Životopis Rutherforda. Prezývaný "krokodíl" Diela, výskum a prínos pre vedu

Ernest Rutherford (život: 30. 8. 1871 - 19. 10. 1937) - anglický fyzik, tvorca planetárneho modelu atómu, zakladateľ jadrovej fyziky. Bol členom Kráľovskej spoločnosti v Londýne a v rokoch 1925 až 1930 jej prezidentom. Tento muž je vlastníkom, ktorý dostal v roku 1908.

Budúci vedec sa narodil do rodiny kolára Jamesa Rutherforda a učiteľky Marthy Thompsonovej. Okrem neho mala rodina 5 dcér a 6 synov.

Školenie a prvé ocenenia

Predtým, ako sa rodina v roku 1889 presťahovala zo Severu, Ernest Rutherford študoval v Christchurch na Canterbury College. Už v tomto čase sa ukázali skvelé schopnosti budúceho vedca. Ernest bol po absolvovaní 4. ročníka ocenený za najlepšiu prácu v oblasti matematiky a taktiež obsadil 1. miesto na magisterských skúškach z fyziky a matematiky.

Vynález magnetického detektora

Keď sa Rutherford stal magistrom umenia, neopustil vysokú školu. Vrhol sa do samostatnej vedeckej práce o magnetizácii železa. Vyvinul a vyrobil špeciálny prístroj – magnetický detektor, ktorý sa stal jedným z prvých prijímačov elektromagnetických vĺn na svete a zároveň Rutherfordovým „vstupenkou“ do veľkej vedy. Čoskoro nastala v jeho živote dôležitá zmena.

Rutherford odchádza do Anglicka

Najtalentovanejšie mladé subjekty anglickej koruny z Nového Zélandu dostávali štipendium každé dva roky. Svetová výstava v roku 1851, ktorá poskytla príležitosť vycestovať do Anglicka študovať vedu. V roku 1895 sa rozhodlo, že dvaja Novozélanďania sú hodní takejto pocty – fyzik Rutherford a chemik Maclaurin. Bolo však len jedno miesto a Ernestove nádeje boli zmarené. Našťastie bol Maclaurin nútený opustiť túto cestu z rodinných dôvodov a Rutherford Ernest prišiel do Anglicka na jeseň roku 1895. Tu začal pôsobiť na University of Cambridge (v Cavendish Laboratory) a stal sa prvým doktorandom J. Thomsona, jej riaditeľa (na obrázku nižšie).

Štúdium Becquerelových lúčov

Thomson bol v tom čase už jedným z členov rešpektovanej Kráľovskej spoločnosti v Londýne. Rýchlo ocenil Rutherfordove schopnosti a naverboval ho do práce na štúdiu ionizácie plynov pod vplyvom röntgenových lúčov, ktorú realizoval. Ernest však už v lete 1898 podniká prvé kroky v inej oblasti výskumu. Začal sa zaujímať o Becquerelove lúče. Žiarenie z uránovej soli, ktoré objavil Becquerel, fyzik z Francúzska, sa neskôr stalo známym ako rádioaktívne. Francúzsky vedec, ako aj manželia Curieovci, sa aktívne zapojili do jeho výskumu. V roku 1898 sa k dielu pridal aj Rutherford Ernest. Tento vedec zistil, že tieto lúče zahŕňajú prúdy jadier hélia, kladne nabité (častice alfa), ako aj prúdy elektrónov (častice beta).

Ďalšie štúdium uránových lúčov

Dielo Curieovcov bolo 18. júla 1898 predstavené Parížskej akadémii vied, čo vzbudilo Rutherfordov veľký záujem. Autori v ňom poukázali na to, že okrem uránu existujú aj ďalšie rádioaktívne (tento termín bol vtedy prvýkrát použitý) prvky. Rutherford neskôr predstavil koncept jedného z hlavných rozlišovacích znakov týchto prvkov.

Ernestovi bolo v decembri 1897 predĺžené výstavné štipendium. Vedec dostal príležitosť ďalej študovať lúče uránu. V apríli 1898 sa však v Montreale uvoľnilo miesto profesora na miestnej McGill University a Ernest sa rozhodol odísť do Kanady. Čas učňovskej prípravy uplynul. Každému bolo jasné, že Rutherford je pripravený pracovať samostatne.

Presťahovanie sa do Kanady a nová práca

Na jeseň roku 1898 sa uskutočnil presun do Kanady. Rutherfordova výučba spočiatku nebola veľmi úspešná: študentom sa nepáčili prednášky, ktoré mladý profesor, ktorý sa ešte nenaučil úplne porozumieť publiku, presýtil detailmi. Určité ťažkosti vznikli aj vo vedeckej práci kvôli tomu, že príchod rádioaktívnych liekov nariadených Rutherfordom bol oneskorený. Všetky drsné hrany sa však čoskoro zahladili a pre Ernesta sa začala séria šťastia a úspechu. Sotva je však vhodné hovoriť o úspechoch: všetko bolo dosiahnuté tvrdou prácou, do ktorej boli zapojení jeho noví priatelia a podobne zmýšľajúci ľudia.

Objav zákona rádioaktívnych premien

Okolo Rutherforda sa už vytvorila atmosféra tvorivého nadšenia a vášne. Práca bola radostná a intenzívna, viedla k veľkému úspechu. Rutherford objavil emanáciu tória v roku 1899. Spolu so Soddym v rokoch 1902-1903 dospel k všeobecnému zákonu platnému pre všetky rádioaktívne premeny. Stojí za to povedať si o tejto významnej vedeckej udalosti trochu viac.

Vedci na celom svete v tom čase pevne pochopili, že nie je možné premeniť jeden chemický prvok na druhý, takže sny alchymistov o extrakcii zlata z olova by mali byť navždy pochované. A potom sa objavila práca, v ktorej sa tvrdilo, že pri rádioaktívnych rozpadoch k premenám prvkov nielen dochádza, ale nemožno ich ani spomaliť, ani zastaviť. Okrem toho boli formulované zákony týchto transformácií. Dnes vieme, že je to náboj jadra, ktorý určuje chemické vlastnosti prvku a jeho polohu v periodickej tabuľke Mendelejeva. Keď sa zníži o dve jednotky, čo nastáva počas rozpadu alfa, „posunie“ sa o 2 miesta nahor v periodickej tabuľke. Počas elektronického beta rozpadu sa posunie o jednu bunku nadol a počas rozpadu pozitrónu o jednu bunku nahor. Napriek očividnosti tohto zákona a jeho zjavnej jednoduchosti bol tento objav jednou z najdôležitejších udalostí vo vede na začiatku 20. storočia.

Manželstvo s Mary Georginou Newtonovou, narodenie dcéry

Zároveň došlo k dôležitej udalosti v Ernestovom osobnom živote. 5 rokov po zasnúbení s Mary Georginou Newtonovou sa s ňou oženil vedec Ernest Rutherford, ktorého biografia bola v tom čase už poznačená významnými úspechmi. Toto dievča bolo dcérou majiteľa penziónu v Christchurch, kde kedysi býval. V roku 1901 sa 30. marca narodila jediná dcéra v rodine Rutherfordovcov. Táto udalosť sa prakticky časovo zhodovala so zrodom novej kapitoly fyzikálnej vedy – jadrovej fyziky. A po 2 rokoch sa Rutherford stal členom Kráľovskej spoločnosti v Londýne.

Rutherfordove knihy, experimenty na presvetľovacej fólii s časticami alfa

Ernest vytvoril 2 knihy, v ktorých zhrnul výsledky svojho vedeckého bádania a úspechy. Prvá vyšla pod názvom „Rádioaktivita“ v roku 1904. „Rádioaktívne transformácie“ sa objavili o rok neskôr. Autor týchto kníh začal v tomto čase nový výskum. Uvedomil si, že práve z atómov vychádza rádioaktívne žiarenie, no miesto jeho vzniku zostalo absolútne nejasné. Bolo potrebné preštudovať štruktúru jadra. A potom sa Ernest obrátil na metódu presvietenia alfa časticami, s ktorou začal svoju prácu s Thomsonom. Experimenty skúmali, ako prúdenie týchto častíc prechádza cez tenké pláty fólie.

Thomsonov prvý model atómu

Prvý model atómu bol navrhnutý, keď sa zistilo, že elektróny majú záporný náboj. Vyskytujú sa však v atómoch, ktoré sú vo všeobecnosti elektricky neutrálne. To znamená, že v jeho zložení musí byť niečo, čo nesie kladný náboj. Na vyriešenie tohto problému Thomson navrhol nasledujúci model: atóm je niečo ako kvapka, kladne nabitá, ktorej polomer je sto milióntina centimetra. Obsahuje drobné elektróny so záporným nábojom. Pod vplyvom Coulombových síl majú tendenciu zaujať polohu v samom strede atómu, no ak ich niečo vyvedie z rovnováhy, rozkmitajú sa, sprevádzané žiarením. Tento model vysvetľoval existenciu emisných spektier, skutočnosť, ktorá bola v tom čase známa. Z experimentov už vyplynulo, že v pevných látkach sú vzdialenosti medzi atómami približne rovnaké ako ich veľkosti. Zdalo sa teda zrejmé, že častice alfa nemôžu preletieť fóliou, rovnako ako kameň nemôže preletieť lesom, v ktorom stromy rástli takmer blízko seba. Hneď prvé experimenty, ktoré vykonal Rutherford, však presvedčili, že to tak nie je. Väčšina alfa častíc prenikla fóliou takmer bez vychýlenia a len niekoľko vykazovalo vychýlenie, niekedy výrazné. Ernesta Rutherforda to začalo veľmi zaujímať. Zaujímavé fakty si vyžiadali ďalšie štúdium.

Rutherfordov planetárny model

A potom sa opäť prejavila Rutherfordova intuícia a schopnosť tohto vedca porozumieť jazyku prírody. Ernest rozhodne odmietol Thomsonov model atómu. Rutherfordove experimenty ho viedli k tomu, aby predložil svoj vlastný, nazývaný planetárny. Podľa nej sa v strede atómu nachádza jadro, v ktorom je sústredená celá hmotnosť atómu, napriek jeho pomerne malej veľkosti. A okolo jadra, ako planéty obiehajúce okolo Slnka, sa pohybujú elektróny. Ich hmotnosti sú podstatne menšie ako hmotnosti častíc alfa, a preto sa tieto častice prakticky nevychyľujú, keď prenikajú do elektrónových oblakov. A až keď alfa častica preletí blízko kladne nabitého jadra, Coulombova odpudivá sila je schopná prudko ohnúť trajektóriu jej pohybu. Toto je Rutherfordova teória. Bol to určite veľký objav.

Zákony elektrodynamiky a planetárny model

Rutherfordova skúsenosť stačila na to, aby presvedčila mnohých vedcov o existencii planetárneho modelu. Ukázalo sa však, že to nie je také jednoznačné. Rutherfordov vzorec, ktorý odvodil na základe tohto modelu, bol v súlade s údajmi získanými počas experimentu. Vyvrátila však zákony elektrodynamiky!

Tieto zákony, ktoré boli stanovené najmä prácami Maxwella a Faradaya, uvádzajú, že zrýchlený náboj vyžaruje elektromagnetické vlny a kvôli tomu stráca energiu. V Rutherfordovom atóme sa elektrón pohybuje zrýchlene v Coulombovom poli jadra a podľa Maxwellovej teórie by mal stratiť všetku svoju energiu za desaťmilióntinu sekundy, potom spadne na jadro. To sa však nestalo. V dôsledku toho Rutherfordov vzorec vyvrátil Maxwellovu teóriu. Ernest to vedel, keď v roku 1907 prišiel čas vrátiť sa do Anglicka.

Presťahovanie sa do Manchestru a získanie Nobelovej ceny

Ernestova práca na McGill University ho veľmi preslávila. Rutherford začal medzi sebou súťažiť o pozvanie do vedeckých centier v rôznych krajinách. Vedec sa rozhodol opustiť Kanadu na jar 1907 a prišiel do Manchestru na University of Victoria, kde pokračoval vo svojom výskume. Spolu s H. Geigerom vytvoril v roku 1908 počítadlo častíc alfa, nové zariadenie, ktoré zohralo dôležitú úlohu pri zistení, že častice alfa sú dvojnásobne ionizované atómy hélia. Rutherford Ernest, ktorého objavy mali veľký význam, dostal v roku 1908 Nobelovu cenu (za chémiu, nie za fyziku!).

Spolupráca s Nielsom Bohrom

Medzitým planetárny model zamestnával jeho myšlienky stále viac. A tak v marci 1912 začal Rutherford spolupracovať a byť priateľom s Nielsom Bohrom. Bohrova najväčšia zásluha (jeho fotografia je uvedená nižšie) spočívala v tom, že do planetárneho modelu zaviedol zásadne nové funkcie - myšlienku kvanta.

Predložil „postuláty“, ktoré sa na prvý pohľad zdali vnútorne protirečivé. Podľa jeho názoru existujú v atóme dráhy. Elektrón, ktorý sa po nich pohybuje, v rozpore so zákonmi elektrodynamiky nevyžaruje, hoci má zrýchlenie. Tento vedec naznačil pravidlo, podľa ktorého možno tieto dráhy nájsť. Zistil, že kvantá žiarenia sa objavujú iba vtedy, keď sa elektrón pohybuje z obežnej dráhy na obežnú dráhu. vyriešil mnoho problémov a stal sa aj prielomom do sveta nových myšlienok. Jeho objav viedol k radikálnej revízii predstáv o hmote a jej pohybe.

Ďalšie rozsiahle aktivity

V roku 1919 sa Rutherford stal profesorom na Cambridgeskej univerzite a zároveň riaditeľom Cavendish Laboratory. Desiatky vedcov ho právom považovali za svojho učiteľa, vrátane tých, ktorí boli neskôr ocenení Nobelovými cenami. Sú to J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockroft, O. Gan, W. Geitler, Yu.B. Khariton, P.L. Kapitsa, G. Gamow a i.. Prílev vyznamenaní a ocenení bol čoraz hojnejší. V roku 1914 bol Rutherford povýšený do šľachtického stavu. V roku 1923 sa stal prezidentom Britskej asociácie a v rokoch 1925 až 1930 bol prezidentom Kráľovskej spoločnosti. Ernest dostal v roku 1931 barónsky titul a stal sa lordom. Napriek čoraz vyšším tlakom, a to nielen vedeckým, však naďalej útočí na tajomstvá jadra a atómu.

Ponúkame vám jeden zaujímavý fakt týkajúci sa Rutherfordových vedeckých aktivít. Je známe, že Ernest Rutherford pri výbere svojich zamestnancov použil toto kritérium: osobe, ktorá k nemu prišla prvýkrát, zadal úlohu, a ak sa potom nový zamestnanec pýtal, čo robiť ďalej, bol okamžite prepustený.

Vedec už začal s experimentmi, ktoré skončili jeho objavom umelého štiepenia atómových jadier a umelej premeny chemických prvkov. V roku 1920 Rutherford predpovedal existenciu deuterónu a neutrónu a v roku 1933 inicioval a zúčastnil sa na experimente na testovanie vzťahu medzi energiou a hmotnosťou v jadrových procesoch. V apríli 1932 podporil myšlienku použitia protónových urýchľovačov pri štúdiu jadrových reakcií.

Smrť Rutherforda

Diela Ernesta Rutherforda a práce jeho žiakov, patriacich do niekoľkých generácií, mali obrovský vplyv na vedu a techniku, na životy miliónov ľudí. Veľký vedec sa, samozrejme, nemohol ubrániť otázke, či tento vplyv bude pozitívny. Bol však optimistom a pevne veril vo vedu a ľudí. Ernest Rutherford, ktorého stručný životopis sme opísali, zomrel v roku 1937, 19. októbra. Pochovali ho vo Westminsterskom opátstve.

30. augusta 1871 sa narodil britský fyzik novozélandského pôvodu, známy ako „otec“ jadrovej fyziky a nositeľ Nobelovej ceny za chémiu z roku 1908, Sir Ernest Rutherford.

Rozhodli sme sa pripomenúť biografiu slávneho vedca a ilustrovať jeho hlavné míľniky v našom výbere fotografií.

Narodil sa 30. augusta 1871 v meste Spring Brove (Nový Zéland) v rodine škótskych emigrantov. Jeho otec pracoval ako mechanik a pestovateľ ľanu, matka bola učiteľkou. Ernest bol štvrtý z 12 Rutherfordových detí a najtalentovanejší.

Dom V Foxhill , Kde Ernest strávená časť môjho detstva

"Vedy sú rozdelené do dvoch skupín - fyzika a zbieranie známok"

Už na konci základnej školy dostal ako prvý žiak prémiu 50 libier šterlingov na pokračovanie vo vzdelávaní. Vďaka tomu Rutherford nastúpil na vysokú školu v Nelsone (Nový Zéland).

Portrét Rutherforda v roku 1892, keď bol študentom na Canterbury College

Po ukončení vysokej školy zložil mladý muž skúšky na univerzite v Canterbury a tu vážne študoval fyziku a chémiu.

« Ak vedec nevie vysvetliť, čo robí upratovačke, ktorá utiera podlahu v jeho laboratóriu, potom sám nerozumie tomu, čo robí.«

Rutherford so študentmi v Montreale , štát Kalifornia. 1899

J. J. Thomson, ako mnohí vynikajúci profesori fyziky na konci 19. storočia zhromaždili skupinu bystrých mladých “ študentov výskumu"okolo teba. Priamo medzi nimi je aj jeho chránenec Ernest Rutherford.

Podieľal sa na vytvorení vedeckej študentskej spoločnosti av roku 1891 vypracoval správu na tému „Evolúcia prvkov“, kde prvýkrát zaznela myšlienka, že atómy sú zložité systémy postavené z rovnakých komponentov.

Hans Geiger bol o Rutherford hlavným partnerom V výskumu od roku 1907 do roku 1913

V čase, keď fyzike dominovala myšlienka J. Daltona o nedeliteľnosti atómu, sa táto myšlienka zdala absurdná a mladý Rutherford sa dokonca musel svojim kolegom ospravedlniť za „očividné nezmysly“.

