Эрнест Уолтон и Джон Кокрофт

1. Эрнест уолтон и джон кокрофт

Казанский Федеральный (Приволжский) Университет
Институт Физики
ЭРНЕСТ УОЛТОН И
ДЖОН КОКРОФТ
ПЕРВОЕ В МИРЕ ИСКУССТВЕННОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДЕР АТОМА
Подготовили: студенты 2 курса Института Физики
Нуриев Ильназ и Багаутдинов Дауд
Руководитель: Еремина Р.Н.
Казань 2019

2.

Джон Кокрофт (1897-1967)
Английский физик Джон Дуглас Кокрофт родился в Тодмордене,
Йоркшир. Он был старшим из пяти сыновей Джона Артура Кокрофта и
Мод (Филден) Кокрофт. Его отец был владельцем небольшой
хлопкопрядильной фабрики, и трое из его братьев пошли по стопам
отца, поскольку их семья занималась этим бизнесом уже пять
поколений. Однако Джон, блестящий ученик и спортсмен, получил в
1914 г. стипендию для обучения в Манчестерском университете. В
Манчестере Кокрофт начал изучать математику и посещать лекции
физика Эрнеста Резерфорда. Резерфорд, получивший признание за
свои работы по радиоактивности и строению атома, сумел доказать, что
альфа-частицы являются ядрами атомов гелия. Более того, он показал,
что атомы состоят из положительно заряженного ядра, вокруг которого
вращаются по орбитам отрицательно заряженные электроны.
Это было время, когда перед математиками и физиками встало множество серьезных проблем. Радиоактивность
была открыта Анри Беккерелем менее 20 лет назад, в 1896 г.; теория относительности Альберта Эйнштейна,
опубликованная в 1905 г., только начала осмысливаться учеными. Вернувшись в Манчестер, К. стал заниматься
электротехникой, и за эти работы получил степень магистра в 1922 г. Став в дальнейшем стипендиатом по
математике колледжа св. Джона в Кембридже, он получил там степень бакалавра с отличием в 1924 г. и поступил
в кембриджскую Кавендишскую лабораторию младшим ассистентом-исследователем. Четыре года спустя он
получил докторскую степень. В Кембридже Кокрофт читал лекции по физике и занимался математическими и
техническими разработками.

3.

Джон Кокрофт (1897-1967)
Многие ученые и в Европе, и в Соединенных Штатах наперегонки стремились добиться большего
ускорения частиц, используя два различных подхода. В так называемом прямом методе энергия
получалась с помощью единичного высоковольтного электрического импульса. В другом методе
частицы ускорялись, проходя циклически через низковольтное поле несколько раз. Из двух
методов циклический казался большинству исследователей более обнадеживающим: хотя для
него требовалось более сложное оборудование, но зато здесь использовалось вполне доступное
напряжение, тогда как в прямом методе необходимое высокое напряжение было трудно получить
на оборудовании того времени. Вдохновленный теориями физика русского происхождения
Георгия Гамова, Кокрофт решился развивать прямой метод. Гамов с помощью квантовой механики
подсчитал, что, поскольку субатомные частицы обладают волновыми свойствами, они время от
времени смогут проникать сквозь ядерный барьер, даже когда их энергии не хватает для его
преодоления. Уравнения Гамова объясняли, как альфа-частицы могут покидать ядра
радиоактивных элементов; однако Кокрофт понял, что те же принципы позволяют другим
частицам проникать в ядро с помощью энергии, существенно меньшей, чем считалось ранее.

4.

Эрнест Уолтон (1903-1995)
Ирландский физик Эрнест Томас Синтон Уолтон родился в Дангарване
(графство Уотерфорд) и был сыном Джона Артура Уолтона,
методистского священника, и Анны Элизабет (в девичестве Синтон)
Уолтон. Семья периодически меняла место жительства по мере получения
главой семьи нового прихода. Юный Уолтон свое школьное образование
получил в школах Бэнбриджа и Кукстауна. В 1915 г. он поступил в
Методистский колледж в Белфасте и окончил его в 1922 г. Затем Уолтон
поступил в Тринити-колледж при Дублинском университете, где изучал
математику и физику на средства стипендиального фонда и получил
степень бакалавра в 1926 г. Он остался в Тринити-колледже еще на год для
экспериментальной и теоретической работы по турбулентности
жидкости и получил степень магистра в 1927 г. В этом же году Уолтон
получил правительственную стипендию для изучения ядерной физики под
руководством
Эрнеста
Резерфорда
в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, где он защитил
докторскую диссертацию 1931 г. Резерфорд незадолго до этого показал, бомбардируя азот альфа-частицами
(ионами гелия), излучаемыми радиоактивным источником, что атомное ядро можно расщеплять. Аналогичным
же образом он получил из атомов азота атомы кислорода, тем самым став первым человеком, которому удалось
превратить один элемент в другой с помощью внешнего воздействия. Чтобы добиться новых атомных
превращений, Резерфорд с сотрудниками стремился придумать прибор, который позволил бы бомбардировать
ядро еще более быстро движущимися частицами.

