James Chadwick Biografia, modello atomico, esperimenti

Il ritratto fotografico di James Chadwick

James Chadwick (1891-1974) fu un eccezionale fisico inglese riconosciuto per la scoperta di neutroni nel 1932. Poco dopo, nel 1935, gli fu assegnato il premio Nobel per la fisica per il suo contributo alla comunità scientifica. L'interesse di Chadwick per le accuse neutrali è sorto circa 10 anni prima di riuscire a verificare la sua esistenza.

Prima di questo controllo, Chadwick ha fatto diversi esperimenti che sono stati falliti. Ci riuscì nel 1932, quando si basava sugli esperimenti della francese Irène Joliot-Curie e del joliotic di Frédéric. Più tardi, Chadwick si dedicò a indagare sull'uso della fissione nucleare per la creazione di armi di guerra.

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Biografia

Origini

Chadwick nacque nella città di Bollington, nel nord -est dell'Inghilterra, il 20 ottobre 1891. Era il figlio di due umili lavoratori: suo padre lavorava nel sistema ferroviario e sua madre era un lavoratore domestico.

Fin da piccolo Chadwick si è distinto per essere un bambino introverso ed estremamente intelligente. Ha iniziato studi secondari a Manchester e a 16 anni ha vinto una borsa di studio per studiare la fisica pura all'estinta Università di Victoria di Manchester.

Formazione accademica

La giovane promessa di fisica iniziò formalmente i suoi studi universitari nel 1908, all'età di 17 anni.

Ha avuto un passo di spicco dall'accademia e nell'ultimo anno di carriera ha partecipato alle indagini del premio Nobel Ernest Rutheford sulla disintegrazione degli elementi e della chimica delle sostanze radioattive.

Dopo aver ottenuto il suo titolo in fisica nel 1911, si iscrisse al Master in Fisica, che culminò con successo nel 1913. Durante quel periodo ha continuato a lavorare nella mano con Rutheford nel suo laboratorio.

Successivamente, ha beneficiato di una borsa di studio professionale che ha permesso il suo trasferimento a Berlino, in Germania, di approfondire la ricerca sulle radiazioni beta con il fisico tedesco Hans Geiger nella Technische Hochschule.

Durante il suo soggiorno a Berlino iniziò la prima guerra mondiale, nel luglio 1914. A causa di un'accusa di spionaggio, fu ammesso in un campo di concentramento per civili a Ruhleben fino al 1918.

Nel 1919 Chadwick tornò in Inghilterra e iniziò il suo dottorato all'Università di Cambridge. Nel frattempo, la ricerca di Rutheford è stata reincorporata, che a quel punto guidò il laboratorio Cavendish della rinomata istituzione.

Nel 1921, a 21 anni, ottenne il suo titolo di dottorato (PH.D. Per il suo acronimo in inglese: Philosopie Doctor), Presentando un lavoro di ricerca speciale su forze nucleari e numeri atomici.

Nel 1923 fu nominato vicedirettore della ricerca presso il Cavendish Laboratory di Cambridge. Chadwick prestò servizio fino al 1935, quando decise di trasferirsi all'Università di Liverpool.

Carriera

Grazie al suo contributo scientifico merita la medaglia di Hughes nel 1932. Questo riconoscimento, concesso dalla Royal Society di Londra, premia coloro che fanno scoperte sulle scienze fisiche e/o sulle loro applicazioni pratiche.

Nel 1935 gli fu assegnato il premio Nobel in fisica per la scoperta del neutrone come particella elementare senza carica elettrica situata nel nucleo atomico.

Chadwick riceve il premio Nobel

Durante la seconda guerra mondiale, Chadwick ebbe una partecipazione attiva al comitato britannico del Maud, una commissione creata per analizzare la fattibilità dell'uso della tecnologia nucleare nella produzione di una bomba.

James Chadwick era anche una parte nevralgica del progetto Tube Lerse, un programma di ricerca autorizzato e finanziato dal Regno Unito con il sostegno dal Canada, per sviluppare armi nucleari durante la seconda guerra mondiale.

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Chadwick si è distinto per il suo ingegnosità e il suo equilibrio politico durante questo periodo, poiché le sue proposte sono servite da ponte per i negoziati di collaborazione di ricerca tra il Regno Unito, il Canada e gli Stati Uniti.

Progetto Manhattan

Verso il risultato della seconda guerra mondiale, Chadwick prese il testimone della missione britannica nel progetto di Manhattan. Quest'ultimo è stato un progetto di ricerca congiunto tra gli Stati Uniti, il Regno Unito e il Canada, al fine di sviluppare la prima bomba atomica.

Chadwick ha avuto il libero accesso a tutte le informazioni riservate del progetto: progetti, piani, dati, budget, ecc., Nonostante sia un civile e non sia americano; Vale la pena notare che entrambe le condizioni erano esclusive per partecipare al progetto.

Successivamente, fu nominato gentiluomo inglese nel 1945 e un anno dopo. Uu. Ha assegnato la medaglia del merito per il suo contributo di valore al progetto Manhattan.

Arsenale nucleare per l'Inghilterra

Alla fine della seconda guerra mondiale Chadwick promosse con grande slancio l'iniziativa che il Regno Unito sviluppa un arsenale nucleare suo.

Per raggiungere questo obiettivo, Chadwick è stato scelto come membro del Comitato consultivo per l'energia atomica britannica e ha anche partecipato come rappresentante del Regno Unito davanti alla Commissione per l'energia atomica delle Nazioni Unite.

Nel 1948 James Chadwick prestò servizio come professore al Gonville & Caius College dell'Università di Cambridge. Più tardi, nel 1950, fu di nuovo premiato dalla Royal Society di Londra dopo aver ricevuto la medaglia Copley.

Morte

8 anni dopo ha deciso di ritirarsi volontariamente a nord del Galles. James Chadwick è morto il 24 luglio 1974 nella città di Cambridge.

Modello atomico di Chadwick

Il modello atomico di Chadwick si concentra sulla modellazione del nucleo atomico costituito non solo da protoni (cariche positive), ma anche da neutroni (carichi neutri).

Dalla scoperta del neutrone da parte di Chadwick, l'atomo è stato inteso come un nucleo con protoni e neutroni, supponendo che quasi l'intera massa dell'atomo, orbita in orbita agli elettroni il nucleo nei loro corrispondenti livelli di energia.

Illustrazione del modello atomico di Chadwick

Discovery di neutroni

L'interesse di Chadwick a dimostrare l'esistenza di particelle neutre è stato generato negli anni '20. Tuttavia, a quel tempo lo scienziato di spicco fece più tentativi invano. Un decennio dopo Chadwick rispose agli esperimenti di Irène Joliot-Curie (figlia di Marie Curie e Pierre Curie) e Frédéric Joliot (marito di Irène) in Francia.

Questa coppia di scienziati aveva raggiunto l'espulsione di protoni da un campione di cera di paraffina usando i raggi gamma.

Chadwick pensava che l'emissione di raggi gamma contenesse particelle neutre e che queste particelle fossero quelle che si erano scontrate con il campione di cera, in seguito inducendo il rilascio dei protoni della cera.

Pertanto, ha cercato di replicare questi esperimenti nel laboratorio Cavendish e ha usato il polonio - che era stato usato dalla curie come fonte di raggi gamma - per irradiare berillio con particelle alfa.

Quindi, questa radiazione ha colpito un campione simile di cera di paraffina e i protoni di detto campione sono stati espulsi violentemente dal materiale.

Il comportamento dei protoni è stato osservato da una piccola camera di ionizzazione, adattata all'esperimento dallo stesso Chadwick.

Diagramma dell'esperimento che Chadwick ha fatto per scoprire il neutrone nel 1932

Chadwick ha rilevato che il comportamento dei protoni rilasciati dalla cera poteva essere spiegato solo se quelle particelle si erano scontrate con altre particelle elettricamente neutre e con una massa molto simile.

Due settimane dopo, James Chadwick ha pubblicato un articolo sulla rivista scientifica Natura Sulla possibile esistenza dei neutroni.

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Tuttavia, Chadwick ha concepito il modello inizialmente considerando che il neutrone era una disposizione costituita da un protone e un elettrone, che ha generato il carico neutro. Più tardi, il fisico tedesco Werner Heisenberg ha mostrato che il neutrone era una particella unica ed elementare.

Esperimenti di Chadwick

Chadwick Reading

Dopo la scoperta del neutrone, Chadwick si è concentrato sull'andare sempre più alla caratterizzazione di questa nuova componente atomica.

La scoperta del neutrone e del modello atomico di Chadwick ha rivoluzionato la visione tradizionale della scienza, data gli scontri di neutrone con i nuclei atomici e l'espulsione di protoni al di fuori dell'atomo.

La decomposizione beta è un processo attraverso il quale le particelle beta (elettroni o positroni) vengono emesse dal nucleo dell'atomo, per bilanciare la presenza di protoni e neutroni nel nucleo atomico.

A causa di questo processo, innumerevoli esperimenti sono stati condotti in tutto il mondo, motivati ​​dalla scoperta di Chadwick, per indurre la conversione di alcuni neutroni per i protoni.

Poiché ogni elemento chimico viene identificato in base al numero di protoni che possiede, gli esperimenti precedenti hanno aperto le porte alla creazione e/o alla scoperta di nuovi elementi chimici con un numero maggiore di protoni a loro credito.

Fision nucleare

Chadwick ha sottolineato le sue successive analisi nell'uso di neutroni per dividere gli atomi di core pesanti in diversi nuclei più piccoli attraverso il processo di fissione nucleare.

È chiamato in questo modo perché la divisione si verifica nel nucleo dell'atomo e produce una quantità estremamente grande di energia. Questo concetto è stato utilizzato per la progettazione di potenti armi nucleari.

Chadwick ha persino finanziato l'acquisto di un acceleratore di particelle durante il suo soggiorno a Liverpool, e per questo ha usato una parte dei fondi ottenuti vincendo il premio Nobel nel 1935.

Contributi di Chadwick alla scienza

Portratto di Chadwick

Tra i contributi di James Chadwick alla scienza, la scoperta di Neutron si distingue, per il quale ha vinto il premio Nobel fisico del 1935. Ha anche partecipato alla costruzione della bomba atomica negli Stati Uniti, ha scritto di sostanze radioattive e ha scoperto il trizio.

La scoperta del neutrone

Durante le loro indagini nel Cavendish Laboratory di Cambridge, Rutherford e Chadwick hanno condotto esperimenti con particelle alfa per studiare la natura del nucleo atomico. Va notato che il nucleo atomico fu scoperto da Rutherford nel 1911.

Queste indagini sono state condotte analizzando una radiazione mai vista prima di emanare dal berillio, quando questo materiale è stato esposto al bombardamento di particelle alfa.

Questa radiazione era costituita da particelle di massa molto simili alla massa del protone, ma senza carica elettrica. Queste particelle erano chiamate neutroni, a causa della neutralità della loro composizione.

Chadwick ha effettuato questa scoperta a metà del 1932, e con ciò ha definito i locali del modello atomico di Chadwick, il cui dettaglio è suddiviso nella sezione successiva di questo articolo.

Ricerca nucleare

La scoperta del neutrone da parte di Chadwick creo lo scenario propizio per la scoperta della fissione nucleare e lo sviluppo di armi di guerra con questa tecnologia.

Chadwick ha rilevato che bombardando l'atomo di un elemento con neutroni, il nucleo di questo materiale può essere penetrato e diviso, generando una quantità significativa di energia.

Da lì, Chadwick ha annunciato l'inevitabile carattere di questo tipo di tecnologia per lo sviluppo di armi di guerra ed è stato direttamente coinvolto in questioni diplomatiche relative a questo processo negli Stati Uniti e in Inghilterra.

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Chadwick ha collaborato nella costruzione della bomba atomica insieme ad altri scienziati americani e canadesi tra il 1943 e il 1945.

Era incaricato di dirigere la delegazione scientifica inglese che funzionava nel laboratorio di Los Alamos, nel New Mexico, negli Stati Uniti. Nel 1939 gli Stati Uniti iniziarono le indagini sul progetto di Manhattan, il nome del codice che la bomba atomica riceveva.

Il presidente Franklin Delano Roosevelt è stato avvertito dagli scienziati nucleari Edward Teller, Leó Szilárd ed Eugene Wigner, attraverso Albert Einstein, sull'uso della fissione nucleare per la produzione di bombe da parte dei nazisti.

Scoperta del trizio

Il trizio era già stato identificato nel 1911 dallo scienziato inglese Joseph John Thomson, ma credeva che fosse una molecola triatomica.

Anche Ernest Rutherford l'aveva già annunciato, ma non è stato fino al 1934 quando Chadwick, lavorando per il team di Rutherford, lo cataloga come isotopo idrogeno.

Il trizio è un isotopo radioattivo di idrogeno, il cui simbolo è ³. È costituito da un nucleo formato da un protone e due neutroni.

Il trizio viene generato da bombardamenti con neutrone libero di azoto, litio e boro.

Facilitazione della fissione dell'uranio 235

La scoperta del neutrone di James Chadwick ha facilitato la fissione nucleare; Cioè, la separazione dell'uranio 235 dell'uranio -238, un elemento chimico presente in natura.

L'arricchimento dell'uranio 235 è il processo in cui è soggetto a uranio naturale per ottenere l'isotopo 235 e produrre energia nucleare. La fissione è una reazione nucleare; cioè, è innescato nel nucleo dell'atomo.

Questa reazione chimica si verifica quando un nucleo pesante è diviso in due o più nuclei più piccoli e in alcuni per prodotti come fotoni (raggi gamma), neutroni liberi e altri frammenti del nucleo.

Trattato sulle radiazioni di sostanze radioattive

Nel 1930 James Chadwick scrisse un trattato sulle sostanze radioattive radio. È riuscito a misurare la massa del neutrone e ha dedotto che era simile a quello del protone con una differenza: che aveva una carica elettrica neutra.

Quindi, ha concluso che il nucleo atomico era costituito da neutroni e protoni e che la quantità di protoni era simile a quella degli elettroni.

Le sue ricerche e contributi al lavoro del laboratorio di fisica dell'Università di Manchester e all'Università di Cambridge in Inghilterra, erano fondamentali per la conoscenza dell'energia nucleare e la costruzione del modello atomico di Rutherford.

Articoli di interesse

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Riferimenti

1. J. Chadwick, l'esistenza di un neutrone, Proc. Roy. Soc. A 136 (1932). Tratto da Chemteam.Informazioni
2. Pérez Aguirre, Gabriela. Chimica 1. Un approccio costruttivista, volume 1.
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6. James Chadwick (s.F.). Estratto da: famosi scienziati.org
7. James Chadwick - Biographical (2014). Media ab Nobel. Recuperato da: Nobelprize.org
8. James Chadwick: Biografia e teoria atomica (S.F.). Recuperato da: studio.com
9. Principles of Physical Science (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Recuperato da: Britannica.com