Ernest Rutherford (prvý zľava v dolnom rade) s kolegami

Pravda, o 12 rokov neskôr Rutherford dokázal, že mal pravdu. Ernest sa po skončení vysokej školy stal stredoškolským učiteľom, no toto povolanie mu zjavne nevyhovovalo. Rutherford, najlepší absolvent roka, získal štipendium a odišiel do Cambridge, vedeckého centra Anglicka, pokračovať v štúdiu.

Rutherford (druhý zľava v hornom rade) so spolužiakmi v roku 1896

V Cavendish Laboratory vytvoril Rutherford vysielač pre rádiovú komunikáciu v okruhu 3 km, ale pre jeho vynález dal prednosť talianskemu inžinierovi G. Marconimu, ktorý sám začal študovať ionizáciu plynov a vzduchu. Vedec si všimol, že uránové žiarenie má dve zložky – alfa a beta lúče. Bolo to zjavenie.

Rutherford miloval som dobrá hra golf v nedele. Zľava doprava: Ralph Fowler , F. U. Aston , Rutherford , G. A. Taylor

V Montreale pri štúdiu aktivity tória objavil Rutherford nový plyn - radón. V roku 1902 vedec vo svojej práci „Príčina a povaha rádioaktivity“ prvýkrát vyjadril myšlienku, že príčinou rádioaktivity je spontánny prechod niektorých prvkov na iné. Zistil, že častice alfa sú kladne nabité, ich hmotnosť je väčšia ako hmotnosť atómu vodíka a ich náboj sa približne rovná náboju dvoch elektrónov, čo pripomína atómy hélia.

Svadba Ernesta A Mary Rutherford , 28 júna 1900 Nový Zéland

V roku 1903 sa Rutherford stal členom Kráľovskej spoločnosti v Londýne a v rokoch 1925 až 1930 pôsobil ako jej prezident.

Ernest Rutherford na kongrese Solvay v roku 1911

V roku 1904 bola publikovaná základná práca vedca „Rádioaktívne látky a ich žiarenie“, ktorá sa stala encyklopédiou pre jadrových fyzikov. V roku 1908 sa Rutherford stal laureátom Nobelovej ceny za výskum rádioaktívnych prvkov. Vedúci fyzikálneho laboratória na univerzite v Manchestri Rutherford vytvoril školu jadrových fyzikov, svojich študentov.

Rutherford okolo seba vždy zhromažďoval skupinu bystrých mladých talentov.Foto z roku 1910

Spolu s nimi študoval atóm a v roku 1911 konečne dospel k planetárnemu modelu atómu, o ktorom písal v článku uverejnenom v májovom vydaní Philosophical Journal. Tento model nebol prijatý okamžite, bol založený až potom, čo ho zdokonalili Rutherfordovi študenti, najmä N. Bohr.

Cockcroft, Rutherford a Walton v roku 1932

Socha mladého Ernesta Rutherforda. Pamätník v Nový Zéland

Vedec zomrel 19. októbra 1937 v Cambridge. Ako mnoho veľkých mužov Anglicka, aj Ernest Rutherford odpočíva v Katedrále sv. Pavla, vo „Science Corner“, vedľa Newtona, Faradaya, Durenne, Herschela.

Nobelova cena za chémiu, 1908

Anglický fyzik Ernest Rutherford sa narodil na Novom Zélande neďaleko Nelsonu. Bol jedným z 12 detí kolára a stavebného robotníka Jamesa Rutherforda, Škóta, a Marthy (Thompson) Rutherfordovej, učiteľky angličtiny. Najprv R. navštevoval základné a stredné miestne školy a potom sa stal štipendistom na súkromnej vysokej škole Nelson College, kde sa prejavil ako talentovaný študent, najmä v matematike. Vďaka akademickým úspechom získal R. ďalšie štipendium, ktoré mu umožnilo vstúpiť na Canterbury College v Christchurch, jednom z najväčších miest Nového Zélandu.

Na vysokej škole R. výrazne ovplyvnili jeho učitelia: E.U., ktorý vyučoval fyziku a chémiu. Bickerton a matematik J.H.H. Cook. Po tom, čo R. v roku 1892 získal titul bakalára umenia, zostal na Canterbury College a pokračoval v štúdiu vďaka štipendiu z matematiky. Nasledujúci rok sa stal magistrom umenia, keď najlepšie zložil skúšky z matematiky a fyziky. Jeho diplomová práca sa týkala detekcie vysokofrekvenčných rádiových vĺn, ktorých existencia bola dokázaná asi pred desiatimi rokmi. Aby mohol tento jav študovať, skonštruoval bezdrôtový rádiový prijímač (niekoľko rokov predtým, ako to urobil Guglielmo Marconi) a s jeho pomocou prijímal signály prenášané kolegami zo vzdialenosti pol míle.

V roku 1894 získal R. titul bakalára prírodných vied. Na Canterbury College bolo tradíciou, že každý študent, ktorý ukončil magisterský titul a zostal na vysokej škole, musel absolvovať ďalšie štúdium a získať titul bakalár prírodných vied. Potom R. krátky čas učil na jednej z chlapčenských škôl v Christchurchi. Vďaka svojim mimoriadnym schopnostiam pre vedu získal R. štipendium na University of Cambridge v Anglicku, kde študoval v Cavendish Laboratory, jednom z popredných svetových centier vedeckého výskumu.

V Cambridge R. pracoval pod vedením anglického fyzika J.J. Thomson. Thomson bol hlboko zaujatý R. výskumom rádiových vĺn a v roku 1896 navrhol spoločne študovať vplyv röntgenových lúčov (objavených o rok skôr Wilhelmom Roentgenom) na elektrické výboje v plynoch. Ich spolupráca viedla k významným výsledkom, vrátane Thomsonovho objavu elektrónu, atómovej častice, ktorá nesie záporný elektrický náboj. Thomson a R. na základe svojho výskumu predpokladali, že keď röntgenové lúče prechádzajú plynom, ničia atómy plynu a uvoľňujú rovnaký počet kladne a záporne nabitých častíc. Tieto častice nazvali ióny. Po tejto práci začal R. študovať atómovú štruktúru.

V roku 1898 R. prijal miesto profesora na McGill University v Montreale (Kanada), kde začal sériu dôležitých experimentov týkajúcich sa rádioaktívneho žiarenia prvku urán. Čoskoro objavil dva druhy tohto žiarenia: emisiu alfa lúčov, ktoré prenikajú len na krátku vzdialenosť, a beta lúčov, ktoré prenikajú na oveľa väčšiu vzdialenosť. Potom R. zistil, že rádioaktívne tórium vyžaruje plynný rádioaktívny produkt, ktorý nazval „emanácia“ (emisia – pozn. red.).

Ďalší výskum ukázal, že emanáciu produkujú aj dva ďalšie rádioaktívne prvky – rádium a aktínium. Na základe týchto a ďalších objavov dospel R. k dvom dôležitým záverom pre pochopenie podstaty žiarenia: všetky známe rádioaktívne prvky vyžarujú lúče alfa a beta, a čo je dôležitejšie, rádioaktivita každého rádioaktívneho prvku po určitom špecifickom čase klesá. . Tieto zistenia dali dôvod predpokladať, že všetky rádioaktívne prvky patria do rovnakej skupiny atómov a že ich klasifikácia môže byť založená na období poklesu ich rádioaktivity.

Na základe ďalšieho výskumu uskutočneného na McGill University v roku 1901...1902 R. a jeho kolega Frederick Soddy načrtli hlavné ustanovenia teórie rádioaktivity, ktorú vytvorili. Podľa tejto teórie k rádioaktivite dochádza, keď atóm stratí vlastnú časticu, ktorá je vymrštená veľkou rýchlosťou, a táto strata premení atóm jedného chemického prvku na atóm iného. Teória, ktorú predložili R. a Soddy, bola v rozpore s mnohými už existujúcimi myšlienkami, vrátane dlho uznávanej koncepcie, že atómy sú nedeliteľné a nemenné častice.

R. vykonal ďalšie experimenty, aby získal výsledky, ktoré potvrdili ním budovanú teóriu. V roku 1903 dokázal, že častice alfa nesú kladný náboj. Pretože tieto častice majú merateľnú hmotnosť, ich „vysunutie“ z atómu je rozhodujúce pre premenu jedného rádioaktívneho prvku na iný. Vytvorená teória tiež umožnila R. predpovedať rýchlosť, akou sa rôzne rádioaktívne prvky premenia na to, čo nazval dcérskym materiálom. Vedec bol presvedčený, že častice alfa sú na nerozoznanie od jadra atómu hélia. Potvrdilo sa to, keď Soddy v spolupráci s anglickým chemikom Williamom Ramsayom zistil, že rádiové emanácie obsahujú hélium, údajnú alfa časticu.

V roku 1907 P., snažiac sa byť bližšie k centru vedeckého výskumu, zaujal miesto profesora fyziky na univerzite v Manchestri (Anglicko). S pomocou Hansa Geigera, ktorý sa neskôr preslávil ako vynálezca Geigerovho počítača, R. vytvoril v Manchestri školu pre štúdium rádioaktivity.

V roku 1908 získal R. Nobelovu cenu za chémiu „za výskum v oblasti rozpadu prvkov v chémii rádioaktívnych látok“. Vo svojom otváracom prejave v mene Kráľovskej švédskej akadémie vied K.B. Hasselberg poukázal na súvislosť medzi dielom P. a dielom Thomsona, Henriho Becquerela, Pierra a Marie Curieových. "Objavy viedli k úžasnému záveru: chemický prvok... je schopný transformovať sa na iné prvky," povedal Hasselberg. R. vo svojej Nobelovej prednáške poznamenal: „Existujú všetky dôvody domnievať sa, že častice alfa, ktoré sú tak voľne vyvrhované z väčšiny rádioaktívnych látok, majú rovnakú hmotnosť a zloženie a musia pozostávať z jadier atómov hélia. Nemôžeme sa preto ubrániť záveru, že atómy základných rádioaktívnych prvkov, ako je urán a tórium, musia byť skonštruované aspoň čiastočne z atómov hélia.“

Po získaní Nobelovej ceny začal R. študovať jav, ktorý bol pozorovaný, keď bola tenká zlatá fóliová platňa bombardovaná alfa časticami vyžarovanými rádioaktívnym prvkom, ako je urán. Ukázalo sa, že pomocou uhla odrazu alfa častíc je možné študovať štruktúru stabilných prvkov, ktoré tvoria dosku. Podľa vtedy akceptovaných predstáv bol model atómu ako hrozienkový puding: kladné a záporné náboje boli vo vnútri atómu rovnomerne rozložené, a preto nemohli výrazne zmeniť smer pohybu častíc alfa. P. si však všimol, že určité častice alfa sa odchýlili od očakávaného smeru v oveľa väčšej miere, než dovoľovala teória. V spolupráci s Ernestom Marsdenom, študentom na univerzite v Manchestri, vedec potvrdil, že pomerne veľký počet častíc alfa sa odklonil ďalej, než sa očakávalo, niektoré pod uhlom väčším ako 90 stupňov.

Na základe tohto javu R. v roku 1911 navrhol nový model atómu. Podľa jeho teórie, ktorá sa dnes stala všeobecne akceptovanou, sa kladne nabité častice sústreďujú v ťažkom strede atómu a záporne nabité častice (elektróny) sú na obežnej dráhe okolo jadra, v dosť veľkej vzdialenosti od neho. Tento model, podobne ako malý model slnečnej sústavy, predpokladá, že atómy sa skladajú väčšinou z prázdneho priestoru. Široké uznanie R. teórií sa začalo v roku 1913, keď sa dánsky fyzik Niels Bohr zapojil do práce vedca na univerzite v Manchestri. Bohr ukázal, že z hľadiska štruktúry navrhnutej R. možno vysvetliť dobre známe fyzikálne vlastnosti atómu vodíka, ako aj atómov niekoľkých ťažších prvkov.

