> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Рззерфорд Эрнест впоследствии лорд Р

Рззерфорд Эрнест впоследствии лорд Р

Рззерфорд (Rutherford), Эрнест, впоследствии лорд Р., англ, ученый (1871 — 1937), прославившийся опытами изучения радиоактивных процессов и строения атома. Родился в дер. Брайгуотер (Новая Зеландия) в семье .мелкого фермера четвертым ребенком из 12. Р. учился на стипендии и кончил небольшой университет вг. Крайстчерч. Склонность к научному творчеству проявилась у Р. еще в университете, где в организованном студентами маленьком научном об-ве он сделал докладной эволюции материн». Содержавшееся в докладе революционное для тоговремени утверждение, что все атомы состоят из одних и тех же составных частей, было встречено недоброжелательно, т. к. со времен Дальтона атом рассматривался как нечто незыблемое. Показательна смелость Р., высказанного мысли, правильность которых он доказал через 12 лет. В тот же период Р. заинтересовался вопросами использования радиоволн для беспроволочного телеграфа и в 1892 г. был одним из первых, доказавших возможность осуществления радиопередачи. За эту работу Р. получил стипендию, на которую поехал в 1895 г. в Кэ-вендишскую лабораторию при Кэмбридж-ско.м университете продолжать свою научную работу. До этого года в исследовательских лабораториях Кэмбриджа не могли работать студенты, окончившие другие университеты. Р. был одним из первых, кто воспользовался изменением этого порядка, предпринятым по инициативе проф. Дж, Дж. Томсона (смотрите). Под руководством последнего Р. изучает процессы ионизации газов. Ими было установлено такое явление, как ток насыщения при ионизации. Эту работу, опубликованную в 1896 г., можно считать основной по данному вопросу.

Р. увлекается открытым в этом же году Беккерелем явлением радиоактивности и начинает его изучать В дальнейшем все самые крупные работы Р. сосредоточиваются около вопросов атомного ядра, теория которого выросла из явлений радиоактивности и теперь представляет самостоятельную область физики, называющуюся физикой ядра. В самом начале своей работы Р. показал, что излучение радиоактивного вещества — сложный процесс, в котором главная энергия несется частицами (корпускулами). Он первый показал, что радий испускает два рода лучен, разнящихся по своей способности проникать через материю (он назвал их а-лучи и [1-лучи). Уже в этих работах Р. проявляет себя исследователем, для которого изучение явления, анализ его, является основным мотивом для эксперимента. Постановка эксперимента, точность и сложность измерений должны быть таковы, чтобы разобраться в явлении и понять его суть.

Р. в самом начале своих опытов показал, что испускаемые радием а -частицы являются не обычным лучеиспусканием. Он пришел к необходимости определить массу а-частицы, чтобы увидеть, какому из существующих элементов она соответствует. I вставленный для выяснения этого эксперимент очень характерен для Р., поражая своей простотой и тем, как прямо он вел к цели.

На рисунке 1 изображен прибор для этих опытов. Простой электроскоп Q, сделанный из лепестков золотой фольги, помещен над двадцатью параллельно поставленными металлическими пластинками А. Зазор между пластинками — только 1 миллиметров, чтобы а-лучи, испускаемые радиоактивной солью В (положенной на дне), проходили в камеру электроскопа параллельным пучком. Чтобы удалять эманацию и увеличивать пробег а-лучей, через прибор пропускался водород.

Прикладывая сильное магнитное поле, направленное параллельно плоскостям пластинок А, можно было почти полностью прекратить ионизацию в камере электроскопа. Таким простым способом Г’, показал, что а-лучи представляют собой быстро двигающиеся заряженные частицы. Прикрывая

Водородсо стороны электроскопа половину зазоров между пластинами, можно было показать, что при одном направлении магнитного поля ионизация прекращается при меньших силах поля, чем при другом направлении.

Так было установлено направление отклонения а-лучей магнитным полем, и отсюда выведено,

что знак заряда а-частиц положителен. Создавая между пластинками А электрическое поле, поочередно присоединяя их к противоположным полюсам батареи, Р. удалось получить прекращение ионизации и отклонение а-лучей электрическим поле.м. Из этих данных он определил скорость а-лучей и показал также, что они представляют поток положительно заряженных атомов с большей массой, чем атомы водорода, и с точностью до 10% определил отношение их заряда к массе. Это отновюние указывало на то, что а-частицы, повидимому, соответствуют атомам гелия, дважды ионизированным.

