Ernest Rutherford

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Ernest Rutherford
Ernest Rutherford LOC.jpg
Életrajzi adatok
Született 1871. augusztus 30.
Nelson,  Új-Zéland
Elhunyt 1937. október 19. (66 évesen)
Cambridge,  Egyesült Királyság
Sírhely Westminsteri apátság
Házastárs Mary Georgina Newton
Gyermekek Eileen Rutherford (1901–1930)
Iskolái
Iskolái
Felsőoktatási
intézmény
Canterbury College
Pályafutása
Szakterület atomfizika
Kutatási terület radioaktivitás, atomszerkezet
Tudományos fokozat
  • egyetemi doktor — 1895
Munkahelyek
Cambridge-i Egyetem Cavendish Laboratóriuma gyakornok, 1895–1898, igazgató 1919–1937
McGill Egyetem (Montréal) tanszékvezető professzor, 1898–1905
Manchesteri Egyetem Langworthy-professzor
Jelentős munkái szövegben
Szakmai kitüntetések
Akadémiai tagság Royal Society — 1903

Hatással volt
Hatással voltak rá Joseph John Thomson

Ernest Rutherford aláírása
Ernest Rutherford aláírása
Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Ernest Rutherford témájú médiaállományokat.

Lord Ernest Rutherford (of Nelson, New Zealand and Cambridge) (Brightwater, 20 km-re Nelsontól 1871. augusztus 30.Cambridge 1937. október 19.) Nobel-díjas fizikus, aki kémiából kapott Nobel-díjat.

Fiatal évei[szerkesztés]

Új-Zéland déli szigetén született egy 12 gyermekes család negyedik gyermekeként. Apja, James Rutherford, Skóciából kivándorolt földműves[1] volt, anyja Martha Thompson Angliából kivándorolt tanítónő. A család hamarosan átköltözött a szomszédos Foxhillbe, és a fiú ott járt általános iskolába. Az állami iskola elvégzése után a lehetséges 600 pontból 580-at szerezve ösztöndíjat nyert a Nelson Collegiate School magániskolába, ahol majdnem minden tárgyban kitűnt eredményeivel, de leginkább (tíz éves kora óta) a fizika érdekelte. 1890-ben ösztöndíjat nyert a fővárosi Canterbury College-ba, a mai új-zélandi Canterbury Egyetem elődjébe. 19 évesen beleszeretett szállásadónőjének lányába, Mary Newtonba. A B.A. fokozat megszerzése után egy újabb ösztöndíjjal 1893-ban fejezte be az M.A. képzést úgy, kiváló eredményt ért el matematikából és fizikából.[2]

Pályája, felfedezései[szerkesztés]

Doktori értekezését arról írta hogyan mágneseződik a vas nagy frekvenciájú elektromágneses hullámok hatására. Ehhez újfajta, érzékeny detektort szerkesztett e hullámok kimutatására. 1895-ben, ösztöndíjjal a Cambridge-i Egyetemre ment, hogy a Cavendish Laboratóriumban kutathasson. Anglia leghíresebb fizikai kutató laboratóriumát ekkor a későbbi Nobel-díjas Joseph John Thomson vezette. Elutazása előtt eljegyezte Mary Newtont, és megígérte neki, hogy amint helyzete Angliában stabilizálódik, feleségül veszi.

Eleinte Angliában is az elektromágneses hullámokkal és a kimutatásukra feltalált detektorával kísérletezett, így például – ilyen nagy távolságot a világon elsőként áthidalva, még Marconi kísérletei előtt – rádiókapcsolatot létesített a laboratórium és az attól három kilométerre lévő csillagvizsgáló között. Eközben két fontos esemény keltette fel számos fizikus figyelmét:

  • 1895-ben nem egészen két hónappal Rutherford Cavendish-be érkezése után Wilhelm Conrad Röntgen felfedezte a később róla elnevezett sugárzást;
  • 1896-ban Henri Becquerel pedig azt, hogy az urán vegyületei maguktól, minden beavatkozás nélkül ugyancsak meglehetősen átható sugárzást bocsátanak ki.

Thomson azonnal felismerte mindkét felfedezés jelentőségét, és a laboratórium fő kutatási témájává a röntgen- és az „uránsugárzás”, azaz a radioaktivitás vizsgálatát tette. Rutherford is ezekkel a témákkal kezdett foglalkozni, és az urán (valamint a tórium) sugárzásában sikerült is elkülönítenie két típust, az ún. alfa- és béta-sugárzást[2] (a gamma-sugárzást a francia Paul Villard fedezte fel 1900-ban). Bár szakmailag szép sikereket ért el, egzisztenciális okokból (szeretett volna megnősülni) úgy döntött, hogy elhagyja a laboratóriumot, mert ott nem látott lehetőséget az előrelépésre.

