JAMES CHADWICK: TIỂU SỬ, MÔ HÌNH NGUYÊN TỬ, THÍ NGHIỆM - KHOA HỌC

James Chadwick (1891-1974) là nhà vật lý hàng đầu người Anh được công nhận nhờ phát hiện ra neutron vào năm 1932. Ngay sau đó, năm 1935, ông được trao giải Nobel Vật lý cho những đóng góp của mình cho cộng đồng khoa học. Mối quan tâm của Chadwick với các điện tích trung tính đã nảy sinh khoảng 10 năm trước khi ông có thể chứng minh sự tồn tại của chúng.

Trước lần kiểm tra này, Chadwick đã thực hiện một số thí nghiệm nhưng không thành công. Nó thành công vào năm 1932, khi nó dựa trên các thí nghiệm của Irène Joliot-Curie và Frédéric Joliot người Pháp. Sau đó, Chadwick đã cống hiến hết mình để nghiên cứu việc sử dụng quá trình phân hạch hạt nhân để tạo ra vũ khí chiến tranh.

Tiểu sử

nguồn gốc

Chadwick sinh ra ở thị trấn Bollington, miền đông bắc nước Anh, vào ngày 20 tháng 10 năm 1891. Ông là con của hai người lao động khiêm tốn: cha ông làm việc trên hệ thống đường sắt và mẹ ông là một người giúp việc nhà.

Ngay từ khi còn rất nhỏ, Chadwick đã nổi bật là một đứa trẻ hướng nội và cực kỳ thông minh. Anh bắt đầu học trung học ở Manchester, và ở tuổi 16 anh đã giành được học bổng để nghiên cứu vật lý thuần túy tại Đại học Victoria của Manchester.

Đào tạo học thuật

Chàng trai trẻ đầy hứa hẹn về vật lý chính thức bắt đầu học đại học vào năm 1908, khi mới 17 tuổi.

Ông đã vượt qua học viện một cách xuất sắc, và trong năm cuối cùng của sự nghiệp, ông đã tham dự cuộc điều tra của Ernest Rutheford, người đoạt giải Nobel về sự phân hủy của các nguyên tố và hóa học của các chất phóng xạ.

Sau khi lấy bằng Vật lý vào năm 1911, ông đăng ký theo học bằng thạc sĩ Vật lý, mà ông đã hoàn thành xuất sắc vào năm 1913. Trong thời gian đó, ông tiếp tục làm việc tay đôi với Rutheford trong phòng thí nghiệm của mình.

Sau đó, ông được trao một học bổng chuyên nghiệp cho phép ông chuyển đến Berlin, Đức, để nghiên cứu sâu hơn về bức xạ beta cùng với nhà vật lý người Đức Hans Geiger tại Technische Hochschule.

Trong thời gian ở Berlin, Chiến tranh thế giới thứ nhất bắt đầu vào tháng 7 năm 1914. Do bị buộc tội gián điệp, ông bị giam trong trại tập trung dành cho dân thường ở Ruhleben cho đến năm 1918.

Năm 1919 Chadwick trở lại Anh và bắt đầu học tiến sĩ tại Đại học Cambridge. Trong khi đó, anh tham gia lại công việc nghiên cứu của Rutheford, người sau đó lãnh đạo Phòng thí nghiệm Cavendish của tổ chức nổi tiếng.

Năm 1921, ở tuổi 21, ông lấy bằng Tiến sĩ (Tiến sĩ Triết học), trình bày một bài nghiên cứu đặc biệt về lực hạt nhân và số nguyên tử.

Năm 1923, ông được bổ nhiệm làm trợ lý giám đốc nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Cavendish của Cambridge. Chadwick phục vụ trong vai trò này cho đến năm 1935, khi ông quyết định chuyển đến Đại học Liverpool.

Nghề nghiệp

Nhờ những đóng góp khoa học của mình, ông đã được trao huy chương Hughes vào năm 1932. Sự công nhận này, do Hiệp hội Hoàng gia London trao tặng, thưởng cho những người có khám phá về khoa học vật lý và / hoặc các ứng dụng thực tế của chúng.

Năm 1935, ông được trao giải Nobel Vật lý cho việc phát hiện ra neutron là một hạt cơ bản không mang điện nằm trong hạt nhân nguyên tử.

Trong Thế chiến II, Chadwick đã tham gia tích cực vào Ủy ban MAUD của Anh, một ủy ban được thành lập để phân tích tính khả thi của việc sử dụng công nghệ hạt nhân trong sản xuất bom.

James Chadwick cũng là một phần trung tâm của Dự án Hợp kim Ống, một chương trình nghiên cứu do Vương quốc Anh ủy quyền và tài trợ với sự hỗ trợ từ Canada, nhằm phát triển vũ khí hạt nhân trong Thế chiến II.

