James Chadwick upptäckte neutronen 1932 och tilldelades Nobelpriset för fysik 1935.
Han hölls i ett tyskt fängelsläger under hela första världskriget och ledde det brittiska laget i Manhattanprojektet, där Storbritannien och Kanada stödde USA: s andra världskrigsansträngning för att bygga världens första kärnkraftsbomb.
James Chadwicks tidiga liv och utbildning
James Chadwick föddes i den lilla staden Bollington, England, Storbritannien den 20 oktober 1891 .
Hans föräldrar var Joseph, en järnvägsförvarare och Anne, en hushållsarbetare. När han var 11 år vann James inträde till den prestigefyllda Manchester Grammar School. Tyvärr var hans föräldrar för fattiga för att ha råd med de blygsamma skolavgifterna. Istället utbildades James Chadwick vid Manchesters Central Grammar School for Boys. Hans favoritämnen var matematik och fysik. Han var 16 år och vann ett stipendium till Victoria University i Manchester.
Han hade tänkt studera matematik men intervjuades av en fysiker som antog att han ville studera fysik. Chadwick var för blyg för att motsäga honom, så han slutade med att bli fysikfag!
Universitetsår
Chadwick började universitet 1908, 17 år gammal. När han var 19, han var på det sista året av sin fysikexamen och arbetade med ett forskningsprojekt i Ernest Rutherfords laboratorium. Rutherford vann Nobelpriset för kemi året Chadwick startade universitetet. Priset delades ut för Rutherfords undersökningar av upplösning av grundämnen och kemi av radioaktiva ämnen.
Chadwick genomförde sitt projekt framgångsrikt och tog examen med första klass i fysik 1911. Det hade varit tuffa tre år ekonomiskt – han gick alltid utan lunch, för han hade så lite pengar. Efter examen fortsatte Chadwick att arbeta i Rutherfords laboratorium tills han, 21 år gammal, tilldelades en magisterexamen i fysik 1912.
En stipendievinst tog honom till Berlin, Tyskland för att arbeta i Hans Geigers laboratorium. Liksom Rutherford var Geigers fält radioaktivitet – han uppfann Geiger Counter för att upptäcka strålningsnivåer.
Tyvärr för Chadwick började första världskriget 1914 när han fortfarande var i Berlin. Han internerades i ett läger väster om Berlin tills kriget slutade 1918.
Åldern 28, återförenades Chadwick med Ernest Rutherford 1919 för att börja arbeta för sin doktorsexamen. Rutherford var nu ansvarig för Cambridge Universitys prestigefyllda Cavendish Laboratory, vars första professor hade varit James Clerk Maxwell.
Chadwick tilldelades sin doktorsexamen 1921 för en avhandling om atomnummer och kärnkrafter.
James Chadwick, Nucleus, and the Neutron
1923, 32 år gammal, blev Chadwick Rutherfords biträdande forskningsdirektör i Cavendish Laboratory där han fortsatte att studera atomkärnan.
På den tiden trodde de flesta forskare att det fanns elektroner både i kärnan och utanför den. Till exempel ansågs kärnan i en kolatom innehålla 12 protoner och 6 elektroner, vilket gav den en elektrisk laddning på +6. Omkring kärnan skulle vara ytterligare 6 elektroner som orsakade atommens totala elektriska laddning till 0.
Rutherford, Chadwick, och några andra trodde på möjligheten att partiklar utan laddning kunde vara i kärnan. / p>
På fritiden, genom 1920-talet, gjorde Chadwick en rad olika försök i laboratoriet för att hitta dessa neutrala partiklar, men utan framgång. Han blev emellertid alltmer övertygad om att det fanns en neutral partikel – neutronen. Han kunde emellertid inte få de bevis han behövde för att bevisa dess existens.
Sedan, i början av 1932, fick Chadwick veta om arbete som Frederic och Irene Joliot-Curie just hade gjort i Paris. Joliot-Curies trodde att de hade lyckats mata ut protoner från ett vaxprov med gammastrålning. Detta var inte meningsfullt för Chadwick, som tyckte att gammastrålning inte var tillräckligt kraftfull för att göra detta. Bevisen för att protoner hade träffats med tillräcklig energi för att mata ut dem var dock övertygande.
Gammastrålkällan hade varit det radioaktiva elementet polonium. Chadwick drog slutsatsen att protonerna faktiskt hade drabbats av den partikel han letade efter: neutronen.
Feberligt började han arbeta i Cavendish-laboratoriet. Med hjälp av polonium som en källa till (vad han trodde var) neutroner bombade han vax. Protoner släpptes av vaxet och Chadwick gjorde mätningar av protonernas beteende.
Protonerna uppförde sig exakt på det sätt de borde göra om de hade träffats av elektriskt neutrala partiklar med en massa som liknade protonen. Chadwick hade upptäckt neutronen.
Inom två veckor hade han skrivit till den prestigefyllda vetenskapliga tidskriften Nature för att tillkännage det möjliga existensen av en neutron.
