|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
NAJWAŻNIEJSZE ODKRYCIA NAUKOWE
sztuczna radioaktywność. Historia i istota odkryć naukowych
Katalog / Najważniejsze odkrycia naukowe Sztuczną radioaktywność odkryli małżonkowie Irene (1897–1956) i Frederic (1900–1958) Joliot-Curie. 15 stycznia 1934 r. ich notatka została przedstawiona przez J. Perrina na posiedzeniu paryskiej Akademii Nauk. Irene i Frederick zdołali ustalić, że po bombardowaniu cząstkami alfa niektóre lekkie pierwiastki - magnez, bor, aluminium - emitują pozytony. Ponadto próbowali ustalić mechanizm tej emisji, która różniła się charakterem od wszystkich znanych wówczas przypadków przemian jądrowych. Naukowcy umieścili źródło cząstek alfa (preparat polonu) w odległości jednego milimetra od folii aluminiowej. Następnie wystawiali ją na promieniowanie przez około dziesięć minut. Licznik Geigera-Mullera wykazał, że folia emituje promieniowanie, którego intensywność spada wykładniczo w czasie z okresem półtrwania wynoszącym 3 minuty 15 sekund. W eksperymentach z borem i magnezem okresy półtrwania wynosiły odpowiednio 14 i 2,5 minuty. Ale w eksperymentach z wodorem, litem, węglem, berylem, azotem, tlenem, fluorem, sodem, wapniem, niklem i srebrem nie stwierdzono takich zjawisk. Niemniej jednak Joliot-Curies doszli do wniosku, że promieniowanie wywołane bombardowaniem atomami glinu, magnezu i boru nie może być wyjaśnione obecnością jakichkolwiek zanieczyszczeń w preparacie polonu. "Analiza promieniowania boru i glinu w komorze chmurowej wykazała" - piszą K. Manołow i V. Tyutyunnik w swojej książce "Biografia atomu", że jest to strumień pozytonów. Stało się jasne, że naukowcy mają do czynienia z nowym zjawiskiem, które znacznie różniło się od wszystkich znanych przypadków przemian jądrowych. Znane do tej pory reakcje jądrowe miały charakter wybuchowy, natomiast emisja dodatnich elektronów przez niektóre lekkie pierwiastki poddane napromieniowaniu promieniami polonu alfa trwa przez jakiś mniej lub bardziej długi czas po usunięciu źródła promieni alfa.bor np. ten czas dochodzi do pół godziny. Joliot-Curies doszli do wniosku, że mówimy tu o rzeczywistej promieniotwórczości, przejawiającej się w emisji pozytonu. Potrzebne były nowe dowody, a przede wszystkim wyizolowanie odpowiedniego izotopu promieniotwórczego. Opierając się na badaniach Rutherford a Cockcroft, Irene i Frédéric Joliot-Curie byli w stanie ustalić, co dzieje się z atomami glinu, gdy są bombardowane cząstkami polonu alfa. Najpierw cząstki alfa są wychwytywane przez jądro atomu glinu, którego ładunek dodatni wzrasta o dwie jednostki, w wyniku czego zamieniają się w jądro radioaktywnego atomu fosforu, zwanego przez naukowców radiofosforem. Procesowi temu towarzyszy emisja jednego neutronu, dlatego masa powstałego izotopu wzrasta nie o cztery, ale o trzy jednostki i staje się równa 30. Stabilny izotop fosforu ma masę 31. „Radiofosfor” z ładunek 15 i masa 30 rozpada się z okresem półtrwania 3 minuty 15 sekund, emitując jeden pozyton i stając się stabilnym izotopem krzemu. Jedynym i niepodważalnym dowodem na to, że aluminium zamienia się w fosfor, a następnie w krzem o ładunku 14 i masie 30, może być jedynie wyizolowanie tych pierwiastków i ich identyfikacja za pomocą charakterystycznych jakościowych reakcji chemicznych. Dla każdego chemika pracującego ze stabilnymi związkami było to proste zadanie, ale dla Irene i Fredericka sytuacja była zupełnie inna: otrzymane atomy fosforu trwały nieco ponad trzy minuty. Chemicy mają wiele metod wykrywania tego pierwiastka, ale wszystkie wymagają długotrwałych oznaczeń. Dlatego opinia chemików była jednomyślna: nie da się zidentyfikować fosforu w tak krótkim czasie. Jednak Joliot-Curies nie rozpoznali słowa „niemożliwe”. I choć to „nie do rozwiązania” zadanie wymagało przepracowania, napięcia, wirtuozowskiej zręczności i nieskończonej cierpliwości, zostało rozwiązane. Pomimo skrajnie niskiej wydajności produktów przemian jądrowych i absolutnie znikomej masy substancji, która uległa przemianie - zaledwie kilku milionów atomów, udało się ustalić właściwości chemiczne powstałego radioaktywnego fosforu. Odkrycie sztucznej radioaktywności natychmiast uznano za jedno z największych odkryć stulecia. Wcześniej radioaktywność tkwiąca w niektórych pierwiastkach nie mogła być spowodowana, zniszczona ani w jakiś sposób zmieniona przez człowieka. Joliot-Curies jako pierwsi sztucznie wywołali radioaktywność, uzyskując nowe izotopy radioaktywne. Naukowcy przewidzieli wielkie teoretyczne znaczenie tego odkrycia i możliwość jego praktycznych zastosowań w dziedzinie biologii i medycyny. Już w następnym roku odkrywcom sztucznej radioaktywności, Irene i Fredericowi Joliot-Curie, przyznano Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Kontynuując te badania, włoski naukowiec Fermi wykazał, że bombardowanie neutronami indukuje sztuczną radioaktywność metali ciężkich. Enrico Fermi (1901–1954) urodził się w Rzymie. Już jako dziecko Enrico wykazywał wielkie zdolności do matematyki i fizyki. Jego wybitna wiedza w tych naukach, zdobyta głównie w wyniku samokształcenia, pozwoliła mu w 1918 roku otrzymać stypendium i wstąpić do Wyższej Szkoły Normalnej na Uniwersytecie w Pizie. Następnie Enrico otrzymał tymczasową posadę nauczyciela matematyki dla chemików na Uniwersytecie Rzymskim. W 1923 udał się w podróż służbową do Niemiec, do Getyngi, do Max Born. Po powrocie do Włoch Fermi pracował na Uniwersytecie we Florencji od stycznia 1925 do jesieni 1926. Tutaj otrzymuje swój pierwszy stopień „wolnego profesora nadzwyczajnego” i, co najważniejsze, tworzy swoją słynną pracę o statystyce kwantowej. W grudniu 1926 objął stanowisko profesora w nowo utworzonej katedrze fizyki teoretycznej na Uniwersytecie Rzymskim. Tutaj zorganizował zespół młodych fizyków: Rasetti, Amaldi, Segre, Pontecorvo i innych, którzy tworzyli włoską szkołę fizyki współczesnej. Kiedy w 1927 r. na Uniwersytecie Rzymskim utworzono pierwszą katedrę fizyki teoretycznej, jej przewodniczącym został wybrany Fermi, któremu udało się zdobyć międzynarodowy prestiż. Tutaj, w stolicy Włoch, Fermi zgromadził wokół siebie kilku wybitnych naukowców i założył pierwszą w kraju szkołę współczesnej fizyki. W międzynarodowych kręgach naukowych zaczęto ją nazywać grupą Fermiego. Dwa lata później Fermi został mianowany przez Benito Mussoliniego na honorowe stanowisko członka nowo utworzonej Królewskiej Akademii Włoch. W 1938 Fermi otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Decyzją Komitetu Nobla stwierdzono, że nagroda została przyznana Fermiemu „za dowód istnienia nowych pierwiastków promieniotwórczych uzyskanych przez napromieniowanie neutronami oraz związane z tym odkrycie reakcji jądrowych wywołanych przez powolne neutrony”. Enrico Fermi dowiedział się o sztucznej radioaktywności natychmiast, wiosną 1934 r., gdy tylko Joliot-Curies opublikowali swoje wyniki. Fermi postanowił powtórzyć eksperymenty Joliota-Curie, ale poszedł w zupełnie inny sposób, używając neutronów jako bombardujących cząstek. Później Fermi wyjaśnił przyczyny nieufności innych fizyków do neutronów i swoje własne szczęśliwe przypuszczenie: „Wykorzystanie neutronów jako cząstek bombardujących ma wadę: liczba neutronów, które można praktycznie zutylizować, jest niepomiernie mniejsza niż liczba cząstek alfa uzyskanych ze źródeł radioaktywnych lub liczba protonów i deuteronów przyspieszanych w urządzeniach wysokonapięciowych Ale ta wada jest częściowo kompensowana przez większą wydajność neutronów w przeprowadzaniu „sztucznych przemian jądrowych". Neutrony mają też inną zaletę. Są zdolne do wywoływania przemian jądrowych w dużym stopniu. Liczba pierwiastków, które mogą być aktywowane przez neutrony, znacznie przekracza liczba elementów, które mogą być aktywowane przez inne rodzaje cząstek." Wiosną 1934 Fermi zaczął napromieniać pierwiastki neutronami. „Działa neutronowe” Fermiego były małymi rurkami o długości kilku centymetrów. Były wypełnione „mieszanką” drobno zdyspergowanego proszku berylu i emanacji radu. Oto jak Fermi opisał jedno z tych źródeł neutronów: „Była to szklana rurka wielkości zaledwie 1,5 cm… w której znajdowały się ziarna berylu; przed lutowaniem rurki trzeba było wprowadzić do niej pewną ilość emanacji radu. Cząsteczki alfa emitowane przez radon zderzają się w dużych ilościach z atomy berylu i dają neutrony... Eksperyment przeprowadza się w następujący sposób. W bezpośrednim sąsiedztwie źródła neutronów umieszcza się płytkę aluminiową lub żelazną, lub ogólnie pierwiastka, który ma być badany, i pozostawia na kilka minut, godzin lub dni (w zależności od konkretnego przypadku). Neutrony emitowane ze źródła zderzają się z jądrami materii. W tym przypadku zachodzi wiele reakcji jądrowych różnego typu ... ” Jak to wszystko wyglądało w praktyce? Badana próbka była poddawana intensywnej ekspozycji na promieniowanie neutronowe przez określony czas, po czym jeden z pracowników Fermiego dosłownie poprowadził próbkę do licznika Geigera-Mullera znajdującego się w innym laboratorium i zarejestrował impulsy licznika. W końcu wiele nowych sztucznych radioizotopów było krótkotrwałych. W pierwszym komunikacie z 25 marca 1934 Fermi poinformował, że bombardując aluminium i fluor, uzyskał izotopy sodu i azotu, które emitują elektrony (a nie pozytony, jak u Joliota-Curie). Metoda bombardowania neutronami okazała się bardzo skuteczna, a Fermi napisał, że ta wysoka wydajność rozszczepiania „całkowicie kompensuje słabość istniejących źródeł neutronów w porównaniu ze źródłami cząstek alfa i protonów”. W rzeczywistości wiele było wiadomo. Neutrony uderzają w jądro otoczonego atomu, zamieniając je w niestabilny izotop, który spontanicznie rozpada się i promieniuje. W tym promieniowaniu kryło się nieznane: niektóre ze sztucznie uzyskanych izotopów emitowały promienie beta, inne promienie gamma, a jeszcze inne emitowały cząstki alfa. Każdego dnia zwiększała się liczba sztucznie produkowanych izotopów promieniotwórczych. Każdą nową reakcję jądrową trzeba było zrozumieć, aby zrozumieć złożone przemiany atomów.Dla każdej reakcji trzeba było ustalić naturę promieniowania, bo znając ją, można było sobie wyobrazić schemat rozpadu promieniotwórczego i przewidzieć pierwiastek taki byłby efekt końcowy. Potem przyszła kolej na chemików. Musieli zidentyfikować powstałe atomy. To również wymagało czasu. Swoim „działem neutronowym” Fermi bombardował fluor, aluminium, krzem, fosfor, chlor, żelazo, kobalt, srebro i jod. Wszystkie te pierwiastki zostały aktywowane iw wielu przypadkach Fermi mógł wskazać chemiczną naturę powstałego pierwiastka promieniotwórczego. Udało mu się aktywować 47 z 68 pierwiastków badanych tą metodą. Zachęcony sukcesem, we współpracy z F. Rasettim i O. D'Agostino podjął się bombardowania neutronami ciężkich pierwiastków: toru i uranu. „Eksperymenty wykazały, że oba pierwiastki, wcześniej oczyszczone ze zwykłych aktywnych zanieczyszczeń, mogą być silnie aktywowane podczas bombardowania neutronami”. 22 października 1934 Fermi dokonał fundamentalnego odkrycia. Umieszczając klin parafinowy między źródłem neutronów a aktywowanym srebrnym cylindrem, Fermi zauważył, że klin nie zmniejszał aktywności neutronowej, lecz nieznacznie ją zwiększał. Fermi doszedł do wniosku, że efekt ten był najwyraźniej spowodowany obecnością wodoru w parafinie i postanowił sprawdzić, jak duża liczba pierwiastków zawierających wodór wpłynie na aktywność rozszczepiania. Po przeprowadzeniu eksperymentu najpierw z parafiną, a potem z wodą, Fermi stwierdził setki razy wzrost aktywności. Eksperymenty Fermiego ujawniły ogromną wydajność wolnych neutronów. Ale oprócz niezwykłych wyników eksperymentalnych, w tym samym roku Fermi osiągnął niezwykłe osiągnięcia teoretyczne. Już w grudniowym numerze 1933 jego wstępne przemyślenia na temat rozpadu beta zostały opublikowane we włoskim czasopiśmie naukowym. Na początku 1934 roku ukazał się jego klasyczny artykuł „O teorii promieni beta”. W podsumowaniu artykułu autora czytamy: „Proponuje się ilościową teorię rozpadu beta opartą na istnieniu neutrin: w tym przypadku emisja elektronów i neutrin rozpatrywana jest przez analogię z emisją kwantu światła przez wzbudzony atom w teoria promieniowania. Wzory wyprowadza się na podstawie czasu życia jądra i postaci ciągłego widma promieni beta; otrzymane wzory porównuje się z eksperymentem”. Fermi w tej teorii dał życie hipotezie neutrinowej i protonowo-neutronowemu modelowi jądra, akceptując również hipotezę spinu izotonicznego zaproponowaną przez Heisenberg dla tego modelu. Opierając się na pomysłach wyrażonych przez Fermiego, Hideki Yukawa przewidział w 1935 roku istnienie nowej cząstki elementarnej, znanej obecnie jako mezon pi lub pion. Komentując teorię Fermiego, F Razetti napisał: „Teoria, którą zbudował na tej podstawie, okazała się być w stanie wytrzymać prawie niezmienione dwie i pół dekady rewolucyjnego rozwoju fizyki jądrowej. Można zauważyć, że teoria fizyczna rzadko rodzi się w taka ostateczna forma." Autor: Samin D.K.
▪ Klasyfikacja cząstek elementarnych ▪ Narkoza
Hałas drogowy opóźnia rozwój piskląt
06.05.2024 Bezprzewodowy głośnik Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024
▪ Szczepionka przeciw otyłości
▪ na stronie internetowej Radio Control. Wybór artykułów ▪ artykuł Guya de Maupassanta. Słynne aforyzmy ▪ artykuł Od kiedy mężczyźni zaczęli ścinać włosy? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Aparat słuchowy. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Wierne siódemki. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony