Cím:	Lord Rutherford
Szerző(k):	Mende Jenő
Füzet:	1937/december, 97 - 100. oldal	PDF  |  MathML
Témakör(ök):	Egyéb írások

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre. Lord Rutherford.1   A mai fizikai kutatásoknak középpontjában kétségtelenül az atom szerkezetére vonatkozó vizsgálatok vannak. Senki annyira irányítóan nem nyúlt bele, a fizikának ebbe a haladásába, mint Lord Ernest Rutherford, angol fizikus, a cambridge-i híres Cavendish‐laboratorium vezetője és az egyetem tanára. Különösen két oldalról lehet az atom szerkezetét megvilágítani. Az anyag önkéntes átalakulása, ahogyan a radioaktív anyagoknál látjuk és az atomok sokféle mesterséges átalakítása az egyik módszer az anyagszerkezetének felderítésére. A színképek kutatása a másik eljárás. Rutherford munkája mindegyik téren alapvető. A radioaktivitás nagyot sok meglepetést hozott. Szinte izgalmas kérdés volt a rádium viselkedése: állandóan termelt hőt anélkül, hogy változást észleltek volna rajta. A magyarázatot nem is a rádium megfigyeléséből merítették, hanem elsősorban az urán viselkedéséből. Már előbb ismeretes volt, hogy a radioaktív anyagok sugárzása háromféle lehet. Az urán alfa‐sugarakat bocsát ki. Ezek pozitív töltésű részecskék. Más anyag, mint pl. urán $X$ béta‐sugárzó. A béta sugarak negatív töltésű részecskék, elektronok. Vannak olyan radioaktív elemek, amelyek a béta‐részeken kívül gamma‐sugarakat is kibocsátanak. Ez a sugárzás nem anyagi (korpuszkuláris), mint az előbbi kettő, hanem olyan természetű, mint a fény vagy a Röntgen‐sugárzás, csak még sokkal áthatolóbb. Lássuk most, mit mutat az urán sugárzása. Az urán együtt fordul elő egy másik radioaktív anyaggal, az urán $X$-szel. Ennek a keveréknek béta‐sugárzását figyelték meg. Az alfa‐sugárzást könnyű távol tartani. Elég az anyagot nagyon vékony fémlemezzel körülvenni, ez az alfa‐sugarakat elnyeli és csak a másik két sugárzást engedi át. A sugarakat annak a tulajdonságuknak alapján figyelik meg, hogy a levegőt vezetővé teszik. Ezt pedig könnyű mérni. A lemezes sűrítő két párhuzamos fémlap a köztük lévő levegővel. A sűrítő egyik lapját kössük össze elektrométerrel, másik lapját pedig a földdel. Töltsük fel az elektrométert és a vele összekötött sűrítőlapot akármilyen elektromos töltéssel, pl. pozitívval. A sűrítő lemezei közé tegyünk radioaktív anyagot. Ennek sugárzása a levegőt vezetővé alakítja, ionozza. Ez azt jelenti, hogy a levegő molekuláiból negatív elektronok lépnek ki, a hátramaradó rész pedig pozitív ion lesz. A pozitív töltésű lemez az elektronokat magához vonzza, ezáltal töltése fokozatosan csökken. Mennél erősebb a radioaktív sugárzás, annál gyorsabban fogy az elektron töltése. A töltés csökkenésének sebessége (pl. 10 osztályzat/min) az aktivitás mértéke. Az urán és urán $X$ keverékét oldjuk fel, az oldathoz adjunk bariumszulfátot. Az urán $X$ ekkor az oldatból kicsapódik és így az urántól elkülöníthető. Vizsgáljuk külön‐külön az urán és urán $X$ bétasugárzását. Igaz, hogy gamma‐sugarak is lépnek fel, de ionozásuk a béta‐sugarakéhoz képest igen kicsi. Az uránnak kezdetben nincs béta‐sugárzása, de idővel egyre erősebb béta‐sugárzás mutatkozik, míg végül a sugárzás erőssége állandó lesz, sem nem gyengül, sem nem erősödik. Ellenben az urán $X$ sugárzása állandóan gyengül. A két sugárzás erősségének összege állandó. Ezeket a feltűnő jelenségeket RUTHERFORD és fiatal tanítványa, SODDY magyarázták meg. A urán maga alfa‐sugárzó, ezért az elkülönített urán nem mutat kezdetben béta‐sugárzást. Csakhogy az urán atomai nem állandók, hanem önként felbomlanak. Az alfa‐részecskék kibocsátása után az atom egészen más elemnek, az, urán $X$-nek atomává alakul át. Ez maga sem állandó, beta‐részeket lövell ki és átalakul. Amilyen mértékben szaporodnak az uránból keletkező urán $X$ atommal, olyan mértékben erősödik a béta‐sugárzás. Végül úgynevezett radioaktív egyensúly áll be: amennyi urán $X$ atom fejlődik, ugyanannyi fel is bomlik. Az urán $X$ atomok száma ekkor már nem változik, ezért a béta‐sugárzás is állandó erős marad. Minden radioaktív