Roger Orrit - У атомов тоже есть сердце. Резерфорд. Атомное ядро.

• Название: У атомов тоже есть сердце. Резерфорд. Атомное ядро.
• Автор: Roger Orrit
• Издательство: Де Агостини
• Жанр: Научпоп
• Год: 2015
• ISBN: 2409-0069

Эрнесту Резерфорду наука обязана доказательством существования атомного ядра, которое ученый определил как «муху» внутри «собора» атома. Несмотря на ничтожный размер, в ядре сконцентрирована большая часть массы атома, а значит, и энергии. Резерфорд считается лучшим экспериментатором своей эпохи: он оценил возраст Земли на основе радиоактивного распада, и за раскрытие этой тайны в 1908 году ему присудили Нобелевскую премию в области химии. Он первым добился искусственного превращения одного элемента в другой, воплотив в жизнь тысячелетнюю мечту химиков. После смерти Крокодил, как за сильный характер прозвали его коллеги и ученики, был похоронен в Вестминстерском аббатстве. Новозеландец покоится рядом с великими деятелями английской науки.

---

Работа Кокрофта и Уолтона состояла в основном в создании большого генератора, то есть электрической цепи, дающей высокое напряжение при постоянном токе, начиная от низкого напряжения при переменном. С помощью этого генератора им впервые в истории удалось ускорить частицы до скорости, достаточной для разделения атома. Генератор состоял из сети в форме лестницы из конденсаторов и диодов, удваивающих напряжение. Эта система была очень эффективной и более экономичной, чем использование трансформаторов.

Эрнест Уолтон настраивает работу генератора Кокрофта — Уолтона детектором, на котором можно было производить наблюдение вспышек при разделении лития, 1940 год.

Ускоренный протон воздействует из ядро лития, возникает энергия, а ядро в тоже время разделяется на две равные части, идентифицированные как альфа-частицы.

По странному стечению обстоятельств через несколько недель в лабораторию должен был приехать Эйнштейн. Немецкий физик познакомился с Кокрофтом и Уолтоном, осмотрел оборудование. Именно для ядерных реакций было необходимо прибегать к формуле Е - mc2, чтобы объяснить, как часть задействованной в начале процесса массы превращалась в энергию.

В течение нескольких лет Резерфорд не мог объявить о каком-либо значимом открытии, и вот он снова оказался на вершине. В том же году Чедвик сообщил об открытии нейтрона. Эти вехи развития науки всегда будут ассоциироваться с великим профессором.

КОНЕЦ ЭПОХИ

Резерфорд находился в авангарде передовых научных исследований в течение трех десятилетий и продолжал удерживать центральные позиции. Ему уже было за 60, и все же у него оставалась достаточно энергии и энтузиазма, чтобы приступить к изучению дейтерия, тяжелого водорода, прогноз о котором он дал когда-то давно, но открыт он был недавно. Резерфорд до сих пор переписывался с самыми значимыми учеными, среди которых были и представители нового поколения. Одно из убеждений, которые он настойчиво защищал именно в эпоху великих социальных и политических потрясений, заключалось в том, что научные идеи должны распространяться, сообщаться и передаваться. Научный дискурс по своей природе противоположен закрытости и упорству ура-патриотов. В основе науки лежит космополитизм.

В 1933 году Резерфорд участвовал в научном споре, касающемся возможного использования большого количества энергии, высвобождаемой при расщеплении атомных ядер. Он критически относился к возможности коммерческого использования этой энергии, так как для разделения атома было необходимо использовать невероятные количества энергии для ускорения частиц. С его точки зрения, этот процесс никогда не мог стать эффективным. Ему пришлось уточнить это мнение три года спустя, когда он понял, что нейтронам не требуется так много энергии для разделения ядра и для освобождения хранившейся внутри ядра энергии. "Было необходимо только, чтобы появился метод, позволявший производить медленные нейтроны в достаточном количестве, чтобы не тратить больше энергии". Однако на тот момент не существовало ничего отдаленно похожего.

НАЦИЗМ И НАУКА

Резерфорд был уверен, что сотрудничество является базой научного прогресса, и хотя он никогда не высказывал открыто свои политические взгляды, когда в 1933 году к власти в Германии пришел Адольф Гитлер, он понял, что политика по- настоящему угрожает его научным идеалам.

Эти трансформации атомов представляют необыкновенный интерес для ученых, но мы не можем контролировать атомную энергию до такой степени, чтобы она приобрела коммерческую ценность. Думаю, мы далеки от этого.

Эрнест Резерфорд

В Германии начали публиковать законы, запрещавшие евреям занимать должности в органах власти и других учреждениях. Университеты не стали исключением, так что многие коллеги Резерфорда были уволены из учебных заведений и исследовательских центров. Один из блистательных научных коллективов оказался в трудной ситуации и подвергался гонениям.

Нацисты не только преследовали еврейских ученых, но также старались уничтожить их научные идеи. Они хотели искоренить "еврейскую физику", в которой выделялась теория относительности Эйнштейна, чтобы защитить арийскую физику. Среди вдохновителей были Йоханнес Штарк (1874— 1957) и Филипп Ленард (1862-1947), требовавшие уничтожения книг еврейских авторов и публичного их сожжения.

Резерфорд лично помогал ученым. Так, он позаботился о том, чтобы Борна приняли в Эдинбургском университете, руководил Советом академической помощи, действовавшим как сеть, содействующая ученым по устройству в университетах за границей.

В эпоху обострившегося экономического кризиса и антисемитизма Эрнесту Резерфорду довелось столкнуться с множеством трудностей и непониманием соотечественников. Совету пришлось работать с 1300 просьбами о помощи.

СМЕРТЬ ГЕНИЯ

Резерфорд никогда не прекращал свои лекции, а также постоянно занимался внуками. Напряжение, в котором он непрерывно держал студентов и сотрудников Кавендишской лаборатории (что в прошлом приносило хорошие результаты), снижалось. Это имело неприятное следствие: ближайшие сотрудники покидали Резерфорда. После огромного успеха ускорителя частиц Уолтон согласился возглавить кафедру в Тринити-колледже. Чедвик, получивший в 1935 году Нобелевскую премию, решил отправиться в Ливерпульский университет, уставший от препятствий, которые чинил на его пути Резерфорд, не дававший ему построить циклотрон. Марку Олифанту, с 1927 года работавшему в лаборатории и принимавшему участие в искусственном разделении атомного ядра, в 1937 году было предложено возглавить лабораторию в Бирмингеме.

Узнав о его отъезде, Резерфорд только сказать: "Меня окружают неблагодарные коллеги". Несмотря на разочарование, которым для него становился каждый отъезд, Эрнест всегда поддерживал "своих мальчиков", как он их называл, давал им рекомендации и предлагал помощь в случае необходимости.

В 1937 году Резерфорд упал, когда подрезал дерево в саду. На боль наложилось общее недомогание: его постоянно рвало. Это была грыжа, обострившаяся от падения. Жена сначала пыталась лечить его народными средствами, но потом вызвала хирурга, который должен был сделать простую по тем временам операцию. Хотя казалось, что операция прошла успешно, его состояние ухудшилось. Конец был неизбежен, поэтому с помощью жены он написал несколько прощальных писем, одно из них — Чедвику. Эрнест Резерфорд скончался 19 октября 1937 года.

Один из студентов однажды назвал Резерфорда "силой самой природы". Именно таким он оставался вплоть до конца. Смерть потрясла его коллег, сотрудников и почитателей. "Профессор умер", — эта фраза обошла все научные круги мира, и никто даже не уточнял, о ком шла речь. Бор находился на конгрессе, когда получил телеграмму от жены Резерфорда, и не мог сдержать слез, рассказывая ассистентам и коллегам о трагической развязке. Газеты, среди них New York Times, собрали целое досье его подвигов и достижений и опубликовали некрологи:

"Мало кому уготована честь обрести бессмертие, еще меньше людей достигают Олимпа при жизни. Лорд Резерфорд смог и то и другое. Он относился к поколению, ставшему свидетелем одной из величайших революций в истории науки, он был всемирно признан как лидер в области исследований необъятной и бесконечной сложности вселенной, находящейся внутри атома".

Пепел Резерфорда погребен в Вестминстерском аббатстве рядом с могилой Ньютона. Годы спустя резерфордий (Rf) занял 104-е место в периодической таблице: синтетический высокорадиоактивный элемент был впервые получен в 1964 году и назван в честь ученого.

Приложение А Альфа· и бета-распад

Радиоактивный распад характерен для определенных элементов, у которых комбинация протонов и нейтронов, соединенных сильным ядерным взаимодействием, представляется энергетически нестабильной. Большинство элементов, имеющих более 81 протона, радиоактивны: то есть радиоактивность возникает в основном в тяжелых атомах, хотя и более легкие элементы, например углерод, имеют радиоактивные изотопы, как в случае с углеродом-14. Мы можем говорить о радиоактивности, потому что в названных элементах происходит спонтанное, не вызванное внешними причинами испускание субатомных частиц.

Чтобы представить последовательность превращений, происходящих внутри ядра атома во время радиоактивного распада, физики и химики используют два числа: атомное и массовое. Атомное (зарядовое) число обозначается Z и указывает на количество протонов в ядре. Каждый элемент характеризуется специфическим и уникальным Z например, 6 — атомное число для углерода, 14 — для кремния. Общее количество частиц в ядре, включающее в себя протоны и нейтроны, называется массовым числом, обозначаемым А. В итоге: