트리플 아트 이전, 즉 인공 방사능의 발견에 대해
물리학의 역사에서 때때로 많은 연구자들의 공동 노력이 일련의 획기적인 발견으로 이어지는 "멋진" 해가 있습니다. 전기의 해인 1820년, 아인슈타인의 네 편의 논문이 발표된 기적의 해인 1905년, 원자 구조 연구와 관련된 해인 1913년, 마지막으로 일련의 기술적 발견과 발전이 이루어진 1932년이 있었습니다. 원자력이 만들어졌습니다.물리학.
신혼부부
아이린, Marie Skłodowska-Curie와 Pierre Curie의 장녀는 1897년 파리에서 태어났습니다(1). 열두 살이 될 때까지 그녀는 약 XNUMX 명의 학생이있는 저명한 과학자들이 자녀를 위해 만든 작은 "학교"에서 집에서 자랐습니다. 교사는 Marie Sklodowska-Curie(물리학), Paul Langevin(수학), Jean Perrin(화학)이었고 인문학은 주로 학생들의 어머니가 가르쳤습니다. 수업은 보통 교사의 집에서 이루어졌고 아이들은 실제 실험실에서 물리와 화학을 공부했습니다.
따라서 물리와 화학의 가르침은 실제 행동을 통한 지식 습득이었습니다. 각각의 성공적인 실험은 젊은 연구자들을 기쁘게 했습니다. 이것들은 이해되고 신중하게 수행되어야 하는 실제 실험이었고 Marie Curie의 실험실에 있는 아이들은 모범적인 질서를 유지해야 했습니다. 이론적 지식도 습득해야했습니다. 나중에 훌륭하고 뛰어난 과학자 인이 학교 학생들의 운명 인 방법은 효과적인 것으로 판명되었습니다.
2. 프레데릭 졸리오(사진 하코트)
더욱이 의사인 이레나의 외할아버지는 아버지의 고아가 된 손녀를 위해 많은 시간을 할애하여 즐겁게 지내고 자연 과학 교육을 보충했습니다. 1914년 Irene은 선구적인 Collège Sévigné를 졸업하고 Sorbonne의 수학과 과학부에 입학했습니다. 이것은 제1916차 세계 대전의 발발과 동시에 일어났다. 1921년 그녀는 어머니와 합류하여 함께 프랑스 적십자에서 방사선 서비스를 조직했습니다. 전쟁 후 그녀는 학사 학위를 받았습니다. 1925년에 그녀의 첫 과학 작품이 출판되었습니다. 그는 다양한 광물에서 염소의 원자량을 결정하는 데 전념했습니다. 추가 활동에서 그녀는 어머니와 긴밀히 협력하여 방사능을 처리했습니다. XNUMX년에 옹호된 박사 학위 논문에서 그녀는 폴로늄에서 방출되는 알파 입자를 연구했습니다.
프레데릭 졸리오 1900년 파리에서 태어났다(2). 여덟 살 때부터 그는 소에서 학교를 다녔고 기숙 학교에서 살았습니다. 그 당시 그는 공부보다 스포츠, 특히 축구를 선호했습니다. 그런 다음 그는 두 개의 고등학교에 번갈아 가며 다녔습니다. Irene Curie처럼 그는 일찍 아버지를 잃었습니다. 1919년에 그는 École de Physique et de Chemie Industrielle de la Ville de Paris(파리 시 산업 물리학 및 산업 화학 학교)에서 시험에 합격했습니다. 그는 1923년에 졸업했다. 그의 교수인 Paul Langevin은 Frederick의 능력과 미덕에 대해 배웠습니다. 15개월의 군 복무 후, 그는 Langevin의 명령에 따라 Rockefeller Foundation의 지원을 받아 Radium Institute의 Marie Skłodowska-Curie의 개인 실험실 조교로 임명되었습니다. 그곳에서 그는 이렌 퀴리를 만났고 1926년 젊은이들은 결혼했습니다.
