James Chadwick oppdaget nøytronen i 1932 og ble tildelt Nobelprisen for fysikk i 1935.
Han ble holdt i en tysk fangeleir for hele første verdenskrig, og ledet det britiske teamet i Manhattan-prosjektet, der Storbritannia og Canada støttet USAs 2. verdenskrigs innsats for å bygge verdens første atombombe.
James Chadwicks tidlige liv og utdannelse
James Chadwick ble født i den lille byen Bollington, England, Storbritannia 20. oktober 1891 .
Foreldrene hans var Joseph, en jernbanelagerholder, og Anne, en hjemmetjener. Da han var 11, vant James adgang til den prestisjetunge Manchester Grammar School. Dessverre var foreldrene hans for fattige til å ha råd til beskjedne skolepenger. I stedet ble James Chadwick utdannet ved Manchester Central Grammar School for Boys. Hans favorittfag var matematikk og fysikk. 16 år vant han et stipend til Victoria University of Manchester.
Han hadde tenkt seg å studere matematikk, men ble intervjuet av en fysiker som antok at han ønsket å studere fysikk. Chadwick var for sjenert til å motsige ham, så han endte opp med å bli fysikkfag!
Universitetsår
Chadwick begynte på universitetet i 1908, 17 år gammel. Da han var 19, han var i det siste året av sin fysikkgrad, og jobbet med et forskningsprosjekt i Ernest Rutherfords laboratorium. Rutherford vant Nobelprisen for kjemi i året Chadwick startet universitetet. Prisen ble delt ut for Rutherfords undersøkelser av oppløsningen av grunnstoffene og kjemien til radioaktive stoffer.
Chadwick gjennomførte prosjektet sitt med suksess og ble uteksaminert med førsteklasses utmerkelse i fysikk i 1911. Det hadde vært tøffe tre år økonomisk – han gikk alltid uten lunsj, fordi han hadde så lite penger. Etter endt arbeid fortsatte Chadwick å jobbe i Rutherfords laboratorium til han, 21 år gammel, ble tildelt en mastergrad i fysikk i 1912.
En stipendier tok ham til Berlin, Tyskland for å jobbe i Hans Geigers laboratorium. I likhet med Rutherford var Geigers felt radioaktivitet – han oppfant Geigertelleren for å oppdage strålingsnivåer.
Dessverre for Chadwick startet første verdenskrig i 1914 da han fremdeles var i Berlin. Han ble internert i en leir vest for Berlin til krigen endte i 1918.
Chadwick ble 28 år gammel sammen med Ernest Rutherford i 1919 for å begynne å jobbe for sin doktorgrad. Rutherford var nå ansvarlig for Cambridge Universitys prestisjefylte Cavendish Laboratory, hvis første professor hadde vært James Clerk Maxwell.
Chadwick fikk sin doktorgrad. i 1921 for en avhandling om atomnummer og atomkrefter.
James Chadwick, Nucleus, and the Neutron
I 1923, 32 år gammel, ble Chadwick Rutherfords assisterende forskningsdirektør i Cavendish Laboratory hvor han fortsatte å studere atomkjernen.
På den tiden trodde de fleste forskere at det var elektroner i kjernen så vel som utenfor den. For eksempel ble kjernen til et karbonatom antatt å inneholde 12 protoner og 6 elektroner, noe som gir den en elektrisk ladning på +6. Omkring kjernen skulle være ytterligere 6 elektroner som forårsaket at atomets totale elektriske ladning var 0.
Rutherford, Chadwick, og noen andre trodde på muligheten for at partikler uten ladning kunne være i kjernen. / p>
På fritiden, gjennom 1920-tallet, gjorde Chadwick en rekke forsøk i laboratoriet for å finne disse nøytrale partiklene, men uten å lykkes. Han ble imidlertid stadig mer overbevist om eksistensen av en nøytral partikkel – nøytronen. Han kunne imidlertid ikke skaffe bevisene han trengte for å bevise dets eksistens.
Så, i begynnelsen av 1932, fikk Chadwick vite om arbeidet som Frederic og Irene Joliot-Curie nettopp hadde utført i Paris. Joliot-Curies mente at de hadde klart å løse ut protoner fra en voksprøve ved hjelp av gammastråler. Dette ga ikke mening for Chadwick, som mente gammastråler ikke var kraftige nok til å gjøre dette. Bevisene for at protoner hadde blitt truffet med tilstrekkelig energi til å kaste dem ut var overbevisende.
Gammastrålekilden hadde vært det radioaktive elementet polonium. Chadwick trakk konklusjonen om at protonene faktisk hadde blitt truffet av partikkelen han lette etter: nøytronen.
Feberlig begynte han å jobbe i Cavendish-laboratoriet. Ved å bruke polonium som en kilde til (det han trodde var) nøytroner, bombarderte han voks. Protoner ble frigjort av voks og Chadwick foretok målinger av protonenes oppførsel.
Protonene oppførte seg nøyaktig slik de burde hvis de hadde blitt truffet av elektrisk nøytrale partikler med en masse som ligner protonen. Chadwick hadde oppdaget nøytronen.
I løpet av to uker hadde han skrevet til det prestisjetunge vitenskapelige tidsskriftet Nature for å kunngjøre mulige eksistens av en nøytron.
