Ernest Rutherford ; 1st Baron Rutherford of Nelson ( eng. Ernest Rutherford, 1st Baron Rutherford of Nelson ; 30 augusti 1871 , Spring Grove, Nya Zeeland - 19 oktober 1937 , Cambridge ) - brittisk fysiker av Nya Zeelands ursprung. Känd som kärnfysikens fader . Vinnare av Nobelpriset i kemi 1908.
1911, med sitt berömda experiment om spridning av alfapartiklar, bevisade han förekomsten av en positivt laddad kärna i atomer och negativt laddade elektroner runt den [7] . Baserat på resultaten av experimentet skapade han en planetmodell av atomen .
Medlem (1903) och president (1925-1930) i Royal Society of London [8] , utländsk medlem av Paris Academy of Sciences (1927; korrespondent sedan 1921) [9] , utländsk motsvarande medlem (1922) och hedersmedlem ( 1925) av Ryska vetenskapsakademin [10] .
Ernest Rutherford föddes den 30 augusti 1871 i Nya Zeeland i den lilla byn Spring Grove ( eng. Spring Grove ), belägen i norra delen av Sydön nära staden Nelson , i familjen till en linodlare. Far - James Rutherford, immigrerad från Perth (Skottland). Mor - Martha Thompson, ursprungligen från Hornchurch (Essex, England). Vid den tiden emigrerade andra skottar till Quebec (Kanada), men familjen Rutherford hade ingen tur, och regeringen gav en gratis ångbåtsbiljett till Nya Zeeland, och inte till Kanada.
Ernest var det fjärde barnet i en familj med tolv barn. Han hade ett fantastiskt minne, god hälsa och styrka. Han tog examen med utmärkelser från grundskolan med en poäng på 580 av 600 och en bonus på £50 för att fortsätta sina studier vid Nelson College. Ett annat stipendium tillät honom att fortsätta sina studier vid Canterbury College i Christchurch [11] . På den tiden var det ett litet universitet med 150 studenter och endast 7 professorer [12] . Rutherford blev intresserad av vetenskap och började redan från första dagen forskningsarbete [12] .
Hans magisteravhandling, skriven 1892, hette "Magnetisering av järn under högfrekventa urladdningar." Arbetet gällde upptäckten av högfrekventa radiovågor, vars existens bevisades 1888 av den tyske fysikern Heinrich Hertz . Rutherford uppfann och tillverkade en enhet - en magnetisk detektor, en av de första mottagarna av elektromagnetiska vågor.
Efter examen från universitetet 1894 arbetade Rutherford ett år som gymnasielärare [12] . De mest begåvade unga undersåtar av den brittiska kronan, som bodde i kolonierna, fick vartannat år ett särskilt stipendium uppkallat efter världsutställningen 1851 - 150 pund per år, vilket gjorde det möjligt att åka till England för vidare avancemang i vetenskap. År 1895 tilldelades Rutherford detta stipendium, eftersom den som först fick det - Maclaurin, vägrade det [13] . På hösten samma år, efter att ha lånat pengar för en biljett till Storbritannien, anlände Rutherford till England vid Cavendish Laboratory vid Cambridge University och blev den första doktoranden för dess direktör, Joseph John Thomson . 1895 var det första året (på initiativ av J. J. Thomson) som studenter som tog examen från andra universitet kunde fortsätta sitt vetenskapliga arbete i laboratorierna i Cambridge. Tillsammans med Rutherford utnyttjade John McLennan , John Townsend och Paul Langevin denna möjlighet genom att registrera sig på Cavendish Laboratory . Med Langevin arbetade Rutherford i samma rum och blev vän med honom, denna vänskap fortsatte till slutet av deras liv [12] .
Samma år, 1895, slöts en förlovning med Mary Georgina Newton (1876-1945), dotter till värdinnan på pensionatet där Rutherford bodde. Bröllopet ägde rum 1900 i den anglikanska kyrkan i Christchurch [14] [15] [16] , och den 30 mars 1901 fick paret dottern Eileen Mary (1901-1930), som senare blev hustru till astrofysikern Ralph Fowler .
Rutherford planerade att studera radiovågor eller hertziska vågor, klara prov i fysik och ta en magisterexamen. Men året därpå visade det sig att det brittiska postkontoret hade tilldelat Marconis pengar för samma arbete och vägrade att finansiera det på Cavendish Laboratory . Eftersom stipendiet inte ens räckte till mat, tvingades Rutherford börja arbeta som handledare och assistent till J. J. Thomson på ämnet att studera gasjoniseringsprocessen under inverkan av röntgenstrålar . Tillsammans med Thomson upptäckte Rutherford fenomenet strömmättnad under gasjonisering [12] .