Chadwick được chú ý vì sự thông minh và đĩnh đạc chính trị trong thời kỳ này, vì các đề xuất của ông đóng vai trò là cầu nối cho các cuộc đàm phán hợp tác điều tra giữa Vương quốc Anh, Canada và Hoa Kỳ.

Dự án Manhattan

Vào cuối Thế chiến thứ hai, Chadwick đảm nhận nhiệm vụ của sứ mệnh Anh trong Dự án Manhattan. Dự án sau đó là một dự án nghiên cứu chung giữa Hoa Kỳ, Vương quốc Anh và Canada, với mục đích phát triển quả bom nguyên tử đầu tiên.

Chadwick có quyền truy cập miễn phí vào tất cả thông tin bí mật của dự án: thiết kế, kế hoạch, dữ liệu, ước tính, v.v., mặc dù là dân thường chứ không phải người Mỹ; Điều đáng chú ý là cả hai điều kiện đều được độc quyền tham gia vào dự án.

Sau đó, ông được phong làm hiệp sĩ Anh vào năm 1945, và một năm sau đó, Hoa Kỳ đã trao tặng ông Huân chương Công đức cho những đóng góp dũng cảm của ông cho Dự án Manhattan.

Kho vũ khí hạt nhân cho Anh

Vào cuối Thế chiến thứ hai, Chadwick đã thúc đẩy mạnh mẽ sáng kiến cho Vương quốc Anh phát triển kho vũ khí hạt nhân của riêng mình.

Để theo đuổi mục tiêu đó, Chadwick đã được bầu làm thành viên của Ủy ban Cố vấn Năng lượng Nguyên tử Anh, đồng thời là đại diện của Vương quốc Anh tại Ủy ban Năng lượng Nguyên tử của Liên Hợp Quốc.

Khoảng năm 1948, James Chadwick làm giáo sư tại Cao đẳng Gonville & Caius, Đại học Cambridge. Sau đó, vào năm 1950, ông lại được vinh danh bởi Hiệp hội Hoàng gia London khi nhận được Huân chương Copley.

8 năm sau, anh quyết định tự nguyện nghỉ hưu ở North Wales. James Chadwick qua đời vào ngày 24 tháng 7 năm 1974, tại thành phố Cambridge.

Mô hình nguyên tử Chadwick

Mô hình nguyên tử của Chadwick tập trung vào mô hình của hạt nhân nguyên tử được tạo thành không chỉ từ proton (điện tích dương), mà còn từ neutron (điện tích trung hòa).

Những nỗ lực của Chadwick để chứng minh sự tồn tại của các hạt trung tính bắt đầu vào những năm 1920. Tuy nhiên, vào thời điểm đó, nhà khoa học lỗi lạc đã thực hiện nhiều nỗ lực nhưng không có kết quả. Một thập kỷ sau, Chadwick tái tạo các thí nghiệm của Irène Joliot-Curie (con gái của Marie Curie và Pierre Curie) và Frédéric Joliot (chồng của Irène) ở Pháp.

Cặp nhà khoa học này đã thành công trong việc loại bỏ proton từ một mẫu sáp parafin bằng cách sử dụng tia gamma.

Chadwick tin rằng sự phát xạ tia gamma chứa các hạt trung tính, và những hạt này là những hạt đã va chạm với mẫu sáp, sau đó gây ra sự giải phóng proton từ sáp.

Do đó, ông đã cố gắng tái tạo những thí nghiệm này tại Phòng thí nghiệm Cavendish và sử dụng polonium - thứ đã được các Curies sử dụng làm nguồn phát tia gamma - để chiếu xạ berili với các hạt alpha.

Bức xạ này sau đó tác động lên một mẫu sáp parafin tương tự, và các proton trong mẫu đó bị loại bỏ một cách thô bạo khỏi vật liệu.

Hành vi của các proton được quan sát bằng cách sử dụng một buồng ion hóa nhỏ, điều chỉnh cho phù hợp với thí nghiệm của chính Chadwick.

Chadwick phát hiện ra rằng hành vi của các proton được giải phóng bởi sáp chỉ có thể được giải thích nếu các hạt đó đã va chạm với các hạt trung hòa về điện khác và có khối lượng rất giống nhau.

Hai tuần sau, James Chadwick đăng một bài báo trên tạp chí khoa học Nature về sự tồn tại có thể có của neutron.

Tuy nhiên, Chadwick ban đầu hình thành mô hình khi coi nơtron là một sự sắp xếp được tạo thành từ một proton và một điện tử, tạo ra điện tích trung hòa. Sau đó, nhà vật lý người Đức Werner Heisenberg đã chỉ ra rằng neutron là một hạt cơ bản, đơn lẻ.

