Ernest Rutherford Kimdir? Bilim tarihin en büyük bilim insanlarından olan fizikçi Ernest Rutherford hayatı, biyografisi, çalışmaları, eserleri hakkında bilgi.
Ernest Rutherford
Ernest Rutherford , aynı zamanda Lord Rutherford ( İngiltere ; 30 Ağustos 1871 Brightwater – 19 Ekim 1937 , Cambridge ) olarak da bilinen Yeni Zelandalı bir fizikçiydi.
Kendisini radyoaktif parçacıkların çalışmasına adadı ve onları alfa (α), beta (β) ve gama (γ) olarak sınıflandırmayı başardı. Radyoaktiviteye elementlerin parçalanmasının eşlik ettiğini buldu ve bu ona 1908’de Nobel Kimya Ödülü’nü kazandırdı . Tüm pozitif yükün ve atomun neredeyse tüm kütlesinin toplandığı atom çekirdeğinin varlığını kanıtladığı bir atom modeli ona borçludur . Öğrencisinin işbirliğiyle ilk yapay dönüşümü gerçekleştirdi. Frederick Soddy (Soddy, kariyerinin ilerleyen dönemlerinde izotoplar üzerindeki çalışmaları nedeniyle 1921’de Nobel Kimya Ödülü’nü de aldı).
Hayatının ilk bölümünde kendini tamamen araştırmaya adadı ve ikinci yarısını nötronun keşfedildiği Cambridge’deki Cavendish Laboratuarlarını öğreterek ve yöneterek geçirdi. Bir çok öğrenci yetiştirmiştir bunların arasında Niels Bohr ve Otto Hahn’da yer almaktadır.
Hayatının İlk Yılları
İskoç asıllı babası James, bir çiftçi ve tamirciydi ve İngiltere’de doğan annesi Martha Thompson, evlenmeden önce göç etmiş bir öğretmendi. İkisi de çocuklarına iyi bir eğitim vermek ve eğitimlerine devam etmelerini sağlamak istiyordu.
Rutherford, merakı ve aritmetik yeteneği ile erkenden not edildi . Ailesi ve öğretmeni onu çok teşvik etti ve parlak bir öğrenci olduğu ortaya çıktı ve bu da üç yıl kaldığı Nelson Koleji’ne girmesine izin verdi. Ayrıca okulunda ona büyük bir popülerlik kazandıran harika ragbi nitelikleri vardı. Geçen yıl, Yeni Zelanda‘daki Üniversiteye, ragbi pratiğine devam ettiği ve bilim ve yansıma kulüplerine katıldığı Canterbury Koleji’ne girmesi sayesinde tüm derslerde birinci oldu.
Bu sıralarda Rutherford’un deney dehası olarak kendini göstermeye başladı: ilk araştırmaları, demirin yüksek frekanslar aracılığıyla manyetize edilebileceğini gösterdi ki bu başlı başına bir keşifti. Mükemmel akademik sonuçları, çalışmalarına ve araştırmalarına o Üniversitede toplam beş yıl devam etmesine izin verdi. Christchurch’ten mezun oldu ve kısa bir süre sonra Yeni Zelanda’nın matematik eğitimi alan tek bursunu kazandı ve geçen yılki masraflarını öğretmen olarak çalışarak karşıladı. Böylece matematik ve fizikte en iyi notlarla Master of Arts unvanını aldı.
1894’te, Cambridge’deki Cavendish Laboratories’de, 1895’ten itibaren elektronun kaşifi Joseph John Thomson’ın yönetiminde İngiltere’deki çalışmalarına devam etmesine izin veren Bachelor of Science unvanını aldı. Yurtdışından bu olasılığa ulaşan ilk öğrenciydi. Yeni Zelanda’dan ayrılmadan önce Christchurch’ten genç bir kadın olan Mary Newton ile nişanlandı. Cavendish Laboratories’de yıllar sonra Thomson’ın yerini alacaktı.