År 1898 upptäckte Rutherford alfa- och betastrålar . Ett år senare upptäckte Paul Villard gammastrålning (namnet på denna typ av joniserande strålning, liksom de två första, föreslogs av Rutherford).
Sommaren 1898 började vetenskapsmannen studera det nyupptäckta fenomenet uran- och toriumradioaktivitet. På hösten tog Rutherford, på förslag av Thomson, över 5 personers konkurrens, tjänsten som professor vid McGill University i Montreal (Kanada) med en lön på 500 pund sterling eller 2 500 kanadensiska dollar per år. Vid detta universitet samarbetade Rutherford fruktbart med Frederick Soddy , då en junior laboratorieassistent vid Institutionen för kemi, senare (som Rutherford) en nobelpristagare i kemi (1921). 1903 lade Rutherford och Soddy fram och bevisade den revolutionära idén om omvandlingen av element i processen med radioaktivt sönderfall. I september 1905 kom Otto Hahn , den blivande Nobelpristagaren i kemi från Tyskland, till Rutherfords laboratorium i Montreal för ett år för att studera .
Vida känd för sitt arbete inom radioaktivitetsområdet blev Rutherford en eftertraktad vetenskapsman och fick många jobberbjudanden på forskningscentra runt om i världen. Våren 1907 lämnade han Kanada och började en professur vid Victoria University i Manchester (England), där hans lön ökade med cirka 2,5 gånger.
1908 belönades Rutherford med Nobelpriset i kemi "för sin forskning om förfall av grundämnen i radioaktiva ämnens kemi."
En viktig och glädjefylld händelse i hans liv var valet av en vetenskapsman till medlem av Royal Society of London 1903, och från 1925 till 1930 var han ordförande för samhället. Från 1931-1933 var Rutherford ordförande för Institutet för fysik .
1914 tilldelades Rutherford titeln adel. Den 12 februari, vid Buckingham Palace , slog kungen honom till riddare: han var klädd i en hovuniform och omgjord med ett svärd.
Peer of England, baron Rutherford Nelson, krönte sitt heraldiska vapen, godkänt 1931, med en kiwi-fågel, symbolen för Nya Zeeland. Ritningen av vapenskölden är bilden av exponenten - en kurva som kännetecknar den monotona processen att minska antalet radioaktiva atomer över tid.
1931 säkrade Rutherford £15 000 för att bygga och utrusta en speciell laboratoriebyggnad åt Peter Kapitza , som han anställde vid Cavendish Laboratory 1921 [17] . Kapitza fick smeknamnet Rutherford " Krokodilen ". "Detta djur vänder sig aldrig tillbaka och kan därför symbolisera Rutherfords insikt och hans snabba framfart," förklarade Kapitsa senare [17] . F. Kedrov i boken "Kapitsa: liv och upptäckter" ger en annan version [18] : "Faktum är att Rutherford hade en hög röst och han visste inte hur han skulle hantera den. Mästarens kraftfulla röst, som mötte någon i korridoren, varnade de som var i laboratorierna för hans tillvägagångssätt, och de anställda hade tid att "samla sina tankar". Detta gav Kapitsa anledning att kalla Rutherford för krokodilen. Detta förklaras av sambandet med hjälten i den populära barnboken Crocodile, som svalde väckarklockan. Dess tickande varnade barnen för att ett fruktansvärt odjur närmade sig. I februari 1933 invigdes laboratoriet i Cambridge. På ändväggen av en 2-våningsbyggnad var en enorm krokodil huggen i sten som täckte hela väggen. Den beställdes av Kapitsa för att göras av den då berömde skulptören Eric Gill . Rutherford själv förklarade att det var han. Ytterdörren öppnades med en förgylld nyckel i form av en krokodil [19] [17] .
Ernest Rutherford dog den 19 oktober 1937, fyra dagar efter en akut operation för en oväntad sjukdom - strypt bråck - vid 66 års ålder [12] . Han begravdes i Westminster Abbey , bredvid Newtons, Darwins och Faradays gravar [20] [21] [22] .
