JAMES CHADWICK: BIOGRAPHIE, ATOMMODELL, EXPERIMENTE - WISSENSCHAFT - 2025

James Chadwick (1891-1974) war ein führender englischer Physiker, der 1932 für die Entdeckung des Neutrons anerkannt wurde. Kurz darauf, 1935, erhielt er für seinen Beitrag zur wissenschaftlichen Gemeinschaft den Nobelpreis für Physik. Chadwicks Besorgnis über neutrale Anklagen entstand ungefähr 10 Jahre bevor er ihre Existenz nachweisen konnte.

Vor dieser Überprüfung führte Chadwick mehrere Experimente durch, die nicht erfolgreich waren. Es war 1932 erfolgreich, als es auf den Experimenten der Französin Irène Joliot-Curie und Frédéric Joliot basierte. Später widmete sich Chadwick der Erforschung des Einsatzes der Kernspaltung zur Schaffung von Kriegswaffen.

Biografie

Herkunft

Chadwick wurde am 20. Oktober 1891 in der Stadt Bollington im Nordosten Englands geboren. Er war der Sohn zweier bescheidener Arbeiter: Sein Vater arbeitete im Eisenbahnsystem und seine Mutter war Hausangestellte.

Chadwick war schon in jungen Jahren ein introvertiertes und äußerst intelligentes Kind. Er begann die Sekundarschule in Manchester und erhielt im Alter von 16 Jahren ein Stipendium für ein Studium der reinen Physik an der verstorbenen Victoria University of Manchester.

Akademisches Training

Das junge Versprechen der Physik begann sein Universitätsstudium 1908 im Alter von 17 Jahren.

Er hatte einen hervorragenden Durchgang durch die Akademie und nahm im letzten Jahr seiner Karriere an den Untersuchungen des Nobelpreisträgers Ernest Rutheford zum Zerfall der Elemente und zur Chemie radioaktiver Substanzen teil.

Nach seinem Abschluss in Physik im Jahr 1911 schrieb er sich für einen Master in Physik ein, den er 1913 erfolgreich abschloss. Während dieser Zeit arbeitete er weiterhin Hand in Hand mit Rutheford in seinem Labor.

Später erhielt er ein Berufsstipendium, das es ihm ermöglichte, nach Berlin zu ziehen, um gemeinsam mit dem deutschen Physiker Hans Geiger an der Technischen Hochschule die Beta-Strahlung weiter zu erforschen.

Während seines Aufenthalts in Berlin begann der Erste Weltkrieg im Juli 1914. Aufgrund eines Vorwurfs der Spionage wurde er bis 1918 in einem Konzentrationslager für Zivilisten in Ruhleben interniert.

1919 kehrte Chadwick nach England zurück und promovierte an der University of Cambridge. In der Zwischenzeit kehrte er in die Forschungsarbeit von Rutheford zurück, der bis dahin das Cavendish Laboratory der renommierten Institution leitete.

1921, im Alter von 21 Jahren, promovierte er (Philosophie Doctor) und präsentierte ein spezielles Forschungspapier über Kernkräfte und Ordnungszahlen.

1923 wurde er zum stellvertretenden Forschungsdirektor am Cambridge Cavendish Laboratory ernannt. Chadwick war in dieser Rolle bis 1935 tätig, als er beschloss, an die Universität von Liverpool zu ziehen.

Werdegang

Dank seiner wissenschaftlichen Beiträge wurde er 1932 mit der Hughes-Medaille ausgezeichnet. Diese Anerkennung, die von der Royal Society of London verliehen wird, belohnt diejenigen, die Entdeckungen über die Naturwissenschaften und / oder ihre praktischen Anwendungen machen.

1935 erhielt er den Nobelpreis für Physik für die Entdeckung des Neutrons als Elementarteilchen ohne elektrische Ladung im Atomkern.

