A neutronok felfedezője, aki segített az atomenergia-program beindításában

Ötven éve, 1974. július 24-én halt meg Sir James Chadwick Nobel-díjas angol fizikus, a neutronok felfedezője

Ötven éve, 1974. július 24-én halt meg Sir James Chadwick Nobel-díjas angol fizikus. A neutronok felfedezője kijelentette: „a nukleáris bomba nemcsak lehetséges, hanem elkerülhetetlen”.

A neutronok felfedezőjeként ismerjük a nevét

A Manchesterhez közeli Bollingtonban született egy munkáscsaládban 1891. október 20-án. A manchesteri egyetemen matematikát akart tanulni, de tévedésből a fizika szakra került, ahol egyik professzora „az atomfizika atyja”, az akkor már – fura mód kémiai – Nobel-díjas Ernst Rutherford volt. Diplomáját kitüntetéssel szerezte meg, ezután két évig Rutherford laboratóriumában a radioaktivitás különböző problémáit vizsgálta. 

1913-tól ösztöndíjjal Berlinben a részecskeszámlálót kifejlesztő Hans Geiger oldalán dolgozott, de az első világháború kitörésekor, mivel ellenséges ország állampolgára volt, internálták, és csak 1918-ban engedték szabadon.

Ötven éve, 1974. július 24-én halt meg Sir James Chadwick Nobel-díjas angol fizikus, a neutronok felfedezője 
Fotó: Los Alamos National Laboratory 

Hazatérve ismét Rutherford mellett dolgozott, 1923-tól kutatási igazgatóhelyettesként a cambridge-i Cavendish Laboratóriumban, ahol 1919-ben először sikerült mesterséges elemátalakítást véghez vinni: a nitrogénatomot alfa-részecskékkel bombázták, és az oxigénné és hidrogénné alakult. Chadwick a gammasugárzás és az atommag szerkezetének kutatásában vett részt, több tanulmányt is publikált a témában.

Rutherford 1911-ben dolgozta ki atommodelljét, amely szerint a pozitív töltések kis helyen, az atommagban helyezkednek el, és itt koncentrálódik az atom tömege, e körül keringenek a kis tömegű, negatív töltésű elektronok, amelyek kiegyenlítik a mag pozitív töltését. 

A továbbfejlesztett Niels Bohr-modell szerint az elektronok csak meghatározott sugarú körpályán keringhetnek, amelyen nem sugároznak, és ha pályát váltanak, az atom fényt nyel el vagy sugároz ki. Ez a modell azonban számos kérdésre nem adott magyarázatot. Adódott a feltételezés, hogy az atommagban lennie kell elektromosan semleges részecskének is, mert az atommagok rendre nehezebbnek bizonyultak a bennük lévő protonok tömegénél és azt is nehéz volt megmagyarázni, hogy maradhattak együtt az egymást taszító protonok.

 

Megkapta a fizikai Nobel-díjat

1930-ban a német Walter Bothe berilliumot bombázott alfa-részecskékkel, és meglepetésére rendkívül erős, vastag ólomrétegen is áthaladó sugárzás keletkezett. A rejtélyes jelenséget kutatva a francia Frederic és Iréne Joliot-Curie 1932-ben a sugarak útjába paraffint helyezve kimutatta, hogy az a hidrogént tartalmazó anyagokból nagy sebességgel protonokat lök ki. Chadwick a kísérletet más anyagokra is kiterjesztette és minden esetben kilökődő atommagokat észlelt. A kilökött protonok és nitrogénatomok energiáját megmérve, és feltételezve, hogy a sugárzás egyfajta részecskékből áll, kiszámolta e részecskék impulzusát, amely egyenlő volt a protonéval. 

Chadwick (balra) Leslie R. Groves, Jr. vezérőrnaggyal, a Manhattan-projekt igazgatójával
Fotó: Los Alamos National Laboratory

Ezzel nemcsak az 1920-as évek óta keresett semleges részecskét, a neutront fedezte fel, hanem egy újfajta magátalakulást is: az alfa-részecske a berillium atommagjából egy neutront ütött ki, amely aztán a paraffin atommagjából protont lökött ki.

 Eredményeiről a Nature folyóirat 1932. február 27-i cikkében számolt be, és már három évvel később, 1935-ben megkapta a fizikai Nobel-díjat.

Chadwick felfedezése paradigmaváltásnak tekinthető a részecskefizikában. A neutron mélyen be tud hatolni az anyagok belsejébe, a legnehezebb elemek magján is képes áthatolni vagy széthasítani azt, ez tette lehetővé az atombomba kidolgozását és az atomenergia békés célú felhasználását.

 

Segített a brit atomenergia-program beindításában

Chadwick 1935-ben a Liverpooli Egyetem professzora lett. Miután a francia Francis Perrin 1939-ben néhány hónappal a maghasadás felfedezése után bevezette a láncreakció beindulásához szükséges kritikus tömeg fogalmát. Ezt Chadwick számításai 1940-ben hozzávetőleg húsz kilogramm 235-ös izotópszámú uránra tették, ezt később már csak nyolc kilogrammra módosította. 

Chadwick tagja volt az atombomba kifejlesztésének lehetőségét vizsgáló, 1940-ben létrehozott brit MAUD-bizottságnak, majd a Manhattan-terv angol kooperációs misszióját vezette.

 

Sir James Chadwick kijelentette:  „a nukleáris bomba nemcsak lehetséges, hanem elkerülhetetlen”
Fotó: Linda Hall Library

Visszatérve Angliába segített a brit atomenergia-program beindításában, egy részecskegyorsító szinkrotron létrehozásával az atomfizika jelentős kutatóközpontjává tette a Liverpooli Egyetemet. Évekig az ENSZ 1946-ban alakult Atomenergia Bizottságának tudományos tanácsadója volt, 

kiemelkedő szerepet játszott abban, hogy a britek úgy döntöttek, részt vesznek a CERN európai nukleáris kutatóközpont fejlesztésében, 1959-ben vonult nyugdíjba.

A Nobel-díj mellett számos elismerésben részesült: 1927-ben lett a Royal Society tagja, 1945-ben lovaggá ütötték. A halál 1974. július 24-én, álmában érte. A Liverpooli Egyetemen laboratórium és egy épület, a Holdon egy kráter viseli nevét.

 

(MTVA Sajtóarchívum)