Выдающиеся работы, выполненные Р. за 2 года пребывания в Кэвендишской лаборатории, приводят его к руководству кафедрой физики в университете Монт-реола (Канада). Здесь (1897—1907) Р. и создает вместе с Фр. Содди теорию радиоактивного распада (с.м. радиоактивность, XXXV, 339 сл.), за которую в 1908 году получает Нобелевскую премию. Высказанные Р. взгляды были тогда настолько революционны, что даже очень крупные ученые их не разделяли. Кельвин таки умер, не согласившись с те.ч, что радиоактивность есть распад атомов элементов, которые он считал незыблемой основой строения материи. В 1907 г. Р. получает кафедру в университете в Манчестере (Англия). Здесь он располагает большими по тому времени запасами радия и завершает прежние работы, доказывая, что а-лучи есть действительно атомы гелия.

Прибор, примененный им для этих опытов, тоже черезвычайно прост. Он изображен на рисунке 2. В маленькую тонкостенную стеклянную трубочку А помешалась эманация радия. Толщина стенок этой трубки была только 0,01 миллиметров и быстрые а-лучи могли проходить через стекло, в то время как эманация была изолирована. Эта трубка помещалась в стеклянный сосуд В, оканчивающийся капиллярной разрядной трубочкой с электродами С п£>. Посредством поднятия и опускания ртути в сосуде В в пространстве, окружающем трубочку, создавался, _ вакуум. Трубочка

-:-,v -г;-- с эманацией оставалась в прибо-Рисунок 2. ре в продолжениедвух дней, а потом газ, образованный проходящими а-части-цами, сжимался поднятием ртути в разрядную трубку. При свечении трубки были видны желтые гелиевые линии, которые доказывали присутствие гелия. Что этот гелий не продиффундировал из трубочки с эманацией, легко показывалось контрольным опытом, при котором эта трубка наполнялась гелием. Тогда гелиевые линии не появлялись в спектре.

Р. не удовлетворяло изучение а-лучей но наблюдению ионизации от многих а-ча-стиц и он искал метод, каким он мог бы обнаружить индивидуальные а-частицы. Первый метод был найден в наблюдении сцинтилляций (вспышек). Еще Крукс заметил, что под влиянием бомбардировки положительными лучами некоторые вещества светятся — люминесцируют. Наиболее ярко светящимся веществом оказалась цинковая обманка (ср. спинтарископ, XLI, ч. 4, 159). Когда Р., вместе с Гейгером, поместил цинковую обманку гнц микроскоп и направил на нее пучокп

а-лучей, то вместо того, чтобы увидеть в поле зрения микроскопа ровный светящийся фон, они увидели отдельные вспыхивающие точки. Они заключили, что вспышки происходят в тех местах, где а-лучи ударяют о цинковую обманку. Так можно было определить число испускаемых а-частнц по счету вспышек, производимых в цинковой обманке (смотрите люминесценция, XXVII, 537/38). Другой способ обнаружения а-частиц, открытый Р. благодаря изобретению усилительных ламп, стал теперь еще более могущественным, чем счет сцинтилляций, — это метод счетчика. Этот метод основан на явлении, открытом Таунсендом (смотрите L11, 62). Если в газе при пониженном давлении находится острие, то можно подобрать такой потенциал, при котором нс возникает заряд. Если теперь в окружающем газе произвести даже самую слабую ионизацию хотя бы одной а-частицы, то разряд сразу возникнет на некоторый промежуток времени. В 1908 г. Р. и Гейгер построили первый счетчик, работающий на этом принципе. Теперь добавление к такому счетчику лампового усилителя делает его черезвычайно чувствительным. В современном своем виде он является одним из самых основных приборов, посредством которых только и стало возможным полное изучение космической радиации.

