სამმაგი ხელოვნებამდე, ანუ ხელოვნური რადიოაქტიურობის აღმოჩენის შესახებ
ინფორმაციის
დროდადრო ფიზიკის ისტორიაში არის "მშვენიერი" წლები, როდესაც მრავალი მკვლევარის ერთობლივი ძალისხმევა იწვევს გარღვევის სერიას. ასე იყო 1820 წელი, ელექტროენერგიის წელი, 1905, აინშტაინის ოთხი ნაშრომის სასწაულებრივი წელი, 1913 წელი, რომელიც ასოცირდება ატომის სტრუქტურის შესწავლასთან და ბოლოს, 1932 წელს, როდესაც მოხდა ტექნიკური აღმოჩენებისა და მიღწევების სერია. შეიქმნა ბირთვული ენერგია.ფიზიკა.
ახალდაქორწინებულები
Ireneმარი სკლოდოვსკა-კურიისა და პიერ კიურის უფროსი ქალიშვილი, დაიბადა პარიზში 1897 წელს (1). თორმეტ წლამდე ის იზრდებოდა სახლში, გამოჩენილი მეცნიერების მიერ მისი შვილებისთვის შექმნილ პატარა „სკოლაში“, რომელშიც ათამდე მოსწავლე იყო. მასწავლებლები იყვნენ: მარი სკლოდოვსკა-კიური (ფიზიკა), პოლ ლანჟევინი (მათემატიკა), ჟან პერინი (ქიმია), ჰუმანიტარულ მეცნიერებებს კი ძირითადად სტუდენტების დედები ასწავლიდნენ. გაკვეთილები ჩვეულებრივ ტარდებოდა მასწავლებლების სახლში, ბავშვები კი ფიზიკასა და ქიმიას რეალურ ლაბორატორიებში სწავლობდნენ.
ამრიგად, ფიზიკისა და ქიმიის სწავლება იყო ცოდნის შეძენა პრაქტიკული მოქმედებებით. ყოველი წარმატებული ექსპერიმენტი ახარებდა ახალგაზრდა მკვლევარებს. ეს იყო რეალური ექსპერიმენტები, რომელთა გაგება და ყურადღებით ჩატარება იყო საჭირო და მარი კიურის ლაბორატორიაში ბავშვები სანიმუშო წესრიგში უნდა ყოფილიყვნენ. თეორიული ცოდნაც უნდა მიეღო. მეთოდი, როგორც ამ სკოლის მოსწავლეების, მოგვიანებით კარგი და გამოჩენილი მეცნიერების ბედი, ეფექტური აღმოჩნდა.
2. ფრედერიკ ჟოლიოტი (ფოტო ჰარკურტის მიერ)
მეტიც, ირენას მამის ბაბუა, ექიმი, დიდ დროს უთმობდა მამის ობოლი შვილიშვილს, მხიარულობდა და ავსებდა საბუნებისმეტყველო განათლებას. 1914 წელს ირინმა დაამთავრა პიონერული კოლეჯი სევინიე და ჩაირიცხა სორბონის მათემატიკისა და მეცნიერების ფაკულტეტზე. ეს დაემთხვა პირველი მსოფლიო ომის დაწყებას. 1916 წელს შეუერთდა დედას და ერთად მოაწყვეს რადიოლოგიური სამსახური საფრანგეთის წითელ ჯვარში. ომის შემდეგ მან ბაკალავრის ხარისხი მიიღო. 1921 წელს გამოქვეყნდა მისი პირველი სამეცნიერო ნაშრომი. იგი ეძღვნებოდა ქლორის ატომური მასის განსაზღვრას სხვადასხვა მინერალებისგან. მის შემდგომ საქმიანობაში იგი მჭიდროდ თანამშრომლობდა დედასთან, რადიოაქტიურობის საქმეში. სადოქტორო დისერტაციაში, რომელიც დაიცვა 1925 წელს, მან შეისწავლა პოლონიუმის მიერ გამოსხივებული ალფა ნაწილაკები.