Frederick은 1930년에 방사성 원소의 전기화학에 관한 박사 학위 논문을 완성했습니다. 조금 일찍 그는 이미 아내의 연구에 관심을 집중했고 Frederick의 박사 학위 논문을 변호한 후 그들은 이미 함께 일했습니다. 그들의 첫 번째 중요한 성공 중 하나는 알파 입자의 강력한 공급원인 폴로늄을 준비한 것입니다. 헬륨 핵.(24그). 그녀의 딸에게 많은 양의 폴로늄을 공급한 사람이 마리 퀴리였기 때문에 그들은 부인할 수 없는 특권적인 위치에서 시작했습니다. 나중에 공동 작업자가 된 Lew Kowarsky는 다음과 같이 설명했습니다. Irena는 "훌륭한 기술자", "매우 아름답고 신중하게 작업했습니다", "그녀는 자신이하는 일을 깊이 이해했습니다." 그녀의 남편은 "더 눈부시게, 더 치솟는 상상력"을 가졌다. "그들은 서로를 완벽하게 보완했고 그것을 알고 있었습니다." 과학사의 관점에서 볼 때 그들에게 가장 흥미로운 시기는 1932-34년 XNUMX년이었습니다.
그들은 중성자를 거의 발견했습니다
"거의"는 매우 중요합니다. 그들은 이 슬픈 사실을 곧 알게 되었습니다. 1930년 베를린에서 두 명의 독일인이 - 월터 보테 i 휴버트 베커 - 알파 입자가 충돌했을 때 가벼운 원자가 어떻게 행동하는지 조사했습니다. 베릴륨 실드(49Be) 극도로 관통하는 고 에너지 방사선을 방출하는 알파 입자로 폭격을 당했을 때. 실험자들에 따르면 이 방사선은 강력한 전자기 방사선임에 틀림없다.
이 단계에서 Irena와 Frederick이 문제를 처리했습니다. 그들의 알파 입자 소스는 지금까지 가장 강력했습니다. 그들은 반응 생성물을 관찰하기 위해 클라우드 챔버를 사용했습니다. 1932년 XNUMX월 말, 그들은 수소를 함유한 물질에서 고에너지 양성자를 제거한 것이 감마선이라고 공개적으로 발표했습니다. 그들은 손에 무엇이 있고 무슨 일이 일어나고 있는지 아직 이해하지 못했습니다.. 읽고 나서 제임스 채드윅 (3) 케임브리지에서 그는 감마선이 전혀 아니라 몇 년 전에 Rutherford가 예측한 중성자라고 생각하면서 즉시 작업에 착수했습니다. 일련의 실험 후에 그는 중성자의 관찰을 확신하게 되었고 그 질량이 양성자와 비슷하다는 것을 발견했습니다. 17년 1932월 XNUMX일, 그는 "중성자의 존재 가능성"이라는 제목의 메모를 Nature지에 제출했습니다.
채드윅은 중성자가 양성자와 전자로 구성되어 있다고 믿었지만 실제로는 중성자였습니다. 1934년에야 그는 중성자가 기본 입자임을 이해하고 증명했습니다. 채드윅은 1935년 노벨 물리학상을 수상했습니다. 중요한 발견을 놓쳤다는 사실을 깨달았음에도 불구하고 Joliot-Curies는 이 분야에 대한 연구를 계속했습니다. 그들은 이 반응이 중성자 외에 감마선을 생성한다는 것을 깨달았고, 그래서 그들은 핵 반응을 썼습니다.
, 여기서 Ef는 감마 양자의 에너지입니다. 유사한 실험이 919F.
개봉을 또 놓쳤다
양전자를 발견하기 몇 달 전에 Joliot-Curie는 무엇보다도 마치 전자인 것처럼 휘었지만 전자의 반대 방향으로 비틀린 경로의 사진을 가지고 있었습니다. 사진은 자기장에 위치한 안개실에서 촬영되었습니다. 이를 바탕으로 부부는 소스에서 소스로 두 방향으로 전자가 이동하는 것에 대해 이야기했습니다. 사실, "소스를 향한" 방향과 관련된 것들은 양전자, 즉 소스에서 멀어지는 양전자였습니다.