Enligt P. L. Kapitzas memoarer var Rutherford en framstående representant för den engelska experimentskolan i fysik, som kännetecknas av en önskan att förstå essensen av ett fysiskt fenomen och kontrollera om det kan förklaras av existerande teorier (i motsats till tyska skolan av experimenterande, som utgår från befintliga teorier och försöker testa dem genom erfarenhet). Han använde föga formler och använde sig lite av matematik, men han var en lysande experimenterare, som påminner om Faraday i detta avseende [12] . En viktig egenskap hos Rutherford som experimenterare noterade Kapitsa var hans observation. I synnerhet, tack vare henne, upptäckte han emanationen av torium, och märkte skillnader i avläsningarna av ett elektroskop som mätte jonisering, med dörren öppen och stängd i enheten, vilket blockerade luftflödet [12] . Ett annat exempel är Rutherfords upptäckt av artificiell transmutation av grundämnen, då bestrålningen av kvävekärnor i luften med alfapartiklar åtföljdes av uppkomsten av högenergipartiklar (protoner) som hade ett större räckvidd, men som var mycket sällsynta [12 ] .
Rutherford skrev och publicerade tre volymer verk. Alla är experimentella.
1904 - "Radioaktivitet".
1905 - "Radioaktiva omvandlingar".
1930 - "Utsläpp av radioaktiva ämnen" (samförfattare med J. Chadwick och C. Ellis ).
Rutherford var inte intresserad av de tillämpade frågorna om kärnenergi och dess framtidsutsikter, och han trodde att om mänskligheten använder atomenergi, så kommer det inte att finnas något överraskande i detta [23] [24] .
12 elever från Rutherford blev nobelpristagare i fysik och kemi. En av de mest begåvade studenterna , Henry Moseley , som experimentellt visade den fysiska innebörden av den periodiska lagen , togs in i den brittiska armén för första världskriget som kommunikationsofficer och dog 1915 vid 27 års ålder under Dardanellerna-operationen . I Montreal arbetade Rutherford med Frederick Soddy , Otto Hahn ; i Manchester - med Hans Geiger (särskilt hjälpte han honom att utveckla en räknare för att automatiskt räkna antalet joniserande partiklar ), i Cambridge - med Niels Bohr , Peter Kapitsa och många andra kända forskare i framtiden.
Efter upptäckten av radioaktiva element började en aktiv studie av den fysiska naturen hos deras strålning. Rutherford lyckades upptäcka den komplexa sammansättningen av radioaktiv strålning .
Upplevelsen var som följer. Det radioaktiva preparatet placerades på botten av en smal kanal i en blycylinder och en fotografisk platta placerades mittemot. Magnetfältet verkade på strålningen som kom ut från kanalen. I det här fallet var hela installationen i ett vakuum.
I ett magnetfält delas strålen i tre delar. De två komponenterna i den primära strålningen avvek i motsatta riktningar, vilket tydde på att de hade laddningar av motsatta tecken. Den tredje komponenten höll spridningen rak. Strålning med positiv laddning kallas alfastrålar , negativ beta-strålning , neutral gammastrålning .
Rutherford studerade naturen hos alfastrålning och genomförde följande experiment. I alfapartiklarnas väg placerade han en geigerräknare , som mätte antalet partiklar som emitterades under en viss tid. Efter det, med hjälp av en elektrometer , mätte han laddningen av de partiklar som släpptes ut under samma tid. Genom att känna till den totala laddningen av alfapartiklar och deras antal, beräknade Rutherford laddningen för en sådan partikel. Det visade sig vara lika med två elementära .
Genom avböjningen av partiklar i ett magnetfält bestämde han förhållandet mellan dess laddning och massa. Det visade sig att det finns två atommassaenheter för en elementär laddning .
Således fann man att med en laddning lika med två elementära, har en alfapartikel fyra atommassaenheter . Det följer att alfastrålning är en ström av heliumkärnor .
År 1920 föreslog Rutherford att det skulle finnas en partikel med en massa lika med massan av en proton, men som inte hade en elektrisk laddning - en neutron . Han misslyckades dock med att upptäcka en sådan partikel. Dess existens bevisades experimentellt av James Chadwick 1932.
Dessutom specificerade Rutherford med 30 % förhållandet mellan elektronladdningen och dess massa.
Radioaktiva transformationerBaserat på egenskaperna hos radioaktivt torium upptäckte och förklarade Rutherford den radioaktiva omvandlingen av kemiska grundämnen. Forskaren fann att aktiviteten av torium i en sluten ampull förblir oförändrad, men om läkemedlet blåses även med ett mycket svagt luftflöde, minskar dess aktivitet avsevärt. Det har föreslagits att torium, samtidigt med alfapartiklar, avger en radioaktiv gas.
