Cyn y gelfyddyd driphlyg, hynny yw, am ddarganfod ymbelydredd artiffisial
O bryd i'w gilydd yn hanes ffiseg mae yna flynyddoedd "gwych" pan fydd ymdrechion ar y cyd llawer o ymchwilwyr yn arwain at gyfres o ddarganfyddiadau arloesol. Felly yr oedd hi gyda 1820, blwyddyn y trydan, 1905, blwyddyn wyrthiol pedwar papur Einstein, 1913, y flwyddyn sy'n gysylltiedig ag astudiaeth o strwythur yr atom, ac yn olaf, 1932, pan ddaeth cyfres o ddarganfyddiadau technegol a datblygiadau mewn crëwyd ynni niwclear ffiseg.
newlyweds
Irene, merch hynaf Marie Skłodowska-Curie a Pierre Curie , ganed ym Mharis yn 1897 (1). Hyd at ddeuddeg oed, fe'i magwyd gartref, mewn "ysgol" fach a grëwyd gan wyddonwyr enwog ar gyfer ei phlant, lle roedd tua deg o fyfyrwyr. Yr athrawon oedd: Marie Sklodowska-Curie (ffiseg), Paul Langevin (mathemateg), Jean Perrin (cemeg), a dysgwyd y dyniaethau yn bennaf gan famau'r myfyrwyr. Roedd gwersi fel arfer yn digwydd yng nghartrefi athrawon, tra bod plant yn astudio ffiseg a chemeg mewn labordai go iawn.
Felly, dysgu ffiseg a chemeg oedd caffael gwybodaeth trwy weithredoedd ymarferol. Roedd pob arbrawf llwyddiannus wrth fodd ymchwilwyr ifanc. Roedd y rhain yn arbrofion go iawn yr oedd angen eu deall a’u cynnal yn ofalus, ac roedd yn rhaid i’r plant yn labordy Marie Curie fod mewn trefn ragorol. Roedd yn rhaid cael gwybodaeth ddamcaniaethol hefyd. Profodd y dull, fel tynged myfyrwyr yr ysgol hon, yn ddiweddarach yn wyddonwyr da a rhagorol, yn effeithiol.
2. Frederic Joliot (llun Harcourt)
At hynny, treuliodd taid tad Irena, meddyg, lawer o amser i wyres amddifad ei dad, gan gael hwyl ac ychwanegu at ei haddysg gwyddoniaeth naturiol. Yn 1914, graddiodd Irene o'r Coleg arloesol Sévigné a ymunodd â chyfadran mathemateg a gwyddoniaeth yn y Sorbonne. Roedd hyn yn cyd-daro â dechrau'r Rhyfel Byd Cyntaf. Ym 1916 ymunodd â'i mam a gyda'i gilydd trefnasant wasanaeth radiolegol yng Nghroes Goch Ffrainc. Ar ôl y rhyfel, derbyniodd radd baglor. Ym 1921, cyhoeddwyd ei gwaith gwyddonol cyntaf. Roedd yn ymroddedig i ganfod màs atomig clorin o wahanol fwynau. Yn ei gweithgareddau pellach, bu'n gweithio'n agos gyda'i mam, gan ddelio ag ymbelydredd. Yn ei thraethawd hir doethuriaeth, a amddiffynnwyd ym 1925, astudiodd y gronynnau alffa a allyrrir gan poloniwm.
Frederic Joliot ganwyd yn 1900 ym Mharis (2). O wyth oed bu'n mynychu ysgol yn So, bu'n byw mewn ysgol breswyl. Bryd hynny, roedd yn well ganddo chwaraeon nag astudiaethau, yn enwedig pêl-droed. Yna cymerodd ei dro i fynychu dwy ysgol uwchradd. Fel Irene Curie, collodd ei dad yn gynnar. Yn 1919 pasiodd yr arholiad yn École de Physique et de Chemie Industrielle de la Ville de Paris (Ysgol Ffiseg Ddiwydiannol a Chemeg Ddiwydiannol Dinas Paris). Graddiodd yn 1923. Dysgodd ei athro, Paul Langevin, am alluoedd a rhinweddau Frederick. Ar ôl 15 mis o wasanaeth milwrol, ar orchymyn Langevin, fe'i penodwyd yn gynorthwyydd labordy personol i Marie Skłodowska-Curie yn Sefydliad Radium gyda grant gan Sefydliad Rockefeller. Yno cyfarfu ag Irene Curie, ac yn 1926 priododd y bobl ifanc.