Ernest Rutherford
Cambridge, 1895-1898
İlk olarak, Hertz dalgaları ve onların uzak mesafelerdeki alımları üzerine araştırmalarına devam etti. Kraliyet Topluluğunun Felsefi İşlemlerinde yayınlanan Cambridge Fizik Topluluğuna çalışmalarının olağanüstü bir sunumunu yaptı, bu kadar genç bir araştırmacı için alışılmadık bir başarıydı ve bu onun ün kazanmasına yardımcı oldu.
Aralık 1895’te Thomson ile X- ışınlarının bir gaz üzerindeki etkisi üzerine çalışmaya başladı . X-ışınlarının havayı iyonlaştırma özelliğine sahip olduğunu keşfettiler , çünkü hem pozitif hem de negatif çok sayıda yüklü parçacık ürettiğini ve bu parçacıkların nötr atomları oluşturmak üzere yeniden birleşebileceğini gösterebildiler. Rutherford, iyonların hızını ve yeniden birleşme oranlarını ölçmek için bir teknik icat etti . Bu işler onu şöhrete giden yolda iten şeydi.
1898’de, Cambridge’de üç yıl geçirdikten sonra, 27 yaşındayken, Montreal’deki McGill Üniversitesi’nde fizik kürsüsü teklif edildi ve bu kürsü onun için nişanlısıyla evlenme olasılığını da temsil ettiği için hemen kabul etti.
Montreal, 1898-1907: radyoaktivite
Henri Becquerel o sıralarda ( 1896 ) uranyumun bilinmeyen bir radyasyon, “uranik radyasyon” yaydığını keşfetti. Bu radyasyonların havayı iyonize etme, uranyumu iki yüklü plaka arasına yerleştirme ve geçen akımı ölçme şeklini incelediği önemli bir belgedir. Böylece, uranyum örneklerini farklı kalınlıklarda metal levhalarla kaplayarak radyasyonun nüfuz etme gücünü inceledi. Levhaların kalınlığı arttıkça iyonlaşmanın hızla azalmaya başladığını, ancak belirli bir kalınlığın üzerinde daha zayıf bir şekilde azaldığını buldu. Bu nedenle, farklı nüfuz gücüne sahip oldukları için uranyumun iki farklı radyasyon yaydığını çıkardı. Daha az nüfuz eden radyasyona alfa radyasyonu ve daha fazla nüfuz eden (ve havadan geçtiği için mutlaka daha az iyonizasyon üreten) beta radyasyonu olarak adlandırdı.
Rutherford, 1905’te Montreal, Kanada’daki McGill Üniversitesi’nde (Kaynak : wikipedia.org)
1900’de Rutherford, Mary Newton ile evlendi. Bu evlilikten 1901 yılında tek kızları Eileen dünyaya geldi. Bu sıralarda, Rutherford toryumu inceler ve uranyumla aynı cihazı kullanarak, laboratuvarda bir kapı açmanın, sanki hava hareketleri deneyi bozabilirmiş gibi deneyi belirgin şekilde bozduğunu fark eder. Yakında toryumun, toryumu çevreleyen havayı soluduğu için, toryumun da radyoaktif bir yayılım yaydığı sonucuna varacak, bu havanın akımı toryumdan çok uzakta bile kolayca ilettiğini fark edecek.
Ayrıca, toryum dumanlarının yalnızca on dakika kadar radyoaktif kaldığını ve bunların nötr parçacıklar olduğunu belirtiyor. Radyoaktivitesi herhangi bir kimyasal reaksiyon veya koşullardaki (sıcaklık, elektrik alanı) değişikliklerle değişmez. Elektrotlar arasından geçen akım da azaldığı için bu parçacıkların radyoaktivitesinin katlanarak azaldığını da fark eder ve böylece 1900 yılında radyoaktif elementlerin periyodunu keşfeder . Montrealli kimyager Frederick Soddy’nin yardımıyla 1902’de toryum yayılımlarının gerçekten radyoaktif atomlar olduğu, toryum olmadığı ve radyoaktiviteye elementlerin parçalanmasının eşlik ettiği sonucuna vardı .
Bu keşif, maddenin yok edilemezliği ilkesine çok inanmış olan kimyagerler arasında heyecan yarattı. Zamanın biliminin büyük bir kısmı bu konsepte dayanıyordu. Bu nedenle, bu keşif gerçek bir devrimi temsil ediyor. Ancak, Rutherford’un çalışmalarının kalitesi şüpheye yer bırakmadı. Marie Curie ile radyoaktivitenin numunelerde kütle kaybına neden olduğunu doğrulamış olmasına rağmen, Pierre Curie’nin bu fikri kabul etmesi iki yıl aldı . Pierre Curie, doğalarını değiştirmeden kilo verdiklerine inanıyordu.
Rutherford’un araştırması 1903’te Royal Society tarafından tanındı ve ona 1904’te Rumford Madalyası verildi . Araştırmalarının sonucunu 1904’te Radyoaktivite adlı bir kitapta özetledi ve burada radyoaktivitenin dış basınç ve sıcaklık koşullarından veya kimyasal reaksiyonlardan etkilenmediğini, ancak bir radyasyonunkinden daha büyük bir ısı emisyonu içerdiğini açıkladı. Kimyasal reaksiyon. Radyoaktif elementler yok olurken, farklı kimyasal özelliklere sahip yeni elementlerin üretildiğini de açıkladı.
Frederick Soddy ile birlikte, nükleer parçalanmadan kaynaklanan termal enerji emisyonunun, kimyasal bir reaksiyon tarafından üretilenden 20.000 ila 100.000 kat daha fazla olduğunu hesapladı. Ayrıca, böyle bir enerjinin güneş tarafından yayılan enerjiyi açıklayabileceği hipotezini başlattı. Eğer dünya (çekirdeği söz konusu olduğunda) sabit bir sıcaklığı koruyorsa, bunun şüphesiz içinde meydana gelen parçalanma reaksiyonlarından kaynaklandığına inanıyorlardı. Atomlarda depolanan bu büyük potansiyel enerji fikri, bir yıl sonra Albert Einstein kütle ve enerji arasındaki denkliği keşfettiğinde bir doğrulama ilkesi bulacaktır . Bu çalışmaların ardından , Fritz Strassmann ile birlikte nükleer fisyonun kaşifi Otto Hahnve Lise Meitner , birkaç aylığına McGill’de Rutherford ile birlikte çalışacaklar.
Radyoaktif elementlerle yapılan çok sayıda çalışma sayesinde, bunların iki tür radyasyon yaydığını gözlemledi. Alfa ışınları olarak adlandırdığı ilk radyasyon türü, oldukça enerjiktir ancak kısa bir menzile sahiptir ve çevre tarafından hızla emilir. İkinci tip radyasyon oldukça nüfuz edicidir ve beta ışınları dediği çok daha uzun bir menzile sahiptir. Elektrik ve manyetik alanları kullanarak bu ışınları analiz eder ve hızlarını, yüklerinin işaretini ve yük ile kütle arasındaki ilişkiyi çıkarır. Ayrıca, gama ışınları olarak adlandıracağı çok enerjik radyasyonun üçüncü bir türünü de bulur.
Manchester, 1907-1919 : Atom Çekirdeği
1907’de Hans Geiger ile birlikte çalıştığı Manchester Üniversitesi’nde profesör oldu . Bununla radyoaktif maddeler tarafından yayılan alfa parçacıklarının (gelecekteki Geiger sayacının prototipi ) tespit edilmesini sağlayan bir sayaç icat edecek, çünkü cihazda bulunan gazı iyonize ederek tespit edilebilecek bir deşarj üretiyorlar. Bu cihaz, Avogadro’nun sayısını çok doğrudan bir şekilde tahmin etmelerini sağlar : Radyumun parçalanma periyodunu bularak ve cihazlarını zaman başına parçalanma sayısını ölçmek için kullanarak. Bu şekilde numunede bulunan radyum atomlarının sayısını çıkardılar.
1908’de öğrencilerinden biri olan Thomas Royds ile birlikte , varsayılanı kesin olarak kanıtladı: alfa parçacıklarının helyum çekirdeği olduğunu . 5 6Aslında kanıtladıkları şey, bir kez yüklerinden kurtulduklarında, alfa parçacıklarının helyum atomları olduğudur. Bunu göstermek için, radyoaktif maddeyi alfa parçacıklarının etkili bir şekilde geçmesi için yeterince ince bir malzemede izole etti, ancak bunu yapmak için radyoaktif elementlerin her türlü “dökülmesini”, yani herhangi bir bozunma ürününü engeller. Ardından, numuneleri içeren kutunun etrafındaki gazı toplar ve spektrumunu analiz eder. Daha sonra büyük miktarda helyum bulur: alfa parçacıklarını oluşturan çekirdekler mevcut elektronları geri kazanmışlardır.
Rutherford atom modeli
Aynı yıl , 1908’deki çalışmaları nedeniyle Nobel Kimya Ödülü’nü kazandı . Bununla birlikte, kendisini temelde bir fizikçi olarak gördüğü için biraz sıkıntı çekecektir. En ünlü alıntılarından biri, kuşkusuz Fiziği diğer tüm bilimlerin üzerine yerleştiren “Bilim ya Fiziktir ya da Filatelidir” sözüdür.
1911’de atom çekirdeğini keşfederek bilime en büyük katkısını yapacak. Montreal’de, ince bir mika tabakasını alfa parçacıklarıyla bombardıman ederken, bu parçacıklarda bir sapmanın elde edildiğini gözlemlemişti. Geiger ve Marsden bu deneyleri altın folyo kullanarak daha dikkatli bir şekilde ele alırken , bazı alfa parçacıklarının 90 dereceden fazla saptığını buldular. Rutherford daha sonra, Geiger ve Marsden’in deneylerinin sonuçlarıyla karşı çıktıkları, atomun merkezinde neredeyse tüm kütle 7’yi içeren bir “çekirdek” olması gerektiği hipotezini kurdu.ve atomun tüm pozitif yükünü ve aslında elektronların atomun boyutunu belirlemesi gerektiğini. Bu gezegen modeli 1904’te bir Japon, Hantarō Nagaoka tarafından önerildi , ancak fark edilmedi. Bu durumda elektronların merkez çekirdeğin etrafında dönerek ışıma yapması ve dolayısıyla düşmesi gerektiğine itiraz edildi. Sonuçlar, bunun şüphesiz iyi bir model olduğunu gösterdi, çünkü alfa parçacıklarının difüzyon hızını, difüzyon açısının bir fonksiyonu ve atom çekirdeğinin boyutları için bir büyüklük sırası olarak doğru bir şekilde tahmin etmeyi mümkün kıldı.
1914’te I. Dünya Savaşı başlar ve Rutherford denizaltıları tespit etmek için akustik yöntemlere odaklanır. Savaştan sonra, 1919’da ilk yapay dönüşümünü gerçekleştirdi. Alfa parçacıklarının hidrojen bombardımanı tarafından üretilen protonları gözlemledikten sonra ( çinko sülfür kaplı ekranlarda ürettikleri titremeyi gözlemleyerek ) , aynı deneyi hava ile ve hatta daha fazlasını nitrojen ile yaparsa, bu titreşimlerin çoğunu aldığını fark eder. Bundan, nitrojen atomlarına çarpan alfa parçacıklarının bir proton ürettiğini, yani nitrojen çekirdeğinin alfa parçacığını emerek doğasını değiştirdiğini ve oksijene dönüştüğünü çıkarır. Rutherford, tarihteki ilk yapay dönüşümü ilk önce üretmişti. Bazıları onun amacına ulaşan ilk simyacı olduğuna inanıyor.
