Get Adobe Flash player

Ενδιαφέροντα

Καλωσήλθατε στην κεντρική σελίδα του Ε.Κ.Φ.Ε. Καστοριάς !

atom3   
      «ΚΟΣΜΟΝ ΤΟΝΔΕ , ΤΟΝ ΑΥΤΟΝ ΑΠΑΝΤΩΝ,
       ΟΥΤΕ ΤΙΣ ΘΕΩΝ  ΟΥΤΕ ΤΙΣ ΑΝΘΡΩΠΩΝ ΕΠΟΙΗΣΕΝ,
          ΑΛΛ΄ ΗΝ ΑΕΙ ΚΑΙ  ΕΣΤΙΝ  ΚΑΙ  ΕΣΤΑΙ  ΠΥΡ  ΑΕΙΖΩΟΝ,
              ΑΠΤΟΜΕΝΟΝ ΜΕΤΡΑ ΚΑΙ ΑΠΟΣΒΕΝΝΥΜΕΝΟΝ ΜΕΤΡΑ»  
                                                                                                                                      Ηράκλειτος

Ernest Rutherford

   

Ernest Rutherford

Ο διαπρεπής Βρετανός πυρηνικός φυσικός Έρνεστ Ράδερφορντ (Ernest Rutherford) γεννήθηκε στο Σπρινγκ Γκρόουβ της Νέας Ζηλανδίας το 1871 και πέθανε στο Καίμπριτζ της Αγγλίας ο 1937. Η συμβολή του στην σύγχρονη επιστημονική σκέψη μπορεί να συγκριθεί με εκείνη τού Νεύτωνα (Sir Issaac Newton) και τού Φάραντεϋ (Michael Faraday). Μάλιστα, όπως ο τελευταίος θεωρείται «πατέρας τού ηλεκτρισμού», έτσι κι ο Ράδερφορντ συχνά αποκαλείται «πατέρας των πυρηνικών επιστημών». 

Τα κύρια σημεία του επιστημονικού έργου του αφορούν στην διερεύνηση τού μηχανισμού της ραδιενεργούς διάσπασης και μεταστοιχείωσης των ραδιενεργών στοιχείων, στην αποκάλυψη της φύσης των σωματιδίων που εκπέμπονται κατά την ραδιενεργό διάσπαση τού ραδίου και, κυρίως, στον χαρακτηρισμό των σωματιδίων άλφα (α) ως πυρήνων ηλίου, στην διατύπωση τού φερώνυμου ατομικού προτύπου και στην πραγματοποίηση των πρώτων τεχνητών διασπάσεων ατομικών πυρήνων (πυρηνικών αντιδράσεων) με την βοήθεια σωματιδίων α.

ratherf1

 Στα πανεπιστήμια Μακγκίλ (Mc Gill), Μάντσεστερ (Manchester) και Κέιμπριτζ (Cambridge) καθοδήγησε και ενέπνευσε δύο γενιές φυσικών, ενώ στο Εργαστήριο Κάβεντις (Cavendish) οι «μαθητές» του ανακάλυψαν το φαινόμενο της τεχνητής διάσπασης των πυρήνων από νετρόνια ή από άλλα σωματίδια, προερχόμενα από επιταχυντές σωματιδίων. Χάρη στο πρωτοποριακό επιστημονικό έρ­γο του, ο Ράδερφορντ τιμήθηκε το 1908 με το Βραβείο Νομπέλ Χημείας.

Ο Ράδερφορντ, γιος Άγγλων μετα­ναστών στην Νέα Ζηλανδία, αφού α­ποφοίτησε, έχοντας πραγματοποιή­σει εξαιρετικές επιδόσεις στην φυσι­κή και στα μαθηματικά, από το Κολλέγιο Καντέρμπουρυ (Canterbury) τού Κράισττσερτς (Christchurch) της Νέας Ζηλανδίας το 1893, παρέμεινε εκεί για έναν ακόμη χρόνο ως ερευνητής, μελετώντας την συμπεριφορά τού σι­δήρου μέσα σε υψίσυχνα εναλλασσό­μενα μαγνητικά πεδία. Διαπίστωσε τότε ότι είναι δυνατόν να ανιχνεύει τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, τα οποία είχαν προσφάτως ανακαλυφθεί από τον Γερμανό φυσικό Χερτς (Heinrich Hertz), ακόμη και όταν στην πο­ρεία τους παρεμβάλλονται τοίχοι σχετικά μεγάλου πάχους. Χάρη στην εργασία του αυτή, που ανακοινώθηκε με δύο επιστημονικά άρθρα, ο Ράδερ­φορντ εξασφάλισε μια υποτροφία για την συνέχιση των σπουδών του στην Αγγλία.

Το 1895 ο Ράδερφορντ πήγε στο Κέιμπριτζ, όπου άρχισε να εργάζεται ερευνητικά στο Εργαστήριο Κάβεντις υπό την καθοδήγηση τού καθηγητή της Πειραματικής Φυσικής Τόμσον (Sir J. J. Thomson). Εκεί συνέχισε την εργασία του σχετικά με την ανίχνευ­ση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε μεγάλες σχετικά αποστάσεις, πα­ρουσιάζοντας τα αποτελέσματα του με διάλεξη που έδωσε στην Φυσική Εταιρεία (Physical Society) του Κέι­μπριτζ. Τον Δεκέμβριο τού 1895, όταν ο Γερμανός φυσικός Ραίντγκεν (Wilhelm Conrad Rontgen) ανακάλυψε τις ακτίνες Χ, ο Τόμσον ζήτησε από τον Ράδερφορντ να συνεργαστεί μαζί του στα πλαίσια μιας έρευνας σχετικής με τα αποτελέσματα της διέλευσης μιας δέσμης ακτινών Χ μέσα από την μάζα ενός αερίου. Διαπιστώθηκε τότε ότι οι ακτίνες Χ παράγουν σημαντικά πο­σά ηλεκτρικώς φορτισμένων σωματιδίων (θετικών και αρνητικών ιόντων), τα οποία ακολούθως επανασυνδέο­νται προς ηλεκτρικώς ουδέτερα μό­ρια. Εργαζόμενος ανεξάρτητα, ο Ράδερφορντ επινόησε μια τεχνική μέτρη­σης της ταχύτητας και τού ρυθμού επανασύνδεσης των ιόντων, που σχη­ματίζονται κατά τον παραπάνω τρό­πο. Τα επιστημονικά άρθρα που δημο­σίευσε σχετικά μ' αυτό το θέμα εξα­κολουθούν να θεωρούνται κλασικά ακόμη και σήμερα.

Το 1896 ο Γάλλος φυσικός Μπεκερέλ (Henri Becquerel) ανακάλυψε ότι το ουράνιο εκπέμπει ακτίνες, οι ο­ποίες μπορεί να προσβάλουν τις φω­τογραφικές πλάκες κατά τρόπο ανά­λογο με τις ακτίνες Χ. Ο Ράδερφορντ πολύ γρήγορα απέδειξε ότι οι ακτίνες αυτές προκαλούν επίσης και τον ιο­ντισμό τού αέρα, αλλά διαφέρουν από τις ακτίνες Χ, αφού αποτελούνται α­πό δύο διακεκριμένους τύπους ακτι­νοβολιών, τις οποίες ονόμασε ακτί­νες άλφα και βήτα. Οι πρώτες προκα­λούν έντονο ιοντισμό της ύλης, μέσα από την οποία διέρχονται, αλλά απορροφώνται πολύ εύκολα από αυ­τήν, ενώ οι ακτίνες βήτα επιφέρουν μικρότερης έκτασης ιοντισμό, αλλά παρουσιάζουν πολύ μεγαλύτερη δι­εισδυτικότητα. Υπέθεσε τότε ότι και οι δύο αυτές ακτινοβολίες θα πρέπει να αποτελούνται από μικροσκοπικά σωματίδια ύλης. Το 1898 ο Ράδερφορντ κατέλαβε την έδρα τού καθηγη­τή της Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Μακγκίλ τού Μόντρεαλ.

Περί τα τέλη τού 19ου αιώνα, πολ­λοί επιστήμονες πίστευαν ότι δεν υπήρχαν ακόμη πολλά πράγματα να ανακαλυφθούν στον χώρο της φυσι­κής. Μέσα σε τρία χρόνια, όμως, ο Ρά­δερφορντ συνέβαλε κατά τρόπο κα­θοριστικό στην δημιουργία και ανά­πτυξη ενός εντελώς νέου επιστημονικού κλάδου: των πυρηνικών επιστη­μών. Διαπίστωσε γρήγορα ότι το στοι­χείο θόριο και οι ενώσεις του διασπώ­νται, απελευθερώνοντας ένα αέριο, το οποίο με την σειρά του διασπάται, παρέχοντας ένα νέο ραδιενεργό υλι­κό. Ο Ράδερφορντ, σε συνεργασία μ' έναν νέο τότε χημικό, τον Σόντυ ( Frederick Soddy), ασχολήθηκαν με την μελέτη τριών ραδιενεργών στοιχείων, τού ραδίου, τού θορίου και τού ακτινίου. Το 1902 κατέληξαν στο συμπέ­ρασμα ότι η εκπομπή της ραδιενέρ­γειας είναι μια διαδικασία, κατά την οποία τα άτομα ενός χημικού στοιχεί­ου μετασχηματίζονται αυτομάτως σε άτομα ενός διαφορετικού στοιχείου, το οποίο μπορεί επίσης να είναι ρα­διενεργό. Η ερμηνεία αυτή βρήκε αντίθετους πολλούς χημικούς, οι ο­ποίοι πίστευαν στην αφθαρσία της ύ­λης, ενώ η υπόθεση ότι ορισμένα άτομα είναι δυνατόν να διασπαστούν και να μεταστοιχειωθούν σε άλλα ά­τομα εξακολουθούσε να μην είναι γι' αυτούς παρά μια δοξασία της αλχη­μείας.

Ωστόσο, η πρωτοποριακή εργασία τού Ράδερφορντ εκτιμήθηκε από την Βασιλική Εταιρεία, η οποία τον εξέλε­ξε μέλος της το 1903 και τού απένει­με το μετάλλιο Ρούμφορντ (Rumford) το 1904. Το ίδιο έτος, στο βιβλίο του Ραδιενέργεια  (Radio - activity) συνόψι­σε τα αποτελέσματα των ερευνών του σ' αυτό το αντικείμενο: η ραδιε­νέργεια δεν επηρεάζεται από τις εξω­τερικές συνθήκες, όπως είναι η θερ­μοκρασία και οι χημικές μεταβολές, η εκπομπή της συνοδεύεται από έκλυ­ση μεγαλύτερων ποσών θερμότητας σε σύγκριση με τις συνήθεις χημικές αντιδράσεις, παράγονται νέα προϊό­ντα με ρυθμό που βρίσκεται σε ισορ­ροπία με τον ρυθμό διάσπασης των αρχικών στοιχείων, και με εντελώς διαφορετικές από αυτά χημικές ιδιό­τητες.

Ο Ράδερφορντ, πληθωρικός ερευνητής και με τεράστιες δυνατότητες αυτοσυγκέντρωσης, συνέχισε τις εκ­πληκτικές ανακαλύψεις του, χρησιμο­ποιώντας μάλιστα ιδιαίτερα απλές συ­σκευές. Έτσι, το 1903, απέδειξε ότι οι ακτίνες α είναι δυνατόν να εκτρέπο­νται από ηλεκτρικά και μαγνητικά πε­δία, ενώ από την διεύθυνση αυτής της εκτροπής συμπέρανε ότι αυτές αποτελούνται από σωματίδια με θετι­κό ηλεκτρικό φορτίο. Προσδιόρισε την ταχύτητα τους, όπως και τον λό­γο τού ηλεκτρικού φορτίου προς την μάζα τους, με την βοήθεια σειράς πει­ραμάτων, κατά τα οποία παρέβαλλε στην πορεία των σωματιδίων λεπτά φύλλα μετάλλων, τοποθετημένα πο­λύ κοντά το ένα στο άλλο (η όλη διά­ταξη είχε μέγεθος κουτιού σπίρτων). Σε ορισμένα από αυτά τα πειράματα επέβαλλε σε κάθε μεταλλικό φύλλο ηλεκτρικό φορτίο αντίθετο με εκείνο των γειτονικών του, ενώ σε άλλα πει­ράματα τοποθετούσε το όλο σύστημα των μεταλλικών φύλλων μέσα σ' ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο. Και στις δύο περιπτώσεις μετρούσε την ένταση τού ηλεκτρικού ή τού μαγνητικού πε­δίου, αντίστοιχα, που ήταν απαραίτη­τα για να αποτρέπεται η έξοδος σω­ματιδίων από την άλλη πλευρά της διάταξης.

Ο Ράδερφορντ έγραψε περί τα 80 επιστημονικά άρθρα κατά την διάρκεια της επταετούς παραμονής του στο Μακγκίλ, πραγματοποίησε πολ­λές δημόσιες ανακοινώσεις, όπως ήταν η σειρά διαλέξεων που έδωσε στο Πανεπιστήμιο τού Γέιλ (Yale) το 1905, ενώ ονομάστηκε επίτιμος καθηγητής σε πολλά πανεπιστήμια. Το 1907 επέστρεψε στην Αγγλία για να καταλάβει θέση καθηγητή στο Πανε­πιστήμιο του Μάντσεστερ, όπου συ­νέχισε το ερευνητικό έργο του σχετι­κά με τα σωματίδια α. Με την βοήθεια συσκευής, που με αρκετή ευρηματι­κότητα είχε επινοήσει μαζί με τον βοηθό του Γκάιγκερ (Hans Geiger), απαριθμούσε ένα προς ένα τα σωμα­τίδια, που εκπέμπονται από δεδομένη ποσότητα ραδίου. Συνδυάζοντας το αποτέλεσμα αυτό με τον ρυθμό πα­ραγωγής, τού ηλίου από το ράδιο, όπως αυτός είχε υπολογιστεί από τον ίδιο και από τον Αμερικανό χημικό Μπόλτγουντ (Bertram Borden Boltwood), ο Ράδερφορντ πέτυχε να υπο­λογίσει τον αριθμό τού Αβογκάντρο (Avogadro) και μάλιστα κατά τον πιο άμεσο τρόπο, με τον οποίο είχε γίνει ο υπολογισμός αυτός μέχρι την επο­χή εκείνη. Το 1908, σε συνεργασία με τον μαθητή του Ρόυντς (Thomas D.Royds), απέδειξε ότι το σωματίδιο α είναι στην πραγματικότητα ένας πυρήνας ηλίου. Στο συμπέρασμα αυτό οδηγήθηκε, αφήνοντας τα σωματίδια α να διαφύγουν από ένα γυάλινο δο­χείο με λεπτά τοιχώματα σ' ένα άλλο κενό δοχείο, που περιέβαλλε το πρώ­το, και διαπιστώνοντας φασματοσκο­πικώς ότι το αέριο που συγκεντρωνό­ταν στο δεύτερο δοχείο ήταν ήλιο. Την ίδια εποχή τιμήθηκε και με το Βραβείο Νομπέλ Χημείας, για τις ε­ρευνητικές εργασίες του σχετικά με τις ραδιενεργούς διασπάσεις αστα­θών στοιχείων.

Το 1911 συντελέστηκε η μεγαλύτε­ρη ίσως προσφορά τού Ράδερφορντ στην επιστήμη με την διατύπωση τού ατομικού προτύπου του. Όταν ήταν ακόμη στο Μόντρεαλ, είχε παρατηρή­σει ότι κατά την διέλευση ταχύτατα κινουμένων σωματιδίων α μέσα από λεπτά φύλλα μαρμαρυγία εμφανίζο­νται συγκεχυμένες εικόνες σε φωτο­γραφικές πλάκες. Αντίθετα, ευκρινέ­στερες εικόνες λαμβάνονται, όταν δεν παρεμβάλλονται εμπόδια στην πορεία των σωματιδίων. Υπέθεσε τό­τε ότι τα σωματίδια α εκτρέπονται κα­τά μικρές γωνίες, όταν διέρχονται πο­λύ κοντά από τα άτομα τού μαρμαρυ­γία. Όμως από τους σχετικούς υπο­λογισμούς ο Ράδερφορντ οδηγήθηκε μάλλον με έκπληξη στο συμπέρασμα ότι, για να προκληθεί εκτροπή σωμα­τιδίων α, που οδεύουν με ταχύτη­τες της τάξης των 20.000 χιλιομέ­τρων ανά δευτερόλεπτο (km/s), απαι­τείται η επιβολή ηλεκτρικού πεδίου 100.000.000 βολτ ανά εκατοστόμετρο (V/cm). Το παραπάνω φαινόμενο σκέ­δασης έγινε επίσης αντιληπτό και κα­τά τις μετρήσεις τού αριθμού των σω­ματιδίων, που πραγματοποίησε σε συ­νεργασία με τον Γκάιγκερ.

ratherf2

Ο Ράδερ­φορντ πρότεινε τότε στον Γκάιγκερ και σ' έναν άλλο μαθητή του, τον Μάρσντεν (Ernest Marsden), να διε­ρευνήσουν κατά πόσον ορισμένα σω­ματίδια σκεδάζονται προς τα πίσω, δηλαδή εκτρέπονται υπό γωνία μεγα­λύτερη των 90°. 

Προς μεγάλη τους έκπληξη διαπίστωσαν τότε ότι πολύ λίγα σωματίδια σ' ένα σύνολο 10.000 εκτρέπονται σε τέτοιο βαθμό, ώστε να εξέρχονται από την ίδια πλευρά τού λεπτού φύλλου χρυσού, προς την οποία είχαν προσπέσει.

ratherf3

  Μετά από ορισμένο αριθμό υπολογισμών, ο Ρά­δερφορντ κατέληξε ότι το αναγκαίο για την πραγματοποίηση μιας τέτοιας εκτροπής ηλεκτρικό πεδίο θα μπο­ρούσε να οφείλεται σ' ένα άτομο τού οποίου πρακτικά το σύνολο της μάζας και τού θετικού ηλεκτρικού φορτίου του είναι συγκεντρωμένο σ' ένα μι­κρό κεντρικό πυρήνα, διαμέτρου 10.000 περίπου φορές μικρότερης α­πό την διάμετρο τού ίδιου τού ατό­μου. Το θετικό ηλεκτρικό φορτίο τού πυρήνα αντισταθμίζεται, σύμφωνα με τον Ράδερφορντ, από το ίσο και αντί­θετο φορτίο των ηλεκτρονίων του, που είναι κατά ορισμένο τρόπο διατε­ταγμένα γύρω του.

Το 1904, ο Ιάπωνας φυσικός Χαντάρο Ναγκαόκα είχε ήδη προτείνει ένα ατομικό πρότυπο, σύμφωνα με το ο­ποίο τα ηλεκτρόνια περιφέρονται πά­νω σε δακτυλίους γύρω από έναν κε­ντρικό πυρήνα. Το πρότυπο αυτό, ό­μως, δεν είχε ιδιαίτερη απήχηση με­ταξύ των άλλων επιστημόνων, επειδή σύμφωνα με τις αρχές της κλασικής ηλεκτροδυναμικής, τα ηλεκτρόνια, λόγω της περιφοράς τους, θα πρέπει να χαρακτηρίζονται από κεντρομόλο επιτάχυνση με διεύθυνση προς το κέ­ντρο περιφοράς τους (τον πυρήνα), με συνέπεια, καθώς φέρουν ηλεκτρι­κό φορτίο, να ακτινοβολούν ενέρ­γεια. Έτσι, η ακτίνα της τροχιάς τους θα έπρεπε συνεχώς να μειώνεται με συνέπεια να καταλήξουν σχεδόν ακα­ριαία στον πυρήνα. Η ιδέα αυτή έρχε­ται σε αντίθεση με τις απόψεις που εί­χαν διατυπωθεί το 1910 από τον Τόμσον, σύμφωνα με τις οποίες όλα τα ηλεκτρόνια θα έπρεπε να είναι διατε­ταγμένα στο εσωτερικό μιας σφαίρας με την διάμετρο τού ατόμου, όπου υφίσταται ομοιόμορφη κατανομή θε­τικού ηλεκτρικού φορτίου. Σημαντική εξέλιξη δεν υπήρξε παρά μόνο το 1913, όταν ο Δανός φυσικός Ν. Μπορ (Niels Bohr) υποστήριξε ότι τα ηλε­κτρόνια, σε αντίθεση με την κλασική ηλεκτροδυναμική, δεν ακτινοβολούν ενέργεια, παρ' όλο που κινούνται σε κυκλικές τροχιές γύρω από τον πυρή­να, ενισχύοντας, έτσι, τις απόψεις των Ράδερφορντ και Ναγκαόκα. Η απονομή στον Ράδερφορντ τού τίτ­λου τού ιππότη το 1914 υπήρξε μια ακόμη αναγνώριση της μεγάλης προ­σφοράς του στην επιστήμη.

Κατά την διάρκεια τού Α' Παγκό­σμιου Πολέμου, ο Ράδερφορντ ανέ­λαβε να μελετήσει το πρακτικό πρό­βλημα της ανίχνευσης των υποβρυ­χίων με την βοήθεια ακουστικών συ­στημάτων.

Το 1919 πραγματοποίησε την πρώτη τεχνητή μεταστοιχείωση (πυρηνική αντίδραση), όταν ανακάλυ­ψε ότι κατά τον βομβαρδισμό ενός ατόμου αζώτου από ένα σωματίδιο α παράγεται ένα άτομο οξυγόνου και ένα άτομο υδρογόνου (αντίδραση Ρά­δερφορντ). Έτσι, ξεκίνησε μια σειρά ερευνητικών προσπαθειών, που οδή­γησαν τελικά στην περίοδο της ρα­γδαίας ανάπτυξης των πυρηνικών επιστημών. Παρ' όλο που η συμβολή του κατά τα τελευταία έτη της στα­διοδρομίας του δεν υπήρξε τόσο πλη­θωρική όσο στην αρχή, η επιρροή του στους νεώτερους μελετητές ήταν καθοριστική.

ratherf4

 Σε διάλεξη, που έδωσε το 1920 στην Βασιλική Εταιρεία, ανέπτυ­ξε τις απόψεις του σχετικά με την ύπαρξη τού νετρονίου και των ισοτό­πων τού υδρογόνου και τού ηλίου. Τρία από αυτά τα ισότοπα ανακαλύ­φθηκαν ακολούθως από ερευνητές τού Εργαστηρίου Κάβεντις.

Η θητεία τού Ράδερφορντ ως προέ­δρου της Βασιλικής Εταιρείας (1925 -1930) και του Συμβουλίου Ακαδη­μαϊκής Αρωγής (Academic Assistance Council), το οποίο βοήθησε περισσότερους από 1.000 πρόσφυγες από την Γερμανία, απορρόφησε μεγάλο μέ­ρος από τον χρόνο του. Ωστόσο, προ­σέφερε όσο ήταν δυνατόν τις επιστη­μονικές υπηρεσίες του στο Εργαστή­ριο Κάβεντις, ενθαρρύνοντας και κα­θοδηγώντας συγχρόνως τους νέους επιστήμονες. Εξακολουθούσε πάντο­τε να εξετάζει σε βάθος τα φαινόμενα και να προσπαθεί να τα ερμηνεύει με απλό κατά το δυνατόν τρόπο. Το 1934, όταν ο Φέρμι (Enrico Fermi) στην Ρώμη είχε επιτύχει την διάσπαση πολλών διαφορετικών ατόμων, χρησι­μοποιώντας ως βλήματα νετρόνια, ο Ράδερφορντ τού έγραψε για να τον συγχαρεί «επειδή μπόρεσε να ξεφύ­γει από την θεωρητική φυσική»

Πηγή : Πάπυρος Λαρούς Μπριτάνικα

ΕΠΙΣΤΡΟΦΗ

Αυτήν τη στιγμή επισκέπτονται τον ιστότοπό μας 14 επισκέπτες και κανένα μέλος