anyagnak jellemző sajátsága az, hogy sugarak kibocsátása közben felbomlik. Ezt a bomlást külső eszközökkel (heves, nyomás stb.) befolyásolni nem tudjuk. A radioaktív anyagoknak van egy jellemző adatuk, a bomlási félidő. A poloniumnak bomlási félideje 136 nap. Ez azt jelenti, hogy a meglevő poloniumnak fele 136 nap alatt felbomlik, a megmaradt mennyiségnek fele további 136 nap alatt s. í. t. Az urán bomlási félideje $4\mathrm{,}5$ milliárd év, a rádiumé 1550 év. Azért nem észleltek kezdetben a rádiumon változást, mert bomlása igen lassú. Ez a magyarázat annak idején igen merész volt. Amióta a kémia az atom fogalmát használja, az atomokat változatlanoknak tekintették. Annyiféle atom volt, ahányféle kémiai elemet ismertek. RUTHERFORD ezzel a meggyökeresedett felfogással szakított. Vannak átalakuló atomok, de egyenlőre csak olyanok, amelyek önként alakulnak át. Ma már ezt nem is tekintjük feltevésnek, hanem sokszoros tapasztalattal igazolt ténynek. A bomlás-elmélet mint biztos vezető visz bennünket végig a radoaktivitásnak bonyolult területén. A radioaktiv jelenségek azt mutatják, hogy az atom nem ,,oszthatatlan'' hiszen alfa ‐ vagy béta ‐ részecskék lépnek ki belőle. Más szóval az atomnak szerkezete van. Mai egész atomfizikának a RUTHERFORD‐féle atomszerkezeten alapszik. RUTHERFORD alfa‐sugarakat fémlemezen bocsátott át. Az áthaladó részecskéket meg lehet figyelni, ha útjukban alkalmas foszforeszkáló anyaggal, pl. cinkszulfiddal bevont ernyőt állítunk. Ahol alfa‐rész éri az ernyőt, ott kis villanást, szcintillálást láthatunk. A legtöbb részecske kis irányváltoztatással haladt át. De vannak olyan részek is, amelyek nagy mértékben szóródnak. Egyes részek pályája a szóródás után ${150}^{\circ }$-ot zár be az eredeti iránnyal, tehát irányuk megfordul. Az alfa‐részeknek pozitív elektromos töltésük van, tehát csak elektromos erő térítheti el őket. RUTHERFORD azt következtette a megfigyelt szóródásból, hogy az atomnak nagyon kis kiterjedésű pozitív elektromos magja van. Ez hat nagy taszító erővel a feléje közeledő alfa‐részre és téríti ki eredeti irányából. Mennél közelebb halad a részecske a maghoz, annál nagyobb az irányváltozás. De a tapasztalat azt is mutatja, hogy a szokatlanul nagy szóródások száma nő, ha a lemez nagyobb atomsúlyú anyagból készült. Tehát a nagyobb atomsúlyú anyag atommagja nagyobb erővel taszítja a feléje haladó alfa‐részt. Ezért RUTHERFORD szerint a növekedő atomsúlyú anyag magjának növekedő elektromos töltést tulajdonítunk. Pontosabban is beszélhetünk. Az elektron töltése a természetben előforduló legkisebb töltésmennyiség, azért elemi töltésegységnek vagy röviden töltéselemnek is nevezik. (Nagysága $4\mathrm{,}77\cdot {10}^{-10}$ elektrosztatikai töltésegység.) Még egy egyszerű fogalomra van szükségünk. Állítsuk sorba a kémiai elemeket növekedő atomsúly szerint: $H$, $He$, $Li$, $Be$, $B$, $C$, $N$, $O$, $F$ stb. Lássuk el az elemeket növekedő sorszámmal: $H1$, $He2$, $Li3$, $Be4$, $B5$, $C6$, $N7$,$O8$, stb. Így az egyes elemek rendszámát kapjuk. Az előbbi sorban tehát minden elem jele mellett a rendszámot látjuk. RUTHERFORD atomelmélete szerint minden elem magjának annyi pozitív töltéseleme van, amennyi a rendszáma. Így a hidrogén magjának 1 pozitív töltéseleme van, vagyis annyi a töltése, mint az elektroné, csak nem negatív, hanem pozitív. A helium atommagjának 2, a lithiuménak 3 pozitív töltéseleme van stb. Ma már nem az atomsúlyt tekintjük az atom jellemző adatának, hanem a rendszámot. A szóródás elmélete módot nyújt arra, hogy a mag kiterjedését is meghatározzuk. Az egyes anyagoknál változik a mag átmérője, nagyságrendje ${10}^{-12}$ cm. Az egész atom elektromos tekintetben közömbös, tehát ugyanannyi negatív töltésnek is kell benne lennie, mint amennyi pozitív töltése van a magnak. A negatív töltés csak elektronokból állhat. Az atom elektronjai nyugalomban nem lehetnek, mert különben az elektromos vonzó erő folytán a magba esnének. RUTHERFORD szerint az elektronok a mag körül elliptikus pályán keringenek. Tehát az atom bolygórendszer. Amint a bolygók a középponti Nap körül keringenek, éppen úgy mozognak az elektronok a mag körül. A ,,központi'' szót itt is közelítően kell érteni, mert hiszen a pálya nem kör, hanem ettől többé-kevésbé eltérő ellipszis. A hasonlóság a két rendszer között mélyebbre ható. A bolygórendszerben a Nap a bolygót, a Newton-féle gravitációs erővel vonzza, az atomrendszerben a mag a körülötte keringő elektront Coulomb-féle erővel. De ez a két erő azonos természetű, mindkettő a távolság négyzetével fordítva arányos. Valóban a bolygó-mozgás törvényeit kellő változtatással az atomra is lehet alkalmazni. Ez az atomszerkezet különösen akkor bizonyult célszerűnek, mikor BOHR, koppenhágai fizikus a kvantumelméletet alkalmazta rá és a hidrogén színképének egyes vonalait elméleti úton megállapította. Azért használják gyakran a Rutherford‐Bohr-féle atomszerkezet elnevezést, még pedig jogosan, mert az atomelmélet innen kezdett fejlődni. Minthogy a radioaktív sugárzás a magból lép ki, egy lépéssel tovább mehetünk és a mag szerkezete iránt is érdeklődünk. Csakhogy itt még nagyobb nehézségek várnak a kutatóra, mint az atomszerkezet vizsgálatánál. A mag szerkezetének elemzésében a döntő lépést ugyancsak RUTHERFORD tette meg. A radioaktív anyagokban olyan kémiai elemeket ismertünk meg, amelyek önként bomlanak. Az a kérdés merült fel, nem lehetne-e az állandó elemek atomait mesterségesen felbontani. RUTHEREORD-nak sikerült az első mesterséges atomátalakítás 1919-ben. A rádium $C$ alfa‐sugárzó radioaktív anyag, a rádiumból fejlődik több, egymást követő bomlás után. A $RaC$ alfa‐részeinek óriási sebessége van, $2\cdot {10}^9$ cm/sec. Tömegük kicsi, minden alfa rész tömege a hidrogén‐atom tömegének négyszerese, ez pedig $1\mathrm{,}65\cdot {10}^{-24}$ gramm. De a nagy sebesség folytán a $RAC$ alfa‐részében igen kis helyen nagy energia tömörül. Ilyen alfa-részeket RUTHERFORD vízgőztől mentes levegőn vezetett át. Ekkor azt tapasztalta, hogy hidrogén‐magokból álló sugarak lépnek fel. A keletkező magok a cinkszulfid ernyőn szcintillálásokat keltenek. Tiszta nitrogénben több szcintillálás mutatkozott, vagyis több hidrogén‐mag keletkezett, mint levegőben, vagyis nitrogén és oxigén keverékében. Ebből RUTHERFORD azt következtette, hogy a $H$-sugarak a nitrogén atommagjából lépnek ki, ha valamelyik alfa‐részecske beleütközik. Minthogy a mag kiterjedése kicsi, csak kereken minden milliomodik alfa‐rész vált ki egy $H$-sugarat. Ez a magyarázat a későbbi kutatások folyamán helyesnek bizonyult. Ma már azt is tudjuk, hogy az átalakulás a következő folyamatban megy végbe: $\begin{array}{c}{\displaystyle N+\alpha \to O+H\mathrm{.}}\end{array}$ Az alfa‐részecske behatol a $N$ magjába, ez a megnövekedett mag pedig felbomlik $O$ és $H$ magra. Ez a $H$-mag az a $H$-sugár, melyről előbb beszéltünk. Csakhogy ez az oxigén különbözik a közönséges oxigéntől. Mert a közönséges oxigén atomsúlya 16, ezé pedig 17. Nagyon kis mennyiségben ez a 17-es oxigén a közönséges oxigénben is megvan, sőt van benne egy harmadik fajta, 18-as atomsúlyú oxigén is. A mesterséges atomátalakítás azóta óriási lépésekben halad előre és jelentékenyen tágítja a magra vonatkozó ismereteinket. Csak a legfontosabb részletekre szorítkoztunk amikor RUTHERFORD munkásságát méltattuk. Nem térhettünk ki pl. azokra a nevezetes vizsgálatokra, amelyeket RUTHERFORD a szóródás terén végzett, nem írtuk le azokat a kutatásokat, amelyekkel a mesterséges atomátalakításra vonatkozó ismereteinket az az utolsó évtizedben gazdagította. De talán az elmondottak is megmutatják, mekkora veszteség érte a tudományt RUTHERFORD halálával. Budapest, 1937  Mende Jenő. 1Született Új‐Zeelandban, 1871.aug.30-án. Itt tanult 1895-ig, ekkor került, mint ösztöndíjas a cambridge-i ,,Szentháromság'' kollégiumba. 1898-ban már Montrealban egyetemi tanár, 1904-ben Manchesterbe, 1919-ben Cambridge-be kerül, ahol elődei MAXWELL, RAYLEIGH és THOMSON I. I. voltak. 1908-ban Nobel‐díjat kapott; 1914-ben lovag, majd lord lett. A westminsteri apátságban temették el, ahol NEWTON, KELVIN és DARWIN nyugosznak.