|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ВАЖЛИВІ НАУКОВІ ВІДКРИТТЯ
Штучна радіоактивність. Історія та суть наукового відкриття
Довідник / Найважливіші наукові відкриття Штучну радіоактивність відкрили подружжя Ірен (1897–1956) та Фредерік (1900–1958) Жоліо-Кюрі. 15 січня 1934 року їхня замітка була представлена Ж. Перреном на засіданні Паризької Академії наук. Ірен та Фредерік зуміли встановити, що після бомбардування альфа-частинками деякі легкі елементи – магній, бір, алюміній – випускають позитрони. Далі вони спробували встановити механізм цього випромінювання, яке відрізнялося за своїм характером від усіх відомих на той час випадків ядерних перетворень. Вчені помістили джерело альфа-часток (препарат полонію) на відстані одного міліметра від алюмінієвої фольги. Потім вони піддавали її опроміненню протягом десяти хвилин. Лічильник Гейгера - Мюллер показав, що фольга випромінює випромінювання, інтенсивність якого падає в часі за експоненційною залежністю з періодом піврозпаду 3 хвилин 15 секунд. В експериментах з бором та магнієм періоди напіврозпаду склали 14 та 2,5 хвилин відповідно. А ось при дослідах з воднем, літієм, вуглецем, бериллієм, азотом, киснем, фтором, натрієм, кальцієм, нікелем та сріблом таких явищ не виявлялося. Проте подружжя Жоліо-Кюрі зробило висновок про те, що випромінювання, викликане бомбардуванням атомів алюмінію, магнію і бору, не можна пояснити наявністю будь-якої домішки в полонієвому препараті. "Аналіз випромінювання бору і алюмінію в камері Вільсона показав, - пишуть у своїй книзі "Біографія атома" К. Манолов і В. Тютюнник, - що воно є потіком позитронів. Стало ясно, що вчені мають справу з новим явищем, що істотно відрізнявся від Відомі до того часу ядерні реакції мали вибуховий характер, тоді як випромінювання позитивних електронів деякими легкими елементами, підданими опроміненню альфа-променями полонію, триває протягом деякого більш-менш тривалого часу після видалення джерела альфа-променів. бору, наприклад, цей час досягає півгодини". Подружжя Жоліо-Кюрі дійшли висновку, що тут йдеться про справжнісіньку радіоактивність, що виявляється у випусканні позитрона. Потрібні були нові докази, і насамперед потрібно було виділити відповідний радіоактивний ізотоп. Спираючись на дослідження Резерфорда і Кокрофта, Ірен і Фредеріку Жоліо-Кюрі вдалося встановити, що відбувається з атомами алюмінію під час бомбардування їх альфа-частинками полонію. Спочатку альфа-частинки захоплюються ядром атома алюмінію, позитивний заряд якого зростає на дві одиниці, внаслідок чого воно перетворюється на ядро радіоактивного атома фосфору, названого вченими "радіофосфором". Цей процес супроводжується випромінюванням одного нейтрона, ось чому маса отриманого ізотопу зростає не на чотири, а на три одиниці і стає рівною 30. Стійкий ізотоп фосфору має масу 31. "Радіофосфор" із зарядом 15 і масою 30 розпадається з періодом напіврозпаду 3 хвилин 15 секунд , випромінюючи один позитрон і перетворюючись на стійкий ізотоп кремнію. Єдиним і незаперечним доказом того, що алюміній перетворюється на фосфор і потім кремній з зарядом 14 і масою 30, могло бути тільки виділення цих елементів та їх ідентифікація за допомогою характерних для них якісних хімічних реакцій. Для будь-якого хіміка, що працює зі стійкими сполуками, це було простим завданням, але у Ірен і Фредеріка становище було зовсім іншим: отримані ними атоми фосфору існували трохи більше трьох хвилин. Хіміки мають у своєму розпорядженні безліч методів виявлення цього елемента, але всі вони вимагають тривалих визначень. Тому думка хіміків була одностайною: ідентифікувати фосфор за такий короткий час неможливо. Однак подружжя Жоліо-Кюрі не визнавало слова "неможливо". І хоча це "нерозв'язне" завдання вимагало непосильної праці, напруги, віртуозної спритності та нескінченного терпіння, вона була вирішена. Незважаючи на надзвичайно малий вихід продуктів ядерних перетворень і зовсім мізерну масу речовини, яка зазнала перетворення, - лише кілька мільйонів атомів, вдалося встановити хімічні властивості одержаного радіоактивного фосфору. Виявлення штучної радіоактивності відразу було оцінено як одне із найбільших відкриттів століття. До цього радіоактивність, яка була властива деяким елементам, не могла бути ні викликана, ні знищена, ні якось змінена людиною. Подружжя Жоліо-Кюрі вперше штучно викликало радіоактивність, отримавши нові радіоактивні ізотопи. Вчені передбачали велике теоретичне значення цього відкриття та можливості його практичних додатків у галузі біології та медицини. Вже наступного року першовідкривачі штучної радіоактивності Ірен та Фредерік Жоліо-Кюрі були удостоєні Нобелівської премії з хімії. Продовжуючи ці дослідження, італійський учений Фермі показав, що бомбардування нейтронами спричиняє штучну радіоактивність у важких металах. Енріко Фермі (1901-1954) народився в Римі. Ще в дитинстві Енріко виявив великі здібності до математики та фізики. Його видатні знання у цих науках, набуті переважно у результаті самоосвіти, дозволили йому здобути 1918 року стипендію і вступити до Вищої нормальної школи при Пізанському університеті. Потім Енріко отримав тимчасову посаду викладача математики для хіміків у Римському університеті. У 1923 році він їде у відрядження до Німеччини, до Геттінгена, до Максу Борну. Після повернення до Італії Фермі з січня 1925 року до осені 1926 року працює у Флорентійському університеті. Тут він отримує свій перший вчений ступінь "вільного доцента" і, що найголовніше, створює свою знамениту роботу з квантової статистики. У грудні 1926 року він обійняв посаду професора новоствореної кафедри теоретичної фізики в Римському університеті. Тут він організував колектив молодих фізиків: Разетті, Амальді, Сегре, Понтекорво та інших, які склали італійську школу сучасної фізики. Коли в Римському університеті в 1927 році була заснована перша кафедра теоретичної фізики, Фермі, який встиг набути міжнародного авторитету, був обраний її главою. Тут у столиці Італії Фермі згуртував навколо себе кілька видатних учених та заснував першу в країні школу сучасної фізики. У міжнародних наукових колах її почали називати групою Фермі. Через два роки Фермі був призначений Беніто Муссоліні на почесну посаду члена новоствореної Королівської академії Італії. У 1938 році Фермі було присуджено Нобелівську премію з фізики. У рішенні Нобелівського комітету говорилося, що премію присуджено Фермі "за докази існування нових радіоактивних елементів, отриманих при опроміненні нейтронами, і пов'язане з цим відкриття ядерних реакцій, що викликаються повільними нейтронами". Про штучну радіоактивність Енріко Фермі дізнався відразу ж, навесні 1934 року, як подружжя Жоліо-Кюрі опублікувало свої результати. Фермі вирішив повторити досліди Жоліо-Кюрі, але пішов зовсім іншим шляхом, застосувавши як бомбардуючі частинки нейтрони. Пізніше Фермі так пояснив причини недовіри до нейтронів з боку інших фізиків і свій власний щасливий здогад: "Застосування нейтронів як бомбардуючих частинок страждає недоліком: число нейтронів, яким можна практично мати в своєму розпорядженні, незмірно менше числа альфа-часток, одержуваних від радіоактивних джерел, або числа протонів і дейтронів, що прискорюються у високовольтних пристроях. Але цей недолік частково компенсується більшою ефективністю нейтронів при проведенні штучних ядерних перетворень Нейтрони мають також і іншу перевагу. Вони у великій мірі здатні викликати ядерні перетворення. Кількість елементів, які можуть бути активовані нейтронами, значно перевищує кількість елементів, які можна активувати за допомогою інших видів частинок. Весною 1934 року Фермі почав опромінювати елементи нейтронами. "Нейтронні гармати" Фермі являли собою маленькі трубочки завдовжки кілька сантиметрів. Їх заповнювали "сумішою" тонкодисперсного порошку берилію та еманації радію. Ось як Фермі описував одне з таких джерел нейтронів: "Це була скляна трубочка розміром всього 1,5 см... в якій знаходилися зерна берилію; перш ніж запаяти трубочку, треба було ввести в неї деяку кількість еманації радію. дають нейтрони... Досвід виконується в такий спосіб. У безпосередній близькості від джерела нейтронів поміщають пластинку алюмінію, або заліза, або взагалі елемента, який бажано вивчити, і залишають на кілька хвилин, годин або днів (залежно від конкретного випадку). Нейтрони, що вилітають із джерела, стикаються з ядрами речовини. При цьому відбувається безліч ядерних реакцій різного типу..." Як все це виглядало практично? Досліджуваний зразок знаходився заданий час під інтенсивним впливом нейтронного опромінення, потім хтось із співробітників Фермі буквально бігом переносив зразок до лічильника Гейгера-Мюллера, розташованого в