Τετάρτη, 3 Ιανουαρίου 2018

Σαν σήμερα ... 1919, ο Ράδερφορντ επιτυγχάνει την πρώτη τεχνητή μεταστοιχείωση.



Σαν σήμερα, στις 3 Ιανουαρίου 1919, ο Ernest Rutherford, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Manchester τότε και λίγο πριν φύγει για το Cambridge, κατάφερε για πρώτη φορά τεχνητά να μετατρέψει άτομα ενός στοιχείου σε άτομα άλλου στοιχείου. 
Πιο συγκεκριμένα, βομβαρδίζοντας άτομα αζώτου με σωματίδια άλφα (πυρήνες του στοιχείου Ήλιον), κατάφερε να παράξει άτομα οξυγόνου με ταυτόχρονη εκπομπή πρωτονίων. Η πυρηνική αντίδραση που συνέβη μπορεί να γραφεί με το σχήμα που φαίνεται στην αρχή της ανάρτησης.      
(Το 1925 θα παρατηρούσαν αυτή την αντίδραση να συμβαίνει κατευθείαν σ' ένα θάλαμο φυσαλίδων). 

Η παραπάνω γραφική παράσταση εμφανίζεται στην εργασία του Ράδερφορντ
και παρουσιάζει "Απορροφήσεις σε εκατοστά αέρα - Σχετικός αριθμός σπινθηρισμών"
Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ - Απρίλιος 1919.

Βέβαια, το πρωτόνιο δεν ήταν γνωστό τότε. Ο Ράδερφορντ διαπίστωσε την ύπαρξη πυρήνα υδρογόνου στα προϊόντα της αντίδρασης, επειδή σε προηγούμενα πειράματα που είχε κάνει βομβαρδίζοντας αέριο υδρογόνο με σωματίδια άλφα για να απομονώσει τον πυρήνα από το άτομο του υδρογόνου, είχε παρατηρήσει παρόμοια προϊόντα. Αυτό το αποτέλεσμα έδειξε στο Ράδερφορντ, ότι οι πυρήνες υδρογόνου ήταν μέρος των πυρήνων του αζώτου και πιθανώς μέρος πυρήνων άλλων ατόμων. Μια τέτοια δομή για τους πυρήνες των στοιχείων ο Ράδερφορντ υποπτευόταν από παλιότερα ότι μπορεί να υπάρχει, με βάση τις μετρήσεις των ατομικών βαρών που ήταν ακέραια πολλαπλάσια του ατομικού βάρους του υδρογόνου (υπόθεση Prout). 


Το εργαστήριο στο Μάντσεστερ, όπου ο Rutherford
έκανε τα πειράματα για την τεχνητή μεταστοιχείωση.
 

Μετά από αυτές τις παρατηρήσεις ο Ράδερφορντ έφτασε στο συμπέρασμα ότι ένας πυρήνας υδρογόνου ήταν πιθανώς ένα θεμελιώδες δομικό στοιχείο όλων των πυρήνων και ενδεχομένως, ένα νέο θεμελιώδες σωματίδιο, καθώς κανένας άλλος από τους μέχρι τότε γνωστούς πυρήνες δεν ήταν ελαφρύτερος από τον πυρήνα του υδρογόνου. Έτσι, ο Ράδερφορντ αξιωματικά δέχτηκε ότι ο πυρήνας υδρογόνου πρέπει να είναι ένα νέο σωματίδιο, το οποίο ονόμασε proton (πρωτόνιο).

Βέβαια, το φαινόμενο της φυσικής μεταστοιχείωσης είχε ήδη παρατηρηθεί από το 1901, όταν ο Frederick Soddy με τον Ράδερφορντ ανακάλυψαν ότι το ραδιενεργό στοιχείο θόριο μετατρεπόταν από μόνο του σε ράδιο. Λέγεται, ότι τη στιγμή αυτής της διαπίστωσης ο Soddy φώναξε: "Ράδερφορντ, αυτή είναι μια μεταστοιχείωση (transmutation)!"
Τότε ο Ράδερφορντ γύρισε και του είπε: "Για όνομα του Θεού Soddy, μη το λες μεταστοιχείωση. Θα μας πάρουν τα κεφάλια σαν αλχημιστές."

Cockcroft, Rutherford, και Walton το 1932, λίγο μετά το βομβαρδισμό
πυρήνων λιθίου με επιταχυνόμενα πρωτόνια.

Τελικά, το 1932, μια πλήρως τεχνητή πυρηνική αντίδραση και μεταστοιχείωση επιτεύχθηκε από τους συναδέλφους του Ράδερφορντ, John Cockcroft και Ernest Walton. Αυτοί βομβάρδισαν πυρήνες λιθίου με επιταχυνόμενα πρωτόνια καταφέρνοντας την παραγωγή δύο σωματιδίων άλφα, σύμφωνα με την αντίδραση


Ο άθλος έγινε γνωστός ως "διάσπαση του ατόμου", αν και δεν ήταν η σύγχρονη αντίδραση πυρηνικής σχάσης που ανακαλύφθηκε το 1938 από τον Otto Hahn, την Lise Meitner και τον βοηθό τους Fritz Strassmann σε βαριά στοιχεία.

Ένα σύντομο κείμενο "Splitting the Atom" με λεπτομέρειες για το γεγονός της πρώτης τεχνητής μεταστοιχείωσης, από το βιβλίο του E. Larsen  "From Atomic Energy - A Layman's Guide to the Nuclear Age".

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου