Резерфорд. Атомное ядро - Роджер Корхо Оррит

Облученные коротковолновым ультрафиолетовым (УФ) излучением, урановый шар слева — флуоресцентный, кальцит — фосфоресцентный.

ИОНИЗАЦИЯ И РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ

Когда появилось известие об открытии рентгеновских лучей, Томсон принял решение немедленно приступить к их изучению и предложил своему ассистенту помочь ему в этом деле. В мае 1896 года Резерфорд написал будущей жене о новом направлении исследований:

"Томсон был очень занят изучением нового способа фотографирования, открытого Рентгеном [...]. Профессор пытается открыть истинную причину возникновения и природу волн, его цель — прежде других разобраться в теории материи, так как сейчас все исследователи Европы начали войну с этой проблемой".

В 1896 году Резерфорд и Томсон представили научному сообществу данные о том, что рентгеновские лучи ионизировали газы, то есть газ оказывался лучшим проводником электричества при рентгеновском облучении. Это свойство, которое начали использовать для идентификации рентгеновских лучей, было характерно и для других видов излучения, поэтому предположили, что рентгеновские лучи могли оказаться одним из видов электромагнитного излучения. Немецкий физик Макс фон Лауэ (1879-1960) смог подтвердить эту гипотезу спустя два десятилетия.

Томсон отдавал все силы исследованиям катодных лучей, и его работу венчало открытие: катодные лучи оказались отрицательно заряженными частицами, поток которых возникал из атомов. Сразу после этого открытия Томсон предложил свою модель атома.

Пока Томсон изучал атом, Резерфорд исследовал ионизацию газов другими видами излучения, в том числе ультрафиолетовым. Также он решил заняться и рентгеновскими лучами, сразу после того как пришли новости об их открытии. Но не одного его привлекло открытие Беккереля. В Париже супружеская чета Кюри также очень заинтересовалась им. Резерфорд и Кюри разделяли одни и те же научные интересы, что привело их не только к сотрудничеству, но и к соперничеству.

Студенты Кавендишской лаборатории, 1898 год. В центре первого ряда (со скрещенными руками) Дж. Дж. Томсон; во втором ряду четвертый слева — Резерфорд.

Первая радиография Рентгена, на которой мы видим руку его жены Берты.

Немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген.

РАДИОАКТИВНОСТЬ И КЮРИ

Мария Склодовская (1867-1934) родилась в Варшаве. Чтобы поступить в университет (в Польше женщинам учиться не дозволялось), ей пришлось эмигрировать во Францию, где она стала первой женщиной, получившей степень доктора физики в Сорбонне. Выйдя замуж за ученого, Пьера Кюри, она взяла его фамилию.

Раздумывая над темой диссертации, Мария остановила свой выбор на излучении урана, открытого Беккерелем. В качестве детектора лучей тот использовал фотопластинки, что было удобно, однако не позволяло количественно измерить интенсивность радиации.

МАРИЯ КЮРИ

Младшая из пяти сестер, Мария Кюри родилась в Варшаве в 1867 году и впоследствии приняла французское гражданство. Она стала первой женщиной, получившей докторскую степень во Франции и Нобелевскую премию, и вошла в историю как первый человек, удостоившийся этой награды дважды. Ее отец был преподавателем математики и физики, и с детства Мария выделялась успехами в учебе.

В юности ей пришлось много работать, чтобы одна из ее сестер могла поехать в Париж изучать медицину, и был уговор, что сестра потом вернет ей долг.

В 1891 году Марии наконец удалось попасть в Сорбонну, где она стала лучшей студенткой своего потока, несмотря на постоянные материальные затруднения. Она получила диплом на кафедре физики в 1893 году, а через год — на кафедре математики. Затем она приступила к лабораторным исследованиям и познакомилась со своим будущим мужем, Пьером Кюри. Их свадьба в 1895 году была скромной.

Мария Кюри, 1920 год.

Но вскоре началась успешная работа в тандеме. Несмотря на их увлеченность исследованиями, у четы родились две дочери, Ирен и Ева, в 1897 и 1904 годах соответственно. В 1898 году ученые открыли полоний, затем радий, а также установили радиоактивность тория. Задача по вычислению атомного веса радия потребовала использования тонн урановой смолки. В опытах Кюри задействовали опасные кислоты для растворения металла в больших резервуарах, эти процессы развивались в течение нескольких лет, и сами исследователи вдыхали ядовитые пары. В 1903 году Беккерель, Пьер и Мария Кюри получили Нобелевскую премию по физике за открытие радиоактивности.

Неожиданный поворот

Внезапная гибель Пьера в 1906 году — он попал под колеса телеги — определила поворот в карьере его жены. Мария, которая могла рассчитывать лишь на должность школьной учительницы, отказалась от предложенной правительством пенсии вдовы, но потребовала отдать ей пост, который занимал в университете ее муж. Так она стала первой женщиной, возглавившей кафедру в высшем учебном заведении. В 1911 году она вновь получила Нобелевскую премию, на этот раз в области химии, за выделение радия. Когда вспыхнула Первая мировая война, Мария и ее дочь Ирен принялись за разработку технологии радиографии и применения ее в лечении раненых. Впоследствии в 1935 году Ирен также удостоилась Нобелевской премии по химии. Мария продолжала поиски медицинского применения своих открытий и умерла 4 июля 1934 года, а в 1995 году в знак почтения перед научными заслугами ученого ее прах был захоронен в парижском Пантеоне.

В связи с этим Мария и Пьер Кюри решили обратиться к другому способу, основанному на электрических свойствах излучения, что должно было позволить определить его количество. Резерфорд избрал сходный метод.

Выполняя измерения, Мария адаптировала для своих целей электрометр — более точный, чем изобретенный ее мужем электроскоп. Пьер использовал пьезоэлектрический эффект кварцевых стекол (материал своей кристаллической структурой демонстрирует зависимость электрических свойств от механического давления, сжатия/расширения) для создания более чувствительного аппарата. Так как уран ионизировал газы до разной степени электрической проводимости, электрометр из пьезоэлектрического кварца помогал обнаруживать минимальную разницу электрического заряда, индуцированного газами.

Мы не должны забывать следующее: когда был открыт радий, никто не знал, что он окажется полезным в медицине. Велись чисто научные исследования. Это доказывает, что научную работу нельзя оценивать лишь с точки зрения ее прикладного значения. Исследования должны проводиться ради красоты науки...