三重芸術の前、つまり人工放射能の発見について
物理学の歴史には、多くの研究者の共同の努力が一連の画期的な発見につながる「奇跡」の年が時折あります。 これは、電気の年である 1820 年、アインシュタインの 1905 つの論文が発表された奇跡の年である 1913 年、原子の構造の研究に関連した年である 1932 年、そして最後に一連の技術的発見と成果が発表された XNUMX 年以来、同様でした。原子力発電の創設につながりました。
新婚夫婦
イレーネマリー・スクウォドフスカ＝キュリーとピエール・キュリーの長女として、1897年にパリで生まれた(1)。 彼女はXNUMX歳まで自宅で、優れた科学者たちが子供たちのために作った、生徒数XNUMX人ほどの小さな「学校」で育てられた。 教師はマリー・スクウォドフスカ＝キュリー（物理学）、ポール・ランジュバン（数学）、ジャン・ペラン（化学）で、人文科学は主に生徒の母親が教えた。 授業は通常教師の家で行われ、子供たちは実際の実験室で物理学や化学を学びました。
したがって、物理学と化学の教育は実践的な行動を通じて知識を習得することでした。 実験が成功するたびに若い研究者は喜びました。 これらは実際の実験であり、理解して慎重に実施する必要があり、マリー・キュリーの研究室の子供たちは模範的な秩序を保たなければなりませんでした。 理論的な知識も習得する必要がありました。 この方法は、後に優れた優れた科学者となるこの学校の生徒たちの運命として、効果的であることが証明されました。
2. フレデリック・ジョリオ（写真ハーコート）
さらに、イレーナの父方の祖父は医師であり、父親の孤児となった孫娘に多くの時間を費やし、彼女の自然科学教育を楽しみながら補いました。 1914 年、イレーヌは革新的なセヴィニエ大学を卒業し、ソルボンヌ大学の数学および自然科学部に入学しました。 これは第一次世界大戦の始まりと一致しました。 1916 年に彼女は母親と合流し、一緒にフランス赤十字社の放射線医学サービスを設立しました。 戦後、彼女は学士号を取得しました。 1921 年に、彼女の最初の科学的著作が出版されました。 それは、さまざまな鉱物からの塩素の原子量を決定することに専念しました。 その後の活動では、母親と緊密に協力して放射能の研究に取り組みました。 1925 年に擁護された博士論文の中で、彼女はポロニウムから放出されるアルファ粒子を研究しました。
フレデリック・ジョリオ 1900年パリ生まれ(2)。 1919歳からソーの学校に通い、寄宿学校で暮らした。 当時、彼は勉強よりもスポーツ、特にサッカーを好んでいました。 その後、彼は1923つの高校に順番に通いました。 アイリーン・キュリーと同じように、彼は早くに父親を亡くしました。 15年、パリ市立物理化学工業学校（パリ市工業物理学および工業化学高等学校）の試験に合格した。 彼は 1926 年に卒業しました。 彼の教授であるポール・ランジュバンは、フレデリックの能力と美徳を知りました。 XNUMXか月の兵役を経た後、ランジュバンの命令により、ロックフェラー財団からの助成金を受けてラジウム研究所のマリー・スクウォドフスカ＝キュリーの個人研究室助手に任命された。 そこで彼はアイリーン・キュリーと出会い、XNUMX年に若者たちは結婚しました。
フレデリックは 1930 年に放射性元素の電気化学に関する博士号を取得しました。 その少し前から、彼はすでに妻の研究に興味を集中しており、フレデリックが彼の博士論文を擁護した後、すでに一緒に仕事をしていました。 彼らの最初の重要な成功の XNUMX つは、アルファ粒子、つまりアルファ粒子の強力な供給源であるポロニウムの調製でした。 ヘリウム原子核。(24彼）。 娘に大量のポロニウムを供給したのはマリー・キュリーだったため、彼らは紛れもなく特権的な立場からスタートした。 その後従業員となったルー・コワルスキー氏は、彼らを次のように描写しました。イレーナは「優秀な技術者」、「非常に丁寧かつ丁寧に仕事をしてくれました」、「自分が何をしているのかを深く理解していました」。 彼女の夫は「もっとまばゆいばかりの、もっと飛躍する想像力」を持っていた。 「彼らはお互いを完璧に補完し合い、それを知っていました。」 科学史の観点から見ると、彼らにとって最も興味深い1932年は34年からXNUMX年でした。
彼らは中性子を発見するところだった
「ほぼ」というのは非常に重要です。 彼らはすぐにこの悲しい真実を知りました。 1930年、ベルリンで二人のドイツ人が、 ウォルター・ボーテ i ヒューバート・ベッカー - アルファ粒子が衝突したときに軽い原子がどのように動作するかを調査しました。 ベリリウムシールド (49Be) アルファ粒子が照射されると、非常に貫通力の高い高エネルギー放射線が放出されます。 実験者らによると、この放射線は強力な電磁放射線だったに違いないという。
