Նախքան եռակի արվեստը, այսինքն՝ արհեստական ​​ռադիոակտիվության հայտնաբերման մասին

Ֆիզիկայի պատմության մեջ ժամանակ առ ժամանակ լինում են «հրաշք» տարիներ, երբ բազմաթիվ հետազոտողների համատեղ ջանքերը հանգեցնում են մի շարք բեկումնային հայտնագործությունների։ Այդպես է եղել 1820 թվականից՝ էլեկտրաէներգիայի, 1905 թվականից, Էյնշտեյնի չորս թղթերի հրաշագործ տարուց, 1913 թվականից՝ ատոմի կառուցվածքի ուսումնասիրության հետ կապված տարիից և վերջապես 1932 թվականից, երբ մի շարք տեխնիկական հայտնագործություններ և ձեռքբերումներ հանգեցրել է միջուկային էներգիայի ստեղծմանը.ֆիզիկա.

նորապսակները

ИринаՄարի Սկլոդովսկա-Կյուրիի և Պիեռ Կյուրիի ավագ դուստրը ծնվել է Փարիզում 1897 թվականին (1)։ Մինչև տասներկու տարեկան նա մեծացել է տանը՝ իր երեխաների համար ականավոր գիտնականների ստեղծած փոքրիկ «դպրոցում», որտեղ մոտ տասը աշակերտ կար։ Ուսուցիչներն էին՝ Մարի Սկլոդովսկա-Կյուրին (ֆիզիկա), Պոլ Լանգևինը (մաթեմատիկա), Ժան Պերինը (քիմիա), իսկ հումանիտար առարկաները հիմնականում դասավանդում էին աշակերտների մայրերը։ Դասերը սովորաբար անցնում էին ուսուցիչների տներում, իսկ երեխաները ֆիզիկա և քիմիա էին սովորում իրական լաբորատորիաներում։

Այսպիսով, ֆիզիկայի և քիմիայի ուսուցումը գործնական գործողությունների միջոցով գիտելիքների ձեռքբերումն էր։ Յուրաքանչյուր հաջող փորձ ուրախացնում էր երիտասարդ հետազոտողներին: Սրանք իրական փորձեր էին, որոնք պետք է հասկանալ և ուշադիր իրականացվեին, և Մարի Կյուրիի լաբորատորիայում երեխաները պետք է օրինակելի կարգի մեջ լինեին: Պետք էր ձեռք բերել նաև տեսական գիտելիքներ։ Մեթոդը, որպես այս դպրոցի սաների, հետագայում լավ ու ականավոր գիտնականների ճակատագիր, արդյունավետ է եղել։

2. Ֆրեդերիկ Ժոլիոտ (լուսանկար՝ Հարքուր)

Ավելին, Իրենայի հայրական պապը՝ բժիշկը, շատ ժամանակ է հատկացրել հոր որբ թոռնուհուն՝ զվարճանալով և լրացնելով նրա բնագիտական ​​կրթությունը։ 1914 թվականին Իռենն ավարտեց նորարարական Collège Sévigné դպրոցը և ընդունվեց Սորբոնի մաթեմատիկայի և բնական գիտությունների ֆակուլտետը։ Սա համընկավ Առաջին համաշխարհային պատերազմի սկզբի հետ։ 1916 թվականին նա միացավ մորը և միասին հիմնեցին ֆրանսիական Կարմիր խաչի ռադիոլոգիայի ծառայությունը։ Պատերազմից հետո նա ստացել է բակալավրի կոչում։ 1921 թվականին լույս է տեսել նրա առաջին գիտական ​​աշխատանքը։ Այն նվիրված էր տարբեր միներալներից քլորի ատոմային զանգվածի որոշմանը։ Իր հետագա գործունեության ընթացքում նա սերտորեն համագործակցել է մոր հետ՝ աշխատելով ռադիոակտիվության վրա։ Իր դոկտորական թեզում, որը պաշտպանել է 1925 թվականին, նա ուսումնասիրել է պոլոնիումի արտանետվող ալֆա մասնիկները։

