Kabla ya sanaa mara tatu, ambayo ni, juu ya ugunduzi wa radioactivity ya bandia
Mara kwa mara katika historia ya fizikia kuna miaka "ya ajabu" wakati jitihada za pamoja za watafiti wengi husababisha mfululizo wa uvumbuzi wa mafanikio. Ndivyo ilivyokuwa mwaka wa 1820, mwaka wa umeme, 1905, mwaka wa miujiza wa karatasi nne za Einstein, 1913, mwaka unaohusishwa na uchunguzi wa muundo wa atomi, na hatimaye 1932, wakati mfululizo wa uvumbuzi wa kiufundi na maendeleo katika kuundwa kwa fizikia ya nyuklia.
waliooa hivi karibuni
Irene, binti mkubwa wa Marie Skłodowska-Curie na Pierre Curie, alizaliwa huko Paris mnamo 1897 (1). Hadi umri wa miaka kumi na mbili, alilelewa nyumbani, katika "shule" ndogo iliyoundwa na wanasayansi mashuhuri kwa watoto wake, ambayo kulikuwa na wanafunzi kumi. Walimu hao walikuwa: Marie Sklodowska-Curie (fizikia), Paul Langevin (hisabati), Jean Perrin (kemia), na masuala ya kibinadamu yalifundishwa hasa na akina mama wa wanafunzi. Masomo kwa kawaida yalifanyika katika nyumba za walimu, wakati watoto walisoma fizikia na kemia katika maabara halisi.
Kwa hivyo, ufundishaji wa fizikia na kemia ulikuwa upataji wa maarifa kupitia vitendo vya vitendo. Kila jaribio lililofanikiwa liliwafurahisha watafiti wachanga. Haya yalikuwa majaribio ya kweli ambayo yalihitaji kueleweka na kufanywa kwa uangalifu, na watoto katika maabara ya Marie Curie walipaswa kuwa katika mpangilio wa mfano. Ujuzi wa kinadharia pia ulipaswa kupatikana. Njia hiyo, kama hatima ya wanafunzi wa shule hii, wanasayansi wazuri na bora baadaye, ilionekana kuwa nzuri.
2. Frederic Joliot (picha na Harcourt)
Zaidi ya hayo, babu ya baba ya Irena, ambaye ni daktari, alitumia muda mwingi kwa mjukuu yatima wa baba yake, akifurahiya na kuongezea elimu yake ya sayansi ya asili. Mnamo 1914, Irene alihitimu kutoka chuo kikuu cha Collège Sévigé na kuingia kitivo cha hisabati na sayansi huko Sorbonne. Hii iliambatana na kuanza kwa Vita vya Kwanza vya Kidunia. Mnamo 1916 alijiunga na mama yake na kwa pamoja walipanga huduma ya radiolojia katika Msalaba Mwekundu wa Ufaransa. Baada ya vita, alipokea digrii ya bachelor. Mnamo 1921, kazi yake ya kwanza ya kisayansi ilichapishwa. Alijitolea kwa uamuzi wa molekuli ya atomiki ya klorini kutoka kwa madini mbalimbali. Katika shughuli zake zaidi, alifanya kazi kwa karibu na mama yake, akishughulika na mionzi. Katika tasnifu yake ya udaktari, iliyotetewa mnamo 1925, alisoma chembe za alpha zinazotolewa na polonium.
Frederic Joliot alizaliwa mnamo 1900 huko Paris (2). Kuanzia umri wa miaka minane alienda shule huko So, aliishi katika shule ya bweni. Wakati huo, alipendelea michezo kuliko masomo, haswa mpira wa miguu. Kisha akachukua zamu kuhudhuria shule mbili za upili. Kama Irene Curie, alipoteza baba yake mapema. Mnamo 1919 alifaulu mtihani katika École de Physique et de Chemie Industrielle de la Ville de Paris (Shule ya Fizikia ya Viwanda na Kemia ya Viwanda ya Jiji la Paris). Alihitimu mnamo 1923. Profesa wake, Paul Langevin, alijifunza uwezo na fadhila za Frederick. Baada ya miezi 15 ya utumishi wa kijeshi, kwa amri ya Langevin, aliteuliwa msaidizi wa maabara ya kibinafsi kwa Marie Skłodowska-Curie katika Taasisi ya Radium na ruzuku kutoka kwa Rockefeller Foundation. Huko alikutana na Irene Curie, na mnamo 1926 vijana walifunga ndoa.
Frederick alikamilisha tasnifu yake ya udaktari juu ya elektrokemia ya vitu vya mionzi mnamo 1930. Hapo awali, tayari alikuwa ameelekeza masilahi yake kwenye utafiti wa mkewe, na baada ya kutetea tasnifu ya udaktari ya Frederick, tayari walifanya kazi pamoja. Moja ya mafanikio yao ya kwanza muhimu ilikuwa maandalizi ya polonium, ambayo ni chanzo kikubwa cha chembe za alpha, i.e. viini vya heliamu.(24Yeye). Walianza kutoka kwa nafasi ya upendeleo isiyoweza kuepukika, kwa sababu alikuwa Marie Curie ambaye alimpa binti yake sehemu kubwa ya polonium. Lew Kowarsky, mshiriki wao wa baadaye, aliwaelezea kama ifuatavyo: Irena alikuwa "fundi bora", "alifanya kazi kwa uzuri sana na kwa uangalifu", "alielewa kwa undani alichokuwa akifanya." Mumewe alikuwa na "mawazo ya kung'aa zaidi, yenye kuongezeka zaidi." "Walikamilishana kikamilifu na walijua." Kutoka kwa mtazamo wa historia ya sayansi, ya kuvutia zaidi kwao ilikuwa miaka miwili: 1932-34.
Karibu waligundua neutroni
"Karibu" ni muhimu sana. Walijifunza kuhusu ukweli huo wenye kuhuzunisha upesi sana. Mnamo 1930 huko Berlin, Wajerumani wawili - Walter Bothe i Hubert Becker - Ilichunguzwa jinsi atomi nyepesi hufanya kazi zinapopigwa na chembe za alpha. Ngao ya Beriliamu (49Be) inapopigwa na chembechembe za alpha zinazotoa mionzi ya kupenya na yenye nguvu nyingi. Kulingana na watafiti, mionzi hii lazima iwe na mionzi yenye nguvu ya sumakuumeme.
Katika hatua hii, Irena na Frederick walishughulikia tatizo hilo. Chanzo chao cha chembe za alpha kilikuwa chenye nguvu zaidi kuwahi kutokea. Walitumia chumba cha wingu kuchunguza bidhaa za majibu. Mwishoni mwa Januari 1932, walitangaza hadharani kwamba ni miale ya gamma ambayo ilitoa protoni zenye nguvu nyingi kutoka kwa dutu iliyo na hidrojeni. Bado hawakuelewa ni nini kilikuwa mikononi mwao na nini kilikuwa kikiendelea.. Baada ya kusoma James Chadwick (3) huko Cambridge alianza kazi mara moja, akifikiri kwamba haikuwa mionzi ya gamma hata kidogo, lakini neutroni zilizotabiriwa na Rutherford miaka kadhaa mapema. Baada ya mfululizo wa majaribio, alisadikishwa na uchunguzi wa nyutroni na akagundua kuwa uzito wake ni sawa na ule wa protoni. Mnamo Februari 17, 1932, aliwasilisha barua kwa jarida Nature yenye kichwa "Kuwepo Kunawezekana kwa Neutroni."
Ilikuwa ni nyutroni, ingawa Chadwick aliamini kwamba nyutroni iliundwa na protoni na elektroni. Mnamo 1934 tu alielewa na kudhibitisha kuwa neutron ni chembe ya msingi. Chadwick alitunukiwa Tuzo ya Nobel ya Fizikia mwaka wa 1935. Licha ya kutambua kwamba walikuwa wamekosa ugunduzi muhimu, Joliot-Curies waliendelea na utafiti wao katika eneo hili. Waligundua kuwa mwitikio huu ulitokeza miale ya gamma pamoja na neutroni, kwa hivyo wakaandika majibu ya nyuklia:
, ambapo Ef ni nishati ya gamma-quantum. Majaribio kama hayo yalifanywa na 919F.
Amekosa ufunguzi tena
Miezi michache kabla ya ugunduzi wa positron, Joliot-Curie alikuwa na picha za, kati ya mambo mengine, njia iliyopinda, kana kwamba ni elektroni, lakini ikijipinda katika mwelekeo tofauti wa elektroni. Picha zilichukuliwa kwenye chumba cha ukungu kilicho kwenye uwanja wa sumaku. Kwa msingi wa hii, wanandoa walizungumza juu ya elektroni kwenda pande mbili, kutoka kwa chanzo na kwa chanzo. Kwa kweli, zile zinazohusishwa na mwelekeo "kuelekea chanzo" zilikuwa positroni, au elektroni chanya zinazosonga mbali na chanzo.
Wakati huohuo, huko Marekani mwishoni mwa kiangazi cha 1932. Carl David Anderson (4), mwana wa wahamiaji wa Uswidi, alisoma miale ya cosmic katika chumba cha mawingu chini ya ushawishi wa shamba la sumaku. Miale ya cosmic huja duniani kutoka nje. Anderson, ili kuwa na uhakika wa mwelekeo na mwendo wa chembe hizo, ndani ya chumba hicho kilipitisha chembe hizo kupitia sahani ya chuma, ambapo walipoteza baadhi ya nishati. Mnamo Agosti 2, aliona njia, ambayo bila shaka aliifasiri kama elektroni chanya.
Inafaa kumbuka kuwa Dirac hapo awali alitabiri uwepo wa kinadharia wa chembe kama hiyo. Walakini, Anderson hakufuata kanuni zozote za kinadharia katika masomo yake ya miale ya ulimwengu. Katika muktadha huu, aliita ugunduzi wake kuwa bahati mbaya.
Tena, Joliot-Curie alilazimika kuvumilia taaluma isiyoweza kuepukika, lakini akafanya utafiti zaidi katika eneo hili. Waligundua kwamba fotoni za gamma-ray zinaweza kutoweka karibu na kiini kizito, na kutengeneza jozi ya elektroni-positron, inavyoonekana kwa mujibu wa fomula maarufu ya Einstein E = mc2 na sheria ya uhifadhi wa nishati na kasi. Baadaye, Frederick mwenyewe alithibitisha kuwa kuna mchakato wa kutoweka kwa jozi ya elektroni-positron, na kusababisha quanta mbili za gamma. Mbali na positroni kutoka kwa jozi za elektroni-positron, walikuwa na positroni kutoka kwa athari za nyuklia.
5. Mkutano wa Saba wa Solvay, 1933
Walioketi mstari wa mbele: Irene Joliot-Curie (wa pili kutoka kushoto),
Maria Skłodowska-Curie (wa tano kushoto), Lise Meitner (wa pili kulia).
mionzi ya bandia
Ugunduzi wa radioactivity ya bandia haikuwa kitendo cha papo hapo. Mnamo Februari 1933, kwa kupiga bomu alumini, fluorine, na kisha sodiamu yenye chembe za alpha, Joliot alipata nyutroni na isotopu zisizojulikana. Mnamo Julai 1933, walitangaza kwamba, kwa kuwasha alumini na chembe za alpha, hawakuona neutroni tu, bali pia positroni. Kulingana na Irene na Frederick, positroni katika mmenyuko huu wa nyuklia hazingeweza kutengenezwa kama matokeo ya uundaji wa jozi za elektroni-positron, lakini ilibidi zitoke kwenye kiini cha atomiki.
Mkutano wa Saba wa Solvay (5) ulifanyika Brussels mnamo Oktoba 22-29, 1933. Iliitwa "Muundo na Sifa za Nuclei ya Atomiki". Ilihudhuriwa na wanafizikia 41, ikiwa ni pamoja na wataalam maarufu zaidi katika uwanja huu duniani. Joliot aliripoti matokeo ya majaribio yao, akisema kuwa boroni na alumini ya kuwasha kwa miale ya alpha hutoa nutroni yenye positroni au protoni.. Katika mkutano huu Lisa Meitner Alisema kuwa katika majaribio yale yale ya alumini na florini, hakupata matokeo sawa. Kwa tafsiri, hakushiriki maoni ya wanandoa kutoka Paris kuhusu asili ya nyuklia ya asili ya positrons. Walakini, aliporudi kufanya kazi huko Berlin, alifanya tena majaribio haya na mnamo Novemba 18, katika barua kwa Joliot-Curie, alikiri kwamba sasa, kwa maoni yake, positrons zinaonekana kutoka kwa kiini.
Aidha, mkutano huu Francis Perrin, rika lao na rafiki mzuri kutoka Paris, alizungumza juu ya mada ya positrons. Kutokana na majaribio ilijulikana kuwa walipata wigo unaoendelea wa positroni, sawa na wigo wa chembe za beta katika uozo wa asili wa mionzi. Uchambuzi zaidi wa nguvu za positroni na neutroni Perrin alifikia hitimisho kwamba uzalishaji mbili unapaswa kutofautishwa hapa: kwanza, utoaji wa neutroni, unaofuatana na malezi ya kiini kisicho imara, na kisha utoaji wa positroni kutoka kwa kiini hiki.
Baada ya mkutano huo Joliot alisimamisha majaribio haya kwa takriban miezi miwili. Na kisha, mnamo Desemba 1933, Perrin alichapisha maoni yake juu ya jambo hilo. Wakati huo huo, pia mnamo Desemba Enrico Fermi ilipendekeza nadharia ya uozo wa beta. Hii ilitumika kama msingi wa kinadharia wa tafsiri ya uzoefu. Mwanzoni mwa 1934, wanandoa kutoka mji mkuu wa Ufaransa walianza tena majaribio yao.
Hasa mnamo Januari 11, Alhamisi alasiri, Frédéric Joliot alichukua karatasi ya alumini na kuishambulia kwa chembe za alpha kwa dakika 10. Kwa mara ya kwanza, alitumia kaunta ya Geiger-Muller kugundua, na sio chumba cha ukungu, kama hapo awali. Aligundua kwa mshangao kwamba wakati anaondoa chanzo cha chembe za alpha kwenye foil, kuhesabu positroni hakuisha, kaunta ziliendelea kuzionyesha, idadi yao tu ilipungua kwa kasi. Aliamua nusu ya maisha kuwa dakika 3 na sekunde 15. Kisha akapunguza nishati ya chembe za alpha zinazoanguka kwenye foil kwa kuweka breki ya risasi kwenye njia yao. Na ilipata positroni chache, lakini nusu ya maisha haikubadilika.
Kisha akaweka boroni na magnesiamu kwa majaribio sawa, na kupata nusu ya maisha katika majaribio haya ya dakika 14 na dakika 2,5, kwa mtiririko huo. Baadaye, majaribio kama haya yalifanywa na hidrojeni, lithiamu, kaboni, berili, nitrojeni, oksijeni, fluorine, sodiamu, kalsiamu, nickel na fedha - lakini hakuona jambo kama hilo kwa alumini, boroni na magnesiamu. Kaunta ya Geiger-Muller haitofautishi kati ya chembe chaji chanya na hasi, kwa hivyo Frédéric Joliot pia alithibitisha kuwa inahusika na elektroni chanya. Kipengele cha kiufundi pia kilikuwa muhimu katika jaribio hili, yaani, kuwepo kwa chanzo chenye nguvu cha chembe za alfa na matumizi ya kihesabu chembe chembe chembe nyeti kilichochajiwa, kama vile kihesabu cha Geiger-Muller.
Kama ilivyoelezwa hapo awali na jozi ya Joliot-Curie, positroni na neutroni hutolewa wakati huo huo katika mabadiliko ya nyuklia yaliyozingatiwa. Sasa, kufuatia mapendekezo ya Francis Perrin na kusoma masuala ya Fermi, wanandoa hao walihitimisha kwamba athari ya kwanza ya nyuklia ilitokeza kiini kisicho imara na nyutroni, ikifuatiwa na beta pamoja na kuoza kwa kiini hicho kisicho imara. Kwa hivyo wanaweza kuandika majibu yafuatayo:
Joliots waligundua kuwa isotopu za mionzi zilizosababishwa zilikuwa na nusu ya maisha mafupi sana kuwepo katika asili. Walitangaza matokeo yao Januari 15, 1934, katika makala yenye kichwa "Aina Mpya ya Mionzi". Mapema Februari, walifanikiwa kutambua fosforasi na nitrojeni kutoka kwa athari mbili za kwanza kutoka kwa kiasi kidogo kilichokusanywa. Hivi karibuni kulikuwa na unabii kwamba isotopu nyingi za mionzi zinaweza kuzalishwa katika athari za mabomu ya nyuklia, pia kwa msaada wa protoni, deuteroni na neutroni. Mnamo Machi, Enrico Fermi aliweka dau kwamba majibu kama haya yangetekelezwa hivi karibuni kwa kutumia neutroni. Hivi karibuni alishinda dau mwenyewe.
Irena na Frederick walitunukiwa Tuzo ya Nobel ya Kemia mwaka wa 1935 kwa ajili ya "muundo wa vipengele vipya vya mionzi". Ugunduzi huu ulifungua njia kwa ajili ya utengenezaji wa isotopu bandia za mionzi, ambazo zimepata matumizi mengi muhimu na muhimu katika utafiti wa kimsingi, dawa, na tasnia.
Mwishowe, inafaa kutaja wanafizikia kutoka USA, Ernest Lawrence na wenzake kutoka Berkeley na watafiti kutoka Pasadena, kati yao alikuwa Pole ambaye alikuwa kwenye mafunzo ya kazi. Andrei Sultan. Hesabu ya mapigo kwa kaunta ilizingatiwa, ingawa kiongeza kasi kilikuwa kimeacha kufanya kazi. Hawakupenda hesabu hii. Walakini, hawakugundua kuwa walikuwa wakishughulika na jambo jipya muhimu na kwamba walikosa ugunduzi wa mionzi ya bandia ...