Cwblhaodd Frederick ei draethawd hir ar electrocemeg elfennau ymbelydrol ym 1930. Ychydig yn gynharach, roedd eisoes wedi canolbwyntio ei ddiddordebau ar ymchwil ei wraig, ac ar ôl amddiffyn traethawd hir doethuriaeth Frederick, roeddent eisoes yn cydweithio. Un o’u llwyddiannau pwysig cyntaf oedd paratoi poloniwm, sy’n ffynhonnell gref o ronynnau alffa, h.y. niwclysau heliwm.(24Ef). Fe ddechreuon nhw o safle breintiedig yn ddiymwad, oherwydd Marie Curie a gyflenwodd gyfran fawr o poloniwm i'w merch. Disgrifiodd Lew Kowarsky, eu cydweithiwr diweddarach, hwy fel a ganlyn: Roedd Irena yn "dechnegydd rhagorol", "gweithiodd yn hyfryd iawn ac yn ofalus", "roedd hi'n deall yn ddwfn yr hyn yr oedd yn ei wneud." Roedd gan ei gŵr “ddychymyg mwy disglair, mwy esgynnol”. "Roedden nhw'n ategu ei gilydd yn berffaith ac yn gwybod hynny." O safbwynt hanes gwyddoniaeth, y rhai mwyaf diddorol iddynt oedd dwy flynedd: 1932-34.
Bu bron iddynt ddarganfod y niwtron
Mae "bron" yn bwysig iawn. Dysgon nhw am y gwirionedd trist hwn yn fuan iawn. Yn 1930 yn Berlin, dau Almaenwr - Walter Bothe i Hubert Becker - Ymchwilio i sut mae atomau ysgafn yn ymddwyn wrth gael eu peledu â gronynnau alffa. Tarian Beryllium (49Byddwch) pan gaiff ei beledu â gronynnau alffa allyrru ymbelydredd hynod dreiddgar ac egni uchel. Yn ôl yr arbrofwyr, rhaid mai ymbelydredd electromagnetig cryf oedd yr ymbelydredd hwn.
Ar y cam hwn, deliodd Irena a Frederick â'r broblem. Eu ffynhonnell o ronynnau alffa oedd y mwyaf pwerus erioed. Fe wnaethon nhw ddefnyddio siambr cwmwl i arsylwi ar y cynhyrchion adwaith. Ddiwedd Ionawr 1932, cyhoeddwyd yn gyhoeddus mai pelydrau gama oedd yn tynnu protonau ynni uchel o sylwedd sy'n cynnwys hydrogen. Nid oeddent yn deall eto beth oedd yn eu dwylo a beth oedd yn digwydd.. Ar ol darllen James Chadwick (3) yng Nghaergrawnt aeth ati ar unwaith i weithio, gan feddwl nad ymbelydredd gama oedd hwn o gwbl, ond niwtronau a ragfynegwyd gan Rutherford sawl blwyddyn ymlaen llaw. Ar ôl cyfres o arbrofion, daeth yn argyhoeddedig o arsylwi'r niwtron a chanfod bod ei fàs yn debyg i fàs y proton. Ar Chwefror 17, 1932, cyflwynodd nodyn i'r cyfnodolyn Nature o'r enw "The Possible Existence of the Neutron."
Niwtron ydoedd mewn gwirionedd, er bod Chadwick yn credu bod niwtron yn cynnwys proton ac electron. Dim ond yn 1934 y deallodd a phrofodd mai gronyn elfennol yw'r niwtron. Dyfarnwyd y Wobr Nobel mewn Ffiseg i Chadwick ym 1935. Er gwaethaf y sylweddoliad eu bod wedi methu darganfyddiad pwysig, parhaodd y Joliot-Curies â'u hymchwil yn y maes hwn. Sylweddolon nhw fod yr adwaith hwn yn cynhyrchu pelydrau gama yn ogystal â niwtronau, felly fe wnaethon nhw ysgrifennu'r adwaith niwclear:
, lle Ef yw egni'r gama-cwantwm. Cynhaliwyd arbrofion tebyg gyda 919F.
Wedi methu agor eto
Ychydig fisoedd cyn darganfod y positron, roedd gan Joliot-Curie luniau o, ymhlith pethau eraill, lwybr crwm, fel pe bai'n electron, ond yn troelli i gyfeiriad arall yr electron. Tynnwyd y lluniau mewn siambr niwl mewn maes magnetig. Yn seiliedig ar hyn, siaradodd y cwpl am electronau yn mynd i ddau gyfeiriad, o'r ffynhonnell ac i'r ffynhonnell. Mewn gwirionedd, y rhai sy'n gysylltiedig â'r cyfeiriad "tuag at y ffynhonnell" oedd positronau, neu electronau positif yn symud i ffwrdd o'r ffynhonnell.
Yn y cyfamser, yn yr Unol Daleithiau ddiwedd haf 1932, Carl David Anderson (4), yn fab i fewnfudwyr Sweden, astudiodd belydrau cosmig mewn siambr cwmwl dan ddylanwad maes magnetig. Mae pelydrau cosmig yn dod i'r Ddaear o'r tu allan. Roedd Anderson, i fod yn sicr o gyfeiriad a symudiad y gronynnau, y tu mewn i'r siambr yn pasio'r gronynnau trwy blât metel, lle collon nhw rywfaint o'r egni. Ar Awst 2, gwelodd lwybr, a ddehonglwyd ganddo yn ddi-os fel electron positif.
Mae'n werth nodi bod Dirac wedi rhagweld bodolaeth ddamcaniaethol gronyn o'r fath yn flaenorol. Fodd bynnag, ni ddilynodd Anderson unrhyw egwyddorion damcaniaethol yn ei astudiaethau o belydrau cosmig. Yn y cyd-destun hwn, galwodd ei ddarganfyddiad yn ddamweiniol.
Unwaith eto, bu'n rhaid i Joliot-Curie ddioddef proffesiwn diymwad, ond ymgymerodd ag ymchwil pellach yn y maes hwn. Canfuwyd y gall ffotonau pelydr-gama ddiflannu ger cnewyllyn trwm, gan ffurfio pâr electron-positron, yn ôl pob golwg yn unol â fformiwla enwog Einstein E = mc2 a chyfraith cadwraeth egni a momentwm. Yn ddiweddarach, profodd Frederick ei hun fod yna broses o ddiflannu pâr electron-positron, gan arwain at ddau gama cwanta. Yn ogystal â phositronau o barau electron-positron, cawsant positronau o adweithiau niwclear.
5. Seithfed Gynhadledd Solfach, 1933
Yn eistedd yn y rhes flaen: Irene Joliot-Curie (ail o'r chwith),
Maria Skłodowska-Curie (pumed o'r chwith), Lise Meitner (ail o'r dde).
ymbelydredd artiffisial
Nid gweithred ar unwaith oedd darganfod ymbelydredd artiffisial. Ym mis Chwefror 1933, trwy beledu alwminiwm, fflworin, ac yna sodiwm â gronynnau alffa, cafodd Joliot niwtronau ac isotopau anhysbys. Ym mis Gorffennaf 1933, cyhoeddwyd eu bod, trwy arbelydru alwminiwm â gronynnau alffa, nid yn unig yn arsylwi niwtronau, ond hefyd positronau. Yn ôl Irene a Frederick, ni allai'r positronau yn yr adwaith niwclear hwn fod wedi'u ffurfio o ganlyniad i ffurfio parau electron-positron, ond roedd yn rhaid iddynt ddod o'r niwclews atomig.
Cynhaliwyd Seithfed Gynhadledd Solvay (5) ym Mrwsel ar Hydref 22-29, 1933. Fe'i gelwid yn "Adeiledd a Phriodweddau Niwclei Atomig". Fe'i mynychwyd gan 41 o ffisegwyr, gan gynnwys yr arbenigwyr mwyaf blaenllaw yn y maes hwn yn y byd. Adroddodd Joliot ganlyniadau eu harbrofion, gan nodi bod arbelydru boron ac alwminiwm â phelydrau alffa yn cynhyrchu naill ai niwtron â phositron neu broton.. Yn y gynhadledd hon Lisa Meitner Dywedodd, yn yr un arbrofion ag alwminiwm a fflworin, na chafodd yr un canlyniad. Wrth ddehongli, nid oedd yn rhannu barn y cwpl o Baris am natur niwclear tarddiad positronau. Fodd bynnag, pan ddychwelodd i weithio yn Berlin, cynhaliodd yr arbrofion hyn eto, ac ar Dachwedd 18, mewn llythyr at Joliot-Curie, cyfaddefodd fod positronau bellach, yn ei barn hi, yn dod allan o'r cnewyllyn.
Yn ogystal, mae'r gynhadledd hon Francis Perrin, eu cyfoedion a ffrind da o Baris, yn siarad allan ar y pwnc o positrons. O arbrofion roedd yn hysbys eu bod wedi cael sbectrwm di-dor o positronau, tebyg i'r sbectrwm o ronynnau beta mewn pydredd ymbelydrol naturiol. Dadansoddiad pellach o egni positronau a niwtronau Daeth Perrin i'r casgliad y dylid gwahaniaethu rhwng dau ollyngiad yma: yn gyntaf, allyriad niwtronau, ynghyd â ffurfio cnewyllyn ansefydlog, ac yna allyriad positronau o'r cnewyllyn hwn.
Ar ôl y gynhadledd rhoddodd Joliot y gorau i'r arbrofion hyn am tua dau fis. Ac yna, ym mis Rhagfyr 1933, cyhoeddodd Perrin ei farn ar y mater. Ar yr un pryd, hefyd ym mis Rhagfyr Enrico Fermi Cynigiodd y ddamcaniaeth o bydredd beta. Roedd hyn yn sail ddamcaniaethol ar gyfer dehongli profiadau. Yn gynnar yn 1934, ailddechreuodd y cwpl o brifddinas Ffrainc eu harbrofion.