Ֆրեդերիկ Ժոլիոտ ծնված 1900 թվականին Փարիզում (2). Ութ տարեկանից սովորել է Սո դպրոցում և ապրել գիշերօթիկ դպրոցում։ Այն ժամանակ նա ուսումից գերադասում էր սպորտը, հատկապես ֆուտբոլը։ Ապա հերթով հաճախել է երկու ավագ դպրոց։ Ինչպես Իրեն Կյուրին, նա նույնպես վաղ կորցրեց հորը: 1919 թվականին նա քննություն է հանձնել Փարիզի արդյունաբերական ֆիզիկայի և արդյունաբերական քիմիայի բարձրագույն դպրոցում (École de Physique et de Chemie Industrielle de la Ville de Paris): Ավարտել է 1923 թ. Նրա պրոֆեսոր Փոլ Լանգևինը իմացավ Ֆրեդերիկի կարողությունների և առաքինությունների մասին։ 15 ամիս զինվորական ծառայությունից հետո, Լանգևինի հրամանով, նշանակվել է Մարի Սկլոդովսկա-Կյուրիի անձնական լաբորանտ Ռադիումի ինստիտուտում, որը ֆինանսավորվում է Ռոքֆելլեր հիմնադրամի դրամաշնորհով։ Այնտեղ նա ծանոթանում է Իրեն Կյուրիի հետ, իսկ 1926 թվականին երիտասարդներն ամուսնանում են։

Ֆրեդերիկն ավարտել է իր դոկտորականը ռադիոակտիվ տարրերի էլեկտրաքիմիայի վրա 1930 թվականին։ Քիչ առաջ նա արդեն կենտրոնացրել էր իր հետաքրքրությունները կնոջ հետազոտությունների վրա, և այն բանից հետո, երբ Ֆրեդերիկը պաշտպանեց իր դոկտորական ատենախոսությունը, նրանք արդեն միասին աշխատեցին: Նրանց առաջին կարևոր հաջողություններից մեկը պոլոնիումի պատրաստումն էր, որը ալֆա մասնիկների հզոր աղբյուր է, այսինքն. հելիումի միջուկներ.(₂⁴Նա): Նրանք սկսեցին անհերքելիորեն արտոնյալ դիրքից, քանի որ հենց Մարի Կյուրին էր իր դստերը պոլոնիումի մեծ պաշարով մատակարարում։ Լյու Կովարսկին, նրանց հետագա աշխատակիցը, նկարագրեց նրանց այսպես. Իրենան «հիանալի տեխնիկ էր», «նա աշխատում էր շատ լավ և ուշադիր», «նա խորապես հասկանում էր, թե ինչ է անում»: Նրա ամուսինն ուներ «ավելի շլացուցիչ, ավելի ճախրող երևակայություն»։ «Նրանք հիանալի լրացնում էին միմյանց, և նրանք դա գիտեին»: Գիտության պատմության տեսանկյունից նրանց համար ամենահետաքրքիր երկու տարիները եղել են՝ 1932-34 թթ.

Նրանք գրեթե հայտնաբերեցին նեյտրոնը

«Գրեթե»-ն մեծ նշանակություն ունի։ Նրանք շատ շուտ իմացան այս տխուր ճշմարտության մասին։ 1930 թվականին Բեռլինում երկու գերմանացիներ. Ուոլտեր Բոթե i Հյուբերտ Բեքեր - Հետազոտել է, թե ինչպես են լույսի ատոմներն իրենց պահում, երբ ռմբակոծվում են ալֆա մասնիկներով: Բերիլիումի վահան (₄⁹Բե) ալֆա մասնիկներով ռմբակոծվելիս արտանետվում է չափազանց թափանցող և բարձր էներգիայի ճառագայթում: Ըստ փորձարարների՝ այս ճառագայթումը պետք է որ ուժեղ էլեկտրամագնիսական ճառագայթում լիներ։

Այս փուլում խնդրով զբաղվում էին Իրենան և Ֆրեդերիկը։ Նրանց ալֆա մասնիկների աղբյուրն ամենահզորն էր երբևէ: Նրանք օգտագործել են ամպային խցիկ՝ դիտարկելու ռեակցիայի արտադրանքները: 1932 թվականի հունվարի վերջին նրանք հրապարակայնորեն հայտարարեցին, որ դա գամմա ճառագայթներն են, որոնք տապալում են բարձր էներգիայի պրոտոնները ջրածին պարունակող նյութից։ Նրանք դեռ չէին հասկանում, թե ինչ է իրենց ձեռքում և ինչ է կատարվում. Կարդալուց հետո Ջեյմս Չեդվիկ (3) Քեմբրիջում նա անմիջապես գործի անցավ՝ մտածելով, որ խոսքն ամենևին էլ գամմա ճառագայթման մասին չէ, այլ նեյտրոնների, որը մի քանի տարի առաջ կանխատեսել էր Ռադերֆորդը։ Մի շարք փորձերից հետո նա համոզվեց նեյտրոնի դիտարկման մեջ և պարզեց, որ նրա զանգվածը նման է պրոտոնի զանգվածին։ 17 թվականի փետրվարի 1932-ին նա գրություն է ուղարկել Nature ամսագրին՝ «Նեյտրոնի հնարավոր գոյությունը»։

Այն իրականում նեյտրոն էր, չնայած Չադվիքը կարծում էր, որ նեյտրոնը կազմված է պրոտոնից և էլեկտրոնից։ Միայն 1934 թվականին նա հասկացավ և ապացուցեց, որ նեյտրոնը տարրական մասնիկ է։ Չեդվիկը ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակի է արժանացել 1935 թվականին։ Չնայած գիտակցմանը, որ նրանք բաց են թողել մի կարևոր հայտնագործություն, Ջոլիոտ-Կյուրիները շարունակեցին իրենց հետազոտություններն այս ոլորտում։ Նրանք հասկացան, որ այս ռեակցիան նեյտրոններից բացի արտադրում է գամմա ճառագայթներ, ուստի նրանք գրեցին միջուկային ռեակցիան.

, որտեղ Ef-ը գամմա քվանտի էներգիան է։ Նրանք նմանատիպ փորձեր են իրականացրել ₉¹⁹F.

Կրկին բաց թողեցի բացումը

Պոզիտրոնի հայտնաբերումից մի քանի ամիս առաջ Ժոլիոտ-Կյուրին, ի թիվս այլ բաների, ուներ լուսանկարներ, որտեղ պատկերված էր կոր ճանապարհը, կարծես այն էլեկտրոն լիներ, բայց ոլորվում էր էլեկտրոնի ուղղության հակառակ ուղղությամբ: Լուսանկարներն արվել են մառախուղի խցիկում, որը գտնվում է մագնիսական դաշտում: Ելնելով դրանից՝ զույգը խոսեց երկու ուղղություններով ընթացող էլեկտրոնների մասին՝ սկզբնաղբյուրից և աղբյուրից։ Իրականում, նրանք, որոնք կապված են «դեպի աղբյուր» ուղղության հետ, պոզիտրոններն էին կամ դրական էլեկտրոնները, որոնք հեռանում էին աղբյուրից:

Մինչդեռ ԱՄՆ-ում ամռան վերջին 1932թ. Կարլ Դեյվիդ Անդերսոն (4), շվեդ ներգաղթյալների որդին, մագնիսական դաշտի ազդեցության տակ ուսումնասիրել է տիեզերական ճառագայթները ամպային պալատում։ Տիեզերական ճառագայթները Երկիր են գալիս դրսից: Անդերսոնը, մասնիկների ուղղության և շարժման մեջ համոզվելու համար, խցիկի ներսում գտնվող մասնիկները մետաղյա ափսեի միջով անցավ, որտեղ նրանք կորցրին իրենց էներգիայի մի մասը: Օգոստոսի 2-ին նա տեսավ մի հետք, որն անկասկած մեկնաբանեց որպես դրական էլեկտրոն։