한편, 1932년 늦여름 미국에서는 칼 데이비드 앤더슨 스웨덴 이민자의 아들인 (4)는 자기장의 영향을 받는 구름 상자에서 우주 광선을 연구했습니다. 우주선은 외부에서 지구로 옵니다. Anderson은 입자의 방향과 이동을 확인하기 위해 챔버 내부에서 입자가 금속판을 통과하여 일부 에너지를 잃었습니다. 2월 XNUMX일, 그는 흔적을 보았고 의심할 여지 없이 양전하로 해석했습니다.
Dirac이 이전에 그러한 입자의 이론적 존재를 예측했다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 그러나 앤더슨은 우주선 연구에서 어떤 이론적 원리도 따르지 않았습니다. 이런 맥락에서 그는 자신의 발견을 우연이라고 불렀습니다.
다시 Joliot-Curie는 부인할 수 없는 직업을 견뎌야 했지만 이 분야에 대한 추가 연구를 수행했습니다. 그들은 감마선 광자가 무거운 핵 근처에서 사라져 전자-양전자 쌍을 형성할 수 있음을 발견했습니다. 이는 분명히 아인슈타인의 유명한 공식 E = mc2와 에너지 및 운동량 보존 법칙에 따라 나타납니다. 나중에 Frederick 자신이 전자-양전자 쌍이 사라지는 과정이 있음을 증명하여 두 개의 감마 양자를 발생시킵니다. 전자-양전자 쌍의 양전자 외에도 핵 반응의 양전자가 있습니다.
5. 1933년 제XNUMX차 솔베이 회의
앞줄에 앉은 이렌 졸리오 퀴리(왼쪽에서 두 번째),
Maria Skłodowska-Curie(왼쪽에서 다섯 번째), Lise Meitner(오른쪽에서 두 번째).
인공 방사능
인공 방사능의 발견은 순간적인 행위가 아니었다. 1933년 1933월 알루미늄, 불소, 나트륨에 알파 입자를 충돌시켜 졸리오는 중성자와 미지의 동위원소를 얻었습니다. XNUMX년 XNUMX월 그들은 알루미늄에 알파 입자를 조사하여 중성자뿐만 아니라 양전자도 관찰했다고 발표했습니다. Irene과 Frederick에 따르면, 이 핵 반응의 양전자는 전자-양전자 쌍의 형성 결과로 형성될 수 없었지만 원자핵에서 나와야 했습니다.
제5차 솔베이 회의(22)는 29년 1933월 41일부터 XNUMX일까지 브뤼셀에서 열렸습니다. "원자핵의 구조와 특성"이라고 불렸습니다. 세계에서 이 분야에서 가장 저명한 전문가를 포함하여 XNUMX명의 물리학자가 참석했습니다. Joliot는 붕소와 알루미늄에 알파선을 조사하면 양전자 또는 양성자와 함께 중성자가 생성된다는 실험 결과를 보고했습니다.. 이 회의에서 리사 마이트너 그녀는 알루미늄과 불소를 사용한 동일한 실험에서 동일한 결과를 얻지 못했다고 말했습니다. 해석에서 그녀는 양전자 기원의 핵 성질에 대한 파리 부부의 의견을 공유하지 않았습니다. 그러나 그녀가 베를린에서 일하기 위해 돌아왔을 때 그녀는 다시 이러한 실험을 수행했으며 18월 XNUMX일에 Joliot-Curie에게 보낸 편지에서 그녀는 양전자가 실제로 핵에서 나온다고 생각한다고 인정했습니다.
아울러 이번 학술대회 프랜시스 페린, 그들의 동료이자 파리에서 온 좋은 친구는 양전자에 대해 이야기했습니다. 실험에서 자연 방사성 붕괴에서 베타 입자의 스펙트럼과 유사한 양전자의 연속 스펙트럼을 얻은 것으로 알려져 있습니다. 양전자와 중성자 에너지에 대한 추가 분석 Perrin은 여기에서 두 가지 방출을 구별해야한다는 결론에 도달했습니다. 첫째, 불안정한 핵의 형성과 함께 중성자 방출과이 핵에서 양전자 방출입니다.
회의 후 Joliot는 약 두 달 동안 이러한 실험을 중단했습니다. 그리고 1933년 XNUMX월 페린은 이 문제에 대한 자신의 의견을 발표했습니다. 동시에 XNUMX월에도 엔리코 페르미 베타 붕괴 이론을 제안했습니다. 이것은 경험의 해석을 위한 이론적 근거가 되었다. 1934년 초, 프랑스 수도에서 온 부부는 실험을 재개했습니다.
정확히 11월 10일 목요일 오후, Frédéric Joliot는 알루미늄 호일을 가져다가 3분 동안 알파 입자로 포격했습니다. 처음으로 그는 이전과 같이 포그 챔버가 아닌 감지를 위해 Geiger-Muller 카운터를 사용했습니다. 그는 호일에서 알파 입자의 소스를 제거할 때 양전자의 계산이 멈추지 않고 카운터에 계속 표시되며 그 수가 기하급수적으로 감소한다는 사실에 놀랐습니다. 그는 반감기를 15분 XNUMX초로 결정했습니다. 그런 다음 그는 경로에 납 브레이크를 배치하여 포일에 떨어지는 알파 입자의 에너지를 줄였습니다. 그리고 더 적은 양전자를 얻었지만 반감기는 변하지 않았습니다.
그런 다음 그는 붕소와 마그네슘에 대해 동일한 실험을 했고, 이 실험에서 각각 14분과 2,5분의 반감기를 얻었습니다. 그 후, 수소, 리튬, 탄소, 베릴륨, 질소, 산소, 불소, 나트륨, 칼슘, 니켈, 은으로 이러한 실험을 수행했지만 알루미늄, 붕소 및 마그네슘과 유사한 현상을 관찰하지 못했습니다. Geiger-Muller 계수기는 양전하 입자와 음전하 입자를 구별하지 않기 때문에 Frédéric Joliot도 실제로 양전자를 다룬다는 사실을 확인했습니다. 기술적 측면도 이 실험에서 중요했습니다. 즉, 강력한 알파 입자 소스의 존재와 Geiger-Muller 계수기와 같은 민감한 하전 입자 계수기의 사용입니다.
이전에 Joliot-Curie 쌍에 의해 설명된 바와 같이, 관찰된 핵 변형에서 양전자와 중성자가 동시에 방출됩니다. 이제 Francis Perrin의 제안에 따라 Fermi의 고려 사항을 읽은 부부는 첫 번째 핵 반응이 불안정한 핵과 중성자를 생성하고 그 불안정한 핵의 베타 플러스 붕괴가 뒤따른다고 결론지었습니다. 따라서 그들은 다음과 같은 반응을 쓸 수 있습니다.
Joliots는 생성된 방사성 동위원소가 자연에 존재하기에는 반감기가 너무 짧다는 사실을 알아차렸습니다. 그들은 15년 1934월 XNUMX일 "새로운 유형의 방사능"이라는 제목의 기사에서 그들의 결과를 발표했습니다. XNUMX월 초, 그들은 수집된 소량의 처음 두 반응에서 인과 질소를 식별하는 데 성공했습니다. 곧 양성자, 중수소 및 중성자의 도움으로 핵폭발 반응에서 더 많은 방사성 동위 원소가 생성될 수 있다는 예언이 있었습니다. XNUMX월에 Enrico Fermi는 그러한 반응이 곧 중성자를 사용하여 수행될 것이라고 내기를 걸었습니다. 그는 곧 내기에서 이겼습니다.
Irena와 Frederick은 "새로운 방사성 원소의 합성"으로 1935년에 노벨 화학상을 수상했습니다. 이 발견은 기초 연구, 의학 및 산업 분야에서 많은 중요하고 가치 있는 응용 분야를 발견한 인공 방사성 동위원소 생산을 위한 길을 열었습니다.
마지막으로 미국의 물리학자들을 언급할 가치가 있습니다. 어니스트 로렌스 Berkeley의 동료들과 Pasadena의 연구원들과 함께 인턴쉽을 하던 Pole이 있었습니다. 안제이 솔탄. 가속기가 이미 작동을 멈췄지만 카운터에 의한 펄스 계산이 관찰되었습니다. 그들은 이 수치를 좋아하지 않았습니다. 그러나 그들은 중요한 새로운 현상을 다루고 있다는 것과 인공 방사능의 발견이 단순히 부족하다는 것을 깨닫지 못했습니다 ...