Cambridge, 1919-1937: Cavendish’teki altın çağ
Aynı yıl Cavendish laboratuvarında JJ Thomson’ın yerine geçerek yöneticisi oldu. Laboratuvar ve ayrıca Rutherford için altın çağın başlangıcıdır. O zamandan beri, nükleer fizik alanındaki araştırmalar üzerindeki etkisi çok büyük olmuştur. Örneğin, Kraliyet Cemiyeti’ne verdiği bir derste , nötronun ve hidrojen ve helyum izotoplarının varlığından bahsetmiştir. Ve bunlar sizin yönetiminizde Cavendish laboratuvarında keşfedilecek. Nötronun kaşifi James Chadwick (bunun için 1932’de Nobel Ödülü), Rutherford’un gezegen modelinin kararsız olmadığını gösteren Niels Bohr ve Robert Oppenheimer (Atom bombasının babası olarak kabul edilen kişidir) , Rutherford’un zamanında laboratuvarda eğitim görmüş kişiler arasındadır. Rutherford’un öğrencisi olan Moseley, X-ışınlarının sapmasını kullanarak, atomların çekirdekte ne kadar pozitif yük varsa o kadar elektrona sahip olduğunu gösterdi ve bunun ardından elde ettiği sonuçların “Bohr ve Rutherford’un sezgilerini kuvvetle doğruladığını” gösterdi. John Cockcroft ve Ernest Walton, 1938’de bir parçacık hızlandırıcı kullanarak atomun parçalanmasını gösteren bir deney için Nobel Ödülü’nü aldı ve Edward Appleton da iyonosferin varlığını gösterdiği için 1947’de Nobel Ödülü’nü aldı.
Cavendish laboratuvarında verdiği çok sayıda ders ve öğrencileriyle kurduğu çok sayıda temas, Rutherford’un, onun için bir fikrin yalnızca bir parçası olan teoriden çok, gerçeklere çok bağlı bir kişi olduğu imajını verdi. Deneysel gerçeklere olan bu bağlılık, büyük titizliğin ve büyük dürüstlüğün işaretiydi. Enrico Fermi , nötronların yardımıyla çeşitli elementleri parçalamayı başardığında, onu “teorik fizikten kurtulduğu” için tebrik etmek için yazdı.
Neyse ki, Rutherford gerçekler üzerinde durmadı ve büyük hayal gücü, en uzak teorik sonuçların ötesinde, bir göz atmasına izin verdi, ancak işlerin gereksiz yere karmaşık olduğunu kabul edemedi. Ziyaretçinin ünü ne olursa olsun, çalışmalarını öğrencilere ve araştırmacılara sergilemeye gelen laboratuvar ziyaretçilerine sık sık bu doğrultuda açıklamalar yaptı. Sadeliğe olan bağlılığı neredeyse meşhurdu. Kendisinin dediği gibi: “Ben kendim basit bir adamım.“
Cavendish Laboratuvarı’ndaki yetkisi, uyandırabileceği korkuya dayanmıyordu. Buna karşılık, Rutherford neşeli bir karaktere sahipti. Laboratuvarda mırıldandığını duyduğunda işine devam ettiğini biliyordun. Öğrencileri tarafından büyük saygı gördü, geçmiş çalışmaları ya da onu çevreleyen efsaneden çok ilgi çekici kişiliği, cömertliği ve entelektüel otoritesi için çok saygı gördü. Rus meslektaşlarından Peter Kapitzaona “timsah” lakabını taktı ve meslektaşları arasında bu şekilde tanındı. Korkunç veya tehlikeli olduğu için değil, Afrika nehirlerinden çok uzakta bir Sovyet için timsah kavramı muazzam bir gücü temsil ettiği için bu isim takıldı. Kimse ona öyle demese de, Rutherford bunu çok iyi biliyordu ve içten içe gurur duyuyordu. Ayrıca, Kapitza’nın stüdyoları için inşa edilen binada büyük bir timsah kabartması vardı.
Bu aynı zamanda Rutherford için de onur zamanı: 1925 ile 1930 arasında Kraliyet Cemiyeti’nin başkanı ve politik olarak çalkantılı zamanlarda Alman üniversite öğrencilerinin ülkelerinden kaçmalarına yardımcı olan Akademik Yardım Konseyi’nin başkanıydı. Ayrıca 1924’te Franklin Madalyası ve 1936’da Faraday Madalyası ile ödüllendirildi . Hiç unutmadığı memleketi Yeni Zelanda’ya son yolculuğunu 1925’te yaptı ve bir kahraman olarak karşılandı. 1931’de asalet elde ettive Cambridge’den Nelson’dan Baron Rutherford unvanını aldı. Ama aynı yıl, tek kızı Eileen, dördüncü çocuğunu doğurduktan dokuz gün sonra öldü.
Rutherford çok sağlam bir adamdı ve mülkünde bazı ağaçları keserken yaralandıktan sonra 1937’de küçük bir ameliyat geçirmek için hastaneye yattı. Eve döndüğünde, sorunsuz bir şekilde iyileşiyor gibiydi, ancak durumu aniden kötüleşti. 19 Ekim’de öldü ve Westminster Abbey’de Isaac Newton ve Kelvin ile birlikte gömüldü.
Bilimsel Başarıları ve Günümüze Olan Etkileri
Rutherford, tarihin en büyük bilim adamlarından biri olarak kabul edilir.
Rutherford’un araştırmaları ve laboratuvarın yöneticisi olarak onun yönetimi altında yapılan çalışmalar, atomun nükleer yapısını ve nükleer bir süreç olarak radyoaktif bozunmanın temel doğasını belirledi. Rutherford altında çalışan bir araştırmacı olan Patrick Blackett , doğal alfa parçacıklarını kullanarak, indüklenmiş nükleer transmutasyon gösterdi . Daha sonra, bir hızlandırıcıdan gelen protonları kullanan Rutherford’un ekibi, yapay olarak indüklenen nükleer reaksiyonlar ve dönüşüm gösterdi . Nükleer fiziğin babası olarak bilinir. Rutherford, Leó Szilárd’ın nükleer zincirleme reaksiyon fikrinin gerçekleştiğini göremeyecek kadar erken öldü. Bununla birlikte, Rutherford’un, 12 Eylül 1933’te Londra gazetesinde The Times’da yayınlanan, onun yapay olarak indüklenen lityuma dönüşümü üzerine yaptığı bir konuşma, Szilárd tarafından, enerji üretecek kontrollü bir nükleer zincirleme reaksiyon olasılığını düşünmek için ilham kaynağı olarak seçildi. . Aynı gün Londra’da dolaşırken Szilard’ın aklına bu fikir geldi.
Rutherford’un konuşması, 1932’de öğrencileri John Cockcroft ve Ernest Walton tarafından lityumu, inşa ettikleri bir parçacık hızlandırıcıdan gelen protonlarla bombardıman ederek alfa parçacıklarına “bölmek” için yapılan çalışmalara atıfta bulundu. Rutherford, bölünmüş lityum atomları tarafından salınan enerjinin çok büyük olduğunu fark etti, ancak aynı zamanda hızlandırıcı için gereken enerjinin ve atomları bu şekilde bölmedeki temel verimsizliğinin projeyi imkansız hale getirdiğini de fark etti. pratik bir enerji kaynağı olarak ( hızlandırıcı kaynaklı hafif elementlerin fisyon bugün bile bu şekilde kullanılmak için hala çok yetersizdir). Rutherford’un konuşması kısmen şöyle dedi:
Bu süreçlerden protonun sağladığından çok daha fazla enerji alabilirdik, ancak genel olarak bu şekilde enerji elde etmeyi bekleyemezdik. Bu, enerji üretmenin çok zayıf ve verimsiz bir yoluydu ve atomların dönüşümünde bir enerji kaynağı arayan herkes çok mutluydu. Ama konu bilimsel olarak ilginçti çünkü içindeki atomların bilinmesini sağlıyordu.