Имея возможность считать а-лучи, Р. начал изучать закон распределения отражающихся а-частиц. Стремясь выяснить, какое распределение поля внутри атома необходимо, чтобы определить закон рассеивания, при котором а-частицы могут даже возвращаться, Р. пришел к выводу, что это возможно тогда, когда весь заряд сосредоточен не по всему объёму атома, а в центре. Размер этого центра, названного им ядром, очень мал — от 10~1г до 10~13 сантиметров в диаметре. Отправляясь от этого, Р. в 1911 году создал модель атома, но которой атом всякого вещества представляется как бы подобием солнечной системы: в центре — положительно заряженное весомое ядро, окруженное двигающимися по определенным орбитам отрицательными электронами. Эта модель в 1913 году легла в основу созданной Нильсом Бором теории атома и спектров. Теперь эти взгляды являются той основой, на которой развивается вся современная атомная физика (ср. электронная теория, L11, 199).

По выходе в отставку своего учителя Дж. Дж. Томсона, Р. в 1919 году становится директором Кэвендишской лаборатории, которым и остается до конца своей жизни. В этом же году Р. удается показать, что, кроме спонтанного, можно вызватьи искусственное разложение вещества, происходящее при столкновениях быстрых а-частиц с ядрами атомов. В исходных работах Р. по дезинтеграции вещества особенно ярко проявились его исключительная наблюдательность, уменье обобщить явление, выяснить самое важное, самое нужное. Когда наблюдали сцинтилляции, то часто оказывалось, что из бомбардируемого вещества вылетают лучи с очень длинным пробегом — гораздо более длинным, чем пробег бомбардирующих частиц. О странном факте часто говорили, но никто не задавал себе вопроса: (почему это таке». Р. задался этим вопросом и вскоре нашел объяснение. Оказалось, что под влиянием бомбардировки а-лучами атомы азота, всегда присутствующего в воздухе, распадаются. Этим и объясняются длинные пробеги.

Р. поставил свои опыты с неизменно им присущей простотой. Его прибор изображен на рисунке 3 и 4. Герметическую камеру А через два крана можно заполнить газом при различных давлениях. D — источник а-лучей; В—экран, на котором наблюдают сцинтилляции с помощью микроскопа М (рисунок 4). Экран со стороны источника а-лучей покрыт серебряной

пластинкой, которая поглощает значительную часть энергии их пробега. Наполняя камеру А азотом, Р. наблюдал, что при некотором давлении большинство сцинтилляций пропадает. Это происходит тогда, когда а-лучи, испускаемые радиоактивным источником, тратят всю энергию на ионизацию воздуха и не доходят до экрана. Но остающиеся сцинтилляции указывали на присутствие очень малого количества а-лучей с пробегом в несколько раз большим, чем испускалось источником. Если вместо азота взять другой газ, например, углекислоту или кислород, то таких остаточных сцинтилляций не появляется. Единственное объяснение в том, что они появляются из азота. Так как энергия остаточных а-лучей больше, чем первичных, то они могут появляться только за счет разложения ядра атома азота (ср. LII, 206/08).

Так было доказано разложение азота. Это принципиально решало стариннуюпроблему превращения одних элементов в другие, и в последней своей лекции Р. справедливо назвал эту черезвычайно развившуюся область знания, открытую его работами, (новейшей алхимией».

Р. создал большую школу ученых, работающих в области радиоактивности. Когда он был еще совсем молодым и работал в Канаде, к нему уже съезжались работать ученые с других концов света (Ган и др.). Когда же он переехал в Манчестер, его окружила целая плеяда учеников; среди них были Бор, Гейгер, Марсден, Мозли, Дарвин, Чедвик, Робертсон и др. Из его учеников кэмбриджского периода можно назвать Кокрофта, Олифанта, Блеккета, Чедвика, Эллиса, Гендерсона, Капицу и др. Человек с таким колоссальным научным энтузиазмом и глубоким пониманием предмета, как Р., не мог не быть большим учителем. В свою очередь он говорил: (Ученики заставляют меня самого оставаться молодым». Работы Р. получили общее признание; он был членом большинства академий мира, в том числе почетным членом Академии Наук СССР.

Гл. труды Р.: «Radioactive substances and their Radiations», Cambridge, [Eng.], 1913;

Rutherford E. совместно c Chadwick J. and Ellis C. D., “Radiations from Radioactive substances», Cambridge, [Eng.], 1930; «The newer alchemy», N.-Y. — Cambridge, [Eng.], 1937; Rutherford E. and Soddy Phil. Mag. (0) 4, 370, 569, 1902; Rutherford E., Phil. Mag. 37, 581, 1919; Rutherford E., Phil. Mag. 49, 1900.

II. Капица.