Кудрявцев Степанович - Курс истории физики

• Название: Курс истории физики
• Автор: Кудрявцев Степанович
• Издательство: Просвещение
• Жанр: Физика
• Год: 1982

Курс истории физики предназначен для студентов педагогических институтов. В нём изложена история мировой физики от древности до наших дней. Книга состоит из трёх частей. В первой освещена история становления физической науки, заканчивающейся Ньютоном. Последняя, третья часть посвящена истории становления квантовой, релятивисткой и ядерной физики.

---

На конгрессе большое место заняли выступления сотрудников Кавендиш-ской лаборатории во главе с Резерфор-дом. Кокрофт доложил о своих и Уолтона опытах по расщеплению ядер лития ускоренными протонами, Чедвик сделал доклад об открытии нейтрона, об открытии нейтрона говорили также ф. Жолио и И. Кюри, Блэккет рассказал об открытии позитрона, в котором важную роль сыграли его и Оккиалини исследования с использованием камеры Вильсона, управляемой счетчиками Гейгера — Мюллера. В этих исследованиях были открыты ливни космических частиц, состоящие из позитронов и электронов.(Первые ливни были открыты Д. В. Скобельцыным еще в 1929 г ) Лоуренс доложил об опытах с циклотроном, Гейзенберг — о протонно-нейтронной модели ядра.

Новые идеи прозвучали на Сольвеевском конгрессе во весь голос, их горячо поддерживал основоположник науки о ядре Э. Резерфорд. «Центральной фигурой на Сольвеевском конгрессе, — вспоминал Бор, — был, конечно, Резерфорд, как всегда с необыкновенной энергией принимавший участие во многих дискуссиях». Его ученики и он сам много способствовали развитию «современной алхимии», как называл Резерфорд науку о превращении ядер. Это было последнее его участие в Сольвеевском конгрессе, да и сам конгресс по существу был последним. Международное научное общение было нарушено захватом власти в Германии фашистами и второй мировой войной.

Заметим, что протонно-нейтронная модель ядра, предложенная Иваненко, была активно поддержана Гейзенбергом. Она была высказана Майораной, опубликовавшим в 1933 г. статью о модели ядра, состоящего из протонов и «нейтральных протонов». Период протонно-электронной модели ядра кончился, начался новый плодотворный период в развитии ядерной физики, проходивший под знаком протонно-нейтронной модели ядра.

Физический семинар в Копегагене. Сидят слева напрво: Бор, Гейзенберг, Паули, Гамов, Ландау

Искусственная радиоактивность

Новый период в развитии ядерной физики начался фундаментальными открытиями. 15 января 1934 г. на заседании Парижской Академии наук Фредерик Жолио и Ирен Кюри сообщили об открытии ими нового вида радиоактивности. «Нам удалось доказать методом камеры Вильсона, — сообщали они, — что некоторые легкие элементы (бериллий, бор, алюминий) испускают положительные электроны при бомбардировке их а-частицами полония».

«Испускание положительных электронов некоторыми легкими элементами, подвергнутыми облучению а-луча-ми полония, продолжается в течение некоторого более или менее продолжительного времени после удаления источника а-лучей. В случае бора, например, это время достигает получаса».

Ф. Жолио и И. Кюри, исследуя это явление, показали, что в этом случае возникает новый этап радиоактивности, сопровождаемый испусканием положительных электронов. «Мы полагаем, —писали они, — что в случае алюминия реакция происходит следующим образом:

Изотоп фосфора 15Р30 является радиоактивным Он обладает периодом полураспада 3 мин 15 с и испускает положительный электрон согласно реакции:

Для бора и магния можно себе представить аналогичные реакции, приводящие к образованию неустойчивых ядер 7N13 и 14Si27. Изотопы 7N13, ,4Si27, ,5P30 не наблюдаются в природе, так как они могут существовать только в течение очень короткого времени». Заканчивая свое короткое сообщение, ф. Жо-лио и И. Кюри писали: «Таким образом в настоящей работе удалось впервые при помощи внешнего воздействия вызвать у некоторых атомных ядер радиоактивность, которая сохраняется в течение измеримого времени в отсутствие вынуждающей причины».

Это было открытие огромной важности. Радиоактивность, которая была присуща некоторым элементам, не могла быть ни вызвана, ни уничтожена, ни как-либо изменена человеком. Супруги Жолио-Кюри впервые искусственно вызвали радиоактивность, создав новые радиоактивные изотопы, не наблюдаемые до этого в природе. Явление, открытое Жолио-Кюри, получило название «искусственная радиоактивность».

Шведская Академия наук оценила принципиальную важность открытия супругов Жолио-Кюри и присудила им в 1935 г. Нобелевскую премию по химии.

Рис. 81. Приборы И. и Ф. Кюри, с которыми была получена искусственная радиоактивность

Фредерик Жолио, принявший позже фамилию Жолио-Кюри, родился 19 марта 1900 г. в семье скобяного мастера Анри Жолио, участника Парижской Коммуны. С 1908 по 1917 г. он учился в лицее Лаканаль, затем в связи с войной был мобилизован в армию, но в войне участвовать ему не пришлось. Война кончилась, и Жолио получил отсрочку для продолжения образования. Чтобы пополнить знания в области точных наук (лицей Лаканаль был школой гуманитарного типа), Жолио поступил в лицей Лавуазье. Окончив его в 1919 г. первым учеником, он поступил в Парижскую школу физики и химии, где когда-то был профессором Пьер Кюри, а теперь преподавал физику Поль Ланжевен.

По окончании школы Фредерик Жолио работал инженером-практиком на сталелитейных заводах. Однако в связи с окончанием отсрочки он был призван в армию и поступил в артиллерийскую школу в Пуатье. По окончании училища новоиспеченный сублейтенант по рекомендации Ланжевена поступил в препараторы к Марии Кюри в Институт радия. Здесь он встретился со своей будущей женой, дочерью Пьера и Марии Кюри, Ирен. Брак Ирен Кюри и Фредерика Жолио был зарегистрирован 4 октября 1926 г. С тех пор начался их совместный научный и жизненный путь.

Ирен Кюри была старше Фредерика Жолио, она родилась 12 сентября 1897 г. Она закончила Парижский университет в 1920 г. и начала работать в лаборатории матери. К моменту, когда ф. Жолио поступил препаратором в Институт радия (1925), она защитила докторскую диссертацию. Фредерик Жолио-Кюри защитил докторскую диссертацию в 1930 г., на пять лет позже жены. В 1937 г. он стал профессором ядерной химии в Коллеж де Франс, а через 10 лет после смерти Ланжевена — профессором экспериментальной физики. Ирен после смерти матери в 1934 г. стала ее преемницей на кафедре физики в Парижском университете.

В военные годы Фредерик и Ирен Жолио-Кюри были активными участниками движения Сопротивления, а в послевоенные годы активными борцами за мир. В 1942 г., в трудный год войны, Фредерик Жолио-Кюри вступил в Коммунистическую партию франции. Он с 1949 г. и до самой смерти возглавлял Всемирный Совет Мира, был организатором движения сторонников мира. Ирен Жолио-Кюри была членом Всемирного Совета Мира, участником конгрессов сторонников мира.

Под руководством Фредерика Жолио-Кюри 15 декабря 1948 г. был пущен первый французский ядерный реактор. Сам Жолио-Кюри до 1950 г. занимал пост Верховного комиссара по атомной энергии франции. Ирен Жолио-Кюри умерла 17 марта 1956 г. от лучевой болезни. В мае 1958 г. ф. Жолио-Кюри последний раз посетил СССР, встретился со своими друзьями И. В. Курчатовым, Д. В. Скобельцыным и другими советскими физиками, верным другом которых он был всю свою жизнь. Умер ф. Жолио-Кюри 14 августа 1958 г.

Опыты Ферми

Вернемся к открытию искусственной радиоактивности. Оно вызвало широкий резонанс, и в короткое время был получен ряд новых радиоактивных изотопов. Но особенно важными были исследования Э. ферми и его сотрудников, начавшиеся весной 1934 г. ферми пошел совершенно по новому пути, он начал облучать элементы нейтронами.

Ферми решил, как он писал в статье «Радиоактивность, наведенная нейтронной бомбардировкой», «выяснить, не вызывает ли нейтронная бомбардировка наведенной радиоактивности — явления, аналогичного наблюдаемому супругами Жолио при облучении а-частицами». Это было неожиданно и смело. «Я помню, — писал О. Фриш, — что моя реакция и реакция многих других была скептической: эксперимент Ферми казался бессмысленным, потому что нейтронов было много меньше, чем ex-частиц». В самом деле, супруги Жолио и другие физики бомбардировали элементы а-частицами, вылетавшими из радиоактивного препарата. В опытах же ферми эти частицы сначала использовались для получения нейтронов, которых выделялось очень немного, а затем уже начиналось облучение элементов полученными нейтронами. «Стреляли» не «снарядами», а продуктами попадания этих снарядов. Сами «нейтронные пушки» ферми были маленькими трубочками в несколько сантиметров, заполненными смесью бериллия и радона. Вот как ферми описывал один из таких источников нейтронов размером всего 1,5 см: «Это была стеклянная трубочка..., в которой находились зерна бериллия; раньше чем запаять трубочку, надо было ввести в нее некоторое количество эманации радия. Альфа-частицы, испускаемые радоном, в большом числе сталкиваются с атомами бериллия и дают нейтроны...»

«Опыт выполняется следующим об разом. В непосредственной близости от источника нейтронов помещается пластинка алюминия, или железа, или вообще того элемента, который желательно изучить, и оставляется на некоторое время, которое может составлять минуты, часы, дни (в зависимости от случая). Нейтроны, вылетающие из источника, ударяют в какие-либо из ядер вещества. При этом происходит множество реакций самого различного типа».