Yn union ar Ionawr 11, prynhawn dydd Iau, cymerodd Frédéric Joliot ffoil alwminiwm a'i beledu â gronynnau alffa am 10 munud. Am y tro cyntaf, defnyddiodd gownter Geiger-Muller i'w ganfod, ac nid y siambr niwl, fel o'r blaen. Roedd yn synnu i sylwi, wrth iddo dynnu ffynhonnell y gronynnau alffa o'r ffoil, na ddaeth y cyfrif o positronau i ben, roedd y cownteri'n parhau i'w dangos, dim ond bod eu nifer wedi gostwng yn esbonyddol. Penderfynodd mai 3 munud a 15 eiliad oedd yr hanner oes. Yna gostyngodd egni'r gronynnau alffa sy'n disgyn ar y ffoil trwy osod brêc plwm yn eu llwybr. Ac fe gafodd lai o bositronau, ond ni newidiodd yr hanner oes.
Yna fe ddarostyngodd boron a magnesiwm i'r un arbrofion, a chafodd hanner oes yn yr arbrofion hyn o 14 munud a 2,5 munud, yn y drefn honno. Yn dilyn hynny, cynhaliwyd arbrofion o'r fath gyda hydrogen, lithiwm, carbon, beryllium, nitrogen, ocsigen, fflworin, sodiwm, calsiwm, nicel ac arian - ond ni welodd ffenomen debyg ag ar gyfer alwminiwm, boron a magnesiwm. Nid yw rhifydd Geiger-Muller yn gwahaniaethu rhwng gronynnau gwefr bositif a negyddol, felly fe wnaeth Frédéric Joliot hefyd wirio ei fod mewn gwirionedd yn delio ag electronau positif. Roedd yr agwedd dechnegol hefyd yn bwysig yn yr arbrawf hwn, h.y., presenoldeb ffynhonnell gref o ronynnau alffa a’r defnydd o rifydd gronynnau â gwefr sensitif, fel rhifydd Geiger-Muller.
Fel yr eglurwyd yn flaenorol gan y pâr Joliot-Curie, mae positronau a niwtronau yn cael eu rhyddhau ar yr un pryd yn y trawsnewidiad niwclear a welwyd. Nawr, yn dilyn awgrymiadau Francis Perrin a darllen ystyriaethau Fermi, daeth y cwpl i'r casgliad bod yr adwaith niwclear cyntaf wedi cynhyrchu cnewyllyn ansefydlog a niwtron, wedi'i ddilyn gan beta a dadfeiliad y cnewyllyn ansefydlog hwnnw. Felly gallent ysgrifennu'r ymatebion canlynol:
Sylwodd y Joliots fod gan yr isotopau ymbelydrol canlyniadol hanner oes rhy fyr i fodoli ym myd natur. Cyhoeddwyd eu canlyniadau ar Ionawr 15, 1934, mewn erthygl o'r enw "A New Type of Radioactivity". Yn gynnar ym mis Chwefror, llwyddwyd i adnabod ffosfforws a nitrogen o'r ddau adwaith cyntaf o'r symiau bach a gasglwyd. Yn fuan roedd proffwydoliaeth y gallai mwy o isotopau ymbelydrol gael eu cynhyrchu mewn adweithiau bomio niwclear, hefyd gyda chymorth protonau, deuteronau a niwtronau. Ym mis Mawrth, gwnaeth Enrico Fermi bet y byddai adweithiau o'r fath yn cael eu cynnal yn fuan gan ddefnyddio niwtronau. Enillodd y bet ei hun yn fuan.
Dyfarnwyd y Wobr Nobel mewn Cemeg i Irena a Frederick ym 1935 am "synthesis o elfennau ymbelydrol newydd". Roedd y darganfyddiad hwn yn paratoi'r ffordd ar gyfer cynhyrchu isotopau ymbelydrol artiffisial, sydd wedi dod o hyd i lawer o gymwysiadau pwysig a gwerthfawr mewn ymchwil sylfaenol, meddygaeth a diwydiant.
Yn olaf, mae'n werth sôn am ffisegwyr o UDA, Ernest Lawrence gyda chydweithwyr o Berkeley ac ymchwilwyr o Pasadena, ac yn eu plith roedd Pwyleg a oedd ar interniaeth Andrzej Soltan. Gwelwyd bod y cownteri yn cyfrif corbys, er bod y cyflymydd eisoes wedi rhoi'r gorau i weithio. Nid oeddent yn hoffi'r cyfrif hwn. Fodd bynnag, nid oeddent yn sylweddoli eu bod yn delio â ffenomen newydd bwysig a'u bod yn syml yn methu â darganfod ymbelydredd artiffisial ...