Resultaten av Rutherfords och hans kollega Frederick Soddys gemensamma arbete publicerades 1902-1903 i en serie artiklar i Philosophical Magazine . I dessa artiklar, efter att ha analyserat de erhållna resultaten, kom författarna till slutsatsen att det är möjligt att omvandla vissa kemiska grundämnen till andra.
Som ett resultat av atomomvandlingen bildas en helt ny typ av ämne, helt annorlunda i sina fysikaliska och kemiska egenskaper från det ursprungliga ämnet.
— E. Rutherford, F. SoddyPå den tiden dominerade idén om atomens oföränderlighet och odelbarhet, andra framstående forskare, som observerade liknande fenomen, förklarade dem med närvaron av nya element i det ursprungliga ämnet från början. Men tiden har visat att sådana idéer är felaktiga. Efterföljande arbete av fysiker och kemister visade i vilka fall vissa grundämnen kan omvandlas till andra och vilka naturlagar som styr dessa omvandlingar [25] .
Lagen om radioaktivt sönderfallGenom att pumpa luft ur ett kärl med torium isolerade Rutherford emanationen av torium (gasen som nu är känd som toron eller radon-220, en av radons isotoper ) och undersökte dess joniserande förmåga. Det visade sig att aktiviteten av denna gas minskar med hälften varje minut.
Genom att studera beroendet av aktiviteten hos radioaktiva ämnen i tid, upptäckte forskaren lagen om radioaktivt sönderfall .
Eftersom kärnorna av atomer av kemiska element är ganska stabila, föreslog Rutherford att en mycket stor mängd energi behövs för att omvandla eller förstöra dem. Den första kärnan som utsätts för artificiell transformation är kärnan i kväveatomen . Genom att bombardera kväve med alfapartiklar med hög energi upptäckte Rutherford utseendet av protoner - kärnorna i väteatomen .
Geiger-Marsden-experimentet med guldfolieRutherford är en av få Nobelpristagare som har gjort sitt mest kända arbete sedan han fick det. Tillsammans med Hans Geiger och Ernst Marsden genomförde han 1909 ett experiment som visade att det fanns en kärna i en atom. Rutherford bad Geiger och Marsden i detta experiment att leta efter alfapartiklar med mycket stora avböjningsvinklar, vilket inte förväntades från Thomsons modell av atomen vid den tiden. Sådana avvikelser hittades, även om de var sällsynta, och sannolikheten för avvikelse visade sig vara en jämn, om än snabbt avtagande, funktion av avvikelsevinkeln.
Senare erkände Rutherford att när han föreslog för sina elever att de skulle genomföra ett experiment om spridning av alfapartiklar i stora vinklar, trodde han själv inte på ett positivt resultat.
Det var nästan lika otroligt som om du avfyrade en 15-tums projektil mot ett tunt papper och projektilen kom tillbaka till dig och slog.
— Ernest Rutherford [26]Rutherford kunde tolka data som erhölls från experimentet, vilket ledde till att han utvecklade en planetmodell av atomen 1911. Enligt denna modell består en atom av en mycket liten positivt laddad kärna som innehåller det mesta av atomens massa och lätta elektroner som kretsar runt den.
Rutherford är en av de mest respekterade forskarna i världen [27] . År 1914 adlade George V Rutherford, [28] som riddarungkarl . 1925 gjorde han honom [29] till medlem av Order of Merit , och 1931 tilldelade han Rutherford [30] titeln baron, så han fick rätten att kallas Lord Rutherford.
Uppkallad efter Ernest Rutherford:
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
Ordböcker och uppslagsverk | ||||
Släktforskning och nekropol | ||||
|
Presidenter för Royal Society of London | |
---|---|
1600-talet |
|
1700-talet |
|
1800-talet |
|
1900-talet |
|
XXI århundradet |
|
i kemi 1901-1925 | Nobelpristagare|
---|---|
| |
|
_ _ | Nobelpristagare 1908|
---|---|
Fysiologi eller medicin | Ilya Ilyich Mechnikov (ryska riket) Paul Ehrlich (Tyskland) |
Fysik | Gabriel Lippmann (Frankrike) |
Kemi | Ernest Rutherford (Nya Zeeland) |
Litteratur | Rudolf Christoph Eiken (Tyskland) |
Värld | Klas Pontus Arnoldson (Sverige) Fredrik Baier (Danmark) |