Հարկ է նշել, որ Դիրակը նախկինում կանխատեսել էր նման մասնիկի տեսական գոյությունը։ Այնուամենայնիվ, Անդերսոնը տիեզերական ճառագայթների ուսումնասիրության մեջ չի հետևել որևէ տեսական սկզբունքների։ Այս համատեքստում նա իր բացահայտումն անվանել է պատահական։

Կրկին Ժոլիո-Կյուրին ստիպված էր հաշտվել իր անկասկած մասնագիտության հետ, բայց ձեռնարկեց հետագա հետազոտություններ այս ոլորտում: Նրանք հայտնաբերեցին, որ գամմա-ճառագայթների ֆոտոնները կարող են անհետանալ ծանր միջուկի մոտ՝ ձևավորելով էլեկտրոն-պոզիտրոն զույգ, ըստ երևույթին Էյնշտեյնի հայտնի E=mc2 բանաձևի և էներգիայի և իմպուլսի պահպանման օրենքին համապատասխան: Հետագայում ինքը՝ Ֆրեդերիկը, ապացուցեց, որ տեղի է ունենում էլեկտրոն-պոզիտրոն զույգի անհետացման գործընթաց՝ առաջացնելով երկու գամմա քվանտա։ Էլեկտրոն-պոզիտրոն զույգերից բացի պոզիտրոններից, նրանք ունեին միջուկային ռեակցիաների պոզիտրոններ։

5. Յոթերորդ Սոլվեյ կոնֆերանս, 1933 թ

Առջևի շարքում նստած՝ Իրեն Ժոլիո-Կյուրի (ձախից երկրորդը),

Մարի Սկլոդովսկա-Կյուրի (ձախից հինգերորդ), Լիզ Մեյթներ (աջից երկրորդը):

Արհեստական ​​ռադիոակտիվություն

Արհեստական ​​ռադիոակտիվության հայտնաբերումը մեկ գիշերվա գործողություն չէր: 1933 թվականի փետրվարին ալֆա մասնիկներով ռմբակոծելով ալյումինը, ֆտորը, ապա նատրիումը, Ջոլիոն ստացավ նեյտրոններ և անհայտ իզոտոպներ։ 1933 թվականի հուլիսին նրանք հայտարարեցին, որ ալֆա մասնիկներով ալյումինի ճառագայթման միջոցով նրանք դիտարկում են ոչ միայն նեյտրոններ, այլև պոզիտրոններ։ Ըստ Այրինի և Ֆրեդերիկի՝ այս միջուկային ռեակցիայի պոզիտրոնները չեն կարող առաջանալ էլեկտրոն-պոզիտրոն զույգերի ձևավորմամբ, այլ պետք է գան ատոմային միջուկից։

5 թվականի հոկտեմբերի 22–29-ին Բրյուսելում տեղի ունեցավ Սոլվեյի յոթերորդ կոնֆերանսը (1933), որը կոչվում էր «Ատոմային միջուկների կառուցվածքը և հատկությունները»։ Դրան մասնակցել են 41 ֆիզիկոսներ, այդ թվում՝ աշխարհի այս բնագավառի ամենանշանավոր մասնագետները։ Ջոլիոթը զեկուցեց իր փորձերի արդյունքները՝ նշելով, որ բորի և ալյումինի ալֆա ճառագայթների ճառագայթման արդյունքում ստացվում է կա՛մ նեյտրոն՝ պոզիտրոնով, կա՛մ պրոտոն։. Այս համաժողովում Լիզա Մայտներ Նա ասաց, որ ալյումինի և ֆտորի հետ նույն փորձերի ժամանակ նույն արդյունքը չի ստացել։ Իր մեկնաբանության մեջ նա չի կիսել փարիզյան զույգի կարծիքը պոզիտրոնների ծագման միջուկային բնույթի մասին։ Այնուամենայնիվ, վերադառնալով աշխատանքի Բեռլին, նա կրկին կատարեց այդ փորձերը և նոյեմբերի 18-ին Ժոլիոտ-Կյուրիին ուղղված նամակում խոստովանեց, որ այժմ, իր կարծիքով, պոզիտրոնները իսկապես հայտնվում են միջուկից:

Ընդ որում, այս համաժողովում Ֆրենսիս Պերին, նրանց հասակակիցն ու լավ ընկերը Փարիզից, բարձրաձայնել է պոզիտրոնների խնդրի մասին։ Փորձերից հայտնի դարձավ, որ նրանք ստացել են պոզիտրոնների շարունակական սպեկտր, որը նման է բետա մասնիկների սպեկտրին բնական ռադիոակտիվ քայքայման ժամանակ։ Պոզիտրոնների և նեյտրոնների էներգիաների հետագա վերլուծությունը Պերինը եկել է այն եզրակացության, որ այստեղ պետք է առանձնացնել երկու արտանետումներ՝ նախ՝ նեյտրոնների արտանետում, որն ուղեկցվում է անկայուն միջուկի ձևավորմամբ, իսկ հետո՝ այս միջուկից պոզիտրոնների արտանետում։

Joliot կոնֆերանսից հետո այս փորձերը դադարեցվեցին մոտ երկու ամսով։ Եվ հետո, 1933 թվականի դեկտեմբերին, Փերինը հրապարակեց իր կարծիքն այդ հարցում։ Միաժամանակ, նաև դեկտեմբերին Էնրիկո Ֆերմի առաջ քաշեց բետա քայքայման տեսությունը: Սա տեսական հիմք տվեց փորձը մեկնաբանելու համար: 1934 թվականի սկզբին Ֆրանսիայի մայրաքաղաքից եկած ամուսինները վերսկսեցին իրենց փորձերը։

Հունվարի 11-ի ուղիղ հինգշաբթի կեսօրին Ֆրեդերիկ Ժոլիոն վերցրեց ալյումինե փայլաթիթեղը և 10 րոպե ռմբակոծեց այն ալֆա մասնիկներով: Առաջին անգամ նա հայտնաբերման համար օգտագործեց Գեյգեր-Մյուլերի հաշվիչ, այլ ոչ թե մառախուղի խցիկ, ինչպես նախկինում: Նա զարմանքով նկատեց, որ երբ նա հեռացնում էր ալֆա մասնիկների աղբյուրը փայլաթիթեղից, պոզիտրոնների հաշվումը չէր դադարում, հաշվիչները շարունակում էին ցույց տալ դրանք, միայն դրանց թիվը երկրաչափականորեն նվազում էր։ Նա որոշեց կիսատ կյանքը 3 րոպե 15 վայրկյան: Այնուհետև նա նվազեցրեց փայլաթիթեղի վրա ընկնող ալֆա մասնիկների էներգիան՝ նրանց ճանապարհին կապարի արգելակ դնելով։ Եվ նա ավելի քիչ պոզիտրոններ ստացավ, բայց կիսատ կյանքը չփոխվեց:

Այնուհետև նա նույն փորձերի ենթարկեց բորն ու մագնեզիումը և այդ փորձերի ընթացքում ստացավ համապատասխանաբար 14 րոպե և 2,5 րոպե կիսամյակ: Հետագայում նման փորձեր են իրականացվել ջրածնի, լիթիումի, ածխածնի, բերիլիումի, ազոտի, թթվածնի, ֆտորի, նատրիումի, կալցիումի, նիկելի և արծաթի հետ, բայց նա չի նկատել նմանատիպ երևույթ, ինչպես ալյումինի, բորի և մագնեզիումի համար: Գայգեր-Մյուլեր հաշվիչը չի տարբերում դրական և բացասական լիցքավորված մասնիկները, ուստի Ֆրեդերիկ Ժոլիոն նույնպես ստուգեց, որ այն իրականում գործ ունի դրական էլեկտրոնների հետ։ Տեխնիկական ասպեկտը նույնպես կարևոր էր այս փորձի մեջ, այսինքն՝ ալֆա մասնիկների հզոր աղբյուրի առկայությունը և զգայուն լիցքավորված մասնիկների հաշվիչի օգտագործումը, ինչպիսին է Գեյգեր-Մյուլեր հաշվիչը:

Ինչպես նախկինում բացատրվել է Ժոլիոտ-Կյուրի զույգի կողմից, դիտարկվող միջուկային փոխակերպման ժամանակ պոզիտրոններն ու նեյտրոնները միաժամանակ արտազատվում են։ Այժմ, հետևելով Ֆրենսիս Պերինի առաջարկներին և կարդալով Ֆերմիի նկատառումները, զույգը եզրակացրեց, որ առաջին միջուկային ռեակցիան առաջացնում է անկայուն միջուկ և նեյտրոն, որին հաջորդում է այդ անկայուն միջուկի բետա-պլյուս քայքայումը: Այսպիսով, նրանք կարող են գրել հետևյալ ռեակցիաները.

Ջոլիոտները նկատեցին, որ ստացված ռադիոակտիվ իզոտոպները չափազանց կարճ կիսամյակ են ունեցել բնության մեջ գոյություն ունենալու համար։ Նրանք իրենց արդյունքները հայտարարեցին 15 թվականի հունվարի 1934-ին «Ռադիոակտիվության նոր տեսակ» վերնագրով հոդվածում։ Փետրվարի սկզբին նրանք կարողացան հայտնաբերել ֆոսֆորն ու ազոտը առաջին երկու ռեակցիաներից՝ հավաքված փոքր քանակությամբ: Շուտով մարգարեություն հայտնվեց, որ միջուկային ռմբակոծման ռեակցիաները կարող են արտադրել ավելի շատ ռադիոակտիվ իզոտոպներ՝ նաև պրոտոնների, դեյտրոնների և նեյտրոնների օգնությամբ։ Մարտին Էնրիկո Ֆերմին գրազ եկավ, որ նման ռեակցիաները շուտով կիրականացվեն նեյտրոնների միջոցով։ Շուտով նա ինքը շահեց խաղադրույքը։

Իրենան և Ֆրեդերիկը արժանացել են քիմիայի Նոբելյան մրցանակի 1935 թվականին «նոր ռադիոակտիվ տարրերի սինթեզի համար»։ Այս հայտնագործությունը ճանապարհ հարթեց արհեստականորեն ռադիոակտիվ իզոտոպների արտադրության համար, որոնք շատ կարևոր և արժեքավոր կիրառություններ են գտել հիմնարար հետազոտությունների, բժշկության և արդյունաբերության մեջ:

Ի վերջո, հարկ է նշել ԱՄՆ-ի ֆիզիկոսներին. Էռնեստ Լոուրենս Բերքլիի գործընկերների և Փասադենայի հետազոտողների հետ, որոնց թվում էր մի լեհ, ով պրակտիկա էր անցնում Անջեյ Սոլթան. Մենք հետևում էինք իմպուլսները հաշվող հաշվիչներին, թեև արագացուցիչն արդեն դադարել էր աշխատել։ Նրանց դուր չի եկել այս հաշվարկը։ Սակայն նրանք չէին գիտակցում, որ գործ ունեն մի կարեւոր նոր երեւույթի հետ, եւ որ պարզապես բաց են թողել արհեստական ​​ռադիոակտիվության հայտնաբերումը...