Keď vypukla prvá svetová vojna, R. bol vymenovaný za člena civilného výboru Úradu pre vynálezy a výskum Britskej admirality a študoval problém lokalizácie ponoriek pomocou akustiky. Po vojne sa vrátil do manchesterského laboratória a v roku 1919 urobil ďalší zásadný objav. Keď študoval štruktúru atómov vodíka bombardovaním vysokorýchlostnými časticami alfa, všimol si na svojom detektore signál, ktorý by sa dal vysvetliť ako výsledok jadra atómu vodíka, ktorý sa dal do pohybu zrážkou s časticou alfa. Presne rovnaký signál sa však objavil, keď vedec nahradil atómy vodíka atómami dusíka. R. dôvod tohto javu vysvetlil tým, že bombardovanie spôsobuje rozpad stabilného atómu. Tie. V procese podobnom prirodzene sa vyskytujúcemu rozpadu spôsobenému žiarením alfa častica vyradí jeden protón (jadro atómu vodíka) z normálne stabilného jadra atómu dusíka a udelí mu obrovskú rýchlosť. Ďalší dôkaz v prospech tejto interpretácie tohto javu bol získaný v roku 1934, keď Frédéric Joliot a Irène Joliot-Curie objavili umelú rádioaktivitu.

V roku 1919 sa R. presťahoval na univerzitu v Cambridge a stal sa Thomsonovým nástupcom ako profesor experimentálnej fyziky a riaditeľ Cavendish Laboratory av roku 1921 nastúpil na miesto profesora prírodných vied na Royal Institution v Londýne. V roku 1930 bol R. vymenovaný za predsedu vládneho poradného zboru Úradu pre vedecký a priemyselný výskum. Keďže bol vedec na vrchole svojej kariéry, prilákal mnoho talentovaných mladých fyzikov, aby pracovali v jeho laboratóriu v Cambridge, vrátane. POPOLUDNIE. Blackett, John Cockcroft, James Chadwick a Ernest Walton. Napriek tomu, že samotnému R. zostalo menej času na aktívnu výskumnú prácu, jeho hlboký záujem o prebiehajúci výskum a jasné vedenie pomohli udržať vysokú úroveň práce vykonávanej v jeho laboratóriu. Študenti a kolegovia spomínali na vedca ako na milého, milého človeka. Spolu s darom predvídavosti, ktorý mal ako teoretik, mal R. aj praktické rysy. Práve vďaka nej bol vždy presný vo vysvetľovaní pozorovaných javov, nech by sa na prvý pohľad zdali akokoľvek nezvyčajné.

Znepokojený politikou nacistickej vlády Adolfa Hitlera sa R. v roku 1933 stal prezidentom Akademickej rady pre pomoc, ktorá bola vytvorená na pomoc tým, ktorí utiekli z Nemecka.

V roku 1900 sa R. počas krátkej cesty na Nový Zéland oženil s Mary Newtonovou, ktorá mu porodila dcéru. Takmer do konca života sa tešil dobrému zdraviu a po krátkej chorobe v roku 1937 zomrel v Cambridge. R. je pochovaný vo Westminsterskom opátstve pri hroboch Isaaca Newtona a Charlesa Darwina.

Medzi oceneniami, ktoré R. získal, sú Rumfordova medaila (1904) a Copleyho medaila (1922) Kráľovskej spoločnosti v Londýne, ako aj Britský rád za zásluhy (1925). V roku 1931 bol vedcovi udelený šľachtický titul. R. získal čestné tituly z univerzít Nového Zélandu, Cambridge, Wisconsin, Pennsylvánia a McGill. Bol členom korešpondentom Kráľovskej spoločnosti v Göttingene, ako aj členom Novozélandského filozofického inštitútu a Americkej filozofickej spoločnosti. Akadémia vied v St. Louis, Kráľovská spoločnosť v Londýne a Britská asociácia pre rozvoj vedy.

Laureáti Nobelovej ceny: Encyklopédia: Trans. z angličtiny – M.: Progress, 1992.
© The H.W. Wilson Company, 1987.
© Preklad do ruštiny s dodatkami, Vydavateľstvo Progress, 1992.

Ernest Rutherford je považovaný za najväčšieho experimentálneho fyzika dvadsiateho storočia. Je ústrednou postavou v našom poznaní rádioaktivity a mužom, ktorý bol priekopníkom jadrovej fyziky. Okrem obrovského teoretického významu mali jeho objavy širokú škálu aplikácií, vrátane: jadrových zbraní, jadrových elektrární, rádioaktívneho počtu a výskumu radiácie. Vplyv Rutherfordovej tvorby na svet je obrovský. Pokračuje v raste a zdá sa, že v budúcnosti sa bude ďalej zvyšovať.

Rutherford sa narodil a vyrastal na Novom Zélande. Tam vstúpil na Canterbury College a vo veku dvadsiatich troch rokov získal tri tituly (bakalár umenia, bakalár vied, magister umenia). Nasledujúci rok mu bolo udelené miesto na štúdium na University of Cambridge v Anglicku, kde strávil tri roky ako študent výskumu pod vedením J. J. Thomsona, jedného z popredných vedcov tej doby. V dvadsiatich siedmich rokoch sa Rutherford stal profesorom fyziky na McGill University v Kanade. Pracoval tam deväť rokov a v roku 1907 sa vrátil do Anglicka, aby viedol katedru fyziky na univerzite v Manchestri. V roku 1919 sa Rutherford vrátil do Cambridge, tentoraz ako riaditeľ Cavendish Laboratory, na pozícii, v ktorej zostal po zvyšok svojho života.

Rádioaktivitu objavil v roku 1896 francúzsky vedec Antoine Henri Becquerel, keď experimentoval so zlúčeninami uránu. Becquerel však čoskoro stratil záujem o túto tému a väčšina našich základných vedomostí o rádioaktivite pochádza z Rutherfordovho rozsiahleho výskumu. (Marie a Pierre Curie objavili dva ďalšie rádioaktívne prvky, polónium a rádium, ale neurobili objavy zásadného významu.)

Jedným z prvých Rutherfordových objavov bolo, že rádioaktívne žiarenie z uránu pozostáva z dvoch rôznych zložiek, ktoré vedec nazval alfa a beta lúče. Neskôr demonštroval povahu každej zložky (pozostávajú z rýchlo sa pohybujúcich častíc) a ukázal, že existuje aj tretia zložka, ktorú nazval gama lúče.

