ames Chadwick entdeckte das Neutron 1932 und erhielt 1935 den Nobelpreis für Physik.
Er wurde während des gesamten Ersten Weltkriegs in einem deutschen Gefangenenlager festgehalten und leitete das britische Team im Manhattan-Projekt. Großbritannien und Kanada unterstützten die Bemühungen der USA um den Bau der ersten Atombombe der Welt im Zweiten Weltkrieg.
James Chadwicks frühes Leben und seine Ausbildung
James Chadwick wurde am 20. Oktober 1891 in der kleinen Stadt Bollington, England, Großbritannien, geboren .
Seine Eltern waren Joseph, ein Eisenbahnladenbesitzer, und Anne, eine Hausangestellte. Mit elf Jahren gewann James den Eintritt in die renommierte Manchester Grammar School. Leider waren seine Eltern zu arm, um sich die bescheidenen Schulgebühren leisten zu können. Stattdessen wurde James Chadwick an der Central Grammar School for Boys in Manchester unterrichtet. Seine Lieblingsfächer waren Mathematik und Physik. Mit 16 Jahren erhielt er ein Stipendium an der Victoria University of Manchester.
Er hatte vor, Mathematik zu studieren, wurde jedoch von einem Physiker interviewt, der davon ausging, dass er Physik studieren wollte. Chadwick war zu schüchtern, um ihm zu widersprechen, und so schrieb er sich als Physik-Major ein!
Universitätsjahre
Chadwick begann seine Universität 1908 im Alter von 17 Jahren. Er war im letzten Jahr seines Physikstudiums und arbeitete an einem Forschungsprojekt in Ernest Rutherfords Labor. Rutherford hatte in dem Jahr, in dem Chadwick die Universität begann, den Nobelpreis für Chemie gewonnen. Der Preis wurde für Rutherfords Untersuchungen zum Zerfall der Elemente und zur Chemie radioaktiver Substanzen verliehen.
Chadwick führte sein Projekt erfolgreich durch und schloss es 1911 mit erstklassigen Auszeichnung in Physik ab. Finanziell waren es schwierige drei Jahre gewesen – er ging immer ohne Mittagessen, weil er so wenig Geld hatte. Nach seinem Abschluss arbeitete Chadwick weiter in Rutherfords Labor, bis er 1912 im Alter von 21 Jahren einen Master in Physik erhielt.
Ein Stipendiengewinn führte ihn nach Berlin, um in Hans Geigers Labor zu arbeiten. Wie Rutherford war Geigers Feld Radioaktivität – er erfand den Geigerzähler zur Erfassung der Strahlungswerte.
Unglücklicherweise für Chadwick begann der Erste Weltkrieg 1914, als er noch in Berlin war. Er war bis zum Kriegsende 1918 in einem Lager im Westen Berlins interniert.
Mit 28 Jahren kehrte Chadwick 1919 zu Ernest Rutherford zurück, um für seine Doktorarbeit zu arbeiten. Rutherford war jetzt verantwortlich für das renommierte Cavendish Laboratory der Universität Cambridge, dessen erster Professor James Clerk Maxwell gewesen war.
Chadwick erhielt seinen Ph.D. 1921 für eine Dissertation über Ordnungszahlen und Kernkräfte.
James Chadwick, der Kern und das Neutron
1923, im Alter von 32 Jahren, wurde Chadwick Rutherfords stellvertretender Forschungsdirektor in der Cavendish Laboratory, wo er den Atomkern weiter untersuchte.
Damals glaubten die meisten Forscher, dass sich sowohl innerhalb als auch außerhalb des Kerns Elektronen befanden. Beispielsweise wurde angenommen, dass der Kern eines Kohlenstoffatoms 12 Protonen und 6 Elektronen enthält, was ihm eine elektrische Ladung von +6 verleiht. Die Umlaufbahn des Kerns sollte weitere 6 Elektronen umfassen, wodurch die elektrische Gesamtladung des Atoms 0 beträgt.
Rutherford, Chadwick und einige andere glaubten an die Möglichkeit, dass sich Teilchen ohne Ladung im Kern befinden könnten / p>
In seiner Freizeit unternahm Chadwick in den 1920er Jahren verschiedene Versuche im Labor, diese neutralen Partikel zu finden, jedoch ohne Erfolg. Er war jedoch zunehmend von der Existenz eines neutralen Teilchens überzeugt – des Neutrons. Er konnte jedoch nicht die Beweise bekommen, die er brauchte, um seine Existenz zu beweisen.
Dann, Anfang 1932, erfuhr Chadwick von Arbeiten, die Frederic und Irene Joliot-Curie gerade in Paris geleistet hatten. Die Joliot-Curies glaubten, es geschafft zu haben, Protonen mit Gammastrahlen aus einer Wachsprobe auszustoßen. Für Chadwick, der dachte, Gammastrahlen seien nicht stark genug, um dies zu tun, ergab dies keinen Sinn. Der Beweis, dass Protonen mit ausreichender Energie getroffen wurden, um sie auszuwerfen, war jedoch überzeugend.
Die Gammastrahlenquelle war das radioaktive Element Polonium. Chadwick kam zu dem Schluss, dass die Protonen tatsächlich von dem Teilchen getroffen wurden, nach dem er suchte: dem Neutron.
Fieberhaft begann er im Cavendish-Labor zu arbeiten. Er benutzte Polonium als Quelle für (was er glaubte) Neutronen und bombardierte Wachs. Das Wachs setzte Protonen frei und Chadwick maß das Verhalten der Protonen.
Die Protonen verhielten sich genau so, wie sie es sollten, wenn sie von elektrisch neutralen Teilchen mit einer dem Proton ähnlichen Masse getroffen worden wären. Chadwick hatte das Neutron entdeckt.
Innerhalb von zwei Wochen hatte er an das renommierte Wissenschaftsjournal Nature geschrieben, um die mögliche Existenz eines Neutrons anzukündigen.
Chadwick glaubte nicht, ein neues Elementarteilchen entdeckt zu haben. Er glaubte, das Neutron sei ein komplexes Teilchen, das aus einem Proton und einem Elektron bestehe. Der deutsche Physiker Werner Heisenberg zeigte, dass das Neutron kein Elektron-Protonen-Paar sein konnte und tatsächlich ein neues Elementarteilchen war.
1935 erhielt James Chadwick für seine Entdeckung des Neutrons den Nobelpreis für Physik .
Ein Bild aus einer Expansionskammer in Chadwicks Labor. Ein Neutron kollidiert mit einem Stickstoff-14-Atom. Das Stickstoffatom spaltet sich in Bor-11 und Helium-4.
Und was ist mit den Joliot-Curies? Wenn sie nur ihre Ergebnisse richtig interpretiert hätten, hätten sie das Neutron möglicherweise selbst entdeckt. Tatsächlich erhielten Frederic und Irene Joliot-Curie 1935 auch einen Nobelpreis für Chemie: Sie waren die ersten, die neue synthetische, radioaktive Elemente herstellten.
„Ich habe bereits Rutherfords Vorschlag erwähnt, dass es ein neutrales Teilchen geben könnte, das durch die enge Kombination eines Protons und eines Elektrons gebildet wird, und es war zunächst natürlich anzunehmen, dass das Neutron ein so komplexes Teilchen sein könnte Andererseits kann eine solche Struktur nicht in das Schema der Quantenmechanik eingepasst werden.… Die Statistiken und Drehungen der leichteren Elemente können nur dann konsistent beschrieben werden, wenn wir annehmen, dass das Neutron ein Elementarteilchen ist. “
Neue Elemente und Kernreaktionen
Die Entdeckung des Neutrons veränderte den wissenschaftlichen Verlauf dramatisch, da Neutronen mit Atomkernen kollidieren konnten. Einige der Neutronen würden im Bett in einem Kern, erhöht seine Masse. Der natürliche Beta-Zerfall (die Emission eines Elektrons aus dem Atomkern) würde dann das Neutron in ein Proton umwandeln. Da ein Element durch die Anzahl seiner Protonen definiert ist (Wasserstoff hat 1, Helium 2, Lithium 3, Beryllium 4, Bor 5, Kohlenstoff 6, Stickstoff 7, Sauerstoff 8 usw. usw.), konnten Wissenschaftler neue, schwerere Elemente herstellen Elemente im Labor.
Es bedeutete auch, dass Neutronen verwendet werden konnten, um schwere Atome in einem als Atomspaltung bekannten Prozess zu spalten, wodurch eine große Energiemenge erzeugt wurde, die in Atombomben oder Kernkraftwerken verwendet werden konnte.
Chadwick verlässt Cambridge nach Liverpool
1935, bevor sein Nobelpreis verliehen wurde, wurde Chadwick der Lyon Jones-Lehrstuhl für Physik an der Universität von Liverpool angeboten, den er akzeptierte. Er begann seinen neuen Job einen Monat bevor er hörte, dass er den Nobelpreis gewonnen hatte.
In Liverpool gründete er eine Gruppe für Kernphysik. Die Gruppe brauchte einen Zyklotron- / Teilchenbeschleuniger- / Atomzerstörer, aber seine neue Universität konnte sich keinen leisten. Chadwick finanzierte es teilweise mit einem Teil seines Nobelpreisgeldes.
Zweiter Weltkrieg und die Atombombe
1939, dem ersten Jahr des Zweiten Weltkriegs, wurde Chadwick von der Britische Regierung über den Bau einer Atombombe. Er sagte, es sei möglich, aber nicht einfach.
Voruntersuchungen begannen an einer Reihe von Universitäten. Die Arbeitsbedingungen in Chadwicks Labor waren schwierig. Die Nachbarschaft in Liverpool wurde häufig bei Luftangriffen von der deutschen Luftwaffe angegriffen. Trotz des Bombenangriffs hatte Chadwicks Forschungsgruppe im Frühjahr 1941 herausgefunden, dass die kritische Masse von Uran-235 für eine nukleare Detonation etwa 8 Kilogramm betrug.
Kriegszeit Liverpool nach einem deutschen Luftangriff. Chadwicks Labor zitterte oft vor Bombenanschlägen in der Nachbarschaft.
Chadwick schrieb im Sommer 1941 einen zusammenfassenden Bericht über alle Atombombenarbeiten an britischen Universitäten. In den USA las Präsident Roosevelt den Bericht im Herbst 1941, und die USA begannen, Millionen von Dollar in ihre eigene Atombombenforschung zu stecken. Als er sie traf, sagte Chadwick amerikanischen Vertretern, er sei zu 90 Prozent sicher, dass die Bombe funktionieren würde.
Ende 1943 reiste Chadwick in die USA, um die Einrichtungen des Manhattan-Projekts zu besichtigen. Er war einer von nur drei Männern auf der Welt, die Zugang zu allen amerikanischen Forschungs-, Daten- und Produktionsanlagen für die Bombe hatten: Die anderen beiden waren der amerikanische Generalmajor Leslie Groves, der Direktor des Manhattan-Projekts, und Groves ‚Stellvertreter. Generalmajor Thomas Francis Farrell.
Anfang 1944 zogen Chadwick, seine Frau und seine Kinder nach Los Alamos, dem Hauptforschungszentrum für das Manhattan-Projekt.
Chadwick war anwesend, als Die Regierungen der USA und Großbritanniens waren sich einig, dass die Bombe gegen Japan eingesetzt werden könnte. Anschließend nahm er am 16. Juli 1945 am Trinity-Atomtest teil, als die erste Atombombe der Welt gezündet wurde. 1945 wurde er von der britischen Regierung für seinen Kriegsbeitrag zum Ritter geschlagen, und er wurde Sir James Chadwick. Die US-Regierung verlieh ihm 1946 die Verdienstmedaille.
Das Ende
James Chadwick starb am 24. Juli 1974 friedlich im Alter von 82 Jahren.