Chadwick trodde ikke han hadde oppdaget en ny elementær partikkel. Han mente at nøytronen var en kompleks partikkel bestående av et proton og et elektron. Den tyske fysikeren Werner Heisenberg viste at nøytronen ikke kunne være et elektron-protonpar, og var faktisk en ny elementær partikkel.
I 1935 mottok James Chadwick Nobelprisen i fysikk for sin oppdagelse av nøytronen. .
Et bilde fra et utvidelseskammer i Chadwicks laboratorium. Et nøytron kolliderer med et atom av nitrogen-14. Nitrogenatomet deler seg i bor-11 og helium-4.
Og hva med Joliot-Curies? Hvis de bare hadde tolket resultatene sine riktig, ville de kanskje ha oppdaget nøytronen selv. Faktisk mottok Frederic og Irene Joliot-Curie også Nobelprisen i 1935 for kjemi: de var de første menneskene som skapte nye, syntetiske, radioaktive elementer.
«Jeg har allerede nevnt Rutherfords forslag om at det kan eksistere en nøytral partikkel dannet av den tette kombinasjonen av et proton og et elektron, og det var først naturlig å anta at nøytronen kan være en så kompleks partikkel. hånd, en struktur av denne typen kan ikke innpasses i kvantemekanikkens ordning, … statistikken og spinnene til de lettere elementene kan bare gis en konsistent beskrivelse hvis vi antar at nøytronen er en elementær partikkel. ”
Nye elementer og atomreaksjoner
Oppdagelsen av nøytronet endret vitenskapens gang dramatisk, fordi nøytroner kunne kollideres med atomkjerner. Noen av nøytronene ville im seng i en kjerne, og øker massen. Naturlig Beta-forfall (utslipp av et elektron fra atomets kjerne) ville da konvertere nøytronet til en proton. Siden et element er definert av antall protoner det har (hydrogen har 1, helium 2, litium 3, beryllium 4, bor 5, karbon 6, nitrogen 7, oksygen 8, etc, etc), gjorde dette forskere i stand til å lage nye, tyngre elementer i laboratoriet.
Det betydde også at nøytroner kunne brukes til å splitte tunge atomer i en prosess kjent som atomfisjon, og produserte en stor mengde energi som kunne brukes i atombomber eller atomkraftverk. / p>
Chadwick forlater Cambridge til Liverpool
I 1935, før hans Nobelpris ble tildelt, ble Chadwick tilbudt Lyon Jones Chair of Physics ved University of Liverpool, som han aksepterte. Han startet sin nye jobb en måned før han hørte at han hadde vunnet Nobelprisen.
I Liverpool startet han en kjernefysikkgruppe. Gruppen trengte en syklotron / partikkel-akselerator / atom-smasher, men hans nye universitet hadde ikke råd til en. Chadwick delfinansierte det ved hjelp av noen av hans Nobelprispenger.
2. verdenskrig og atombomben
I 1939, det første året av 2. verdenskrig, ble Chadwick spurt av Britiske regjeringen om å bygge en atombombe. Han sa at det var mulig, men ikke ville være lett.
Foreløpig forskning startet på en rekke universiteter. Arbeidsforholdene i Chadwicks laboratorium var vanskelige. Nabolaget i Liverpool ble ofte angrepet i luftangrep av det tyske luftforsvaret. Til tross for bombingen, våren 1941, hadde Chadwicks forskergruppe oppdaget at den kritiske massen av uran-235 for en kjernefysisk detonasjon var omtrent 8 kilo.
Krigstid Liverpool etter et tysk luftangrep. Chadwicks laboratorium rystet ofte fra bombeeksplosjoner i nabolaget.
Chadwick skrev en sammendragsrapport sommeren 1941 av alt atombombearbeidet som ble utført ved britiske universiteter. I USA leste president Roosevelt rapporten høsten 1941, og USA begynte å tømme millioner av dollar i sin egen atombombeforskning. Da han møtte dem, fortalte Chadwick amerikanske representanter at han var 90 prosent sikker på at bomben ville fungere.
På slutten av 1943 reiste Chadwick til USA for å se Manhattan-prosjektets fasiliteter. Han var en av bare tre menn i verden som hadde tilgang til alle Amerikas forsknings-, data- og produksjonsanlegg for bomben: de to andre var den amerikanske generalmajoren Leslie Groves, Manhattan-prosjektets direktør, og Groves ‘nestkommanderende, Generalmajor Thomas Francis Farrell.
Tidlig i 1944 flyttet Chadwick, hans kone og barn til Los Alamos, det viktigste forskningssenteret for Manhattan-prosjektet.
Chadwick var til stede da USAs og Storbritannias regjeringer var enige om at bomben kunne brukes mot Japan. Deretter deltok han i atomprøven Trinity 16. juli 1945, da verdens første atombombe ble detonert.
I 1945 riddet den britiske regjeringen ham til sitt bidrag fra krigstid, og han ble Sir James Chadwick. Den amerikanske regjeringen tildelte ham fortjenstmedaljen i 1946.
Slutten
James Chadwick døde fredelig, 82 år gammel, 24. juli 1974.