Chadwick trodde inte att han hade upptäckt en ny elementär partikel. Han trodde att neutronen var en komplex partikel bestående av en proton och en elektron. Den tyska fysikern Werner Heisenberg visade att neutronen inte kunde vara ett elektron-protonpar och faktiskt var en ny elementär partikel.
1935 fick James Chadwick Nobelpriset i fysik för sin upptäckt av neutronen .
En bild från en expansionskammare i Chadwicks laboratorium. En neutron kolliderar med en kväveatom-14. Kväveatomen delas i bor-11 och helium-4.
Och hur är det med Joliot-Curies? Om de bara hade tolkat sina resultat korrekt skulle de ha upptäckt neutronen själva. I själva verket fick Frederic och Irene Joliot-Curie också Nobelpriset 1935 för kemi: de var de första som skapade nya, syntetiska, radioaktiva element.
”Jag har redan nämnt Rutherfords förslag om att det kan finnas en neutral partikel bildad av den nära kombinationen av en proton och en elektron, och det var först naturligt att anta att neutronen skulle kunna vara en så komplex partikel. Å andra sidan hand, en sådan struktur kan inte passas in i kvantmekanikens schema … statistiken och snurrarna för de lättare elementen kan bara ges en konsekvent beskrivning om vi antar att neutronen är en elementär partikel. ”
Nya element och kärnreaktioner
Upptäckten av neutronen förändrade dramatiskt vetenskapens gång, eftersom neutroner kunde kollideras med atomkärnor. Några av neutronerna skulle säng i en kärna och ökar dess massa. Naturligt beta-sönderfall (utsläpp av en elektron från en atoms kärna) skulle sedan omvandla neutronen till en proton. Eftersom ett grundämne definieras av antalet protoner som det har (väte har 1, helium 2, litium 3, beryllium 4, bor 5, kol 6, kväve 7, syre 8, etc, etc) gjorde det forskarna möjligt att göra nya, tyngre element i laboratoriet.
Det innebar också att neutroner kunde användas för att dela tunga atomer i en process som kallas atomklyvning och producera en stor mängd energi som kan användas i atombomber eller kärnkraftverk. / p>
Chadwick lämnar Cambridge för Liverpool
År 1935, innan hans Nobelpris delades ut, erbjöds Chadwick Lyon Jones ordförande för fysik vid University of Liverpool, vilket han accepterade. Han började sitt nya jobb en månad innan han hörde att han vann Nobelpriset.
I Liverpool startade han en kärnfysikgrupp. Gruppen behövde en cyklotron / partikelaccelerator / atomkrossare, men hans nya universitet hade inte råd med en. Chadwick medfinansierade det med hjälp av några av hans Nobelprispengar.
Andra världskriget och atombomben
1939, första året av andra världskriget, blev Chadwick ombedd av Brittisk regering om att bygga en atombomb. Han sa att det var möjligt, men inte skulle vara lätt.
Preliminär forskning började vid ett antal universitet. Arbetsförhållandena i Chadwicks laboratorium var svåra. Grannskapet i Liverpool attackerades ofta i luftangrepp av det tyska flygvapnet. Trots bombningen, under våren 1941, hade Chadwicks forskargrupp upptäckt att den kritiska massan av uran-235 för en kärnkraftsdetonation var cirka 8 kg.
Krigstid Liverpool efter ett tyskt luftangrepp. Chadwicks laboratorium skakade ofta från bombexplosioner i grannskapet.
Chadwick skrev en sammanfattande rapport sommaren 1941 av allt atombombarbete som utförts vid brittiska universitet. I USA läste president Roosevelt rapporten hösten 1941 och USA började hälla miljontals dollar i sin egen atombombforskning. När han träffade dem sa Chadwick till amerikanska representanter att han var 90 procent säker på att bomben skulle fungera.
I slutet av 1943 reste Chadwick till USA för att se Manhattan-projektets anläggningar. Han var en av endast tre män i världen som åtnjöt tillgång till alla Amerikas forsknings-, data- och produktionsanläggningar för bomben: de andra två var amerikanska generalmajor Leslie Groves, chefen för Manhattan-projektet, och Groves andra befälhavare, Generalmajor Thomas Francis Farrell.
Tidigt 1944 flyttade Chadwick, hans fru och barn till Los Alamos, det huvudsakliga forskningscentret för Manhattanprojektet.
Chadwick var närvarande när de amerikanska och brittiska regeringarna enades om att bomben skulle kunna användas mot Japan. Han deltog sedan i Trinity-kärnvapentestet den 16 juli 1945, då världens första atombombe detonerades.
1945 riddade den brittiska regeringen honom för hans krigstid och han blev Sir James Chadwick. Den amerikanska regeringen tilldelade honom förtjänstmedaljen 1946.
Slutet
James Chadwick dog fredligt, 82 år gammal, den 24 juli 1974.