іншій лабораторії, та реєстрував імпульси лічильника. Адже багато нових штучних радіоізотопів були короткоживучими. У першому повідомленні, датованому 25 березня 1934 року, Фермі повідомив, що бомбардуючи алюміній і фтор, отримав ізотопи натрію та азоту, що випускають електрони (а не позитрони, як у Жоліо-Кюрі). Метод нейтронного бомбардування виявився дуже ефективним, і Фермі писав, що ця висока ефективність у здійсненні розщеплення "цілком компенсує слабкість існуючих нейтронних джерел у порівнянні з джерелами альфа-часток та протонів". По суті, багато було відомо. Нейтрони потрапляли в ядро атома, що обстрілювався, перетворювали його на нестабільний ізотоп, який спонтанно розпадався і випромінював. У цьому випромінюванні таїлося невідоме: деякі з штучно отриманих ізотопів випромінювали бета-промені, інші - гамма-промені, треті - альфа-частинки. З кожним днем кількість штучно одержаних радіоактивних ізотопів зростала. Кожну нову ядерну реакцію необхідно було осмислити, щоб розібратися в складних перетвореннях атомів. Для кожної реакції треба було встановити характер випромінювання, тому що тільки знаючи його, можна уявити схему радіоактивного розпаду і передбачити елемент, який вийде в кінцевому результаті. Потім наставала черга хіміків. Вони мали ідентифікувати отримані атоми. На це теж потрібен час. За допомогою своєї "нейтронної гармати" Фермі бомбардував фтор, алюміній, кремній, фосфор, хлор, залізо, кобальт, срібло і йод. Всі ці елементи активувалися, і в багатьох випадках Фермі міг вказати хімічну природу радіоактивного елемента, що утворився. Йому вдалося цим методом активізувати 47 із 68 вивчених елементів. Натхненний успіхом, він у співпраці з Ф. Разетті та О. Д'Агостіно зробив нейтронне бомбардування важких елементів: торію та урану. "Досліди показали, що обидва елементи, попередньо очищені від звичайних активних домішок, можуть сильно активізуватися під час бомбардування нейтронами". 22 жовтня 1934 року Фермі зробив фундаментальне відкриття. Помістивши між джерелом нейтронів і срібним циліндром, що активується парафіновий клин, Фермі помітив, що клин не зменшує активність нейтронів, а дещо збільшує її. Фермі зробив висновок, що цей ефект, мабуть, обумовлений наявністю водню в парафіні, і вирішив перевірити, як впливатиме на активність розщеплення велика кількість водневмісних елементів. Провівши досвід спочатку з парафіном, потім із водою, Фермі констатував збільшення активності у сотні разів. Досліди Фермі виявили величезну ефективність повільних нейтронів. Але, крім чудових експериментальних результатів, цього року Фермі досяг чудових теоретичних досягнень. Вже у грудневому номері 1933 року в італійському науковому журналі було опубліковано його попередні міркування про бета-розпад. На початку 1934 року була опублікована його класична стаття "До теорії бета-променів". Авторське резюме статті свідчить: "Пропонується кількісна теорія бета-розпаду, заснована на існуванні нейтрино: при цьому випромінювання електронів і нейтрино розглядається за аналогією з емісією світлового кванта збудженим атомом в теорії випромінювання. Виведені формули з часу життя ядра і для форми безперервного спектру бета променів; отримані формули порівнюються з експериментом". Фермі в цій теорії дав життя гіпотезі нейтрино та протонно-нейтронної моделі ядра, прийнявши також гіпотезу ізотонічного спина, запропоновану Гейзенбергом для цієї моделі. Спираючись на висловлені Фермі ідеї, Хідекі Юкава передбачив в 1935 існування нової елементарної частинки, відомої нині під назвою пі-мезона, або півонії. Коментуючи теорію Фермі, Ф Разетті писав: " Побудована ним цій основі теорія виявилася здатною витримати майже незмінно два з половиною десятиліття революційного розвитку ядерної фізики. Можна було б помітити, що фізична теорія рідко народжується у остаточній формі " . Автор: Самін Д.К.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Дані передаються в момент рукостискання ▪ Теплові хвилі почастішали та подовжилися
▪ розділ сайту Конспекти лекцій, шпаргалки. Добірка статей ▪ стаття Знімаємо весілля. Мистецтво відео ▪ стаття Скільки важить найбільша у світі перлина? Детальна відповідь ▪ стаття Ладьєплодник укропоподібний. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Метали. Прості рецепти та поради
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page