоронен в Вестминстерском аббатстве.

Эрнест Резерфорд: интересные факты

  • Он учился в Кентерберийском колледже университета Новой Зеландии на стипендию, получив степень бакалавра и магистра, а также два года занимался разработками, которые привели к изобретению нового вида радиоприемника.
  • Эрнест Резерфорд был первым выпускником, не окончившим Кэмбридж, которому было разрешено вести научно-исследовательскую работу в Кавендишской лаборатории под руководством сэра Дж. Дж. Томсона.
  • Во время Первой мировой войны он работал над решением практических проблем обнаружения подводных лодок.
  • В университете Макгилла в Канаде Эрнест Резерфорд вместе с химиком Фредериком Содди создал теорию атомного распада.
  • В университете Виктории в Манчестере он и Томас Ройдс доказали, что альфа-излучение состоит из ионов гелия.
  • Исследование Резерфорда по распаду элементов и радиоактивных веществ принесли ему Нобелевскую премию в 1908 году.
  • Свой самый известный эксперимент Гейгера — Марсдена, который продемонстрировал ядерную природу атома, физик провел уже после получения награды Шведской академии.
  • В его честь назван 104-й химический элемент — резерфордий, который в СССР и РФ до 1997 г. именовался курчатовием.

Резерфорд Эрнест (годы жизни: 30. 08.1871 — 19.10.1937) — английский физик, создатель планетарной модели атома, основоположник ядерной физики. Он был членом Лондонского Королевского общества, а с 1925 по 1930 год — и его президентом. Этот человек — обладатель которую он получил в 1908 году.

Будущий ученый родился в семье Джеймса Резерфорда, колесного мастера, и Марты Томпсон, учительницы. Кроме него, в семье было 5 дочерей и 6 сыновей.

Обучение и первые награды

До того как в 1889 году семья переселилась из в Северный, Резерфорд Эрнест обучался в г. Крайстчерче, в Кентерберийском колледже. Уже в это время обнаружились блестящие способности будущего ученого. После окончания 4 курса Эрнест был удостоен награды за лучшую работу в области математики, а также занял 1-е место на магистерских экзаменах по физике и по математике.

Изобретение магнитного детектора

Став магистром искусств, Резерфорд не покинул колледжа. Он погрузился в самостоятельную научную работу по магнетизации железа. Им был разработан и изготовлен специальный прибор — магнитный детектор, который стал одним из первых в мире приемников электромагнитных волн, а также «входным билетом» Резерфорда в большую науку. В его жизни вскоре произошла важная перемена.

Резерфорд отправляется в Англию

Самым одаренным молодым подданным английской короны из Новой Зеландии предоставлялась раз в два года стипендия им. Всемирной выставки 1851 года, которая давала возможность отправиться в Англию для изучения наук. В 1895 году решено было, что два новозеландца достойны такой чести — физик Резерфорд и химик Маклорен. Однако место было только одно, и надежды Эрнеста рухнули. К счастью, Маклорен вынужден был по семейным обстоятельствам отказаться от этой поездки, и Резерфорд Эрнест осенью 1895 года прибыл в Англию. Здесь он начал работу в Кембриджском университете (в Кавендишевской лаборатории) и стал первым докторантом Дж. Томсона, ее директора (на фото ниже).

Изучение лучей Беккереля

Томсон к тому времени уже был одним из членов уважаемого всеми Лондонского королевского общества. Способности Резерфорда он оценил быстро и привлек его к работе по изучению ионизации газов под влиянием рентгеновских лучей, которую он проводил. Однако уже в 1898 году, летом, Эрнест делает свои первые шаги в другой области исследования. Его заинтересовали «лучи Беккереля». Излучение урановой соли, открытое Беккерелем, физиком из Франции, позже стало известно как радиоактивное. Французский ученый, а также супруги Кюри, активно занимались его исследованием. В 1898 году в работу включился и Резерфорд Эрнест. Этот ученый обнаружил, что в данные лучи входят потоки ядер гелия, положительно заряженных (альфа-частиц), а также потоки электронов (бета-частиц).

Дальнейшее изучение лучей урана

В Парижскую академию наук 18 июля 1898 года была представлена работа супругов Кюри, которая вызвала большой интерес Резерфорда. В ней авторы указывали, что помимо урана есть и другие радиоактивные (данный термин был употреблен впервые именно тогда) элементы. Резерфорд позднее ввел понятие о — одном из главных отличительных признаков этих элементов.

Эрнесту в декабре 1897 году продлили выставочную стипендию. Ученый получил возможность дальнейшего исследования лучей урана. Однако в апреле 1898 года в Монреале освободилось место профессора местного Мак-Гиллского университета, и Эрнест решил отправиться в Канаду. Прошла пора ученичества. Всем было ясно, что Резерфорд уже готов работать самостоятельно.

Переезд в Канаду и новая работа

Осенью 1898 года состоялся переезд в Канаду. На первых порах преподавание Резерфорда шло не очень-то успешно: студентам пришлись не по вкусу лекции, которые молодой профессор, еще не научившийся вполне чувствовать аудиторию, перенасыщал деталями. В научной работе также возникли некоторые затруднения из-за того, что прибытие заказанных Резерфордом радиоактивных препаратов задерживалось. Однако все шероховатости вскоре сгладились, и для Эрнеста началась полоса удач и успехов. Впрочем, вряд ли уместно говорить об удачах: все достигалось нелегким трудом, в который вовлекались его новые друзья и единомышленники.

Открытие закона радиоактивных превращений

Вокруг Резерфорда уже тогда сформировалась атмосфера творческого энтузиазма и увлеченности. Труд был радостным и напряженным, он приводил к большим успехам. Резерфорд в 1899 году открыл эманацию тория. Совместно с Содди в 1902-1903 годах он пришел уже к общему закону, применимому ко всем радиоактивным превращениям. Следует сказать несколько подробнее об этом важном научном событии.

Ученые всего мира твердо усвоили в то время, что невозможно превратить одни химические элементы в другие, поэтому следует навеки похоронить мечты алхимиков добывать из свинца золото. И вот появилась работа, в которой утверждалось, что при радиоактивных распадах превращения элементов не только происходят, но их невозможно ни замедлить, ни прекратить. Более того, были сформулированы законы этих превращений. Сегодня мы понимаем, что именно зарядом ядра определяются химические свойства элемента и его положение в периодической системе Менделеева. Когда на две единицы уменьшается что происходит при альфа-распаде, он «перемещается» вверх на 2 клеточки в таблице Менделеева. На одну клетку вниз он смещается при электронном бета-распаде, а на клетку вверх — при позитронном. Несмотря на очевидность этого закона и его кажущуюся простоту, это открытие было одним из самых важных событий в науке начала 20 века.

Женитьба на Мэри Джорджине Ньютон, рождение дочери

В это же время произошло важное событие в личной жизни Эрнеста. Через 5 лет после помолвки с Мэри Джорджиной Ньютон женился на ней ученый Эрнест Резерфорд, биография которого к этому времени уже была отмечена значительными достижениями. Эта девушка была дочерью хозяйки пансиона в Крайстчерче, где он когда-то жил. В 1901 году, 30 марта, появилась на свет единственная дочь в семействе Резерфордов. Это событие практически совпало по времени с рождением в физической науке новой главы — физики ядра. А через 2 года Резерфорд стал членом Лондонского королевского общества.

Книги Резерфорда, опыты по просвечиванию фольги альфа-частицами

Эрнест создал 2 книги, в которых обобщил итоги своих научных поисков и достижений. Первая вышла под названием «Радиоактивность» в 1904 году. «Радиоактивные превращения» появилась через год. Автор этих книг начинал в это время новые исследования. Он понял, что именно из атомов исходит радиоактивное излучение, однако абсолютно неясным оставалось место его возникновения. Следовало изучить устройство ядра. И тогда Эрнест обратился к методике просвечивания альфа-частицами, с которой он начинал свою работу у Томсона. В опытах изучалось, как поток этих частиц проходит через тонкие листочки фольги.

Первая модель атома, предложенная Томсоном

Была предложена первая модель атома, когда стало известно о том, что у электронов отрицательный заряд. Однако они входят в атомы, являющиеся в целом электронейтральными. Значит в его составе должно быть что-то, что носит положительный заряд. Для решения этой проблемы Томсон предложил следующую модель: атом — это что-то вроде капли, положительно заряженной, радиус которой составляет стомиллионную долю сантиметра. Внутри нее имеются крохотные электроны с отрицательным зарядом. Они стремятся под действием кулоновских сил занять положение в самом центре атома, однако если их что-либо выведет из равновесия, они совершают колебания, сопровождающиеся излучением. Эта модель объясняла существование спектров излучения — факт, о котором было известно в то время. Из опытов уже стало ясно, что в твердых телах расстояния между атомами примерно такие же, как и их размеры. Казалось очевидным поэтому, что альфа-частицы не могут пролететь сквозь фольгу, так же как камень не пролетит через лес, в котором деревья растут практически вплотную друг к другу. Однако первые же совершенные Резерфордом опыты убеждали в том, что это не так. Большинство альфа-частиц, почти не отклоняясь, пронизывало фольгу, и только у некоторых наблюдалось отклонение, порой существенное. Этим очень заинтересовался Эрнест Резерфорд. Интересные факты требовали дальнейшего изучения.

Планетарная модель Резерфорда

И тогда вновь проявилась интуиция Резерфорда и умение этого ученого понимать язык природы. Эрнест решительно отказался от предложенной Томсоном модели атома. Опыты Резерфорда привели к тому, что он выдвинул свою, получившую название планетарной. Согласно ей, в центре атома находится ядро, в котором сосредоточена вся масса данного атома, несмотря на его довольно малые размеры. А вокруг ядра, подобно планетам, вращающимся вокруг Солнца, движутся электроны. Массы их существенно меньше, чем у альфа-частиц, и именно поэтому последние практически не отклоняются, когда пронизывают электронные облака. И лишь когда близко от ядра, положительно заряженного, пролетает альфа-частица, кулоновская сила отталкивания способна резко искривить траекторию ее движения. Такова теория Резерфорда. Безусловно, это было великое открытие.

Законы электродинамики и планетарная модель

Опыта Резерфорда было достаточно для того, чтобы убедить многих ученых в существовании планетарной модели. Однако выяснилось, что она не так однозначна. Формула Резерфорда, которую он вывел с опорой на эту модель, согласовалась с данными, полученными в ходе эксперимента. Однако она опровергала законы электродинамики!

Законы эти, которые были установлены в основном трудами Максвелла и Фарадея, утверждают, что заряд, ускоренно движущийся, излучает электромагнитные волны и теряет из-за этого энергию. В атоме Резерфорда электрон движется в кулоновском поле ядра ускоренно и, согласно теории Максвелла, он должен потерять всю энергию за десятимиллионную долю секунды, после чего упасть на ядро. Однако этого не происходило. Следовательно, формула Резерфорда опровергала теорию Максвелла. Эрнест знал об этом, когда в 1907 году настало время возвращаться в Англию.

Переезд в Манчестер и получение Нобелевской премии

Работы Эрнеста в Мак-Гильском университете способствовали тому, что он стал очень известным. Резерфорда стали наперебой приглашать в научные центры разных стран. Ученый весной 1907 года решил оставить Канаду и прибыл в Манчестер, в университет Виктории, где продолжил свои исследования. Совместно с Х.Гейгером он создал в 1908 году счетчик альфа-частиц — новый прибор, сыгравший важную роль в выяснении того, что альфа-частицы — это атомы гелия, дважды ионизированные. Резерфорд Эрнест, открытия которого имели огромное значение, в 1908 году получил Нобелевскую премию (по химии, а не по физике!).

Сотрудничество с Нильсом Бором

Тем временем планетарная модель занимала его мысли все сильнее. И вот в марте 1912 года Резерфорд стал сотрудничать и дружить с Нильсом Бором. Величайшая заслуга Бора (фото его представлено ниже) состояла в том, что он внес принципиально новые черты в планетарную модель — идею квантов.

Он выдвинул «постулаты», казавшиеся на первый взгляд внутренне противоречивыми. По его мнению, в атоме есть орбиты. Электрон, двигаясь по ним, не излучает, вопреки законам электродинамики, хотя и имеет ускорение. Этот ученый указал правило, с помощью которого можно найти эти орбиты. Он выяснил, что кванты излучения появляются лишь при переходе электрона с орбиты на орбиту. решила многие проблемы, а также стала прорывом в мир новых идей. Ее открытие привело к коренному пересмотру представлений о материи, о ее движении.

Дальнейшая обширная деятельность

В 1919 году Резерфорд стал профессором Кембриджского университета, а также директором Кавендишевской лаборатории. Десятки ученых справедливо считали его своим учителем, включая впоследствии удостоенных Нобелевских премий. Это Дж. Чедвик, Г. Мозли, М. Олифант, Дж. Кокрофт, О. Ган, В. Гейтлер, Ю.Б. Харитон, П.Л. Капица, Г. Гамов и др. Поток почестей и наград становился все обильнее. В 1914 году Резерфорд получает дворянство. Президентом Британской ассоциации он становится в 1923 году, а с 1925 по 1930 являлся президентом Королевского общества. Титул барона Эрнест получает в 1931 году и становится лордом. Однако, несмотря на все более высокие нагрузки, и не только научные, он продолжает атаки на тайны ядра и атома.

Предлагаем вам один интересный факт, связанный с научной деятельностью Резерфорда. Известно, что Эрнест Резерфорд пользовался следующим критерием, когда выбирал себе сотрудников: он давал человеку, пришедшему к нему впервые, задание, и если новый сотрудник после этого интересовался, что ему делать дальше, его сразу же увольняли.

Ученый уже приступил к экспериментам, которые окончились открытием им искусственного расщепления ядер атомов и искусственного превращения химических элементов. В 1920 году Резерфорд предсказал существование дейтрона и нейтрона, а в 1933 стал инициатором и участником эксперимента по проверке существующей в ядерных процессах взаимосвязи энергии и массы. В 1932 году, в апреле, он поддержал идею применения ускорителей протонов при исследовании ядерных реакций.

Смерть Резерфорда

Огромное влияние на науку и технику, на жизнь миллионов людей оказали труды Эрнеста Резерфорда и работы его учеников, принадлежащих к нескольким поколениям. Великий ученый, конечно, не мог не задуматься о том, будет ли это влияние положительным. Однако он был оптимистом, свято верил в науку и в людей. Эрнест Резерфорд, краткая биография которого была нами описана, скончался в 1937 году, 19 октября. Его похоронили в Вестминстерском аббатстве.

Как пишет В.И. Григорьев: «Труды Эрнеста Резерфорда, которого нередко справедливо называют одним из титанов физики нашего века, работы нескольких поколений его учеников оказали огромное влияние не только на науку и технику нашего века, но и на жизнь миллионов людей. Он был оптимистом, верил в людей и в науку, которой посвятил всю жизнь».

Эрнест Резерфорд родился 30 августа 1871 года вблизи города Нелсон (Новая Зеландия), в семье переселенца из Шотландии колесного мастера Джеймса Резерфорда.

Эрнест был четвертым ребенком в семье, кроме него было еще б сыновей и 5 дочерей. Мать его. Марта Томпсон, работала сельской учительницей. Когда отец организовал деревообрабатывающее предприятие, мальчик часто работал под его руководством. Полученные навыки впоследствии помогли Эрнесту при конструировании и постройке научной аппаратуры.

Окончив школу в Хавелоке, где в это время жила семья, он получил стипендию для продолжения образования в колледже провинции Нелсон, куда поступил в 1887 году. Через два года Эрнест сдал экзамен в Кентерберийский колледж — филиал Новозеландского университета в Крайстчерче. В колледже на Резерфорда оказали большое влияние его учителя: преподававший физику и химию Э.У. Бикертон и математик Дж.Х.Х. Кук.

Эрнест обнаружил блестящие способности. После окончания четвертого курса он удостоился награды за лучшую работу по математике и занял первое место на магистерских экзаменах, причем не только по математике, но и по физике. Став в 1892 году магистром искусств, он не покинул колледж. Резерфорд погрузился в свою первую самостоятельную научную работу. Она имела название «Магнетизация железа при высокочастотных разрядах» и касалась обнаружения высокочастотных радиоволн. Для того чтобы изучить это явление, он сконструировал радиоприемник (за несколько лет до того, как это сделал Маркони) и с его помощью получал сигналы, передаваемые коллегами с расстояния полумили. Работа молодого ученого была опубликована в 1894 году в «Известиях философского института Новой Зеландии».

Наиболее одаренным молодым заморским подданным британской короны один раз в два года предоставлялась особая стипендия, дававшая возможность поехать для усовершенствования в науках в Англию. В 1895 году оказалась вакантной стипендия для получения научного образования. Первый кандидат на эту стипендию химик Маклорен отказался по семейным обстоятельствам, вторым кандидатом был Резерфорд. Приехав в Англию, Резерфорд получил приглашение Дж.Дж. Томсона работать в Кембридже в лаборатории Кавендиша. Так начался научный путь Резерфорда.

На Томсона произвело глубокое впечатление проведенное Резерфордом исследование радиоволн, и он в 1896 году предложил совместно изучать воздействие рентгеновских лучей на электрические разряды в газах. В том же году появляется совместная работа Томсона и Резерфорда «О прохождении электричества через газы, подвергнутые действию лучей Рентгена». В следующем году вышла в свет заключительная статья Резерфорда по этой тематике «Магнитный детектор электрических волн и некоторые его применения». После этого он полностью сосредоточивает свои силы на исследовании газового разряда. В 1897 году появляется и его новая работа «Об электризации газов, подверженных действию рентгеновских лучей, и о поглощении рентгеновского излучения газами и парами».

Сотрудничество с Томсоном увенчалось весомыми результатами, включая открытие последним электрона — частицы, несущей отрицательный электрический заряд. Опираясь на свои исследования, Томсон и Резерфорд выдвинули предположение, что, когда рентгеновские лучи проходят через газ, они разрушают атомы этого газа, высвобождая одинаковое число положительно и отрицательно заряженных частиц. Эти частицы они назвали ионами. После этой работы Резерфорд занялся изучением атомной структуры вещества.

Осенью 1898 года Резерфорд занял место профессора Макгилльского университета в Монреале. Преподавание Резерфорда на первых порах шло не слишком успешно: студентам не понравились лекции, которые молодой и еще не вполне научившийся чувствовать аудиторию профессор перенасыщал деталями. Некоторые затруднения возникли вначале и в научной работе из за того, что задерживалось прибытие заказанных радиоактивных препаратов. Ведь при всех усилиях он не получал достаточных средств для постройки необходимых приборов. Много необходимой для опытов аппаратуры Резерфорд построил собственными руками.

Тем не менее он работал в Монреале довольно долго — семь лет. Исключение составил 1900 год, когда во время краткого пребывания в Новой Зеландии Резерфорд женился. Его избранницей стала Мэри Джорджии Ньютон, дочь хозяйки того пансиона в Крайстчерче, в котором он некогда жил. 30 марта 1901 родилась единственная дочь четы Резерфорд. По времени это почти совпало с рождением новой главы в физической науке -физики ядра.

«В 1899 году Резерфорд открывает эманацию тория, а в 1902-03 годах он совместно с Ф. Содди уже приходит к общему закону радиоактивных превращений, — пишет В.И. Григорьев. — Об этом научном событии нужно сказать подробнее. Все химики мира твердо усвоили, что превращение одних химических элементов в другие невозможно, что мечты алхимиков делать золото из свинца следует похоронить навеки. И вот появляется работа, авторы которой утверждают, что превращения элементов при радиоактивных распадах не только происходят, но и что даже ни прекратить, ни замедлить их невозможно. Более того, формулируются законы таких превращений. Мы теперь понимаем, что положение элемента в периодической системе Менделеева, а значит, и его химические свойства, определяются зарядом ядра. При альфа распаде, когда заряд ядра уменьшается на две единицы (за единицу принимается «элементарный» заряд -модуль заряда электрона), элемент «перемещается» на две клеточки вверх в таблице Менделеева, при электронном бета распаде — на одну клеточку вниз, при позитронном -на клеточку вверх. Несмотря на кажущуюся простоту и даже очевидность этого закона, его открытие стало одним из важнейших научных событий начала нашего века».

В своей классической работе «Радиоактивность» Резерфорд и Содди коснулись фундаментального вопроса об энергии радиоактивных превращений. Подсчитывая энергию испускаемых радием альфа частиц, они приходят к выводу, что «энергия радиоактивных превращений, по крайней мере, в 20000 раз, а может, и в миллион раз превышает энергию любого молекулярного превращения». Резерфорд и Содди сделали вывод, что «энергия, скрытая в атоме, во много раз больше энергии, освобождающейся при обычном химическом превращении». Эта огромная энергия, по их мнению, должна учитываться «при объяснении явлений космической физики». В частности, постоянство солнечной энергии можно объяснить тем, «что на Солнце идут процессы субатомного превращения».

Нельзя не поразиться прозорливости авторов, увидевших еще в 1903 году космическую роль ядерной энергии. Этот год стал годом открытия новой формы энергии, о которой с определенностью высказывались Резерфорд и Содди, назвав ее внутриатомной энергией.

Получивший мировую славу ученый, член Лондонского королевского общества (1903) получает приглашение занять кафедру в Манчестере. 24 мая 1907 года Резерфорд вернулся в Европу. Здесь Резерфорд развернул кипучую деятельность, привлекая молодых ученых из разных стран мира. Одним из его деятельных сотрудников был немецкий физик Ганс Гейгер, создатель первого счетчика элементарных частиц. В Манчестере с Резерфордом работали Э. Марсден, К. Фаянс, Г. Мозли, Г. Хевеши и другие физики и химики.

В 1908 году Резерфорд у была присуждена Нобелевская премия по химии «за проведенные им исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ». В своей вступительной речи от имени Шведской королевской академии наук К.Б. Хассельберг указал на связь между работой, проведенной Резерфордом, и работами Томсона, Анри Беккереля, Пьера и Марии Кюри. «Открытия привели к потрясающему выводу: химический элемент… способен превращаться в другие элементы», — сказал Хассельберг. В своей нобелевской лекции Резерфорд отметил: «Есть все основания полагать, что альфа частицы, которые так свободно выбрасываются из большинства
радиоактивных веществ, идентичны по массе и составу и должны состоять из ядер атомов гелия. Мы, следовательно, не можем не прийти к заключению, что атомы основных радиоактивных элементов, таких как уран и торий, должны строиться, по крайней мере частично, из атомов гелия».

После получения Нобелевской премии Резерфорд провел эксперименты по бомбардировке пластинки тонкой золотой фольги альфа частицами. Полученные данные привели его в 1911 году к новой модели атома. Согласно его теории, ставшей общепринятой, положительно заряженные частицы сосредоточены в тяжелом центре атома, а отрицательно заряженные (электроны) находятся на орбите ядра, на довольно большом расстоянии от него. Эта модель подобна крошечной модели Солнечной системы. Она подразумевает, что атомы состоят главным образом из пустого пространства.

Широкое признание теории Резерфорда началось, когда к работе ученого в Манчестерском университете подключился датский физик Нильс Бор. Бор показал, что в терминах, предложенных Резерфордом, структуры могут быть объяснены общеизвестными физическими свойствами атома водорода, а также атомов нескольких более тяжелых элементов.

Плодотворная работа резерфордовской группы в Манчестере была прервана Первой мировой войной. Английское правительство назначило Резерфорда членом «адмиральского штаба изобретений и исследований» — организации, созданной для изыскания средств борьбы с подводными лодками противника. В лаборатории Резерфорда в связи с этим начались исследования по распространению звука под водой. Лишь по окончании войны ученый смог восстановить свои исследования атома.

После войны он вернулся в манчестерскую лабораторию и в 1919 году сделал еще одно фундаментальное открытие. Резерфорду удалось провести искусственным путем первую реакцию превращения атомов. Бомбардируя атомы азота альфа частицами, Резерфорд получил атомы кислорода. В результате проведенных Резерфордом исследований резко возрос интерес специалистов по атомной физике к природе атомного ядра.

В том же 1919 году Резерфорд перешел в Кембриджский университет, став преемником Томсона в качестве профессора экспериментальной физики и директора Кавендишской лаборатории, а в 1921 м занял должность профессора естественных наук в Королевском институте в Лондоне. В 1925 году ученый был награжден британским орденом «За заслуги». В 1930 году Резерфорд был назначен председателем правительственного консультативного совета управления научных и промышленных исследований. В 1931 году он получил звание лорда и стал членом палаты лордов английского парламента.

Ученики и коллеги вспоминали об ученом как о милом, добром человеке. Они восхищались его необычайным творческим способом мышления, вспоминали, как он с удовольствием говорил перед началом каждого нового исследования: «Надеюсь, что это важная тема, поскольку существует еще так много вещей, которых мы не знаем».

Обеспокоенный политикой, проводимой нацистским правительством Адольфа Гитлера, Резерфорд в 1933 году стал президентом Академического совета помощи, который был создан для оказания содействия тем, кто бежал из Германии.

Почти до конца жизни он отличался крепким здоровьем и умер в Кембридже 20 октября 1937 года после непродолжительной болезни. В признание выдающихся заслуг в развитии науки ученый был похоронен в Вестминстерском аббатстве.

В вашем браузере отключен Javascript.
Чтобы произвести расчеты, необходимо разрешить элементы ActiveX!

Рекомендуем также

Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц — урок. Физика, 9 класс.

Эксперимент по рассеиванию альфа-частиц

Открытие электрона, рентгеновского излучения и явления радиоактивности свидетельствовало о том, что представление об атоме как неделимой частице являлось неверным. К концу \(XIX\) века стало понятно, что атом должен иметь сложное строение. Большой вклад в изучение строения атома внёс физик-экспериментатор Эрнест Резерфорд.

 

Эрнест Резерфорд

 

В \(1904\) году Резерфорд начал свои эксперименты по бомбардировке альфа-частицами тонких металлических пластин (золотых и платиновых) для изучения структуры атомов, из которых состоят пластины.

Альфа-частица — ионизированный атом гелия.

Альфа-частица — это массивная (масса альфа-частицы в несколько тысяч раз больше, чем масса электрона) положительно заряженная частица. Заряд альфа-частицы в два раза больше элементарного заряда.

Схематично установка Резерфорда изображена на рисунке ниже.

 

 

В толстостенном свинцовом футляре (\(1\)) находится радиоактивное вещество (\(2\)), излучающее поток альфа-частиц. Через небольшое отверстие (\(3\)) поток альфа-частиц направляется на тонкую золотую фольгу (\(4\)) (толщиной порядка \(0,1\) мк). За фольгой располагается экран, покрытый сернистым цинком (\(5\)). При столкновении альфа-частицы на экране наблюдается вспышка.

 

Согласно модели строения атома по Томсону, альфа-частицы должны столкнуться с большими плотными атомами и разлететься под разными углами. Однако опыт показал, что большинство альфа-частиц пролетают беспрепятственно через пластинку металла (\(6\)). И только небольшая часть всех альфа-частиц изменяет направление движения, отклоняясь на небольшие углы (\(7\)). А некоторые частицы и вовсе отлетают от фольги в обратном направлении (\(8\)).

 

Результаты опыта были удивительными. Только в \(1911\) году Резерфорд смог объяснить результаты опытов, предложив новую модель строения атома.

Ядерная модель строения атома

Так как большинство альфа-частиц свободно проходило через фольгу, это означало, что практически всё пространство, через которое проходит поток альфа-частиц, — это пустота. Где же тогда «спрятана» вся масса атома? Резерфорд предположил, что практически вся масса атома сосредоточена в очень маленьком объёме — ядре атома. Было очевидно, что ядро должно быть положительно заряжено. Когда альфа-частица пролетает достаточно близко от такого ядра, то из-за Кулоновских сил отталкивания происходит отклонение от первоначального направления движения частицы. А при столкновении с ядром частица отскакивает в обратном направлении. По расчётам Резерфорда, ядро атома должно было иметь размер примерно в \(3000\) раз меньший, чем атом. Остальное пространство атома должны занимать электроны.

 

Планетарная модель строения атома

 

Итак, стало понятно, что «пудинговая модель строения атома» неверна. На основе экспериментальных данных была предложена новая модель строения атома, которая получила название «планетарная модель строения атома».

Обрати внимание!

Согласно модели Резерфорда, атом состоит из очень маленького положительно заряженного ядра, размер которого в тысячи раз меньше самого атома, и электронов, которые вращаются вокруг ядра по круговым орбитам.

Метафорическое название данной модели обусловлено сравнением вращения электронов относительно ядра с обращением планет вокруг Солнца. Однако классическая электродинамика постулирует, что движущийся с ускорением заряд является источником «уносящих» энергию электромагнитных волн. Поэтому электроны  должны были бы «растерять» энергию, что привело бы к нарушению наблюдаемому на опыте свойству устойчивости атомных систем без излучения электромагнитных волн. Данный факт отражает ограниченность применения законов классической физики к описанию микромира.

Резерфорд, Эрнест, подробная биография

(1871-1937) английский физик, основоположник ядерной физики

Эрнест Резерфорд родился в Спринг-Гроуве (сейчас г. Брайтуотер) в Новой Зеландии, в простой шотландской семье. Его отец, Джеймс Резерфорд, был колесным мастером, а мать, Марта Томсон, — учительницей. Эрнест был четвертым ребенком из двенадцати детей. С детства он был очень наблюдательным и трудолюбивым мальчиком. Окончив начальную школу как лучший ученик, Эрнест получил стипендию для продолжения образования в колледже провинции Нельсон, куда поступил в 1887 году в пятый класс. Уже здесь проявились его исключительные способности к математике; он также хорошо занимался физикой, химией, литературой, латинским и французским языками. Эрнест в детстве увлекался конструированием различных механизмов: строил модели водяных мельниц, машины, даже смастерил фотоаппарат.

Окончив колледж, он поступил в Кентерберийский колледж Новозеландского университета в Крайстчерче. Здесь Резерфорд уже более серьезно начинает заниматься физикой и химией, работает в студенческих кружках и даже является одним из инициаторов создания в университете научного студенческого общества.

Прочитав статью немецкого физика Генриха Герца об открытии электромагнитных волн, Резерфорд решил исследовать их свойства. Но возникла проблема обнаружения приходящих электромагнитных волн. Ему удалось установить, что об их присутствии можно судить по размагничиванию железа. Это было первое настоящее открытие двадцатитрехлетнего Резерфорда.

В 1894 году Эрнест закончил колледж с отличием и получил степень магистра по физике и математике. Он стал учителем физики средней школы, но на этом поприще не преуспел. В 1895 году ему была присуждена самая крупная стипендия — «стипендия 1851 года», которая давала возможность стажировки в лучших лабораториях страны. Осенью 1895 года Резерфорд приехал в Кембридж — научный центр Англии — и начал работать в Кавендишской лаборатории под руководством выдающегося английского физика Джозефа Джона Томсона (1856—1940).

Эрнест продолжает свои исследования в области электромагнитных волн, и в 1896 году ему удается установить радиосвязь на расстоянии около 3 километров. Практическая сторона радиосвязи его мало интересовала, и поэтому он прекращает свои работы в этой области, а передатчик дарит итальянскому инженеру Г. Маркони, использовавшему его в своих исследованиях. В это время Резерфорд совместно с Дж. Дж. Томсоном начинает работы по изучению ионизации газов и воздуха разными методами, включая лучи Рентгена. Но после открытия в 1896 году Беккерелем радиоактивности Резерфорд занялся сравнением лучей Рентгена и Беккереля.

В 1898 году он получил должность профессора физики Мак-Гиллского университета в Монреале и в сентябре этого же года прибыл в Канаду. В Мак-Гиллском университете он проработал 9 лет — до 1907 года — и сделал много важных открытий. В 1898 году Резерфорд приступил к исследованию уранового излучения, результаты которого были опубликованы в 1899 году в статье «Излучение урана и созданная им электропроводность». Исследуя урановое излучение в магнитном поле, Резерфорд установил, что оно состоит из двух составляющих. Первую составляющую, которая отклоняется в одну сторону и легко поглощается листом бумаги, он назвал альфа-лучами, а вторую, отклоняющуюся в противоположную сторону и обладающую большей проникающей способностью, — бета-лучами.

В 1900 году в излучении урана Вилларом была открыта еще одна составляющая, которая не отклонялась в магнитном поле и обладала наибольшей проникающей способностью, она была названа гамма-лучами. В 1900 году, занимаясь изучением радиоактивности тория, Резерфорд открыл новый газ, названный позже радоном. Совместно с английским физиком и химиком Фредериком Содди он в 1902—1903 годах разработал теорию радиоактивного распада и установил закон радиоактивных превращений. Резерфорд предсказал существование трансурановых элементов. Итогом девятилетней работы ученого в Монреале являются более 50 опубликованных научных статей и книга «Радиоактивность», которая подытожила все известные науке знания об этом явлении.

Имя Резерфорда становится известным, и он получает приглашение занять должность профессора кафедры физики Манчестерского университета и директора физической лаборатории. 24 мая 1907 года Эрнест Резерфорд возвращается в Европу и приступает к работе по разгадке природы альфа-частиц и их прохождения через вещество, изучение которых он начал еще в Канаде. За исследования по превращению элементов и химии радиоактивных веществ ему в 1908 году была присуждена Нобелевская премия по химии.

В Манчестере Резерфорд создает коллектив выдающихся исследователей из разных стран мира, среди которых были немецкий физик Ганс Гейгер (1882—1945), английский физик Генри Мозли (1887—1915), новозеландский физик, в то время студент последнего курса, Эрнест Марсден (1889-1970) и другие ученые. В атмосфере коллективного научного творчества были сделаны крупнейшие научные открытия Резерфорда. В 1908 году он вместе с Гейгером сконструировал прибор для регистрации отдельных заряженных частиц, получивший название «счетчик Гейгера». В 1909 году выяснил природу альфа-частиц: они являются дважды ионизированными атомами гелия. В 1911 году, основываясь на результатах опытов, проводимых его учениками Марсденом и Гейгером, установил закон рассеяния альфа-частиц атомами различных элементов, что привело его в мае 1911 года к созданию новой модели атома — планетарной. Согласно этой модели, атом подобен Солнечной системе: в центре расположено массивное положительное ядро диаметром около 10 12 см, вокруг которого по круговым орбитам вращаются отрицательные электроны. Число элементарных положительных зарядов, содержащихся в атомном ядре, совпадает с порядковым номером элемента в таблице Д. И. Менделеева, в его оболочке содержится такое же количество электронов, так как атом в целом электро-нейтрален.

Прежде чем Резерфорд смог воскликнуть: «Теперь я знаю, как выглядит атом!», Марсдену и Гейгеру пришлось зафиксировать и подсчитать более 2 миллионов еле видимых сцинтилляций (вспышек) альфа-частиц.

В 1912 году в Манчестер приехал выдающийся датский физик Нильс Бор. Ему удалось устранить противоречия планетарной модели атома, предложенной Резерфордом. В результате его работы появилась модель атома Резерфорда-Бора, положившая начало квантовой и ядерной физике.

В 1914 году Резерфорд выдвинул идею об искусственном превращении атомных ядер. Но начавшаяся Первая мировая война прервала исследования и разбросала дружный коллектив по разным, враждующим друг с другом странам. Сам Резерфорд был привлечен к военным исследованиям и занимался разработкой акустических методов борьбы с немецкими подводными лодками. На фронте в 1915 году в возрасте 28 лет был убит Генри Мозли — один из его лучших учеников, прославивший свое имя крупным открытием в спектроскопии рентгеновских лучей. Джеймс Чедвик находился в немецком плену, Марсден сражался во Франции, а Нильс Бор вернулся в Копенгаген. Лишь после войны Резерфорд смог возобновить свои исследования.

В 1919 году он переезжает в Кембридж, где занимает пост профессора Кембриджского университета и сменяет своего учителя Дж. Дж. Томсона, став директором Кавендишской лаборатории. Этот пост ученый занимал до конца своей жизни. Продолжаемые исследования приносят блестящие результаты: была осуществлена искусственная ядерная реакция превращения азота в кислород, что заложило основы современной физики ядра. В 1920 году Резерфорд предсказал существование нейтрона — нейтральной частицы, равной по массе ядру водорода. Такая частица была обнаружена в 1932 году его учеником и сотрудником Чедвиком, ставшим в связи с этим Нобелевским лауреатом. Руководимая Резерфордом Кавендишская лаборатория стала научной Меккой для ученых-физиков всех стран.

К своим ученикам он относился исключительно заботливо, ласково называя их «мальчиками», не позволял работать в лаборатории дольше шести часов вечера, а по выходным дням не позволял работать совсем. Он руководил своими учениками, как «благодушный отец семейства», и они любовно называли своего учителя «папой». Ежедневно Резерфорд собирал сотрудников за чашкой чая для обсуждения не только научных проблем и результатов экспериментов, но и вопросов политики, искусства и литературы. Великий ученый был начисто лишен всякой чопорности, снобизма и стремления создать вокруг себя обстановку преклонения.

У него учились и советские физики Ю. Б. Харитон, А. И. Лейпунский, К. Д. Синельников, Л. Д. Ландау и другие. В 1921 году к Резерфорду в Кембридж приехал молодой советский физик Петр Леонидович Капица (1894—1984) и проработал там 13 лет. Он стал активным сотрудником и другом Резерфорда, оправдал надежды своего учителя, достигнув выдающихся научных результатов. В 1971 году по инициативе П. Л. Капицы к 100летию со дня рождения ученого в нашей стране была выпущена юбилейная медаль Резерфорда и издано собрание его трудов.

Он был членом всех академий наук мира, с 1925 года — иностранным членом Академии наук Советского Союза; с 1903 года членом Лондонского королевского общества, а с 1925 по 1930 год — его президентом. В 1931 году он получил титул барона и стал лордом Нельсоном. Великий экспериментатор за свои научные заслуги был удостоен всех наград научного мира.

Эрнест Резерфорд умер 19 октября 1937 года в возрасте 66 лет. Его смерть была огромной утратой для науки, многочисленных учеников и всего человечества. Великий физик похоронен в Вестминстерском аббатстве — в соборе Святого Павла, рядом с могилами И. Ньютона, М. Фарадея, Ч. Дарвина, В. Гершеля, в одном из нефов собора, названном «Уголком науки».

Эрнест Резерфорд. Этюды об ученых :: Класс!ная физика


«Нет стремления более естественного, чем стремление к знанию.» — М.Монтень

РЕЗЕРФОРД, Эрнест ( 1871 — 1937 )

— великий английский физик, заложивший основы современного учения о радиоактивности и строении атома.

Английский физик Эрнест Резерфорд родился в Новой Зеландии.

Интересно, что Резерфорд ещё в юности выступил с докладом «Об эволюции материи» на заседании студенческого общества, где выдвинул идею о том, что все атомы состоят из одних и тех же составных частей. Идею Резерфорда приняли неодобрительно, и он должен был извиниться перед обществом. Правильность своих воззрений он доказал только через двадцать лет.

Благодаря своим способностям Резерфорд был удостоен стипендии Кембриджского университета и переехал в Англию, где оказался первым аспирантом Кембриджа, не закончившим этого прославленного английского университета.

В Кембридже Резерфорд начал заниматься электромагнитными явлениями и в 1896 году собрал самый чувствительный в мире приемник электромагнитных волн с радиусом действия в несколько сотен метров, опередив и Попова, и Маркони.

Эрнест Резерфорд считал, что в природе существует только две науки. Первая — разумеется, физика. А вторая — коллекционирование марок!

Чуть позднее Резерфорд на всю жизнь увлекся радиоактивностью и связанными с ней явлениями. В 1899 году 25-летний Резерфорд уже в качестве профессора Монреальского университета в Канаде начал серию экспериментов по изучению радиоактивности урана и открыл два вида этого излучения: альфа-и бета-лучи.

В 1901-1902 гг., Резерфорд и Ф. Содди создали основные положения теории радиоактивности.

В 1907 году Резерфорд возвратился в Англию новоизбранным профессором физики Манчестерского университета.

Проблему понятия что есть альфа-частица радиоактивного излучения Резерфорд решил в 1908 году. Он доказал, что там, где присутствует источник альфа-излучения, появляются атомы гелия ( альфа-частицы).

В 1908 году Резерфорд получил Нобелевскую премию по химии «за проведенные им исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ». (В те годы еще принято было относить исследования по строению атома и радиоактивности к химии.)

На что он сам сказал, что имел дело со многими превращениями в природе, но такое сиюминутное превращение ему вряд ли удалось бы предвидеть!

Резерфорд первым понял, как устроен атом, первым выделил протон как самостоятельную элементарную частицу и дал ему имя. Он первым осуществил искусственную ядерную реакцию, превратив азот в кислород.

Размышляя над явлением, которое наблюдалось при бомбардировке пластинки тонкой золотой фольги альфа-частицами, излучаемыми таким радиоактивным ураном, Резерфорд в 1911 г. предложил новую ядерную модель атома. Но эта модель в корне противоречила представлениям классической физики! Планетарная модель строения атома после работ Нильса Бора в 1913 году стала общепризнанной. Крупнейший астроном сэр Артур Эддингтон сказал, что Резерфорд произвел самое значительное изменение в наших представлениях о строении вещества со времен Демокрита.

В 1919 году Резерфорд возглавил Кавендишскую лабораторию В Кембридже и оставался директором лаборатории до последнего дня своей жизни.

Резерфорд пользовался следующими критериями при выборе своих сотрудников. Когда к нему приходили в первый раз, Резерфорд давал задание. Если после этого новый сотрудник спрашивал, что делать дальше, его увольняли.

В 1921 занял должность профессора естественных наук в Королевском институте в Лондоне. В 1930 г. Резерфорд был назначен председателем правительственного консультативного совета Управления научных и промышленных исследований.

Однако, интересно, что когда в 1930 году в Кембридже Дж. Кокрофт и Э. Т. С. Уолсон расщепили атом, то руководитель Кавендишской лаборатории Э. Резерфорд публично высказался по поводу этого эксперимента так: » … расщепление атома, это всего лишь наиболее элегантный эксперимент и элегантность его в том и состоит, что он не имеет никакого практического применения!»

Сам Резерфорд не верил в возможность практического применения своих открытий. Незадолго до смерти ему задали вопрос: «Как вы думаете, когда открытая вами ядерная энергия найдет практическое применение?». Резерфорд коротко ответил: «Никогда!» . Подумав, добавил: в крайнем случае, лет через 200-300″. Это говорилось за 5 лет до запуска первого атомного реактора и за 8 лет до взрыва первой атомной бомбы.

1931 г. Э.Резерфорд был удостоен титула пэра. Он послал своей матери в Новую Зеландию телеграмму: «То, что я лорд Резерфорд, – больше твоя заслуга, чем моя. Твой сын Эрнест».

В числе полученных Резерфордом наград медаль Румфорда и медаль Копли Лондонского королевского общества, а также британский орден «За заслуги». Резерфорд был удостоен почетных степеней Новозеландского, Кембриджского, Висконсинского, Пенсильванского и Макгиллского университетов.
Он являлся членом-корреспондентом Геттингенского королевского общества, а также членом Новозеландского философского института, Американского философского общества. Академии наук Сент-Луи, Лондонского королевского общества и Британской ассоциации содействия развитию науки

Эрнеста Резерфорда заслуженно называют отцом ядерной физики и величайшим физиком экспериментатором ХХ столетия.


Другие страницы по теме «Этюды об ученых»

Штрихи к портретам ученых-физиков:

П.Н. Яблочков
А.С. Попов
Н. Коперник
Архимед
Н. Е. Жуковский
Дж.К. Максвелл
Ф. Жолио-Кюри
И. Жолио-Кюри
П. Кюри
М. Склодовская-Кюри
Г. Галилей
М. Фарадей
Э. Резерфорд
Д.И. Менделеев
А. Эйнштейн
А.Г. Столетов
М.В. Ломоносов
Э.Х. Ленц
И. Кеплер
А. Белл
К.Э. Циолковский
Б. Паскаль

Главы из книги
«Этюды об ученых» авт. Я. Голованов:

Архимед
Джордано Бруно
Леонардо да Винчи
Галилео Галилей Христиан Гюйгенс
Иоган Кеплер
Николай Коперник
Иван Кулибин
Исаак Ньютон
Блез Паскаль
Э. Торричелли
Джеймс Уатт
Майкл Фарадей
Альберт Эйнштейн
Томас Эдисон
Павел Яблочков
Борис Якоби

Эрнест Резерфорд — Модель, открытия и эксперимент

Физик Эрнест Резерфорд был центральной фигурой в изучении радиоактивности, который руководил исследованиями в области ядерной физики.

Кем был Эрнест Резерфорд?

Пионер ядерной физики и первый, кто расщепил атом, Эрнест Резерфорд был удостоен Нобелевской премии по химии 1908 года за свою теорию строения атома. Прозванный «отцом ядерного века», Резерфорд умер в Кембридже, Англия, 19 октября 1937 года от ущемленной грыжи.

Молодость и образование

Эрнест Резерфорд родился в сельской местности Спринг-Гроув на Южном острове Новой Зеландии 30 августа 1871 года. Он был четвертым из 12 детей и вторым сыном. У его отца, Джеймса, было мало образования, и он изо всех сил пытался прокормить большую семью за счет дохода мельника. Мать Эрнеста, Марта, работала школьной учительницей. Она считала, что знание — это сила, и уделяла большое внимание образованию своих детей.

В детстве Эрнест, которого в семье называли «Эрн», проводил большую часть времени после школы, доя коров и помогая с другими делами на семейной ферме.Выходные он проводил, купаясь в ручье со своими братьями. Поскольку с деньгами было туго, Резерфорд нашел изобретательные способы преодоления финансовых проблем своей семьи, включая птичьи гнезда, чтобы заработать средства на свои принадлежности для запуска воздушных змеев. «У нас нет денег, поэтому мы должны думать», — таков был девиз Резерфорда в то время.

В возрасте 10 лет Резерфорду вручили его первую научную книгу в школе Фоксхилл. Это был поворотный момент для Резерфорда, учитывая, что книга вдохновила его на самый первый научный эксперимент.Молодой Резерфорд сконструировал миниатюрную пушку, которая, к удивлению его семьи, быстро и неожиданно взорвалась. Несмотря на результат, интерес Резерфорда к ученым оставался непоколебимым. В 1887 году ему была присуждена стипендия для обучения в Nelson Collegiate School, частной средней школе, где он до 1889 года жил на пансионе и играл в регби. В Кентерберийском колледже профессора Резерфорда подогревали его энтузиазм в поисках конкретных доказательств с помощью научных экспериментов.Резерфорд получил там степени бакалавра гуманитарных наук и магистра гуманитарных наук и сумел добиться первоклассных наград по математике и естественным наукам. В 1894 году, еще в Кентербери, Резерфорд провел независимое исследование способности высокочастотного электрического разряда намагничивать железо. Его исследования принесли ему степень бакалавра наук всего за год. В том же году Резерфорд познакомился и влюбился в дочь своей квартирной хозяйки Мэри Ньютон. Пара поженилась в 1900 году, а позже у них родилась дочь, которую они назвали Эйлин.

Эксперименты и открытия

В 1895 году, будучи первым студентом-исследователем в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета в Лондоне, Резерфорд нашел более простой и коммерчески выгодный способ обнаружения радиоволн, чем тот, который был ранее создан немецким физиком Генрихом Герцем.

Также во время работы в Кавендишской лаборатории Резерфорд был приглашен профессором Дж.Дж. Томсону сотрудничать в изучении рентгеновских лучей. Немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген открыл рентгеновские лучи всего за несколько месяцев до того, как Резерфорд прибыл в Кавендиш, и рентгеновские лучи были горячей темой среди ученых-исследователей.Вместе Резерфорд и Томсон изучали влияние рентгеновских лучей на проводимость газов, в результате чего была написана статья о разделении атомов и молекул на ионы. В то время как Томсон продолжал исследовать то, что позже будет названо электроном, Резерфорд более внимательно изучил излучение, производящее ионы.

Прокрутите, чтобы продолжить

Сосредоточившись на уране, Резерфорд обнаружил, что размещение его рядом с фольгой приводит к тому, что один тип излучения легко поглощается или блокируется, в то время как другой тип легко проникает в ту же фольгу.Он назвал два типа излучения «альфа» и «бета». Как оказалось, альфа-частица была идентична ядру атома гелия. Бета-частица была фактически такой же, как электрон или позитрон.

Резерфорд покинул Кембридж в 1902 году и стал профессором Университета Макгилла в Монреале. В 1903 году в Макгилле Резерфорд и его коллега Фредерик Содди представили свою теорию распада радиоактивности, в которой утверждалось, что радиоактивная энергия испускается изнутри атома и что когда альфа- и бета-частицы испускаются одновременно, они вызывают химические изменения в элементах.Резерфорд и профессор Йельского университета Бертрам Борден Болтвуд разделили радиоактивные элементы на то, что они назвали «рядом распада». Резерфорду также приписывают открытие радиоактивного газа радона в Макгилле. Достигнув известности за свой вклад в понимание радиоактивных элементов, Резерфорд стал активным оратором, опубликовал множество журнальных статей и написал самый уважаемый учебник того времени по радиоактивности.

В 1907 году Резерфорд вернулся в Англию, перейдя на должность профессора в Манчестерский университет.Проведя дальнейшие эксперименты, включающие стрельбу альфа-частицами по фольге, Резерфорд сделал новаторское открытие, что почти вся масса атома сосредоточена в ядре. При этом он создал модель ядра, открытие, которое положило начало ядерной физике и в конечном итоге проложило путь к изобретению атомной бомбы. Резерфорд, метко названный «отцом ядерной эры», получил Нобелевскую премию по химии в 1908 году.

С началом Первой мировой войны Резерфорд обратил свое внимание на противолодочные исследования.К 1919 году он сделал еще одно монументальное открытие: как искусственно вызвать ядерную реакцию в стабильном элементе. Ядерные реакции были основным направлением деятельности Резерфорда до конца его научной карьеры.

Смерть и наследие

За свою карьеру Резерфорд был удостоен бесчисленных наград, в том числе нескольких почетных степеней и стипендий таких организаций, как Институт инженеров-электриков. В 1914 году он был посвящен в рыцари. В 1931 году он был возведен в звание пэра и получил титул барона Резерфорда из Нельсона.В том же году он был избран президентом Института физики.

19 октября 1937 года барон Резерфорд умер в Кембридже, Англия, в возрасте 66 лет от осложнений ущемленной грыжи. Ученый, которого коллеги прозвали Крокодилом за то, что он всегда смотрит вперед, похоронен в Вестминстерском аббатстве.

За несколько лет до своей смерти, во время Первой мировой войны, Резерфорд выразил надежду, что ученые не научатся добывать атомную энергию, пока «человек не будет жить в мире со своими соседями.На самом деле открытие ядерного деления было сделано всего через два года после его смерти и в конечном итоге привело к тому, чего опасался Резерфорд, — к использованию ядерной энергии для создания оружия военного времени.

Многие открытия Резерфорда также легли в основу строительства Европейской организацией ядерных исследований Большого адронного коллайдера. Большой адронный коллайдер, крупнейший в мире ускоритель частиц с самой высокой энергией, который создавался десятилетиями, начал сталкивать атомные частицы в мае 2010 года.С тех пор он использовался для ответа на фундаментальные вопросы физики учеными, разделяющими склонность Резерфорда к дальновидному мышлению и его неустанному поиску доказательств посредством научных исследований.

Эрнест Резерфорд — биография, факты и фотографии

Жил с 1871 по 1937 год.

Эрнест Резерфорд — отец ядерной химии и ядерной физики. Он открыл и назвал атомное ядро, протон, альфа-частицу и бета-частицу.Он открыл концепцию ядерных периодов полураспада и добился первого преднамеренного превращения одного элемента в другой, удовлетворив одну из древних страстей алхимиков.

Начало

Эрнест Резерфорд родился 30 августа 1871 года в деревне Брайтуотер на Южном острове Новой Зеландии. Его отец, Джеймс Резерфорд, был фермером из Шотландии, а мать, Марта Томпсон, была школьной учительницей из Англии.

Эрнест был четвертым из 12 детей, которых его родители воспитывали в Новой Зеландии, и он был наделен как высоким интеллектом, так и талантом к спорту, особенно к регби.Он прочитал свою первую научную книгу в возрасте 10 лет и был очарован тем, что узнал, тщательно проводя эксперименты, предложенные в книге.

Он учился в средней школе в Колледже Нельсона в маленьком городке Нельсон, где его плата за пансион оплачивалась за счет стипендии.

В возрасте 18 лет он уехал в город Крайстчерч на стипендию в Кентерберийский колледж, ныне Кентерберийский университет.

В 1893 году он получил диплом с отличием по математике и физике.

В 1895 году он получил степень бакалавра химии и геологии в Кентерберийском колледже и некоторое время работал школьным учителем. Он выиграл стипендию для обучения за границей и решил поступить в Кембриджский университет в Соединенном Королевстве, чтобы работать в лаборатории Дж. Дж. Томсона.

Объявления

Кембридж, Монреаль, Манчестер и обратно в Кембридж

Резерфорд прибыл в Кембридж в 1895 году в возрасте 24 лет, где Дж.Дж. Томсон и его жена Роуз.

Резерфорд уже изобрел радиоприемник в Новой Зеландии. Он усовершенствовал его в Кембридже, где построил приемник, побивший мировой рекорд, способный обнаруживать радиоволны на расстоянии в полмили. Однако в битве за разработку радио он быстро проиграл Гульельмо Маркони. Резерфорд ничуть не возражал. Его работа на радио не была такой интеллектуальной, как другая работа, которую он делал по радиоактивности и воздействию рентгеновских лучей на газы.

Исследовательская работа Резерфорда была чрезвычайно продвинутой и произвела огромное впечатление на Томсона.В 1898 году, когда в Монреальском университете Макгилла открылась кафедра физики, Томсон рекомендовал назначить на нее Резерфорда.

«У меня никогда не было студента с большим энтузиазмом или способностями к оригинальным исследованиям, чем у мистера Резерфорда».

Дж. Дж. Томсон

Нобелевская премия по физике 1906

 

В 1898 году Резерфорд отплыл в Канаду, где в возрасте 27 лет стал профессором. В Макгилле он выполнил работу, которая привела к его Нобелевской премии по химии 1908 года.

В 1907 году, после девяти лет работы в Макгилле, Резерфорд отплыл обратно в Великобританию, чтобы занять кафедру физики Манчестерского университета.

Последний шаг Резерфорда был сделан в 1919 году, когда Дж. Дж. Томсон вышел на пенсию. Резерфорд, которому сейчас 48 лет, сменил Томсона на посту Кавендишского профессора экспериментальной физики в Кембридже.

Самый значительный вклад Резерфорда в науку

Открытие альфа- и бета-излучения

Начиная с 1898 г. Резерфорд изучал излучение, испускаемое ураном. Он открыл два разных типа излучения, которые назвал альфа и бета.

Пропуская излучение урана через все большее число слоев металлической фольги, он обнаружил, что:

  • бета-частицы обладают большей проникающей способностью, чем альфа-лучи

По направлению их движения в магнитном поле он сделал вывод, что:

  • альфа-частицы заряжены положительно

Измерив отношение массы к заряду, он выдвинул гипотезу о том, что:

  • альфа-частицы представляют собой ионы гелия, несущие заряд 2+

Вместе со своим коллегой Фредериком Содди Резерфорд пришел к выводу, что:

  • альфа-частицы атомарны по своей природе
  • альфа-частиц образуются при распаде более крупных атомов, поэтому атомы не являются, как все считали, неразрушимыми
  • когда большие атомы испускают альфа-частицы, они становятся немного меньшими атомами, а это означает, что радиоактивные элементы должны превращаться в другие элементы при распаде

Содди, который позже сам получил Нобелевскую премию, был измотан попытками не отставать от Резерфорда:

«Я бросил все, чтобы следовать за ним (Резерфордом). На более чем два года научная жизнь стала настолько беспокойной, что редко бывает при жизни отдельного человека и, возможно, редко при жизни учреждения».

Фредерик Содди, с 1877 по 1956 год

Нобелевская премия по химии 1921

 

Резерфорд ввел термины альфа, бета и гамма для трех наиболее распространенных типов ядерного излучения. Мы до сих пор используем эти термины. (Гамма-излучение было обнаружено Полем Вилларом в Париже, Франция, в 1900 г.)

Резерфорд начал свои исследования альфа- и бета-излучения в том же году, когда Пьер и Мария Кюри открыли новые радиоактивные элементы полоний и радий.

«Мне нужно продолжать, потому что на моем пути всегда есть люди. Я должен опубликовать свою настоящую работу как можно быстрее, чтобы продолжать гонку. Лучшие спринтеры на этом пути исследований — Беккерель и Кюри».

Эрнест Резерфорд

 

В 1907 году Резерфорд открыл, что у радиоактивных элементов есть период полураспада – он ввел термин период полураспада для обозначения этого явления.

Резерфорд был удостоен Нобелевской премии по химии 1908 года «за исследования распада элементов и химии радиоактивных веществ.

Возраст планеты Земля и радиометрическое датирование

Резерфорд понял, что запасы гелия на Земле в значительной степени образуются в результате распада радиоактивных элементов. Он разработал метод датирования горных пород, связывая их возраст с количеством присутствующего в них гелия.

Основываясь на том факте, что наша планета все еще вулканически активна, лорд Кельвин указал, что возраст Земли не может превышать 400 миллионов лет. Он сказал, что Земля может быть старше только в том случае, если будет найден какой-то новый источник энергии, нагревающий ее изнутри.

Резерфорд определил новый источник – энергию, выделяющуюся при радиоактивном распаде элементов.

Он также начал науку о радиометрическом датировании — использовании продуктов радиоактивного распада для определения возраста вещей.

«Лорд Кельвин ограничил возраст Земли при условии, что не будет открыт новый источник (энергии). Это пророческое высказывание относится к тому, что мы сегодня обсуждаем, к радию!

Эрнест Резерфорд

 

Открытие атомного ядра

После переезда в Манчестерский университет Резерфорд и двое его исследователей — Ганс Гейгер и Эрнест Марсден — провели в 1909 году один из знаковых экспериментов в науке — эксперимент с золотой фольгой.

Резерфорд начал эксперимент, потому что был озадачен тем, что меньшее количество альфа-частиц, чем ожидалось от образца радия, достигает нового детектора в его лаборатории. Единственной средой, через которую должны были пройти частицы, был небольшой объем воздуха. Резерфорд считал, что огромное количество энергии, переносимой альфа-частицами, должно было позволить им беспрепятственно перемещаться в небольшом количестве воздуха без отклонения.

Он поручил Гейгеру и Марсдену исследовать, в какой степени альфа-частицы будут отклоняться от своего обычного прямолинейного пути при прохождении через очень тонкий лист золотой фольги.

Гейгер и Марсден использовали образец радия, чтобы получить поток альфа-частиц, прошедших через золотую фольгу. Место, где заканчивались альфа-частицы, регистрировалось электрически.

Результаты были замечательными. Если бы золото было гладким веществом в атомном масштабе, как считалось, можно было бы ожидать легкого отклонения альфа-частиц. На самом деле, большинство альфа-частиц пролетело сквозь золото без отклонения, но некоторые сильно отклонились, а некоторые даже «отскочили» прямо от золота.Резерфорд был совершенно поражен этим. Известно, что он сравнил это с стрельбой из орудий линкора по папиросной бумаге и обнаружением того, что некоторые снаряды отскакивают от папиросной бумаги.

Резерфорд объяснил эффект, предложив новую модель атома, заменив модель сливового пудинга своего старого наставника Дж. Дж. Томсона.

Его новая модель требовала, чтобы атомы имели маленькое, очень плотное ядро. Этим шагом, руководствуясь своими экспериментальными данными, Резерфорд открыл атомное ядро.

Дж. Дж. Томсон смоделировал атом как сферу, в которой равномерно распределены положительный заряд и масса. Электроны вращаются внутри положительной сферы. Это называлось моделью сливового пудинга.

Результаты эксперимента с золотой фольгой позволили Резерфорду построить более точную модель атома, в которой почти вся масса была сосредоточена в крошечном плотном ядре. Большая часть объема атома была пустым пространством. Ядро было похоже на муху, парящую на футбольном стадионе, — если, конечно, помнить, что муха намного тяжелее стадиона! Электроны вращаются на некотором расстоянии от ядра.Это было названо моделью Резерфорда. Это напоминает планеты, вращающиеся вокруг звезды.

Хотя Резерфорд получил Нобелевскую премию за свою более раннюю работу, его открытие атомного ядра, вероятно, было его величайшим достижением.

26-летний Нильс Бор, который в 1912 году проводил время в качестве студента-исследователя в лаборатории Резерфорда, был заинтригован резерфордовской моделью атома. Он мог видеть, что с точки зрения классической физики разделение заряда на положительное ядро ​​и вращающиеся по орбите электроны было нестабильным.Он исследовал значение такого атома, что привело непосредственно к первой квантовой модели атома — атому Резерфорда-Бора.

Резерфорд и Бор стали лучшими друзьями; в последующие годы они и их жены часто отдыхали вместе.

«Резерфорд — человек, на которого можно положиться; он приходит регулярно и спрашивает, как идут дела, и рассказывает о мельчайших подробностях — Резерфорд такой незаурядный человек и действительно интересуется работой всех окружающих его людей».

Нильс Бор, 1885–1962 гг.

Нобелевская премия по физике 1922

 

Открытие ядерных реакций

Резерфорд совершил первое сознательное превращение одного элемента в другой.В 1919 году он превратил атомы азота в атомы кислорода, бомбардируя азот альфа-частицами. Эта ядерная реакция была написана:

14 N + α → 17 O + 1 H

Открытие протона

Когда он обнаружил водород, образующийся в ядерной реакции, описанной выше, Резерфорд начал подозревать, что ядро ​​водорода на самом деле может быть фундаментальной частицей, строительным блоком всех атомных ядер.

Он формализовал это в 1920 году, дав этой частице имя: протон.Первую ядерную реакцию теперь можно было переписать:

14 N + α → 17 O + протон

Предсказание существования нейтрона

Резерфорд провел расчеты стабильности атомных ядер. Он обнаружил, что если к ядру не добавить какую-либо нейтральную частицу, отталкивание положительно заряженных протонов заставит ядра разлететься. В 1920 году он назвал эту гипотетическую частицу нейтроном.

Джеймс Чедвик, заместитель директора Резерфорда по исследованиям, открыл нейтрон в 1932 году, экспериментально доказав его существование.

 

Некоторые личные данные и конец

Резерфорд не совсем соответствовал научному стереотипу. Он был прямым, серьезным человеком, который высказывал свое мнение. Он не слишком заботился о своей внешности; некоторые люди приняли великого ученого за фермера!

Он был хорошо известен своими безграничными запасами энергии и энтузиазма, из-за которых многие его работники были истощены.

«Энтузиазм и неиссякаемая энергия Резерфорда, естественно, повлияли на всех нас.Работа в лаборатории по вечерам была скорее правилом, чем исключением, особенно для нас, немцев, чье пребывание в Монреале было ограничено… У него был большой, сердечный смех, который эхом разносился по всей лаборатории».

Отто Хан, 1879–1958 гг.

Нобелевская премия по химии 1944 г.

 

Летом 1900 года, через два года после переезда в Монреаль, Резерфорд отплыл в Новую Зеландию, чтобы жениться на Мэри Джорджине Ньютон, с которой он обручился, живя в Крайстчерче.У них был один ребенок, Эйлин Мэри, родившаяся в 1901 году. Когда ей было 20 лет, Эйлин вышла замуж за известного физика Ральфа Х. Фаулера. Эйлин умерла в 1930 году, через девять дней после рождения четвертого ребенка. Резерфорд и его жена пережили свою дочь, находя утешение во внуках, которые все стали учеными.

Резерфорд ежедневно посещал своих исследователей, критикуя или хваля их работу, выслушивая их проблемы, внося предложения. Он мог быть прямолинеен, когда думал, что люди делают что-то неправильно, но его сотрудники почитали его, потому что знали, что прежде всего Резерфорд усердно расширяет границы человеческого знания, и он всегда отдавал им должное за их исследования.

Резерфорд был вдохновляющим человеком, и, как и в случае с Дж. Дж. Томсоном, необычно большое число его исследователей стали лауреатами Нобелевской премии, включая Джеймса Чедвика, Джорджа де Хевеси, Джона Кокрофта, Эрнеста Уолтона, Петра Капицу, Сесила Пауэлл, Нильс Бор, Отто Хан, Фредерик Содди и Эдвард Эпплтон.

Его громкий голос был самым громким, который когда-либо слышали его коллеги. Джеффри Феллоуз, коллега-лектор в Кембридже, написал:

Мы были приличным обществом, и я рассчитывал вести спокойную жизнь, обучая механике и слушая, как мои старшие коллеги мягко, но косвенно подшучивают друг над другом.Эта мечта о сонном покое очень быстро развеялась, когда Резерфорд приехал в Кембридж. Резерфорд был единственным человеком, которого я когда-либо встречал, который сразу же произвел на меня впечатление великого человека. Он был крупным мужчиной, производил много шума и, казалось, наслаждался каждой минутой своей жизни. Я помню, как когда впервые появилось трансатлантическое вещание, Резерфорд рассказал нам за обедом в Холле, как он говорил в микрофон с Америкой, и его услышали по всему континенту. Один из самых смелых наших стипендиатов сказал: «Конечно, вам не нужно было использовать для этого аппарат.”

Джеффри Феллоуз, 1871–1937 гг.

 

За свою жизнь Резерфорд получил множество наград. Помимо Нобелевской премии, в 1914 году он был посвящен в рыцари, став сэром Эрнестом Резерфордом, а затем стал британским лордом, получив титул барона Резерфорда из Нельсона в 1931 году.

Эрнест Резерфорд умер в возрасте 66 лет от кишечного паралича 19 октября 1937 года. Его прах был похоронен в нефе Вестминстерского аббатства вместе с другими великими учеными, такими как Исаак Ньютон, лорд Кельвин, Чарльз Дарвин и Чарльз Лайель.В 1940 году прах его друга и бывшего босса Дж. Дж. Томсона был похоронен вместе с Резерфордом и другими учеными.

Элемент 104 назван Резерфордием в его честь.

«Даже случайный читатель статей Резерфорда должен быть глубоко впечатлен его силой в экспериментах… По моему мнению, он был величайшим физиком-экспериментатором со времен Фарадея».

Джеймс Чедвик, 1891–1974 гг.

Нобелевская премия по физике 1935 г.

 

Объявления

Автор этой страницы: The Doc
Изображения ученых на этой странице, обработанные в цифровом виде и раскрашенные этим веб-сайтом.© Все права защищены.

Цитировать эту страницу

Пожалуйста, используйте следующую ссылку в соответствии с MLA:

 «Эрнест Резерфорд». Известные ученые. Сайт известных ученых. 30 июля 2015 г. Интернет.
. 

Опубликовано FamousScientists.org

Дополнительная литература
Собрание статей лорда Резерфорда из Нельсона, том 1
Routledge, 2014

Великие физики
Уильям Х. Кроппер
Oxford University Press, 2001

Сэр Эрнест Резерфорд (барон Резерфорд из Нельсона, О.M., FRS)
из An Encyclopaedia of New Zealand
под редакцией AH McLintock, 1966

Эрнест Резерфорд

Эрнест Резерфорд

Эрнест Резерфорд

Открытие радиоактивности (Эрнест Резерфорд)

В 1899 году Эрнест Резерфорд изучал поглощение радиоактивности тонкими листами металлической фольги и обнаружил два компонента: альфа (а) излучение, которое поглощается несколькими тысячными сантиметра металлической фольги, и бета б) излучение, которое может пройти через фольгу в 100 раз больше до того, как он был поглощен.Вскоре после этого появилась третья форма излучения, названная гамма . (g) лучи, которые могут проникать до нескольких сантиметров свинца. Три вида излучения также различаются по способу воздействия на них. электрическими и магнитными полями, как показано ниже.

(а) В своей диссертации Мария Кюри сообщила о рисунке на левый, который показал влияние магнитного поля на три формы радиоактивности. Альфа-частицы отклонялись медленнее, чем бета-частицы, что предполагало что альфа-частицы тяжелее бета-частиц. Гамма-лучи не пострадали магнитным полем. б) Влияние электрического поля на различные формы радиоактивность показывает, что альфа-частицы и бета-частицы электрически заряжены, но они несут заряды с противоположными знаками. Гамма-лучи не подвержены влиянию электрическое поле и, следовательно, не имеют электрического заряда.

Эксперимент с золотой фольгой (Эрнест Резерфорд)

Резерфорд начал свою дипломную работу с изучения влияния рентгеновских лучей на различные материалы. Вскоре после открытия радиоактивности он обратился к изучение -частиц, испускаемых металлическим ураном и его соединениями.

Прежде чем он смог изучить влияние -частиц на материю, Резерфорду пришлось разработать способ подсчета отдельных -частиц.Он обнаружил, что экран, покрытый сульфидом цинка, излучал вспышку света каждый раз, когда в него попадала -частица. Резерфорд и его ассистент, Ганс Гейгер , сидел в темноте, пока его глаза не стали достаточно чувствителен. Затем они пытались сосчитать вспышки света, испускаемые ZnS. экран. (Неудивительно, что Geiger был мотивирован на разработку электронный счетчик радиоактивности, носящий его имя.)

Резерфорд обнаружил, что узкий пучок -частиц расширяется, когда проходит через тонкая пленка слюды или металла.Поэтому у него было Гейгера, измерителей угла через который эти -частицы рассеивались тонким куском металлической фольги. Потому что это так необычно пластичное золото может быть превращено в фольгу толщиной всего 0,00004 см. Когда это фольгу бомбардировали -частицами, Гейгер обнаружил, что рассеяние было небольшой, порядка одного градуса.

Эти результаты соответствовали ожиданиям Резерфорда. Он знал, что -частица имела значительную массу и двигалась достаточно быстро.Поэтому он предвидел, что практически все -частицы смогли бы проникнуть через металлическую фольгу, хотя они будут слегка рассеяны при столкновениях с атомами, через которые они прошли. В Другими словами, Резерфорд ожидал, что -частицы будут проходить через металлическую фольгу так же, как винтовочная пуля пробивала мешок с песком.

Однажды Гейгер предложил передать исследовательский проект Эрнесту. Марсден , работавший в лаборатории Резерфорда.Резерфорд ответил, «Почему бы не дать ему посмотреть, могут ли какие-либо α-частицы рассеяться через большое угол?» Когда этот эксперимент был проведен, Marsden обнаружил, что небольшой часть (возможно, 1 из 20 000) -частиц была рассеяна под углами, большими, чем 90 или (см. рис. 6.7 и ). Много лет спустя, размышляя о своей реакции на этих результатов, Резерфорд сказал: «Это было самое невероятное событие, которое когда-либо случилось со мной в жизни.Это было почти так же невероятно, как если бы вы выстрелили 15-дюймовым снарядом в кусок папиросной бумаги, и он вернулся и ударил тебя.»

Резерфорд пришел к выводу, что есть только один способ объяснить эти результаты. Он предположил что положительный заряд и масса атома сосредоточены в малой доле общий объем, а затем вывел математические уравнения для рассеяния, которые бы происходить. Эти уравнения предсказывали, что число -частиц, рассеянных через заданное угол должен быть пропорционален толщине фольги и квадрату заряда на ядра и обратно пропорциональна скорости, с которой двигались -частицы возведен в четвертую степень.В серии экспериментов Geiger и Marsden подтвердил каждое из этих предсказаний.

Когда он опубликовал результаты этих экспериментов в 1911 году, Резерфорд предложил модель для структуры атома, принятой до сих пор. Он пришел к выводу, что все положительный заряд и практически вся масса атома сосредоточена в бесконечно малая часть общего объема атома, которую он назвал ядро (от латинского «орешек»).

Большинство -частиц смогли пройти сквозь золотую фольгу, не столкнувшись с что-нибудь достаточно большое, чтобы значительно отклонить их путь. Небольшая часть -частицы приближались к ядру атома золота, проходя сквозь фольгу. Когда это произошло, сила отталкивания между положительно заряженной -частицей и ядро отклонило -частицу на небольшой угол. Иногда -частица путешествовала по пути, который в конечном итоге привел бы к прямому столкновению с ядром одного из 2000 или около того атомов, через которые он должен был пройти.Когда это произошло, отталкивание между ядро и -частица отклонили -частицу на угол 90 o или более.

Тщательно измерив долю -частиц, отклоненных на большие углы, Резерфорд смог оценить размер ядра. По его расчетам, радиус ядра как минимум в 10 000 раз меньше радиуса атома. Таким образом, подавляющая часть объема атома представляет собой пустое пространство.

Именование протона (Эрнест Резерфорд)

Вскоре после Первой мировой войны, в 1920 г., Резерфорд предложил название протон для положительно заряженные частицы в ядре атома.

Предложение нейтрона (Эрнест Резерфорд)

В то же время, когда Резерфорд предложил название протон для положительно заряженной частицы в ядре атома, он предположил, что ядро ​​также содержит нейтральная частица, впоследствии названная нейтроном. Однако только в 1932 году Джеймс Чедвик смог доказать, что эти нейтральные частицы существуют.

 

Эрнест Резерфорд — ученый дня

Эрнест Резерфорд, новозеландский физик, работавший в Англии, родился 30 августа 1871 года. открытием рентгеновских лучей, затем радиоактивности, а затем и электрона, и Резерфорд принимал активное участие в понимании всех этих новых явлений.Именно Резерфорд объявил в 1903 году, что когда атом урана испускает альфа- или бета-частицы, он на самом деле превращается в другой элемент, например торий. Он также обнаружил, что радиоактивность, по-видимому, производит гелий, предполагая, что альфа-частица представляет собой некоторую форму атома гелия. Мы обсуждали работу Резерфорда по радиоактивности в нашей статье о Бертраме Болтвуде в прошлом месяце.

В 1911 году Резерфорд объявил о том, что, возможно, является его величайшим открытием, — об атомном ядре. Резерфорд был тогда в Манчестере, и он и его помощники разработали эксперимент, в котором источник радия испускал альфа-частицы, которые были направлены на мишень, очень тонкий лист золотой фольги. Цель была окружена детектором, который производил крошечную светящуюся вспышку при столкновении с заряженной частицей. Вы можете увидеть экспериментальную установку на первой диаграмме выше. Цель состояла в том, чтобы увидеть, будут ли какие-либо частицы отклоняться атомами золота, что могло бы позволить им определить распределение материи внутри атома. Резерфорд был поражен, когда некоторые частицы отклонились на чрезвычайно большие углы; это было почти так же удивительно, как если бы снаряд выстрелил в кусок папиросной бумаги, и он отскочил бы назад.Но Резерфорд понял смысл: должно быть, почти вся масса атома сосредоточена в центре, в ядре. Если это так, то большинство частиц прошли бы прямо через атом, но любая, случайно столкнувшаяся с ядром, тут же отскочила бы назад. На другой диаграмме выше ( , третье изображение ) показана старая модель атома слева, называемая атомом Томсона или атомом изюмного пудинга, с электронами, рассеянными по положительной массе, как изюм в пудинге. Такой атом никак не мог отклонить тяжелую альфа-частицу.Модель Резерфорда, показанная справа, с ее ядром могла легко это сделать.

Резерфорд объявил об экспериментальных доказательствах существования атомного ядра в статье в London Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine (или Phil Mag , как его называли) в 1911 году. Этот журнал есть в нашей коллекции сериалов. Резерфорд, вероятно, получил бы Нобелевскую премию за открытие ядра, но он уже получил эту премию тремя годами ранее за свою работу по радиоактивности.

Резерфорд сделал два важных открытия и все еще был на второй передаче. Позже он открыл протон и обучил новое поколение физиков. Нам еще предстоит рассказать о дальнейшей карьере Резерфорда в будущую годовщину.

На фотографии Резерфорд в возрасте 34 лет в своей лаборатории в Университете Макгилла, Канада, где он работал над радиоактивностью до переезда в Манчестер. Портрет маслом ( четвертое изображение ), написанный Джеймсом Ганном в 1932 году, находится в Национальной портретной галерее в Лондоне.

Доктор Уильям Б. Эшворт-младший, консультант по истории науки, библиотека Линды Холл и доцент кафедры истории Университета Миссури-Канзас-Сити. Комментарии или исправления приветствуются; пожалуйста, направьте на [email protected]

Знай ученого: Эрнест Резерфорд

Эрнест Резерфорд (1871–1937) был британским физиком новозеландского происхождения, постулировавшим ядерную структуру атома, что привело к исследованиям в области ядерной физики.Он открыл альфа- и бета-лучи и предложил законы радиоактивного распада. Его часто называют «отцом ядерной физики».

Эрнест Резерфорд родился в 1871 году в Нельсоне, Новая Зеландия. Эрнест получил двойную специализацию по математике и физическим наукам в Кентерберийском колледже Университета Новой Зеландии в Веллингтоне в 1893 году. Кавендишская лаборатория под руководством Дж.Дж. Томсон, специалист по электромагнитному излучению. В 1895 году Резерфорд разработал простой прибор для обнаружения электромагнитных или радиоволн.

Ранний прорыв

Вместе с Томсоном он изучал влияние рентгеновских лучей на проводимость газов, что привело к написанию статьи об атомах и молекулах, разделяющихся на ионы. Работа привела к открытию электрона Томсоном. Тем временем Резерфорд продолжил изучение радиоактивности урана. В 1898 году он уехал в Канаду, чтобы стать заведующим кафедрой физики Макдональда в Университете Макгилла в Монреале, и продолжил там свои исследования.В том же году он обнаружил, что существует два различных типа излучения, и назвал их «альфа» и «бета». Он также описал некоторые их свойства. Позже было установлено, что альфа-частица — это то же самое, что ядро ​​атома гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов, а бета-частица — это то же самое, что электрон или позитрон. За это открытие в 1908 году он получил Нобелевскую премию по химии.

Другие научные работы

Резерфорд обнаружил, что торий испускает радиоактивное излучение.Резерфорд выдвинул концепцию радиоактивного периода полураспада — он обнаружил, что образец радиоактивного материала любого размера неизменно занимает одинаковое количество времени, чтобы половина образца распалась. Период полураспада уникален для каждого радиоактивного элемента и, таким образом, служит идентификационной меткой.

В 1907 году Резерфорд занял кафедру физики в Манчестерском университете. Там он стал своего рода «алхимиком», когда успешно преобразовал азот в кислород, бомбардируя газообразный азот альфа-частицами.

На протяжении всей своей карьеры Резерфорд работал с ведущими учеными. Он был посвящен в рыцари в 1914 году и был похоронен в Вестминстерском аббатстве после своей смерти в 1937 году.

Тайна материи

насущный новый вопрос, требующий ответа: что находится внутри атома? НАЖМИТЕ, ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ
Дж.Дж. Томсон из Кембриджского университета открыл электрон в 1897 году, положив начало гонке по поиску остальных частей атома.
Электрон был открыт Томсоном в результате изучения трубки Крукса, ранней версии электронно-лучевых трубок, которые позже стали широко использоваться в телевизорах. Электрический ток излучал свечение, проходя от катода на одном конце к аноду на другом. Томсон обнаружил, что даже когда он использовал разные металлы для катода, полученные электроны всегда были одинаковыми — признак того, что электрон был частью каждого атома.
Изучение Марией Кюри любопытных лучей, исходящих от урана, привело к открытию радиоактивности и двух новых элементов: полония и радия.Фото: ACJC

Открытие Марией и Пьером Кюри того, что радий светится в темноте, привело к осознанию того, что радиоактивность — это атомы, распадающиеся на части и выделяющие энергию. Это означало, что внутри должны быть более мелкие кусочки, все еще ожидающие открытия. Фото: ACJC
В 1910 году Резерфорд и двое его аспирантов использовали радиоактивные альфа-частицы, чтобы сделать поразительное открытие о структуре атома.