この段階では、イレーナとフレデリックは問題に対処していました。 彼らのアルファ粒子の供給源はこれまでで最も強力でした。 彼らは反応生成物を観察するために霧箱を使用しました。 1932 年 XNUMX 月末、水素を含む物質から高エネルギー陽子を叩き出したのはガンマ線であると発表しました。 彼らはまだ自分たちが手に持っているものと何が起こっているのか理解していませんでした。 読んだあと ジェームズ・チャドウィック (3) ケンブリッジでは、ラザフォードが数年前に予言したように、これは決してガンマ線の問題ではなく、中性子の問題だと考え、すぐに仕事に取り掛かった。 一連の実験の後、彼は中性子の観察を確信し、その質量が陽子の質量に似ていることを発見しました。 17 年 1932 月 XNUMX 日、彼は「中性子の存在の可能性」というメモをネイチャー誌に送りました。
チャドウィックは中性子は陽子と電子で構成されていると信じていたが、実際には中性子だった。 彼は 1934 年になって初めて、中性子が素粒子であることを理解し、証明しました。 チャドウィックは 1935 年にノーベル物理学賞を受賞しました。 重要な発見を見逃していたことに気づいたにもかかわらず、ジョリオット・キュリー夫妻はこの分野の研究を続けました。 彼らは、この反応が中性子に加えてガンマ線を生成することに気づき、核反応を次のように書きました。
ここで、Ef はガンマ量子のエネルギーです。 彼らは同様の実験を行った 919F.
またオープニング見逃した
陽電子の発見の数か月前に、ジョリオ＝キュリーは、とりわけ、まるで電子であるかのように、電子とは逆の方向にねじれているような、曲がった経路の写真を撮っていました。 写真は磁場の中にある霧室で撮影されました。 これに基づいて、夫婦は電子がソースからソースへの XNUMX つの方向に進むことについて話しました。 実際、「ソースに向かう」方向に関連付けられたものは、ソースから遠ざかる陽電子、つまり正の電子でした。
一方、1932年の夏の終わり、アメリカでは。 カール・デヴィッド・アンダーソン (4) はスウェーデン移民の息子で、磁場の影響下にある霧箱で宇宙線を研究しました。 宇宙線は外部から地球にやって来ます。 アンダーソン氏は、粒子の方向と動きを確認するために、粒子をチャンバー内の金属板に通して、そこでエネルギーの一部を失いました。 2月XNUMX日、彼は間違いなく正電子であると解釈した痕跡を見た。
ディラックが以前にそのような粒子の理論上の存在を予測していたことは注目に値します。 しかし、アンダーソンは宇宙線の研究においていかなる理論的原理にも従わなかった。 この文脈において、彼は自分の発見を偶然だと呼びました。
繰り返しになりますが、ジョリオ＝キュリーは自分の疑いのない職業を受け入れなければなりませんでしたが、この分野でさらなる研究を始めました。 彼らは、明らかにアインシュタインの有名な式 E = mc2 とエネルギーと運動量の保存則に従って、ガンマ線光子が重い原子核の近くで消失し、電子陽電子対を形成する可能性があることを発見しました。 その後、フレデリック自身が、電子陽電子対の消失過程が存在し、XNUMX つのガンマ量子が生じることを証明しました。 電子陽電子対からの陽電子に加えて、核反応からの陽電子も持っていました。
5. 第 1933 回ソルベイ会議、XNUMX 年
最前列に着席：イレーヌ・ジョリオ＝キュリー（左からXNUMX人目）、
マリー・スクウォドフスカ＝キュリーさん（左からXNUMX人目）、リーゼ・マイトナーさん（右からXNUMX人目）。
人工放射性
人工放射能の発見は一夜にして成されたものではありません。 1933 年 1933 月、ジョリオットは、アルミニウム、フッ素、そしてナトリウムにアルファ粒子を照射することで、中性子と未知の同位体を取得しました。 XNUMX年XNUMX月、アルミニウムにアルファ粒子を照射することで、中性子だけでなく陽電子も観測されたと発表した。 アイリーンとフレデリックによれば、この核反応における陽電子は電子陽電子対の形成によって生成されたものではなく、原子核から来たに違いないとのことです。
第 5 回ソルベー会議 (22) は 29 年 1933 月 41 日から XNUMX 日までブリュッセルで開催されました。この会議は「原子核の構造と性質」と呼ばれていました。 世界のこの分野の最も著名な専門家を含むXNUMX人の物理学者が出席しました。 ジョリオットは実験結果を報告し、ホウ素とアルミニウムにアルファ線を照射すると、陽電子または陽子を伴う中性子が生成されると述べた。。 このカンファレンスでは リサ・マイトナー 彼女は、アルミニウムとフッ素を使った同じ実験では同じ結果が得られなかったと述べた。 彼女の解釈では、陽電子の起源の核の性質について、パリ出身の夫妻の意見に彼女は同意しなかった。 しかし、ベルリンでの仕事に戻った彼女は再びこれらの実験を実施し、18月XNUMX日にジョリオ＝キュリーに宛てた書簡の中で、彼女の意見では陽電子が実際に原子核から出現していることを認めた。