Pályázaton elnyerte a tanszékvezető professzor állását a montréali McGill Egyetemen, és 1898 végétől ott folytatta kísérleteit. Átalakította, a korszerű kutatásokra alkalmassá tette az egyetem fizikai laboratóriumát, ahol tanítványaival számos jelentős felfedezést értek el. Egyik munkatársa, Robert Bowie Owens felfedezte a „tórium-emanációnak” elnevezett gázt, ami később a radon 220-as izotópjának (220Rn) bizonyult. Ez volt az első olyan radioaktív anyag, aminek sugárzása az abban az időben meglévő műszerekkel is érzékelhetően csökkent. Rutherford 1900-ban kimutatta, hogy a csökkenés exponenciális, és jellemzésére bevezette a felezési idő fogalmát. 1900–1901-ben (nagyjából akkor, amikor Pierre Curie is) R.K. McClunggal végzett ionizációs kísérletei alapján kiszámította a rádium által kibocsátott alfa-sugárzás energiáját.

Közben hazautazott Új-Zélandra, hogy feleségül vegye Mary Newtont. Egyetlen lányuk, Eileen 1901-ben született.

Montréalba visszatérve kezdett együttműködni Frederick Soddy kémikussal. Megállapították, hogy a „tórium-emanáció” nem közvetlenül a tóriumból keletkezik, hanem egy köztes termékből, amit átmenetileg „tórium-X-nek” neveztek el. Megállapították, hogy a tórium, a „tórium-emanáció” és a „tórium-X” (ami a rádium volt) három különböző kémiai elem (a tórium bomlási sorának további tagjait Rutherford egy tanítványa, Otto Hahn fedezte fel — a radiotórium munkanevűt még Montréalban, a többit Németországba visszaköltözése után).

1902-ben Frederick Soddyval közösen publikálta a londoni Philosophical Magazine ban a radioaktív bomlás elméletét,[2] (bár az annak forradalmi újszerűségétől megrettent kollégái az egyetem tekintélyét féltve megpróbálták megakadályozni annak megjelentetését). A radioaktív elemek más elemekké átalakulásának kimutatása valósággal lázba hozta a tudományos közvéleményt, egyszer s mindenkorra megalapozta Rutherford hírnevét.

Tovább tanulmányozta az alfa-sugárzást; sikerült a sugarakat elektromos és mágneses térrel is eltérítenie. Megmérte az alfa-részecskék sebességét (20 000 km/s), amit tömegükhöz képest elképesztően nagynak talált. Az elektromos töltéseket mérve elsőként becsülte meg a rádiunból másodpercenként kirepülő részecskék számát (amire kb. 100 milliárdot kapott, a helyes érték 36,8 milliárd). Megsejtette, hogy az alfa-részecskék valójában hélium atommagok. 1903-ban Soddyval kimutatta, hogy a rádiumból folyamatosan hélium keletkezik (feltételezését 1908-ban sikerült véglegesen igazolnia).

1904-ben jelent meg első, addigi eredményeit összefoglaló könyve, a Radioaktivitás. Vendégprofesszorként előadott egyebek közt a New Haven-i egyetemen és a Berkeley Egyetemen1903 és 1907 között ötször kínáltak föl neki tanszéket különböző amerikai egyetemeken, de egyiket sem fogadta el. Montréali évei alatt — egyedül, illetve társszerzőkkel — mintegy 50 tudományos dolgozatot publikált. 1907-ben meghívták a Manchesteri Egyetem Langworthy-professzorának, mivel a tisztséget addig viselő Arthur Schuster optikus nyugdíjba vonult. Ezt a meghívást elfogadta, és családostól végleg Angliába költözött. Itteni munkájában nagy segítségére volt a fiatal német Hans Geiger, aki korábban Schuster asszisztense volt, később pedig a róla elnevezett Geiger–Müller-számláló (egyik) feltalálójaként írta be nevét a fizika történetébe. A detektor első változatát, ami már alkalmas volt arra, hogy akár egyetlen alfa-részecske becsapódását is kimutassa, Geiger már Manchesterben megépítette.

1908-ban Rutherford megkapta a Nobel-díjat[3] — méghozzá óriási meglepetésre nem a fizikait, hanem a kémiait. (A díjak odaítélésének, illetve a diszciplínák átjárhatóságának érdekessége, hogy a ma atomfizikaként ismert tudományágat a 20. század hajnalán még a kémiához sorolták: így például Marie Curie 1911-ben ugyancsak kémiai Nobel-díjat kapott a rádium és a polónium felfedezéséért). A manchesteri laboratóriumban utasítására Geiger és fiatalabb tanítványa, Ernest Marsden hozzáfogott a vékony fémlemezeken áthaladó alfa-részecskék szóródásának méréséhez. Erre azért volt szüksége, mert kísérletileg ellenőrizni akarta mestere, J. J. Thomson 1904-ben felállított „mazsolás kalács” (plum pudding) atommodelljét, amely azt tételezte fel, hogy az atom pozitív elektromos közegében negatív töltésű elektronok mozognak.[4]