Представление Резерфорда об атоме: плотное ядро, называемое ядром, содержащее положительный заряд атома и большую часть его массы, окруженное крошечными отрицательно заряженными электронами, вращающимися на гораздо большем расстоянии от ядра, чем можно предположить на этом рисунке.

В 1913 году физик Гарри Мозли обнаружил, что существует простая зависимость между рентгеновским спектром элемента и его атомным номером. Это привело к открытию положительно заряженной частицы, называемой протоном, и к пониманию того, что каждый элемент определяется количеством протонов в его ядре: его атомным номером.

Физическая лаборатория Резерфорда в Манчестере включала в себя одну из лучших групп ученых, когда-либо собиравшихся в одном месте.Наряду с Гарри Мозли среди них были Ганс Гейгер (изобретатель счетчика Гейгера), Чарльз Г. Дарвин (внук великого биолога) и Джеймс Чедвик, получивший Нобелевскую премию за открытие нейтрона. НАЖМИТЕ, ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ

Открытия Мозли и Резерфорда подняли загадочный вопрос об атоме: почему атомные веса элементов росли намного быстрее, чем их атомные числа? Загадка была решена открытием нейтрона Джеймсом Чедвиком в 1932 году.

Используя нейтроны для бомбардировки атомов урана, итальянский физик Энрико Ферми открыл то, что, по его мнению, было первым элементом помимо урана. За это он получил Нобелевскую премию в 1938 году.

Четыре немецких ученых, в том числе давние сотрудники Отто Ган и Лиза Мейтнер, обнаружили, что Ферми фактически разделил уран пополам на гораздо более легкие элементы — результат, о котором почти никто не думал.

По иронии судьбы, открытие строения атома в каком-то смысле доказало правоту древних греков: на самом деле материя состоит всего из нескольких составляющих — не из воздуха, воды, земли и огня, а из протонов, нейтронов и электронов.

Неизменный, неделимый атом

Один из самых глубоких сдвигов в нашем понимании материи произошел за 40-летний период, начавшийся на пороге 20 века. До этого момента почти все ученые придерживались двух непоколебимых представлений о материи:

  • Во-первых, атомы были мельчайшими единицами материи. У каждого элемента в периодической таблице был свой уникальный вид атома — это то, что отличало один элемент от другого. И большинство химиков считали, что нет никакого способа разрезать вещи еще мельче. Действительно, само слово «атом» происходит от греческого atomos , что означает «неразделимый».

  • Во-вторых, эти атомы были стабильными и постоянными. Древняя мечта алхимика о превращении одного элемента в другой была развеяна раз и навсегда. Теперь химики были уверены, что элементы были и всегда будут одними и теми же — навсегда фиксированными.

К концу этого 40-летнего периода, однако, серия молниеносных открытий, сделанных учеными по всей Европе, разрушила оба этих основополагающих принципа.Неизменный, неделимый атом был развенчан. На его место пришла радикально новая точка зрения, согласно которой материя была более податливой, более нестабильной и более могущественной.

Томсон открывает электрон

Первый намек на то, что материя все еще может таить в себе некоторые сюрпризы, появился в 1897 году, когда физик Дж. Дж. Томсон из Кембриджского университета в Англии открыл то, что казалось немыслимо маленькой частицей. Томсон намеревался изучить электрические лучи, проходящие через стеклянное устройство, называемое трубкой Крукса, освещая дальний конец таким образом, что толпы, все еще озадаченные электричеством, приводили в трепет.Когда Томсон поднес магнит к трубке, он увидел, что он искривляет путь луча. Он понял, что электричество должно состоять из отрицательно заряженных частиц, которые вскоре стали называть «электронами». Но Томсон понял, что электрон — это не просто единица измерения электричества, потому что даже когда он использовал разные металлы для генерации лучей, в результате электроны всегда были одинаковыми. Его смелый вывод заключался в том, что электрон должен быть крошечной частицей каждого атома — почти в две тысячи раз меньше самого маленького атома.

Электрон Томсона был настолько диковинным, что многие ученые поначалу отказывались верить, что что-то настолько маленькое может существовать. Но уже на следующий год открытия, которые хлынули из лабораторий Марии и Пьера Кюри, начали переломить ситуацию.

Мария Кюри и радиоактивность

Будучи женщиной, Марии Склодовской было запрещено посещать университет в ее родной Польше, поэтому она приехала изучать науку в одно из немногих мест в мире, где она могла: в Париж.Вскоре после окончания Сорбонны она познакомилась и вышла замуж за французского физика Пьера Кюри. После рождения их первого ребенка она намеревалась стать первой женщиной-ученым, получившей докторскую степень во Франции. Нуждаясь в теме для своей диссертации, она подумала о рентгеновских лучах, которые были только что открыты и были притчей во языцех в научном мире. Но вместо этого Мари решила сосредоточиться на другом недавно открытом луче, испускаемом элементом ураном.

Как и рентгеновские лучи, «урановые лучи» обладали способностью проникать через толстую черную бумагу и создавать изображение на фотопластинке; они также «ионизировали» воздух вокруг себя, делая воздух лучшим проводником электричества. Используя тонкие инструменты, разработанные Пьером, Мария тщательно проверила все другие известные элементы, чтобы увидеть, обладает ли какой-либо из них подобными способностями. В начале 1898 года она обнаружила, что элемент торий ведет себя точно так же. Поскольку это свойство не ограничивалось ураном, ему требовалось новое имя. Мари назвала это «радиоактивностью». Затем она использовала радиоактивность для идентификации двух новых элементов: полония, названного в честь ее родины, и радия.

Когда они выделили достаточное количество радия, Кюри обнаружили, что у радия есть еще одно загадочное свойство: он светится в темноте, казалось бы, вечно.Откуда взялась эта энергия? Кюри не могли решить, но их открытия побудили других людей во всем мире сделать вывод, что энергия возникла в результате распада атомов. Атом радия разрушался, выплевывая из себя куски и при этом вырабатывая энергию. Эта теория имела глубокое значение: если радиоактивность — это распадающиеся атомы, то атомы должны состоять из 90 142 90 143 частей. Там должны быть более мелкие части внутри, все еще ожидающие обнаружения. Благодаря Кюри у ученых появился новый вопрос: что находится внутри атома?

В свете открытий Кюри невероятно крошечный электрон Томсона внезапно обрел смысл: это была одна часть атома.Теперь началась гонка за открытием остальных частей атома и пониманием того, как они сочетаются друг с другом.

Резерфорд открывает ядро ​​

К 1910 г. было общепризнано, что Дж.Дж. Крошечный отрицательно заряженный электрон Томсона был частью атома. Но остались без ответа два больших вопроса: поскольку большинство атомов электрически нейтральны, где в атоме находятся положительные заряды, необходимые для компенсации этих отрицательных электронов? А поскольку электроны составляли лишь крошечную его часть, то где была остальная масса атома?

Одним из ученых, пытавшихся ответить на эти вопросы, был физик Эрнест Резерфорд из Манчестерского университета в Англии.Резерфорд уже получил Нобелевскую премию за открытие того, что атомы радия при распаде испускают различные виды частиц (альфа и бета). Теперь он попросил двух своих аспирантов, Эрнеста Марсдена и Ганса Гейгера, использовать альфа-частицы для исследования структуры атома. Они направили луч альфа-частиц на ультратонкий лист золотой фольги. Большую часть времени альфа-частицы проплывали сквозь него. Но время от времени один из снарядов отскакивал прямо им в лицо.«Это было самое невероятное, что когда-либо случалось со мной, — вспоминал Резерфорд. «Это было почти так, как если бы вы выстрелили 15-дюймовым снарядом в кусок папиросной бумаги, а он вернулся и попал в вас!»

В конце 1910 года Резерфорд однажды пришел в лабораторию и объявил, что знает, что означает этот удивительный результат: атом должен быть в основном пустым пространством, но иметь невероятно плотный твердый центр. Результатом работы Резерфорда стало совершенно новое видение атома. Его положительный заряд и почти вся масса были сосредоточены в крохотном центральном ядре — ядре.А вокруг ядра на огромном расстоянии по шкале атома кружились отрицательно заряженные электроны.

«Одна из самых замечательных особенностей атома заключается в том, что он в основном состоит из ничего!» — говорит физик из Мэрилендского университета Джим Гейтс.

«Я думаю, что ощущение в этих коридорах, в лабораториях Манчестера, должно быть, было очень волнительным», — говорит историк Массачусетского технологического института Дэвид Кайзер. «Они чувствовали, что Резерфорд и его команда буквально взломали новый взгляд на материю.

Мозли и атомный номер

Следующее важное открытие об атоме сделал другой сотрудник манчестерской лаборатории Резерфорда, физик Гарри Мозли. В 1912 году немецкие ученые обнаружили, что рентгеновские лучи можно разделить или «дифрагировать» на разные длины волн, так же как свет можно разделить на разные цвета. В следующем году Мозли показал, что каждый химический элемент имеет свой собственный уникальный рентгеновский спектр, аналогичный световым спектрам, которые так помогали в идентификации новых элементов с середины 1800-х годов. Что еще более удивительно, Мозли обнаружил удивительно простую связь между рентгеновским спектром элемента и его «атомным номером».

До этого атомный номер просто относился к номеру ячейки элемента в периодической таблице. Но результаты Мозли показали, что атомный номер был больше, чем удобный ярлык. Он представлял собой положительный заряд ядра атома и неизменно увеличивался на одно число от одного элемента к другому. Смысл открытий Мозли заключался в том, что ядро ​​— это не одна большая положительная капля, а набор положительно заряженных частиц, число которых увеличивается с каждым более тяжелым элементом.

Опираясь на работу Мозли, Резерфорд вскоре открыл следующую часть атома — протон — и показал, что каждый элемент Периодической таблицы определяется количеством протонов в его ядре: его атомным номером. Атомный номер элемента — это то, что придает этому элементу его идентичность: добавьте еще один протон или уберите один, и вы получите другой элемент. «Мозли и атомный номер — это действительно решающий момент, когда мы узнаем, что такое элемент на самом деле», — говорит историк Университета Джона Хопкинса Лоуренс Принсипи.

Чедвик открывает нейтрон

Открытие Гарри Мозли важности атомного номера подняло новый тревожный вопрос об атоме: по мере перемещения по Периодической таблице атомные номера элементов возрастают на одну цифру от одного элемента к другому. Водород равен 1, гелий равен 2, литий равен 3 и так далее. Но атомные веса элементов растут гораздо быстрее. Водород имеет атомный вес 1, что объясняется его одиноким протоном.У гелия два протона, но атомный вес равен четырем; литий имеет три протона и атомный вес 7. Разрыв между атомным номером и атомным весом становится все больше и больше. Что может объяснить эту недостающую массу? Была ли еще одна часть атома, которую еще предстоит открыть?

Ответ, наконец, пришел в 1932 году, когда другой из «мальчиков Резерфорда», физик Джеймс Чедвик, открыл последнюю часть атома: нейтрон. Нейтрон имеет почти ту же массу, что и протон, и оба они занимают ядро.За исключением водорода, который не содержит нейтронов, почти каждый атом имеет как минимум столько же нейтронов, сколько и протонов. Эти нейтроны составляют остальную часть атомного веса каждого элемента — и они решили загадку недостающей массы. Но нейтрон, как следует из названия, электрически нейтрален, и это необычное свойство вскоре дало ему центральную роль в событиях, открывших шокирующие новые факты об атоме.

Атом расщепляется

Как только нейтрон был открыт, ученые поняли, что это идеальный снаряд для исследования внутренностей атома.В отличие от положительно заряженных альфа-частиц, которые использовали Резерфорд и его ученики, нейтрон не будет отталкиваться при приближении к ядру. Поскольку у него нет заряда, он может войти сразу.

Одним из первых, кто использовал нейтрон таким образом, был итальянский физик Энрико Ферми. В 1934 году Ферми начал стрелять нейтронами по атомам урана, создавая поток осколков, которые он затем анализировал. Он обнаружил, что нейтрон иногда откалывает часть ядра урана, понижая его атомный номер и превращая его в другой элемент, на несколько позиций ниже в периодической таблице. Но некоторые из фрагментов Ферми не соответствовали ни одному из элементов чуть ниже урана. Он пришел к выводу, что иногда влетающий нейтрон поглощается ядром урана… а затем спонтанно превращается в протон, повышая атомный номер и превращая его в другой элемент, тяжелее урана.

За открытие первых двух элементов помимо урана Ферми получил Нобелевскую премию в 1938 году. Но как раз в тот момент, когда он пожимал руку королю Швеции, немецкие ученые делали открытие, доказывающее его неправоту.Химики Отто Ган и Фриц Штрассман повторили эксперименты Ферми, но вместо того, чтобы найти новые элементы тяжелее урана, они обнаружили хорошо известные элементы, которые в Периодической таблице занимают гораздо более низкое положение — примерно в два раза тяжелее урана. Озадаченный, Хан написал своему давнему сотруднику Лизе Мейтнер, еврейскому физику, бежавшему из Германии после прихода к власти нацистов. Мейтнер поняла, что результаты означают, что атом раскололся пополам, что почти никто не мог себе представить. Ее коллега Отто Фриш придумал термин, под которым мы знаем этот процесс сегодня: ядерное «деление».

Новый взгляд на материю

Огромная энергия, высвободившаяся при расщеплении атома, имела серьезные последствия для мира, находящегося на грани войны. Всего за шесть лет открытие ядерного деления привело бы к созданию атомной бомбы. Это также нанесло бы последний удар по старому образу неделимого, изменчивого атома.

За четыре десятилетия с тех пор, как Дж.Дж. Томсон намеревался понять эти таинственные лучи в своей трубке Крукса. Ряд открытий, сделанных учеными по всей Европе, показал, что атомы не являются мельчайшими единицами материи; и не были они зафиксированы на все времена.Теперь стало ясно, что внутри атомов есть более мелкие части, и что изменение этих частей изменит идентичность самих атомов.

По иронии судьбы, эти открытия подтвердили некоторые из самых древних представлений о материи:

  • Мечта алхимика о превращении свинца в золото еще не была практическим путем к богатству. Но было возможным превращение одного элемента в другой. На самом деле в радиоактивных элементах это все время происходит спонтанно.

  • И, несмотря на открытие многих новых элементов за эти четыре десятилетия, теперь стало ясно, что материя на самом деле состоит всего из нескольких комбинаций компонентов, как и предполагали алхимики и древние греки столетия назад. Не воздух, вода, земля и огонь… а протоны, нейтроны и электроны. Вся материя состоит именно из этих трех частиц, смешанных в разных соотношениях. «Удивительно, как далеко природа смогла зайти с этим необычным и простым рецептом», — говорит химик из Университета Брандейса Грегори Петско.

Резерфорд

Резерфорд Резерфорд, Эрнест :

Эрнест Резерфорд, барон Резерфорд из Нельсона, физик-ядерщик и Лауреат Нобелевской премии, должен быть поставлен в один ряд по славе с сэром Исааком Ньютоном и Майкл Фарадей. Действительно, подобно тому, как Фарадея называют «отцом электричество», так что подобное описание может быть применено к Резерфорду. в отношении ядерной энергетики. Он внес существенный вклад в понимание распада и трансмутации радиоактивные элементы, открыл и назвал выброшенные частицы из радия, идентифицировал альфа-частицу как атом гелия и с с его помощью развилась ядерная теория строения атома и использовалось частицы, чтобы произвести первый искусственный распад элементов.В университетах Макгилла, Манчестера и Кембриджа он руководил и вдохновил два поколения физиков, которые — чтобы использовать его собственный слова — «выяснили факты природы», а в Кавендишской Лаборатория его «мальчиков» открыла нейтрон и искусственный разрушение ускоренными частицами.

Резерфорд родился в Спринг-Гроув, Новая Зеландия, 30 августа 1871 года. четвертый из 12 детей Джеймса, колесного мастера в Брайтуотере. недалеко от Нельсона на Южном острове и Марты Резерфорд. Его родители, которые эмигрировали из Великобритании, отказывали себе во многих удобствах, поэтому чтобы их дети могли получить хорошее образование.В 1887 году Эрнест выиграл стипендию в Колледж Нельсона, среднюю школу, где он был популярный мальчик, ловкий в своих руках и увлеченный футболист. Он победил премии по истории и языкам, а также по математике. Другая стипендия позволила ему поступить в Кентерберийский колледж, Крайстчерч, который он окончил со степенью бакалавра гуманитарных наук. в 1892 г. и степень М.А. в 1893 г. с отличием по математике и физике. Финансируя себя преподаванием по совместительству, он остался на пятый год заниматься исследованиями в области физики, изучая свойства железа в высокочастотные переменные магнитные поля.Он обнаружил, что может обнаружить электромагнитные волны — беспроводные волны — недавно обнаруженные немецкий физик Генрих Герц, даже после того, как они прошли сквозь кирпичные стены. Две существенные научные статьи по этой работе выиграл для него стипендию «Выставка 1851 года», которая предусматривала дальнейшее образование в Англии.

Перед отъездом из Новой Зеландии он был неофициально помолвлен с Мэри. Ньютон, дочь его квартирной хозяйки в Крайстчерче. Мэри сохранилась его письма из Англии, как и его мать, дожившая до 92 лет. Таким образом, имеется богатый материал, который проливает свет на ненаучные аспекты его очаровательной личности.

По прибытии в Кембридж в 1895 году Резерфорд начал работать под Дж.Дж. Томсон, профессор экспериментальной физики в университете. Кавендишская лаборатория. Продолжая работу по обнаружению волны Герца на расстоянии двух миль, он дал экспериментальное лекцию о своих результатах перед Кембриджским физическим обществом и был обрадовался, когда его статья была опубликована в Philosophical Труды Лондонского королевского общества, большая честь для столь молодой следователь.

Резерфорд произвел большое впечатление на коллег в Кавендишском университете. лаборатории, и Томсон высоко ценил его. Он также возбудил ревность у более консервативных членов Кавендишской братство, как видно из его писем к Марии. В декабре 1895 г. Когда Рентген открыл рентгеновские лучи, Томсон попросил Резерфорда присоединиться к нему. при изучении эффектов прохождения пучка рентгеновских лучей через газ. Они обнаружили, что рентгеновские лучи производят большое количество электрически заряженные частицы или носители положительных и отрицательных электричество, и что эти носители, или ионизированные атомы, рекомбинируют в образуют нейтральные молекулы.Работая самостоятельно, Резерфорд затем разработал методика измерения скорости и скорости рекомбинации эти положительные и отрицательные ионы. Опубликованные работы по этому тема остается классикой и по сей день.

В 1896 году французский физик Анри Беккерель открыл, что уран испускали лучи, которые могли затуманить фотопластинку, как и рентгеновские лучи. Вскоре Резерфорд показал, что они также ионизируют воздух, но не отличается от рентгеновских лучей тем, что состоит из двух различных типов излучения.Он назвал их альфа-лучами, обладающими высокой силой ионизации, но легко поглощается, и бета-лучи, производившие меньше радиации, но более проникающая способность. Он думал, что они должны быть чрезвычайно малы частицы материи.

В 1898 году Резерфорд был назначен на кафедру физики в McGill. Университет в Монреале. Марии он писал: «Зарплата всего 500 фунтов, но достаточно для нас с вами, чтобы начать». Летом 1900 г. он отправился в Новую Зеландию, чтобы навестить своих родителей и жениться.Когда его дочь Эйлин, их единственный ребенок, родилась в следующем году, он написал своей матери: «Предполагается, что я буду называть ее «Ионе» в честь моего относительно ионов в газах.»

К концу 19 века многие ученые считали, что нет новые достижения в физике еще предстояло сделать. И все же в течение трех лет Резерфорду удалось выделить совершенно новую область физики. называется радиоактивностью. Вскоре он обнаружил, что торий или его соединения распадались на газ, который, в свою очередь, распадался на неизвестное «активное месторождение», также радиоактивное.Резерфорд и Молодой химик Фредерик Содди затем исследовал три группы радиоактивные элементы – радий, торий, актиний. Они пришли к выводу в 1902 г., что радиоактивность — это процесс, в котором атомы одного элемент самопроизвольно распался на атомы полностью другой элемент, который также оставался радиоактивным. Этот интерпретации противостояли многие химики, твердо придерживавшиеся концепция неразрушимости материи; предположение, что некоторые атомы могут разорваться на части, образуя совершенно разные виды материя была для них пережитком средневековой алхимии.

Тем не менее выдающаяся работа Резерфорда принесла ему признание Королевское общество, которое избрало его членом в 1903 году и наградило его медаль Румфорда в 1904 году. В своей книге «Радиоактивность» он резюмировал в 1904 г. результаты исследований по этому вопросу. Доказательства, которые он радиоактивность заключалась в том, что на него не действуют внешние условия, такие как температура и химические изменения; что больше тепла производится, чем в обычной химической реакции; что новые виды материя производится со скоростью, равновесной со скоростью распада; и что новые продукты обладают отличными химическими свойствами.

Резерфорда, выдающегося работника с огромными способностями концентрации, продолжал делать серию блестящих открытия — и с удивительно простым аппаратом. Например, он показал (1903 г.), что альфа-лучи могут отклоняться электрическими и магнитные поля, направление отклонения доказывает, что лучи — частицы с положительным зарядом; он определил их скорость и отношение их заряда (Е) к их массе (М). Эти результаты были получены путем пропускания таких частиц между тонкими металлическими пластинами штабелированы близко друг к другу, размером со спичечный коробок, каждая тарелка заряжена противоположно своему соседу в одном эксперименте, а в другом поместите сборку в сильное магнитное поле; И в В каждом эксперименте он измерял силу полей, которые только что достаточно для предотвращения выхода частиц из стопки.

Резерфорд написал 80 научных работ за семь лет работы в Макгилл много раз появлялся на публике, в том числе Силлиман. Мемориальные лекции в Йельском университете в 1905 году и получил предложения кафедры в других университетах. В 1907 году он вернулся в Англию, чтобы принять кафедру в Манчестерском университете, где он продолжил его исследования альфа-частицы. С гениальным аппаратом, который он и его научный сотрудник Ганс Гейгер изобрели, они считал частицы по мере того, как они испускались одна за другой из известного количество радия; и они также измерили общий заряд, собранный по которому можно было определить заряд каждой частицы.Объединение этот результат со скоростью производства гелия из радия, определили Резерфорд и американский химик Бертрам Борден. Болтвуда, Резерфорд смог вывести число Авогадро (т. постоянное число молекул в молекулярной массе в граммах любого вещества) самым непосредственным образом. со своим учеником Томас Д. Ройдс доказал в 1908 году, что альфа-частица действительно является атома гелия, позволяя альфа-частицам выходить через тонкую стеклянная стенка содержащего сосуда в вакуумированную наружную стеклянную трубку и показывая, что спектр собранного газа был спектром гелий.Почти сразу же, в 1908 г., была присуждена Нобелевская премия. химии за исследования, касающиеся распада элементы.

В 1911 году Резерфорд внес свой величайший вклад в науку своим ядерная теория атома. В Монреале он заметил, что быстродвижущиеся альфа-частицы при прохождении через тонкие пластинки слюды давал размытые изображения на фотопластинках, тогда как резкое изображение производится при отсутствии препятствий для прохода лучи. Он считал, что частицы должны отклоняться через малыми углами, поскольку они проходили близко к атомам слюды, но расчет показал, что электрическое поле в 100 000 000 вольт на сантиметр был необходим, чтобы отклонить такие частицы, летящие на 20 000 километров в секунду, самый поразительный вывод.Этот явление рассеяния было обнаружено в счетных экспериментах с Гейгер; Резерфорд предложил Гейгеру и другому студенту Эрнесту Марсден, что было бы интересно изучить, есть ли какие-либо частицы рассеивались назад, т. е. отклонялись на угол более 90 градусов. К их удивлению, несколько частиц в каждые 10 000 действительно были так рассеяны, выходя с одной стороны золотая фольга, как та, на которую они вошли. После нескольких расчетов, Резерфорд пришел к выводу, что необходимое сильное электрическое поле, вызывающее такое большое отклонение, может произойти только если весь положительный заряд в атоме, а значит почти все массы, были сосредоточены на очень маленьком центральном ядре, несколько в 10 000 раз меньше диаметра всего атома.То поэтому положительный заряд ядра уравновешивается одинаковый заряд на всех электронах, так или иначе распределенных по ядро.

Хотя в 1904 году японский физик Хантаро Нагаока предложил модель атома с электронами, вращающимися кольцами вокруг центральной ядра, его не воспринимали всерьез, поскольку, согласно классическому электродинамики, электроны на орбите имели бы центростремительную ускорение к центру вращения и, таким образом, будет излучать теряют свою энергию, попадая в центральное ядро ​​почти немедленно.Эта идея резко контрастирует с точкой зрения, развитой Дж.Дж. Томсон в 1910 году; он предусмотрел, что все электроны распределены внутри однородно заряженной положительной сферы атомного диаметра, в в которые вложены отрицательные «корпускулы» (электроны). Не было до 1913 года датский физик Нильс Бор постулировал, что электроны, вопреки классической электродинамике, не излучают энергии при вращении и действительно движутся по орбитам вокруг центральной ядра, поддерживая тем самым убеждения Нагаоки и Резерфорда.А присвоение рыцарского звания в 1914 году еще больше ознаменовало общественное признание Заслуги Резерфорда перед наукой.

Во время Первой мировой войны работал над практической проблемой подводных лодок. обнаружение подводной акустикой. Он создал первый искусственный распада элемента в 1919 году, когда он обнаружил, что при столкновении с помощью альфа-частицы атом азота превратился в атом кислорода и атом водорода. В том же году он сменил Томсона как Кавендишский профессор. Хотя его экспериментальный вклад впредь были не столь многочисленны, как в прежние годы, его влияние на студентов-исследователей было огромно.Во второй лекции Бейкера он дал Королевскому обществу в 1920 году, он размышлял о существовании нейтрона и изотопов водорода и гелия; трое из них в конце концов были обнаружены работниками Кавендишской лаборатории.

Его служба в качестве президента Королевского общества (1925-30) и как председателем Совета академического содействия, который помог почти 1000 университетских беженцев из Германии увеличили претензии к его время.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.