Während des Zweiten Weltkriegs war Chadwick aktiv am britischen Komitee des MAUD beteiligt, einer Kommission, die eingerichtet wurde, um die Machbarkeit des Einsatzes von Nukleartechnologie bei der Herstellung einer Bombe zu analysieren.

James Chadwick war auch ein zentraler Bestandteil des Tube Alloys Project, eines Forschungsprogramms, das vom Vereinigten Königreich mit Unterstützung Kanadas zur Entwicklung von Atomwaffen während des Zweiten Weltkriegs genehmigt und finanziert wurde.

Chadwick war in dieser Zeit für seinen Witz und seine politische Haltung bekannt, da seine Vorschläge als Brücke für Verhandlungen über eine Zusammenarbeit zwischen dem Vereinigten Königreich, Kanada und den Vereinigten Staaten dienten.

Manhattan-Projekt

Gegen Ende des Zweiten Weltkriegs übernahm Chadwick den Stab der britischen Mission im Manhattan-Projekt. Letzteres war ein gemeinsames Forschungsprojekt der Vereinigten Staaten, des Vereinigten Königreichs und Kanadas mit dem Ziel, die erste Atombombe zu entwickeln.

Chadwick hatte freien Zugang zu allen vertraulichen Informationen des Projekts: Entwürfe, Pläne, Daten, Schätzungen usw., obwohl er Zivilist und kein Amerikaner war; Es ist erwähnenswert, dass beide Bedingungen exklusiv für die Teilnahme am Projekt waren.

Später wurde er 1945 zum englischen Ritter ernannt, und ein Jahr später verliehen ihm die USA die Medal of Merit für seinen mutigen Beitrag zum Manhattan-Projekt.

Nukleararsenal für England

Am Ende des Zweiten Weltkriegs förderte Chadwick nachdrücklich die Initiative des Vereinigten Königreichs, ein eigenes Atomarsenal zu entwickeln.

Um dieses Ziel zu erreichen, wurde Chadwick als Mitglied des British Atomic Energy Advisory Committee gewählt und fungierte auch als Vertreter Großbritanniens bei der Atomic Energy Commission der Vereinten Nationen.

Um 1948 war James Chadwick Professor am Gonville & Caius College der University of Cambridge. 1950 wurde er von der Royal Society of London erneut mit der Copley-Medaille geehrt.

8 Jahre später beschließt er, sich freiwillig nach Nordwales zurückzuziehen. James Chadwick starb am 24. Juli 1974 in Cambridge.

Chadwick-Atommodell

Chadwicks Atommodell konzentriert sich auf die Modellierung des Atomkerns, der nicht nur aus Protonen (positive Ladungen), sondern auch aus Neutronen (neutrale Ladungen) besteht.

Chadwicks Bemühungen, die Existenz neutraler Teilchen nachzuweisen, begannen in den 1920er Jahren. Zu dieser Zeit unternahm der prominente Wissenschaftler jedoch mehrere Versuche ohne Erfolg. Ein Jahrzehnt später wiederholte Chadwick die Experimente von Irène Joliot-Curie (Tochter von Marie Curie und Pierre Curie) und Frédéric Joliot (Irènes Ehemann) in Frankreich.

Diesem Wissenschaftlerpaar war es gelungen, Protonen mit Gammastrahlen aus einer Paraffinwachsprobe auszutreiben.

Chadwick glaubte, dass die Gammastrahlenemission neutrale Partikel enthielt und dass diese Partikel mit der Wachsprobe kollidierten und anschließend die Freisetzung von Protonen aus dem Wachs induzierten.

Daher versuchte er, diese Experimente im Cavendish Laboratory zu wiederholen, und verwendete Polonium - das von den Curies als Quelle für Gammastrahlen verwendet worden war -, um Beryllium mit Alpha-Partikeln zu bestrahlen.

Diese Strahlung traf dann auf eine ähnliche Paraffinwachsprobe und die Protonen in dieser Probe wurden heftig aus dem Material ausgestoßen.

Das Verhalten der Protonen wurde unter Verwendung einer kleinen Ionisationskammer beobachtet, die von Chadwick selbst an das Experiment angepasst wurde.

Chadwick stellte fest, dass das Verhalten der vom Wachs freigesetzten Protonen nur erklärt werden konnte, wenn diese Partikel mit anderen elektrisch neutralen Partikeln und mit einer sehr ähnlichen Masse kollidiert waren.

Zwei Wochen später veröffentlichte James Chadwick in der Fachzeitschrift Nature einen Artikel über die mögliche Existenz von Neutronen.

Chadwick konzipierte das Modell jedoch zunächst unter Berücksichtigung der Tatsache, dass das Neutron eine Anordnung aus einem Proton und einem Elektron war, die die neutrale Ladung erzeugte. Später zeigte der deutsche Physiker Werner Heisenberg, dass das Neutron ein einzelnes Elementarteilchen war.

Experimente

Nach der Entdeckung des Neutrons konzentrierte sich Chadwick darauf, die Charakterisierung dieser neuen Atomkomponente immer weiter voranzutreiben.

Die Entdeckung des Neutronen- und Chadwick-Atommodells revolutionierte die traditionelle Sicht der Wissenschaft angesichts der Kollisionen von Neutronen mit Atomkernen und der Vertreibung von Protonen aus dem Atom.

Die Beta-Zersetzung ist ein Prozess, bei dem Beta-Teilchen (Elektronen oder Positronen) vom Atomkern emittiert werden, um das Vorhandensein von Protonen und Neutronen im Atomkern auszugleichen.

Aufgrund dieses Prozesses wurden weltweit unzählige Experimente durchgeführt, die durch Chadwicks Entdeckung motiviert waren, die Umwandlung einiger Neutronen in Protonen zu induzieren.

Da jedes chemische Element anhand der Anzahl der Protonen identifiziert wird, haben frühere Experimente die Tür für die Erzeugung und / oder Entdeckung neuer chemischer Elemente mit einer größeren Anzahl von Protonen geöffnet.

Kernspaltung

Chadwick betonte seine späteren Analysen zur Verwendung von Neutronen zur Aufteilung schwerer Kernatome in mehrere kleinere Kerne durch den Prozess der Kernspaltung.

Es wird so genannt, weil die Teilung im Kern des Atoms stattfindet und eine extrem große Energiemenge erzeugt. Dieses Konzept wurde für die Entwicklung leistungsfähiger Atomwaffen verwendet.

Chadwick finanzierte sogar den Kauf eines Teilchenbeschleunigers während seiner Zeit in Liverpool, indem er einen Teil des Erlöses aus dem Nobelpreisgewinn 1935 dafür verwendete.

Chadwicks Beiträge zur Wissenschaft

James Chadwicks wissenschaftliche Beiträge umfassen die Entdeckung des Neutrons, für das er 1935 den Nobelpreis für Physik erhielt. Er war auch am Bau der Atombombe in den USA beteiligt, schrieb über Strahlung radioaktiver Substanzen und entdeckte Tritium. .

Die Entdeckung des Neutrons

Während ihrer Forschung am Cavendish Laboratory in Cambridge führten Rutherford und Chadwick Experimente mit Alpha-Partikeln durch, um die Natur des Atomkerns zu untersuchen. Es ist erwähnenswert, dass der Atomkern 1911 von Rutherford entdeckt wurde.

Diese Untersuchungen wurden durchgeführt, indem eine Strahlung analysiert wurde, die noch nie zuvor von Beryllium ausgeht, als dieses Material dem Beschuss mit Alpha-Partikeln ausgesetzt war.

Diese Strahlung bestand aus Massenteilchen, die der Masse des Protons sehr ähnlich waren, jedoch keine elektrische Ladung aufwiesen. Diese Teilchen wurden aufgrund der Neutralität ihrer Zusammensetzung Neutronen genannt.

Chadwick machte diese Entdeckung Mitte 1932 und definierte damit die Prämissen von Chadwicks Atommodell, deren Details im nächsten Abschnitt dieses Artikels beschrieben werden.

Nukleare Untersuchungen

Die Entdeckung des Neutrons durch Chadwick bereitete die Grundlage für die Entdeckung der Kernspaltung und die Entwicklung von Kriegswaffen mit dieser Technologie.

Chadwick fand heraus, dass durch Beschuss des Atoms eines Elements mit Neutronen der Kern dieses Materials durchdrungen und gespalten werden kann, wodurch eine erhebliche Menge an Energie erzeugt wird.

Von dort aus kündigte Chadwick die Unvermeidlichkeit dieser Art von Technologie für die Entwicklung von Kriegswaffen an und wurde direkt in diplomatische Angelegenheiten im Zusammenhang mit diesem Prozess in den Vereinigten Staaten und in England einbezogen.

Chadwick arbeitete zwischen 1943 und 1945 zusammen mit anderen amerikanischen und kanadischen Wissenschaftlern am Bau der Atombombe mit.

Er war verantwortlich für die Leitung der englischen wissenschaftlichen Delegation, die im Labor von Los Álamos in New Mexico, USA, arbeitete. 1939 begannen die Vereinigten Staaten mit der Erforschung des Manhattan-Projekts, des Codenamens für die Atombombe.

Präsident Franklin Delano Roosevelt wurde von den Atomwissenschaftlern Edward Teller, Leó Szilárd und Eugene Wigner über Albert Einstein vor der Verwendung der Kernspaltung für die Herstellung von Bomben durch die Nazis gewarnt.

Entdeckung von Tritium

Tritium war bereits 1911 vom englischen Wissenschaftler Joseph John Thomson identifiziert worden, aber er glaubte, dass es sich um ein triatomisches Molekül handelte.

Ernest Rutherford hatte es bereits angekündigt, aber erst 1934 katalogisierte Chadwick, der für Rutherfords Team arbeitete, es als Wasserstoffisotop.

Tritium ist ein radioaktives Isotop von Wasserstoff, dessen Symbol ³H ist. Es besteht aus einem Kern aus einem Proton und zwei Neutronen.

Tritium wird durch Beschuss mit freien Neutronen von Stickstoff-, Lithium- und Bortargets erzeugt.

Erleichterung der Uran-235-Spaltung

Die Entdeckung des Neutrons durch James Chadwick erleichterte die Kernspaltung; das heißt, die Trennung von Uran 235 von Uran-238, einem chemischen Element, das in der Natur vorkommt.

Die Anreicherung von Uran 235 ist der Prozess, den natürliches Uran durchläuft, um das Isotop 235 zu erhalten und Kernenergie zu erzeugen. Spaltung ist eine Kernreaktion; das heißt, es wird im Kern des Atoms ausgelöst.

Diese chemische Reaktion tritt auf, wenn ein schwerer Kern in zwei oder mehr kleinere Kerne und einige Nebenprodukte wie Photonen (Gammastrahlen), freie Neutronen und andere Fragmente des Kerns aufgeteilt wird.

Vertrag über die Strahlung radioaktiver Stoffe

1930 schrieb James Chadwick eine Abhandlung über die Strahlung radioaktiver Substanzen.

Chadwick gelang es, die Masse des Neutrons zu messen und daraus zu schließen, dass es der des Protons ähnlich war, mit einem Unterschied: dass es eine neutrale elektrische Ladung hatte.

Dann schloss er, dass der Atomkern aus Neutronen und Protonen bestand und dass die Anzahl der Protonen ähnlich der der Elektronen war.

Seine Forschungen und Beiträge zur Arbeit des Physiklabors an der Universität von Manchester und an der Universität von Cambridge in England waren der Schlüssel zum Wissen über die Kernenergie und zur Konstruktion von Rutherfords Atommodell.

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