ფრედერიკ ჟოლიოტი დაიბადა 1900 წელს პარიზში (2). რვა წლიდან სწავლობდა სკოლაში, ცხოვრობდა სკოლა-ინტერნატში. ამ დროს სწავლას სპორტი ამჯობინა, განსაკუთრებით ფეხბურთი. შემდეგ მორიგეობით სწავლობდა ორ საშუალო სკოლაში. ირინე კიურის მსგავსად, მანაც ადრე დაკარგა მამა. 1919 წელს მან ჩააბარა გამოცდა École de Physique et de Chemie Industrielle de la Ville de Paris (ქალაქ პარიზის ინდუსტრიული ფიზიკისა და ინდუსტრიული ქიმიის სკოლა). დაამთავრა 1923 წელს. მისმა პროფესორმა პოლ ლანჟევინმა შეიტყო ფრედერიკის შესაძლებლობები და სათნოება. 15 თვიანი სამხედრო სამსახურის შემდეგ, ლანჟევინის ბრძანებით, როკფელერის ფონდის გრანტით დაინიშნა რადიუმის ინსტიტუტში მარი სკლოდოვსკა-კურიის პირად ლაბორანტად. იქ გაიცნო ირინე კიური და 1926 წელს ახალგაზრდები დაქორწინდნენ.
ფრედერიკმა სადოქტორო დისერტაცია რადიოაქტიური ელემენტების ელექტროქიმიის შესახებ 1930 წელს დაასრულა. ცოტა ადრე მან უკვე თავისი ინტერესები მეუღლის კვლევებზე გაამახვილა და ფრედერიკის სადოქტორო დისერტაციის დაცვის შემდეგ უკვე ერთად მუშაობდნენ. მათი ერთ-ერთი პირველი მნიშვნელოვანი წარმატება იყო პოლონიუმის მომზადება, რომელიც არის ალფა ნაწილაკების ძლიერი წყარო, ე.ი. ჰელიუმის ბირთვები.(24ის). მათ დაიწყეს უდავოდ პრივილეგირებული პოზიციიდან, რადგან სწორედ მარი კურიმ მიაწოდა ქალიშვილს პოლონიუმის დიდი ნაწილი. ლევ კოვარსკიმ, მათმა შემდგომმა თანამშრომელმა, მათ ასე აღწერა: ირინა იყო "ჩინებული ტექნიკოსი", "ის ძალიან ლამაზად და ფრთხილად მუშაობდა", "მას ღრმად ესმოდა, რასაც აკეთებდა". მის ქმარს ჰქონდა "უფრო კაშკაშა, უფრო მზარდი ფანტაზია". „ისინი შესანიშნავად ავსებდნენ ერთმანეთს და იცოდნენ ეს“. მეცნიერების ისტორიის თვალსაზრისით მათთვის ყველაზე საინტერესო ორი წელი იყო: 1932-34 წწ.
მათ თითქმის აღმოაჩინეს ნეიტრონი
"თითქმის" დიდი მნიშვნელობა აქვს. ამ სამწუხარო სიმართლის შესახებ მათ ძალიან მალე გაიგეს. 1930 წელს ბერლინში ორი გერმანელი - ვალტერ ბოტე i ჰუბერტ ბეკერი - გამოიკვლია როგორ იქცევიან მსუბუქი ატომები ალფა ნაწილაკებით დაბომბვისას. ბერილიუმის ფარი (49ბ) ალფა ნაწილაკებით დაბომბვისას გამოიყოფა უკიდურესად გამჭოლი და მაღალი ენერგიის გამოსხივება. ექსპერიმენტატორების აზრით, ეს გამოსხივება უნდა ყოფილიყო ძლიერი ელექტრომაგნიტური გამოსხივება.
ამ ეტაპზე პრობლემა ირენა და ფრედერიკმა მოაგვარეს. ალფა ნაწილაკების მათი წყარო ყველაზე ძლიერი იყო ოდესმე. მათ გამოიყენეს ღრუბლის კამერა რეაქციის პროდუქტებზე დასაკვირვებლად. 1932 წლის იანვრის ბოლოს მათ საჯაროდ განაცხადეს, რომ ეს იყო გამა სხივები, რომლებმაც ამოიღეს მაღალი ენერგიის პროტონები წყალბადის შემცველი ნივთიერებიდან. მათ ჯერ არ ესმოდათ რა ეჭირათ ხელში და რა ხდებოდა.. Კითხვის შემდეგ ჯეიმს ჩედვიკი (3) კემბრიჯში მან მაშინვე შეუდგა მუშაობას, ფიქრობდა, რომ ეს საერთოდ არ იყო გამა გამოსხივება, არამედ ნეიტრონები, რომლებიც იწინასწარმეტყველა რეზერფორდმა რამდენიმე წლით ადრე. მთელი რიგი ექსპერიმენტების შემდეგ, ის დარწმუნდა ნეიტრონზე დაკვირვებაში და აღმოაჩინა, რომ მისი მასა პროტონის მსგავსია. 17 წლის 1932 თებერვალს მან წარადგინა ჩანაწერი ჟურნალ Nature-ში სათაურით "ნეიტრონის შესაძლო არსებობა".
სინამდვილეში ეს იყო ნეიტრონი, თუმცა ჩადვიკს სჯეროდა, რომ ნეიტრონი პროტონისა და ელექტრონისგან შედგებოდა. მხოლოდ 1934 წელს გაიგო და დაამტკიცა, რომ ნეიტრონი ელემენტარული ნაწილაკია. ჩედვიკს მიენიჭა ნობელის პრემია ფიზიკაში 1935 წელს. მიუხედავად იმისა, რომ გააცნობიერეს, რომ მნიშვნელოვანი აღმოჩენა გამოტოვეს, ჯოლიო-კურიებმა განაგრძეს კვლევა ამ სფეროში. მათ გააცნობიერეს, რომ ამ რეაქციამ ნეიტრონების გარდა წარმოქმნა გამა სხივები, ამიტომ დაწერეს ბირთვული რეაქცია:
, სადაც Ef არის გამა-კვანტის ენერგია. მსგავსი ექსპერიმენტები ჩატარდა 919F.
ისევ გაუშვა გახსნა
პოზიტრონის აღმოჩენამდე რამდენიმე თვით ადრე, ჯოლიოტ-კიურის ჰქონდა ფოტოები, სხვა საკითხებთან ერთად, მრუდი ბილიკის შესახებ, თითქოს ეს ელექტრონი ყოფილიყო, მაგრამ ტრიალებდა ელექტრონის საპირისპირო მიმართულებით. ფოტოები გადაღებულია ნისლის კამერაში, რომელიც მდებარეობს მაგნიტურ ველში. ამის საფუძველზე წყვილმა ისაუბრა ელექტრონების ორი მიმართულებით მოძრაობაზე, წყაროდან და წყარომდე. სინამდვილეში, ის, რაც დაკავშირებულია მიმართულებასთან „წყაროსკენ“ იყო პოზიტრონები, ანუ პოზიტიური ელექტრონები, რომლებიც შორდებიან წყაროს.
იმავდროულად, შეერთებულ შტატებში 1932 წლის ზაფხულის ბოლოს, კარლ დევიდ ანდერსონი (4), შვედი ემიგრანტების ვაჟი, შეისწავლა კოსმოსური სხივები ღრუბლის პალატაში მაგნიტური ველის გავლენის ქვეშ. კოსმოსური სხივები დედამიწაზე მოდის გარედან. ანდერსონმა, რათა დარწმუნებულიყო ნაწილაკების მიმართულებასა და მოძრაობაში, კამერის შიგნით ნაწილაკები გავიდა ლითონის ფირფიტაზე, სადაც მათ დაკარგეს ენერგიის ნაწილი. 2 აგვისტოს მან დაინახა ბილიკი, რომელიც უდავოდ განმარტა, როგორც დადებითი ელექტრონი.
აღსანიშნავია, რომ დირაკმა ადრე იწინასწარმეტყველა ასეთი ნაწილაკების თეორიული არსებობა. თუმცა ანდერსონი არ იცავდა რაიმე თეორიულ პრინციპს კოსმოსური სხივების შესწავლისას. ამ კონტექსტში მან თავის აღმოჩენას შემთხვევითი უწოდა.
ისევ ჯოლიო-კიურის მოუწია უდავო პროფესიის შეგუება, მაგრამ ამ სფეროში შემდგომი კვლევა ჩაატარა. მათ აღმოაჩინეს, რომ გამა-გამოსხივების ფოტონები შეიძლება გაქრეს მძიმე ბირთვის მახლობლად, ქმნიან ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილს, როგორც ჩანს, აინშტაინის ცნობილი ფორმულის E = mc2 და ენერგიისა და იმპულსის შენარჩუნების კანონის შესაბამისად. მოგვიანებით, თავად ფრედერიკმა დაამტკიცა, რომ არსებობს ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილის გაქრობის პროცესი, რაც წარმოშობს ორ გამა კვანტს. ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილების პოზიტრონების გარდა, მათ ჰქონდათ ბირთვული რეაქციების პოზიტრონები.
5. სოლვეის მეშვიდე კონფერენცია, 1933 წ
წინა რიგში ზის: ირინე ჯოლიო-კიური (მარცხნიდან მეორე),
მარია სკლოდოვსკა-კიური (მარცხნიდან მეხუთე), ლიზა მაიტნერი (მარჯვნიდან მეორე).
ხელოვნური რადიოაქტიურობა
ხელოვნური რადიოაქტიურობის აღმოჩენა არ იყო მყისიერი აქტი. 1933 წლის თებერვალში ალუმინის, ფტორის და შემდეგ ნატრიუმის ალფა ნაწილაკებით დაბომბვით ჯოლიოტმა მიიღო ნეიტრონები და უცნობი იზოტოპები. 1933 წლის ივლისში მათ განაცხადეს, რომ ალუმინის ალფა ნაწილაკებით დასხივებით, ისინი აკვირდებოდნენ არა მხოლოდ ნეიტრონებს, არამედ პოზიტრონებსაც. ირინესა და ფრედერიკის აზრით, ამ ბირთვულ რეაქციაში პოზიტრონები არ შეიძლებოდა წარმოქმნილიყო ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილების წარმოქმნის შედეგად, არამედ უნდა გამოსულიყო ატომის ბირთვიდან.
5 წლის 22-29 ოქტომბერს ბრიუსელში გაიმართა სოლვეის მეშვიდე კონფერენცია (1933), რომელსაც ეწოდა "ატომური ბირთვების სტრუქტურა და თვისებები". მას ესწრებოდა 41 ფიზიკოსი, მათ შორის მსოფლიოში ამ დარგის ყველაზე ცნობილი ექსპერტები. ჯოლიოტმა მოახსენა მათი ექსპერიმენტების შედეგები და აღნიშნა, რომ ბორის და ალუმინის ალფა სხივების დასხივება წარმოქმნის ნეიტრონს პოზიტრონით ან პროტონთან.. ამ კონფერენციაზე ლიზა მეიტნერი მან თქვა, რომ იმავე ექსპერიმენტებში ალუმინისა და ფტორით, მან არ მიიღო იგივე შედეგი. ინტერპრეტაციაში მან არ გაიზიარა პარიზიდან წყვილის აზრი პოზიტრონების წარმოშობის ბირთვული ბუნების შესახებ. თუმცა, როდესაც იგი სამუშაოდ დაბრუნდა ბერლინში, მან კვლავ ჩაატარა ეს ექსპერიმენტები და 18 ნოემბერს, ჯოლიო-კიურისადმი მიწერილ წერილში, მან აღიარა, რომ ახლა, მისი აზრით, პოზიტრონები მართლაც ჩნდება ბირთვიდან.
გარდა ამისა, ეს კონფერენცია ფრენსის პერინიმათმა თანატოლმა და პარიზელმა კარგმა მეგობარმა ისაუბრა პოზიტრონების თემაზე. ექსპერიმენტებიდან ცნობილი იყო, რომ მათ მიიღეს პოზიტრონების უწყვეტი სპექტრი, მსგავსი ბეტა ნაწილაკების სპექტრის ბუნებრივი რადიოაქტიური დაშლისას. პოზიტრონებისა და ნეიტრონების ენერგიების შემდგომი ანალიზი პერინი მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ აქ უნდა განვასხვავოთ ორი ემისია: ჯერ ნეიტრონების ემისია, რომელსაც თან ახლავს არასტაბილური ბირთვის წარმოქმნა, შემდეგ კი ამ ბირთვიდან პოზიტრონების ემისია.
კონფერენციის შემდეგ ჯოლიოტმა შეაჩერა ეს ექსპერიმენტები დაახლოებით ორი თვით. და შემდეგ, 1933 წლის დეკემბერში, პერინმა გამოაქვეყნა თავისი მოსაზრება ამ საკითხთან დაკავშირებით. ამავე დროს, ასევე დეკემბერში ენრიკო ფერმი შემოგვთავაზა ბეტა დაშლის თეორია. ეს იყო გამოცდილების ინტერპრეტაციის თეორიული საფუძველი. 1934 წლის დასაწყისში საფრანგეთის დედაქალაქის წყვილმა განაახლა ექსპერიმენტები.
ზუსტად 11 იანვარს, ხუთშაბათს ნაშუადღევს, ფრედერიკ ჟოლიოტმა აიღო ალუმინის ფოლგა და 10 წუთის განმავლობაში დაბომბა ალფა ნაწილაკებით. პირველად მან გამოიყენა გეიგერ-მიულერის მრიცხველი და არა ნისლის კამერა, როგორც ადრე. მან გაკვირვებული შეამჩნია, რომ ფოლგიდან ალფა ნაწილაკების წყაროს ამოღებისას, პოზიტრონების დათვლა არ ჩერდებოდა, მრიცხველები განაგრძობდნენ მათ ჩვენებას, მხოლოდ მათი რაოდენობა მცირდებოდა ექსპონენტურად. მან დაადგინა ნახევარგამოყოფის პერიოდი 3 წუთი და 15 წამი. შემდეგ მან შეამცირა ფოლგაზე დაცემული ალფა ნაწილაკების ენერგია მათ გზაზე ტყვიის მუხრუჭის დაყენებით. და მიიღო ნაკლები პოზიტრონი, მაგრამ ნახევარგამოყოფის პერიოდი არ შეცვლილა.
შემდეგ მან იგივე ექსპერიმენტები ჩაატარა ბორი და მაგნიუმი და ამ ექსპერიმენტებში მიიღო ნახევარგამოყოფის პერიოდი 14 წუთი და 2,5 წუთი, შესაბამისად. შემდგომში, ასეთი ექსპერიმენტები ჩატარდა წყალბადის, ლითიუმის, ნახშირბადის, ბერილიუმის, აზოტის, ჟანგბადის, ფტორის, ნატრიუმის, კალციუმის, ნიკელის და ვერცხლის - მაგრამ მან არ დააფიქსირა მსგავსი ფენომენი, როგორც ალუმინის, ბორის და მაგნიუმის. გეიგერ-მიულერის მრიცხველი არ განასხვავებს პოზიტიურ და უარყოფით დამუხტულ ნაწილაკებს, ამიტომ ფრედერიკ ჟოლიოტმა ასევე დაადასტურა, რომ ის რეალურად ეხება დადებით ელექტრონებს. ტექნიკური ასპექტი ასევე მნიშვნელოვანი იყო ამ ექსპერიმენტში, ანუ ალფა ნაწილაკების ძლიერი წყაროს არსებობა და მგრძნობიარე დამუხტული ნაწილაკების მრიცხველის გამოყენება, როგორიცაა გეიგერ-მიულერის მრიცხველი.
როგორც ადრე იყო ახსნილი ჯოლიო-კურიის წყვილის მიერ, დაკვირვებული ბირთვული ტრანსფორმაციისას პოზიტრონები და ნეიტრონები ერთდროულად გამოიყოფა. ახლა, ფრენსის პერინის წინადადებებისა და ფერმის მოსაზრებების წაკითხვის შემდეგ, წყვილმა დაასკვნა, რომ პირველმა ბირთვულმა რეაქციამ წარმოქმნა არასტაბილური ბირთვი და ნეიტრონი, რასაც მოჰყვა ამ არასტაბილური ბირთვის ბეტა პლუს დაშლა. ასე რომ, მათ შეუძლიათ დაწერონ შემდეგი რეაქციები:
ჯოლიოტებმა შენიშნეს, რომ მიღებულ რადიოაქტიურ იზოტოპებს ძალიან მოკლე ნახევარგამოყოფის პერიოდი ჰქონდათ ბუნებაში არსებობისთვის. მათ თავიანთი შედეგები გამოაცხადეს 15 წლის 1934 იანვარს სტატიაში სახელწოდებით "ახალი ტიპის რადიოაქტიურობა". თებერვლის დასაწყისში მათ მოახერხეს ფოსფორისა და აზოტის იდენტიფიცირება პირველი ორი რეაქციის შედეგად შეგროვებული მცირე რაოდენობით. მალე გაჩნდა წინასწარმეტყველება, რომ უფრო მეტი რადიოაქტიური იზოტოპები შეიძლება წარმოიქმნას ბირთვული დაბომბვის რეაქციებში, ასევე პროტონების, დეიტრონების და ნეიტრონების დახმარებით. მარტში ენრიკო ფერმიმ დადო ფსონი, რომ ასეთი რეაქციები მალე განხორციელდებოდა ნეიტრონების გამოყენებით. მან მალევე მოიგო ფსონი.
ირენას და ფრედერიკს მიენიჭათ ნობელის პრემია ქიმიაში 1935 წელს "ახალი რადიოაქტიური ელემენტების სინთეზისთვის". ამ აღმოჩენამ გზა გაუხსნა ხელოვნურად რადიოაქტიური იზოტოპების წარმოებას, რომლებმაც იპოვეს მრავალი მნიშვნელოვანი და ღირებული გამოყენება საბაზისო კვლევებში, მედიცინასა და ინდუსტრიაში.
და ბოლოს, აღსანიშნავია ფიზიკოსები აშშ-დან, ერნესტ ლოურენსი კოლეგებთან ბერკლიდან და მკვლევარებთან პასადენადან, რომელთა შორის იყო სტაჟირებაზე მყოფი პოლონელი ანდრეი სულთანი. მრიცხველების მიერ იმპულსების დათვლა დაფიქსირდა, თუმცა ამაჩქარებელმა უკვე შეწყვიტა მუშაობა. მათ არ მოეწონათ ეს დათვლა. თუმცა, მათ არ ესმოდათ, რომ საქმე ჰქონდათ მნიშვნელოვან ახალ ფენომენთან და რომ უბრალოდ აკლდათ ხელოვნური რადიოაქტიურობის აღმოჩენა...