また、今回のカンファレンスでは、 フランシス・ペリン彼らの同僚でパリ出身の良き友人である彼は、陽電子の問題について発言した。 実験から、自然の放射性崩壊中のベータ粒子のスペクトルと同様の、陽電子の連続スペクトルが得られたことが知られていました。 陽電子と中性子のエネルギーをさらに分析した結果、ペリンはここでは XNUMX つの放射を区別する必要があるという結論に達しました。まず、不安定な原子核の形成を伴う中性子の放射、次にこの原子核からの陽電子の放射です。
ジョリオット会議の後、これらの実験は約 1933 か月間中止されました。 そして XNUMX 年 XNUMX 月、ペリンはこの問題に関する意見を発表しました。 同時にXNUMX月にも エンリコ・フェルミ ベータ崩壊理論を提唱した。 これは、経験を解釈するための理論的基礎を提供しました。 1934 年の初め、フランスの首都から来た夫婦は実験を再開しました。
まさに11月10日木曜日の午後、フレデリック・ジョリオはアルミホイルを手に取り、アルファ粒子を3分間照射した。 彼は初めて、以前のように霧室ではなく、ガイガー・ミュラー計数管を検出に使用しました。 彼は、アルファ粒子の発生源を箔から遠ざけても、陽電子の計数は止まらず、カウンターは陽電子を表示し続け、その数だけが指数関数的に減少したことに気づいて驚きました。 彼は半減期を 15 分 XNUMX 秒と決定しました。 次に彼は、アルファ粒子の経路に鉛ブレーキを設置することで、フォイルに落ちるアルファ粒子のエネルギーを減少させました。 そして、彼が受け取る陽電子は減りましたが、半減期は変わりませんでした。
次に、彼はホウ素とマグネシウムについて同じ実験を行い、これらの実験でそれぞれ 14 分と 2,5 分の半減期を得ました。 その後、水素、リチウム、炭素、ベリリウム、窒素、酸素、フッ素、ナトリウム、カルシウム、ニッケル、銀を使ってそのような実験が行われましたが、アルミニウム、ホウ素、マグネシウムでは同様の現象は観察されませんでした。 ガイガーミュラー計数器は正に帯電した粒子と負に帯電した粒子を区別しないため、フレデリック・ジョリオは実際に正の電子を扱っていることも検証しました。 この実験では技術的な側面も重要でした。つまり、強力なアルファ粒子源の存在と、ガイガーミュラーカウンターなどの高感度荷電粒子カウンターの使用です。
ジョリオとキュリーのペアによって以前に説明されたように、観察された核変換中に陽電子と中性子が同時に放出されます。 さて、フランシス・ペリンの提案を受け、フェルミの考察を読んだ結果、夫妻は最初の核反応で不安定な原子核と中性子が生成され、その後その不安定な原子核がベータプラス崩壊するという結論に達した。 したがって、次のような反応を書くことができます。
ジョリオット夫妻は、結果として生じる放射性同位体の半減期が自然界に存在するには短すぎることに気づきました。 彼らは、15 年 1934 月 XNUMX 日に「新しいタイプの放射能」と題された論文でその結果を発表しました。 XNUMX月上旬、彼らは収集した少量から最初のXNUMXつの反応でリンと窒素を同定することができた。 すぐに、核攻撃反応により、陽子、重陽子、中性子の助けも借りて、より多くの放射性同位体が生成される可能性があるという予言が浮上しました。 XNUMX月、エンリコ・フェルミは、そのような反応が中性子を使って間もなく実行されるだろうと賭けた。 すぐに彼自身が賭けに勝ちました。
イレーナとフレデリックは、「新しい放射性元素の合成」により 1935 年にノーベル化学賞を受賞しました。 この発見は、人工放射性同位体の製造への道を切り開き、基礎研究、医学、産業において多くの重要かつ価値のある用途が見出されました。
最後に、米国の物理学者について言及する価値があります。 アーネスト・ローレンス バークレーの同僚やパサデナの研究者らと、その中にはインターンシップ中のポーランド人もいた アンジェイ・ソルタン。 アクセルはすでに作動を停止していましたが、私たちはカウンターがパルスを数えているのを観察しました。 彼らはこの計算が気に入らなかったのです。 しかし、彼らは自分たちが重要な新しい現象を扱っていること、そして単に人工放射能の発見を見逃していることに気づいていませんでした...