A később Rutherford-kísérlet néven elhíresült méréssor vált Rutherford második csúcsteljesítménye: az atommag felfedezésének alapjává. Gyorsan kiderült, hogy a fémfólián áthaladó részecskék többségének iránya alig vagy egyáltalán nem változik meg, egy kis részüké azonban jelentősen (akár a teljes visszaverődésig) módosul, mintha valamilyen tömör testekről pattantak volna le. Ez az „áthatolhatatlan tartomány” az anyag teljes térfogatához képest nagyon kicsi, de nagyon tömör kellett legyen. Rutherford kiszámolta, hogyan kell szóródniuk az alfa-részecskéknek, ha az atom tömegének elsöprő többsége egy viszonylag kis, gömb alakú térrészben foglal helyet. Ez a ma is érvényes „Rutherford-féle szórási képlet”. 1911-ben a kísérletek igazolták a képlet helyességét; ennek alapján alkotta meg saját atommodelljét: a „Rutherford-féle atommodellben” a negatív töltésű elektronok valami ismeretlen módon a pozitív töltésű atommag körül rendeződnek el. Ezt a modellt az elrendeződés mikéntjét tisztázva már 1912-ben továbbfejlesztette a dán Niels Bohr.

1914. január 1-én a király lovaggá ütötte. Ebben az évben egy konferenciára Ausztráliába utazott, ám közben kitört a világháború, és sir Ernest Rutherford csak nagy kerülővel, Új-Zélandon (itt előadást tartott a christchurchi egyetemen), a Csendes-óceánon, Kanadán és az Atlanti-óceánon át sikerült hazatérnie. A háború alatt nem folytatta magfizikai kutatásait, helyette a német tengeralattjárók észlelésére használható lehallgató készülék tökéletesítésén dolgozott. Ehhez egy angol és francia tudósokból álló csoport élén az Egyesült államokba utazott, hogy összehangolják az óceán két partján elért eredményeket.

1919-ben végrehajtotta az első mesterséges magátalakítást. Egyszerű kísérleti berendezésekkel dolgozott bombázó lövedékként a természetes radioaktív anyagok által kibocsátott alfa-részecskéket használta. Ezek tehát a héliummagok olykor eltalálnak egy–egy nitrogénmagot, amibe beleolvadnak és abból egyúttal egy hidrogénmagot, azaz protont ütnek ki.[5] Eközben J. J. Thomson úgy döntött, hogy nyugdíjba vonul, és anélkül, hogy Rutherford háború utáni eredményeiről tudott volna, őt hívta meg utódául. Rutherford tehát igazgatóként tért vissza abba a Cavendish Laboratóriumba, ahol annak idején elkezdte pályáját.[2] Itt egész sereg jól képzett, tehetséges fizikus dolgozott, így:

1920-ban megsejtette, hogy még egy részecskének kell lenni – utóbb ez vezetett a neutron felfedezéséhez. A laboratórium vezetőjeként azonban nem annyira saját kutatásaira, mint inkább a fiatal munkatársak segítésére és eredményeik menedzselésére összpontosított. Emellett rengeteg előadást tartott kül- és belföldön egyaránt, a legkülönbözőbb tudományos társaságokban. Különböző tisztségeket is viselt, így például 1925–1930 között a Royal Society elnöke volt.

1930. december 23-án, negyedik gyermekének születése után embóliában meghalt lánya, Eileen.

1931. január 1-én báró rangot kapott (Baron Rutherford of Nelson — Nelson, Új-Zéland és Cambridge lordja). Címerébe egy kivi, egy maori és két egymást metsző görbe került — ez utóbbi első nagy felfedezésére, a radioaktív anyagok bomlására és egymásba átalakulására utal.

Az 1930-as évek elején a Cavendish Laboratóriumban egymást követték a nagy felfedezések, Rutherford pedig a laboratórium vezetése és egyéb társadalmi elkötelezettségei mellett az újonnan alakult akadémiai segélybizottság elnökeként a Hitler hatalomátvétele után Németországból menekülő zsidók fogadásának szervezésén fáradozott.

1937 nyarán jelent meg utolsó könyve, az Új alkímia, az elemek átalakításáról szerzett ismeretek összefoglalása. A télen Indiába kíván utazni egy kongresszusra, de október 14-én váratlanul rosszul lett, és kórházba szállították. Kizáródott sérvvel megoperálták, de a bélgyulladás okozta vérmérgezésben meghalt. A Westminsteri apátságban nyugszik,[2] közel Isaac Newtonhoz és Kelvinhez.[forrás?]

Könyvei[szerkesztés]

Cikkek[szerkesztés]


Jegyzetek[szerkesztés]

Források[szerkesztés]

  • Encyclopaedia Britannica: Badash, Lawrence. Ernest Rutherford, Baron Rutherford of Nelson, Encyclopaedia Britannica. Hozzáférés ideje: 2016. január 10. 
  • Nobel: Ernest Rutherford - Facts (angol nyelven). A Nobel-díj hivatalos oldala. (Hozzáférés: 2016. január 11.)
  • The Collected Papers of Lord Rutherford of Nelson, London, George Allen and Unwin Ltd 1962
  • Werner Braunbek: Az atommag regénye, Gondolat, Budapest, 1960

További információk[szerkesztés]