Dôležitou vlastnosťou rádioaktivity je energia s ňou spojená. Becquerel, Curieovci a mnohí ďalší vedci považovali energiu za vonkajší zdroj. Ale Rutherford dokázal, že táto energia - ktorá je oveľa silnejšia ako energia uvoľnená chemickými reakciami - pochádza z jednotlivých atómov uránu! Týmto položil základ pre dôležitý koncept atómovej energie.

Vedci vždy predpokladali, že jednotlivé atómy sú nedeliteľné a nemenné. Ale Rutherford (s pomocou veľmi talentovaného mladého asistenta Fredericka Soddyho) dokázal ukázať, že keď atóm vyžaruje lúče alfa alebo beta, premení sa na iný druh atómu. Chemici tomu spočiatku nemohli uveriť. Rutherford a Soddy však vykonali celú sériu experimentov s rádioaktívnym rozpadom a premenili urán na olovo. Rutherford tiež zmeral rýchlosť rozpadu a sformuloval dôležitý koncept „polčasu rozpadu“. Čoskoro to viedlo k technike rádioaktívneho počtu, ktorá sa stala jedným z najdôležitejších vedeckých nástrojov a našla široké uplatnenie v geológii, archeológii, astronómii a mnohých ďalších oblastiach.

Táto úžasná séria objavov priniesla Rutherfordovi Nobelovu cenu v roku 1908 (Soddy neskôr získal Nobelovu cenu), ale jeho najväčší úspech mal ešte len prísť. Všimol si, že rýchlo sa pohybujúce častice alfa boli schopné prejsť cez tenkú zlatú fóliu (bez zanechania viditeľných stôp!), ale boli mierne vychýlené. Predpokladalo sa, že atómy zlata, tvrdé, nepreniknuteľné, ako „malé biliardové gule“ – ako vedci predtým verili – boli vo vnútri mäkké! Vyzeralo to, akoby menšie, tvrdšie alfa častice mohli prejsť cez atómy zlata ako vysokorýchlostná guľka cez želé.

Ale Rutherford (spolupracujúci s Geigerom a Marsdenom, jeho dvoma mladými asistentmi) zistil, že niektoré častice alfa sa pri prechode cez zlatú fóliu veľmi silno odchyľujú. Dokonca, niektorí lietajú aj dozadu! Vedec, ktorý mal pocit, že je za tým niečo dôležité, starostlivo spočítal počet častíc letiacich každým smerom. Potom pomocou komplexnej, ale celkom presvedčivej matematickej analýzy ukázal jediný spôsob, ako možno vysvetliť výsledky experimentov: atóm zlata pozostával takmer výlučne z prázdneho priestoru a takmer všetka atómová hmota bola sústredená v strede, v malom „jadre“ atómu!

Nejlepšie z dňa

Jednou ranou Rutherfordova práca navždy otriasla naším konvenčným pohľadom na svet. Ak čo i len kúsok kovu – zdanlivo najtvrdší zo všetkých predmetov – bol v podstate prázdny priestor, potom všetko, čo sme považovali za podstatné, sa zrazu rozpadlo na drobné zrnká piesku pobehujúce v obrovskej prázdnote!

Rutherfordov objav atómových jadier je základom všetkých moderných teórií atómovej štruktúry. Keď Niels Bohr o dva roky neskôr publikoval svoju slávnu prácu, opisujúcu atóm ako miniatúrnu slnečnú sústavu riadenú kvantovou mechanikou, ako východiskový bod pre svoj model použil Rutherfordovu jadrovú teóriu. Rovnako tak Heisenberg a Schrödinger, keď skonštruovali zložitejšie modely atómov pomocou klasickej a vlnovej mechaniky.

Rutherfordov objav tiež viedol k vzniku nového odvetvia vedy: štúdia atómového jadra. V tejto oblasti bol Rutherford tiež predurčený stať sa priekopníkom. V roku 1919 sa mu podarilo premeniť jadrá dusíka na jadrá kyslíka tým, že prvé z nich bombardoval rýchlo sa pohybujúcimi časticami alfa. Bol to úspech, o ktorom starí alchymisti snívali.

Čoskoro sa ukázalo, že jadrové premeny môžu byť zdrojom energie zo Slnka. Okrem toho je transformácia atómových jadier kľúčovým procesom v atómových zbraniach a jadrových elektrárňach. V dôsledku toho má Rutherfordov objav oveľa viac ako len akademický záujem.

Rutherfordova osobnosť neustále udivovala každého, kto sa s ním stretol. Bol to veľký muž s vysokým hlasom, bezhraničnou energiou a citeľným nedostatkom skromnosti. Keď kolegovia poznamenali Rutherfordovu neskutočnú schopnosť byť vždy "na vrchole vlny" vedeckého výskumu, okamžite odpovedal: "Prečo nie? Veď som tú vlnu spôsobil ja, nie?" Len málo vedcov by s týmto tvrdením polemizovalo.

Anglický fyzik, prvý, kto vykonal umelú premenu prvkov. Typický je jeho výrok z roku 1933: „Každý, kto dúfa, že premeny atómových jadier sa stanú zdrojom energie, vyznáva nezmysel. Historici vedy veria, že toto je jediná hlavná chyba vedcov...

Ernst Rutherford- nositeľ Nobelovej ceny za chémiu za rok 1908 „za výskum v oblasti rozpadu prvkov v chémii rádioaktívnych látok“. Bol členom všetkých akadémií vied na svete.

Ernest Rutherford sa narodil na Novom Zélande, no vedcom sa stal v Spojenom kráľovstve.

„Medzi obľúbené výroky Ernsta Rutherforda patrilo toto: "Dobrý experimentátor je ten, ktorého výsledky rozzúria teoretikov!" Samotný Rutherford bol v tomto zmysle veľmi dobrý. Najprv sa mu podarilo premeniť jeden atóm na druhý. Potom objavil atómy s rôznou hmotnosťou, ale rovnakými chemickými vlastnosťami – izotopy. Nakoniec Rutherford zistil, že väčšina objemu atómu je prázdna; len v strede je nabité jadro obrovskej hustoty.“

Smirnov S.G., Prednášky z dejín vedy, M., Vydavateľstvo MTsNMO, 2012, s.118.