Thí nghiệm

Sau khi phát hiện ra neutron, Chadwick tập trung vào việc ngày càng đi xa hơn về đặc tính của thành phần nguyên tử mới này.

Việc phát hiện ra neutron và mô hình nguyên tử của Chadwick đã cách mạng hóa quan điểm truyền thống của khoa học, do sự va chạm của neutron với hạt nhân nguyên tử và sự trục xuất proton ra khỏi nguyên tử.

Phân hủy beta là một quá trình mà qua đó các hạt beta (electron hoặc positron) được phát ra từ hạt nhân nguyên tử, để cân bằng sự hiện diện của proton và neutron trong hạt nhân nguyên tử.

Do quá trình này, vô số thí nghiệm đã được thực hiện trên toàn thế giới, được thúc đẩy bởi khám phá của Chadwick, để tạo ra sự chuyển đổi một số neutron thành proton.

Bởi vì mỗi nguyên tố hóa học được xác định dựa trên số lượng proton mà nó có, các thí nghiệm trước đây đã mở ra cánh cửa cho việc tạo ra và / hoặc khám phá các nguyên tố hóa học mới với số lượng proton nhiều hơn dưới vành đai của chúng.

Hạt nhân hạt nhân

Chadwick nhấn mạnh những phân tích sau này của ông về việc sử dụng neutron để phân chia các nguyên tử hạt nhân nặng thành một số hạt nhân nhỏ hơn, thông qua quá trình phân hạch hạt nhân.

Nó được đặt tên theo cách này bởi vì sự phân chia xảy ra trong hạt nhân của nguyên tử và tạo ra một lượng năng lượng cực kỳ lớn. Khái niệm này được sử dụng để thiết kế vũ khí hạt nhân mạnh mẽ.

Chadwick thậm chí còn tài trợ cho việc mua một máy gia tốc hạt trong thời gian ở Liverpool, sử dụng một phần số tiền thu được từ việc đoạt giải Nobel năm 1935 cho việc này.

Những đóng góp của Chadwick cho khoa học

Những đóng góp của James Chadwick cho khoa học bao gồm việc phát hiện ra neutron mà ông đã đoạt giải Nobel Vật lý năm 1935. Ông cũng tham gia chế tạo bom nguyên tử ở Hoa Kỳ, viết về bức xạ từ các chất phóng xạ và phát hiện ra tritium. .

Sự phát hiện ra neutron

Trong quá trình nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Cavendish ở Cambridge, Rutherford và Chadwick đã tiến hành các thí nghiệm với các hạt alpha để tìm hiểu về bản chất của hạt nhân nguyên tử. Điều đáng chú ý là hạt nhân nguyên tử được Rutherford phát hiện năm 1911.

Những nghiên cứu này được thực hiện bằng cách phân tích một bức xạ chưa từng thấy trước đây phát ra từ berili, khi vật liệu này tiếp xúc với sự bắn phá của các hạt alpha.

Bức xạ này bao gồm các hạt có khối lượng rất giống khối lượng của proton, nhưng không có điện tích. Những hạt này được gọi là neutron, do tính chất trung tính của thành phần của chúng.

Chadwick đã thực hiện khám phá này vào giữa năm 1932, qua đó xác định cơ sở của mô hình nguyên tử của Chadwick, chi tiết của chúng được trình bày chi tiết trong phần tiếp theo của bài viết này.

Điều tra hạt nhân

Việc Chadwick phát hiện ra neutron đã tạo tiền đề cho việc phát hiện ra sự phân hạch hạt nhân và phát triển vũ khí chiến tranh với công nghệ này.

Chadwick phát hiện ra rằng bằng cách bắn phá nguyên tử của một nguyên tố bằng neutron, hạt nhân của vật liệu này có thể bị xuyên thủng và tách ra, tạo ra một lượng năng lượng đáng kể.

Từ đó, Chadwick công bố tính tất yếu của loại công nghệ này đối với việc phát triển vũ khí chiến tranh, và trực tiếp tham gia vào các vấn đề ngoại giao liên quan đến quá trình này ở Mỹ và Anh.

Chadwick đã hợp tác chế tạo bom nguyên tử cùng với các nhà khoa học Mỹ và Canada khác từ năm 1943 đến năm 1945.

Ông phụ trách chỉ đạo phái đoàn khoa học Anh làm việc tại phòng thí nghiệm Los Álamos, ở New Mexico, Hoa Kỳ. Năm 1939, Hoa Kỳ bắt đầu nghiên cứu Dự án Manhattan, tên mã của bom nguyên tử.

Tổng thống Franklin Delano Roosevelt đã được các nhà khoa học hạt nhân Edward Teller, Leó Szilárd và Eugene Wigner, thông qua Albert Einstein, cảnh báo về việc Đức Quốc xã sử dụng quá trình phân hạch hạt nhân để sản xuất bom.

Khám phá tritium

Tritium đã được xác định vào năm 1911 bởi nhà khoa học người Anh Joseph John Thomson, nhưng ông tin rằng nó là một phân tử triatomic.

Ernest Rutherford đã công bố nó, nhưng phải đến năm 1934, Chadwick, làm việc cho nhóm của Rutherford, đã liệt kê nó như một đồng vị của hydro.

Triti là một đồng vị phóng xạ của hydro, có ký hiệu là ³H. Nó bao gồm một hạt nhân được tạo thành từ một proton và hai neutron.

Triti được tạo ra bằng cách bắn phá các neutron tự do của các mục tiêu nitơ, lithium và boron.

Tạo điều kiện thuận lợi cho sự phân hạch của uranium 235

Việc James Chadwick phát hiện ra neutron đã tạo điều kiện cho sự phân hạch hạt nhân; tức là, sự tách uranium 235 từ uranium -238, một nguyên tố hóa học được tìm thấy trong tự nhiên.

Làm giàu uranium 235 là quá trình mà uranium tự nhiên trải qua để thu được đồng vị 235 và sản xuất năng lượng hạt nhân. Sự phân hạch là một phản ứng hạt nhân; nghĩa là, nó được kích hoạt trong hạt nhân của nguyên tử.

Phản ứng hóa học này xảy ra khi một hạt nhân nặng được chia thành hai hoặc nhiều hạt nhân nhỏ hơn và một số sản phẩm phụ như photon (tia gamma), neutron tự do và các mảnh khác của hạt nhân.

Hiệp ước về bức xạ các chất phóng xạ

Năm 1930 James Chadwick đã viết một chuyên luận về bức xạ từ các chất phóng xạ.

Chadwick đã đo được khối lượng của neutron và suy ra rằng nó tương tự như của proton với một điểm khác biệt: nó có điện tích trung hòa.

Sau đó, ông kết luận rằng hạt nhân nguyên tử được tạo thành từ neutron và proton và số lượng proton tương tự như số lượng electron.

Những nghiên cứu và đóng góp của ông cho công việc của phòng thí nghiệm vật lý tại Đại học Manchester và Đại học Cambridge ở Anh là chìa khóa cho kiến thức về năng lượng hạt nhân và việc xây dựng mô hình nguyên tử của Rutherford.

Các bài báo quan tâm

Mô hình nguyên tử của Schrödinger.

Mô hình nguyên tử De Broglie.

Mô hình nguyên tử Heisenberg.

Mô hình nguyên tử của Perrin.

Mô hình nguyên tử của Thomson.

Mô hình nguyên tử của Dalton.

Mô hình nguyên tử Dirac Jordan.

Mô hình nguyên tử của Democritus.

Mô hình nguyên tử của Bohr.

Mô hình nguyên tử Sommerfeld.

Người giới thiệu

J. Chadwick, Sự tồn tại của một neutron, Proc. Roy. Soc. A 136 (1932) Truy cập ngày 18 tháng 12 năm 2017 từ chemteam.info
Chadwick (1891-1974). Tham khảo ý kiến của losavancesdelaquimica.com
James Chadwick - tiểu sử. Tham khảo ý kiến của Buscabiografias.com
Pérez Aguirre, Gabriela. Hóa học 1. Phương pháp tiếp cận theo nhà kiến tạo, Tập 1. Đã tham khảo ý kiến của books.google.co.ve
James Chadwick. Tham khảo ý kiến của es.wikipedia.org
Brown, Andrew (1997). The Neutron and the Bomb: a Biography of Sir James Chadwick. Nhà xuất bản Đại học Oxford. Được khôi phục từ amazon.co.uk
James Chadwick (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Được khôi phục từ: britannica.com
James Chadwick (nd). Khôi phục từ: atomheritage.org
James Chadwick (nd). Phục hồi từ: Famousscientists.org
James Chadwick - Tiểu sử (2014). Nobel Phương tiện AB. Được khôi phục từ: nobelprize.org
James Chadwick: Tiểu sử & Lý thuyết Nguyên tử (nd). Phục hồi từ: study.com
Các nguyên lý của khoa học vật lý (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Được khôi phục từ: britannica.com
Wikipedia, Bách khoa toàn thư miễn phí (2018). Khám phá về neutron. Được khôi phục từ: en.wikipedia.org.

JAMES CHADWICK: TIỂU SỬ, MÔ HÌNH NGUYÊN TỬ, THÍ NGHIỆM - KHOA HỌC - 2026