James Chadwick 1932-ben fedezte fel a neutronot, és 1935-ben fizikai Nobel-díjjal jutalmazták.
Az első világháború egész német fogolytáborában tartották, ő vezette a brit csapatot a Manhattan Projektben, amelyben az Egyesült Királyság és Kanada támogatta az Egyesült Államok második világháborús erőfeszítéseit a világ első nukleáris bombájának megépítésére.
James Chadwick korai élete és oktatása
James Chadwick az angliai Bollington kisvárosban született, Egyesült Királyságban, 1891. október 20-án. .
Szülei Joseph vasúti raktáros és Anne háztartási alkalmazott volt. 11 éves korában James felvételt nyert a rangos manchesteri gimnáziumba. Sajnos szülei túl szegények voltak ahhoz, hogy megfizethessék a szerény iskoladíjat. Ehelyett James Chadwick a manchesteri Központi Gimnáziumban tanult. Kedvenc tantárgyai a matematika és a fizika voltak. 16 éves korában ösztöndíjat nyert a manchesteri Victoria Egyetemen.
Matematikát szándékozott volna tanulmányozni, de egy fizikus megkérdezte, aki feltételezte, hogy fizikát akar tanulni. Chadwick túl félénk volt ahhoz, hogy ellentmondjon neki, ezért végül fizika szakra jelentkezett!
Egyetemi évek
Chadwick 17 évesen, 1908-ban kezdte meg egyetemét. 19 éves korára fizikai diplomájának utolsó évében járt, és egy kutatási projekten dolgozott Ernest Rutherford laboratóriumában. Rutherford elnyerte a kémia Nobel-díját abban az évben, amikor Chadwick egyetemet kezdett. A díjat az elemek szétesésének és a radioaktív anyagok kémiájának Rutherford által végzett vizsgálata miatt ítélték oda.
Chadwick sikeresen hajtotta végre projektjét, és 1911-ben első osztályú fizikával végzett. Anyagi szempontból nehéz három év volt – mindig ebéd nélkül ment, mert olyan kevés pénze volt. A diploma megszerzése után Chadwick tovább dolgozott Rutherford laboratóriumában, míg 21 éves korában 1912-ben fizika mesterképzést kapott.
Egy ösztöndíj elnyerte a németországi Berlinet, hogy Hans Geiger laboratóriumában dolgozzon. Rutherfordhoz hasonlóan Geiger területe radioaktivitás volt – a sugárzási szintek észlelésére találta fel a Geiger számlálót.
Chadwick sajnos az első világháború 1914-ben kezdődött, amikor még Berlinben volt. A háború 1918-ig tartó végéig egy táborba internálták Berlin nyugati részén.
28 éves korában Chadwick 1919-ben csatlakozott Ernest Rutherfordhoz, és elkezdett dolgozni Ph.D.-nél. Rutherford most a Cambridge-i Egyetem rangos Cavendish Laboratóriumának volt az irányítója, amelynek első professzora James Clerk Maxwell volt.
Chadwick PhD fokozatot kapott. 1921-ben az atomszámokról és a nukleáris erőkről szóló tézisért.
James Chadwick, a Nucleus és a Neutron
1923-ban, 32 éves korában Chadwick lett Rutherford kutatási igazgatóhelyettese a Cavendish laboratórium, ahol folytatta az atommag tanulmányozását.
Azokban a napokban a legtöbb kutató úgy vélte, hogy a sejtmagban és azon kívül is vannak elektronok. Például azt gondolták, hogy egy szénatom magja 12 protont és 6 elektronot tartalmaz, ami +6 elektromos töltést eredményez. A mag körül keringő állítólag további 6 elektronnak kellett volna lennie, aminek következtében az atom teljes elektromos töltöttsége nulla volt. / p>
Szabadidejében, az 1920-as évek folyamán, Chadwick a laboratóriumban különféle kísérleteket tett ezeknek a semleges részecskéknek a megtalálására, de sikertelenül. Azonban egyre inkább meg volt győződve a semleges részecske – a neutron – létezéséről. Nem tudta azonban megszerezni a létezésének bizonyításához szükséges bizonyítékokat.
Aztán 1932 elején Chadwick olyan munkáról értesült, amelyet Frederic és Irene Joliot-Curie éppen Párizsban végeztek. A Joliot-Cury-k úgy vélték, hogy gamma-sugarak segítségével sikerült protonokat leadniuk egy viaszmintából. Ennek nem volt értelme Chadwick számára, aki úgy gondolta, hogy a gammasugarak nem elég erősek ehhez. Azonban annak bizonyítékai, hogy a protonokat elegendő energiával ütötték ki a kivetésük érdekében, meggyőzőek voltak. Chadwick arra a következtetésre jutott, hogy a protonokat ténylegesen eltalálta az általa keresett részecske: a neutron.
Lázasan a cavendishi laboratóriumban kezdett dolgozni. A polóniumot (szerinte) neutron forrásának felhasználásával bombázta a viaszt. A protonokat a viasz felszabadította, és Chadwick megmérte a protonok viselkedését.
A protonok pontosan úgy viselkedtek, ahogy kellett volna, ha a protonhoz hasonló tömegű, elektromosan semleges részecskék eltalálták őket. Chadwick felfedezte a neutronot.
Két héten belül írt a rangos Nature tudományos folyóiratnak, hogy bejelentse a neutron lehetséges létezését.
Chadwick nem gondolta, hogy új elemi részecskét fedezett fel. Úgy vélte, hogy a neutron egy komplex részecske, amely protonból és elektronból áll. Werner Heisenberg német fizikus kimutatta, hogy a neutron nem lehet elektron-proton pár, és valójában egy új elemi részecske.
1935-ben James Chadwick megkapta a fizikai Nobel-díjat a neutron felfedezéséért. .
Kép egy tágulási kamrából Chadwick laboratóriumában. A neutron ütközik egy nitrogén-14 atomdal. A nitrogénatom bór-11-re és hélium-4-re oszlik.
És mi van a Joliot-Curies-szel? Ha csak helyesen értelmezték volna eredményeiket, esetleg maguk fedezhették fel a neutront. Valójában Frederic és Irene Joliot-Curie 1935-ben Nobel-díjat is kapott a kémiaért: ők voltak az első emberek, akik új, szintetikus, radioaktív elemeket készítettek.
“Már említettem Rutherford felvetését, miszerint létezhet semleges részecske, amelyet egy proton és egy elektron szoros kombinációja képez, és először természetes volt feltételezni, hogy a neutron ilyen összetett részecske lehet. Másrészt egy ilyen szerkezet nem illeszthető be a kvantummechanika sémájába, … a könnyebb elemek statisztikái és pörgései csak akkor adhatók következetes leírásnak, ha feltételezzük, hogy a neutron elemi részecske. ”
Új elemek és nukleáris reakciók
A neutron felfedezése drámai módon megváltoztatta a tudomány menetét, mivel a neutronok összeütközhettek az atommagokkal. Néhány neutron im ágy egy magban, növelve annak tömegét. A természetes béta-bomlás (egy elektron emissziója az atommagból) ekkor átalakítja a neutront protonná. Mivel az elemet a protonok száma határozza meg (hidrogén 1, hélium 2, lítium 3, berillium 4, bór 5, szén 6, nitrogén 7, oxigén 8, stb.), Ez lehetővé tette a tudósok számára, hogy új, nehezebb elemei a laboratóriumban.
Ez azt is jelentette, hogy a neutronokat fel lehet használni a nehéz atomok hasítására az atomhasadás néven ismert folyamatban, nagy mennyiségű energiát termelve, amelyet atombombákban vagy atomerőművekben lehet felhasználni. / p>
Chadwick elhagyja Cambridge-t Liverpoolba
1935-ben, mielőtt Nobel-díját kiosztották, Chadwicknek felajánlották a Liverpooli Egyetem Lyon Jones fizika tanszékét, amelyet ő elfogadott. Egy hónappal azelőtt kezdte új munkáját, hogy meghallotta volna, hogy elnyerte a Nobel-díjat.
Liverpoolban egy atomfizikai csoportot alapított. A csoportnak szüksége volt egy ciklotronra / részecskegyorsítóra / atomdarálóra, de új egyeteme nem engedhette meg magának. Chadwick részben finanszírozta Nobel-díjas pénzéből.
A második világháború és az Atombomba
1939-ben, a második világháború első évében Chadwicket felkérték A brit kormány az atombomba építéséről. Szerinte ez lehetséges, de nem lesz könnyű.
Az előzetes kutatás számos egyetemen kezdődött. A munkakörülmények Chadwick laboratóriumában nehézkesek voltak. A liverpooli környéket gyakran támadták a német légierő légitámadásokkal. A bombázás ellenére 1941 tavaszáig Chadwick kutatócsoportja felfedezte, hogy az atomrobbantáshoz szükséges urán-235 kritikus tömege körülbelül 8 kilogramm volt.
Háborús Liverpool német légitámadás után. Chadwick laboratóriuma gyakran megrázkódott a környéken található bombarobbantásoktól.
Chadwick 1941 nyarán összefoglaló jelentést írt a brit egyetemeken végzett összes atombomba-munkáról. Az Egyesült Államokban Roosevelt elnök 1941 őszén elolvasta a jelentést, és az Egyesült Államok dollármilliókat kezdett önteni saját atombomba kutatásába. Amikor találkozott velük, Chadwick azt mondta az amerikai képviselőknek, hogy 90 százalékban biztos benne, hogy a bomba működni fog.
1943 végén Chadwick az Egyesült Államokba utazott, hogy megnézze a Manhattan Project létesítményeit. A világ három emberének egyike volt, aki hozzáférést kapott Amerika összes bombájához kapcsolódó kutatási, adat- és gyártóüzeméhez: a másik kettő Leslie Groves amerikai vezérőrnagy, a manhattani projekt igazgatója és Groves második parancsnoka volt, Thomas Francis Farrell vezérőrnagy.
1944 elején Chadwick, felesége és gyermekei Los Alamosba, a manhattani projekt fő kutatóközpontjába költöztek.
Chadwick akkor volt jelen, amikor az Egyesült Államok és az Egyesült Királyság kormánya megállapodott abban, hogy a bomba felhasználható Japán ellen. Ezután 1945. július 16-án részt vett a Szentháromság nukleáris teszten, amikor a világ első atombombáját felrobbantották.
1945-ben a brit kormány lovaggá tette háborús hozzájárulásáért, és Sir James Chadwick lett. Az amerikai kormány 1946-ban érdeméremmel tüntette ki.
Vége
James Chadwick békésen, 82 éves korában, 1974. július 24-én halt meg.