5.

ГЕНЕРАТОР УОЛТОНАКОКРОФТА
•В 1929 г. Кокрофт решил использовать для ядерных
превращений наименее привлекательный прямой метод, но
сделать это новым остроумным способом, не требующим
разгона частиц с помощью энергии в миллионы электронвольт. Чтобы добиться этого, Кокрофт воспользовался
блестящей идеей, пришедшей ему в голову после того, как он
прочитал в 1928 г. статью физика русского происхождения
Джорджа (Георгия) Гамова. Гамов предположил, что если
атомные частицы будут совершать волновое движение, то
некоторые из них могут покинуть атомные ядра, хотя,
согласно классической теории частиц, они не должны
обладать такой возможностью. Ободренные теорией Гамова,
Кокрофт и Уолтона несколько лет работали над созданием
надежного и эффективного ускорителя частиц, с помощью
которого можно было бы направить на ядро достаточно
большое число положительно заряженных частиц.

6.

Нобелевская работа
С Эрнестом Уолтоном, своим коллегой по Кавендишской лаборатории, Кокрофт
разработал основанную на прямом методе установку, способную подавать напряжение
всего лишь в 600 киловольт к трубке, содержащей водород. (Для преодоления ядерного
барьера потребовалось бы несколько млн. вольт.) С помощью этой установки Кокрофт и
Уолтон в апреле 1932 г. бомбардировали литий ядрами водорода, или протонами.
«Почти сразу же, – вспоминал потом Кокрофт, – при энергии в 125 киловольт доктор
Уолтон увидел ядерную сцинтилляцию, характерную для альфа-частиц». Они
превратили литий и водород в гелий, став тем самым первыми учеными, которым
удалось искусственно расщепить атом. Их достижение послужило также
экспериментальным подтверждением теории Гамова. Своими исследованиями Уолтон и
Кокрофт не только показали возможность превращений атомных частиц полностью под
контролем человека и без использования радиоактивных материалов, но также
осуществили атомные реакции, сопровождающиеся выделением большой энергии.
Более того, их эксперименты дали первое крупное подтверждение теории Альберта
Эйнштейна, а точнее, его формулы, выражающей эквивалентность массы и энергии. В
других исследованиях Уолтон занимался вопросами гидродинамики, микроволнами и
прочими аспектами ядерной физики.

7.

Нобелевская работа
Кокрофт и Уолтон разделили в 1951 г. Нобелевскую премию по физике «за работы по
трансмутации атомных ядер с помощью искусственно ускоренных атомных частиц». В
своей речи Ивар Валлер из Шведской королевской академии наук сказал: «Работа
Кокрофта и Уолтона подтвердила справедливость закона Эйнштейна, касающегося
эквивалентности массы и энергии. При трансмутации лития освобождается энергия,
поскольку общая кинетическая энергия полученных ядер гелия превосходит энергию
исходных ядер. Согласно закону Эйнштейна, – продолжал Валлер, – это увеличение
энергии вызвано соответствующей потерей массы атомных ядер. Их открытия
послужили толчком для последующего быстрого развития ядерной физики. Можно
сказать, что эта работа действительно знаменовала собой совершенно новую эпоху в
ядерных исследованиях»

8.

Другие награды ученых
Кроме Нобелевской премии, Кокрофт получил Королевскую медаль Королевского общества (1954
г.), международную золотую медаль Нильса Бора Датского общества инженеров-строителей,
электриков и механиков (1958 г.) и премию «За мирный атом», учрежденную фондом Форда (1961
г.). Он был членом Королевского общества, а также почетным членом Американской академии
наук и искусств и Шведской королевской академии наук. В 1948 г. Кокрофт было пожаловано
дворянство. Он был обладателем почетных степеней Оксфордского университета, Лондонского
университета, университета Торонто и университета Глазго.
Уолтон – член Ирландской королевской академии наук и Дублинского королевского общества;
сотрудничал в комитетах советников при Дублинском институте фундаментальных исследований
и Королевском госпитале города Дублина. Он был награжден медалью Хьюза Лондонского
королевского общества (1938) и является обладателем почетных ученых степеней Королевского
университета в Белфасте и колледжа Густава Адольфа в штате Миннесота.

9. Использованная литература:

• https://www.peoples.ru/science/physics/cockcroft/
• https://www.peoples.ru/science/physics/wolton/

10.

Спасибо
всем за
внимание!