„Jeden z prvých objavov Rutherford bolo, že rádioaktívne žiarenie uránu pozostáva z dvoch rôznych zložiek, ktoré vedec nazval lúče alfa a beta. Neskôr demonštroval povahu každej zložky (pozostávajú z rýchlo sa pohybujúcich častíc) a ukázal, že existuje aj tretia zložka, ktorú nazval gama lúče. Dôležitou vlastnosťou rádioaktivity je energia s ňou spojená. Becquerel, manželia Curieovci a mnohí ďalší vedci považovali energiu za vonkajší zdroj. Ale Rutherford dokázal, že táto energia - ktorá je oveľa silnejšia ako energia uvoľnená chemickými reakciami - pochádza z jednotlivých atómov uránu! Týmto položil základ pre dôležitý koncept atómovej energie. Vedci vždy predpokladali, že jednotlivé atómy sú nedeliteľné a nemenné. Ale Rutherford (s pomocou veľmi talentovaného mladého asistenta Frederica Soddyová) dokázal ukázať, že kedy atóm vyžaruje lúče alfa alebo beta, premení sa na iný druh atómu. Chemici tomu spočiatku nemohli uveriť. Avšak, Rutherford a Soddy vykonal celú sériu experimentov s rádioaktívnym rozpadom a premenil urán na olovo.

Rutherford tiež zmeral rýchlosť rozpadu a sformuloval dôležitý koncept „polčasu rozpadu“. Čoskoro to viedlo k technike rádioaktívneho počtu, ktorá sa stala jedným z najdôležitejších vedeckých nástrojov a našla široké uplatnenie v geológii, archeológii, astronómii a mnohých ďalších oblastiach. Táto úžasná séria objavov vyniesla Rutherfordovi Nobelovu cenu v roku 1908 (neskôr bola Nobelova cena udelená Soddy), ale jeho najväčší úspech mal ešte len prísť. Všimol si, že rýchlo sa pohybujúce častice alfa boli schopné prejsť cez tenkú zlatú fóliu (bez zanechania viditeľných stôp!), ale boli mierne vychýlené. Predpokladalo sa, že atómy zlata, tvrdé, nepreniknuteľné, ako „malé biliardové gule“ – ako vedci predtým verili – boli vo vnútri mäkké! Vyzeralo to, akoby menšie, tvrdšie alfa častice mohli prejsť cez atómy zlata ako vysokorýchlostná guľka cez želé.

Ale Rutherford (spolupracujúci s Geiger A Marsden, jeho dvaja mladí asistenti) zistili, že niektoré častice alfa prechádzajúce cez zlatú fóliu boli veľmi silne odklonené. Dokonca, niektorí lietajú aj dozadu! Vedec, ktorý mal pocit, že je za tým niečo dôležité, starostlivo spočítal počet častíc letiacich každým smerom. Potom pomocou komplexnej, ale celkom presvedčivej matematickej analýzy ukázal jediný spôsob, ako možno vysvetliť výsledky experimentov: atóm zlata pozostával takmer výlučne z prázdneho priestoru a takmer všetka atómová hmota bola sústredená v strede, v malom „jadre“ atómu!

Jednou ranou Rutherfordova práca navždy otriasla naším konvenčným pohľadom na svet. Ak čo i len kúsok kovu – zdanlivo najtvrdší zo všetkých predmetov – bol v podstate prázdny priestor, potom všetko, čo sme považovali za podstatné, sa zrazu rozpadlo na drobné zrnká piesku pobehujúce v obrovskej prázdnote! Rutherfordov objav atómových jadier je základom všetkých moderných teórií atómovej štruktúry. Kedy Niels Bohr o dva roky neskôr publikoval slávnu prácu popisujúcu atóm ako miniatúrnu slnečnú sústavu riadenú kvantovou mechanikou, pričom ako východiskový bod pre svoj model použil Rutherfordovu jadrovú teóriu. Urobili sme to isté Heisenberg A Schrödinger, keď skonštruovali zložitejšie modely atómov pomocou klasickej a vlnovej mechaniky.

Rutherfordov objav tiež viedol k vzniku nového odvetvia vedy: štúdia atómového jadra. V tejto oblasti bol Rutherford tiež predurčený stať sa priekopníkom. V roku 1919 sa mu podarilo premeniť jadrá dusíka na jadrá kyslíka tým, že prvé z nich bombardoval rýchlo sa pohybujúcimi časticami alfa. Bol to úspech, o ktorom starí alchymisti snívali. Čoskoro sa ukázalo, že jadrové premeny môžu byť zdrojom energie zo Slnka. Okrem toho je transformácia atómových jadier kľúčovým procesom v atómových zbraniach a jadrových elektrárňach. V dôsledku toho má Rutherfordov objav oveľa viac ako len akademický záujem.

Rutherfordova osobnosť neustále udivovala každého, kto sa s ním stretol. Bol to veľký muž s vysokým hlasom, bezhraničnou energiou a citeľným nedostatkom skromnosti. Keď kolegovia poznamenali Rutherfordovu neskutočnú schopnosť byť vždy „na vrchole vlny“ vedeckého výskumu, okamžite odpovedal: „Prečo nie? Koniec koncov, bol som to ja, kto spôsobil vlnu, nie?" Len málo vedcov by proti tomuto tvrdeniu namietalo.“

Michael Hart, 100 skvelých ľudí, M., „Veche“, 1998, s. 293-295.

„11. septembra 1933 na kongrese Britskej asociácie pre rozvoj vedy (analóg našej znalostnej spoločnosti) Rutherford, ako je známe, objavil atómové jadrá a ich štiepenie. Rutherford však vo svojom prejave uviedol (v novinách sa o tom veľa hovorilo), že „každý, kto očakáva energiu získanú transformáciou atómov, hovorí nezmysly“. Inými slovami, Rutherford popieral realitu využívania atómovej (jadrovej) energie. V tom nebol sám a mal úplnú pravdu v tom zmysle, že v roku 1933 skutočne neexistoval žiadny viditeľný spôsob využitia jadrovej energie. Už o päť rokov neskôr sa však situácia úplne zmenila – bolo objavené štiepenie uránu a o deväť rokov neskôr (v roku 1942) začal fungovať prvý atómový kotol.“