Ернест Резерфорд вважається найбільшим фізиком-експериментатором ХХ століття. Він є центральною фігурою в наших пізнаннях у галузі радіоактивності, а також людиною, яка започаткувала ядерну фізику. Крім свого величезного теоретичного значення, його відкриття отримали широкий спектр застосування, включаючи: ядерну зброю, атомні електростанції, радіоактивні обчислення та дослідження радіації. Вплив праць Резерфорда на світ величезний. Воно продовжує зростати і, схоже, ще збільшиться у майбутньому.
Резерфорд народився та виріс у Новій Зеландії. Там він вступив до Кентерберійського коледжу і до двадцяти трьох років отримав три ступені (бакалавра з гуманітарних наук, бакалавра з природничих наук, магістра з гуманітарних наук). Наступного року йому присудили право навчання в Кембриджському університеті в Англії, де він провів три роки як студент-дослідник під керівництвом Дж. Дж. Томсона, одного з провідних вчених того часу. У двадцять сім років Резерфорд став професором фізики в університеті МакДіл у Канаді. Там він працював дев'ять років і в 1907 повернувся до Англії, щоб очолити фізичний факультет Манчестерського університету. У 1919 році Резерфорд повернувся до Кембриджу, цього разу як директор Кавендіської лабораторії, і залишався на цій посаді до кінця життя.
Радіоактивність була відкрита у 1896 році французьким вченим Антуаном Анрі Беккерелем, коли він проводив експерименти з урановими сполуками. Але незабаром Беккерель втратив інтерес до цього предмета, і більшість наших основних знань у галузі радіоактивності походить з широких досліджень Резерфорда. (Марі та П'єр Кюрі відкрили ще два радіоактивні елементи - полоній та радій, але не зробили відкриттів фундаментального значення.)
Одне з перших відкриттів Резерфорда полягало в тому, що радіоактивне випромінювання урану складається з двох різних компонентів, які вчений назвав альфа- та бета-промені. Пізніше він продемонстрував природу кожного компонента (вони складаються з часток, що швидко рухаються) і показав, що існує ще й третій компонент, який назвав гамма-променями.
Важлива риса радіоактивності – це пов'язана з нею енергія. Беккерель, подружжя Кюрі та багато інших вчених вважали енергію зовнішнім джерелом. Але Резерфорд довів, що дана енергія - яка набагато потужніша, ніж хімічна реакція, що звільняється, - виходить зсередини окремих атомів урану! Цим він започаткував важливу концепцію атомної енергії.
Вчені завжди припускали, ніби окремі атоми неподільні і незмінні. Але Резерфорд (за допомогою дуже талановитого молодого помічника Фредеріка Содді) зміг показати, що коли атом випускає альфа-або бета-промені, він перетворюється на атом іншого сорту. Спершу хіміки не могли в це повірити. Проте Резерфорд та Содді провели цілу серію експериментів з радіоактивним розпадом та трансформували уран у свинець. Також Резерфорд виміряв швидкість розпаду та сформулював важливу концепцію "напіврозпаду". Це незабаром призвело до техніки радіоактивного обчислення, яке стало одним із найважливіших наукових інструментів і знайшло широке застосування в геології, археології, астрономії та багатьох інших областях.
Ця приголомшлива серія відкриттів принесла Резерфорду в 1908 Нобелівську премію (пізніше Нобелівську премію отримав і Содді), але його найбільше досягнення було ще попереду. Він зауважив, що альфа-частинки, що швидко рухаються, здатні проходити крізь тонку золоту фольгу (не залишаючи видимих слідів!), але при цьому злегка відхиляються. Виникло припущення, що атоми золота, тверді, непроникні, як "малі більярдні кулі" - як раніше вважали вчені, - були м'якими всередині! Все виглядало так, ніби менші та твердіші альфа-частинки можуть проходити крізь атоми золота як високошвидкісна куля через желе.
Але Резерфорд (працюючи з Гейгером і Марсденом, своїми двома молодими помічниками) виявив, деякі альфа-частинки, проходячи крізь золоту фольгу, відхиляються дуже сильно. Фактично дехто взагалі відлітає назад! Відчувши, що за цим криється щось важливе, вчений ретельно порахував кількість частинок, що полетіли у кожному напрямку. Потім, шляхом складного, але цілком переконливого математичного аналізу, він показав єдиний шлях, яким можна було пояснити результати експериментів: атом золота складався майже повністю з порожнього простору, а практично вся атомна маса була сконцентрована в центрі, в маленькому "ядрі" атома!
Одним ударом праця Резерфорда назавжди вразила наше звичне бачення світу. Якщо навіть шматок металу - здається найтвердішим з усіх предметів - був переважно порожнім простором, значить, все, що ми вважали речовим, раптом розвалилося на крихітні піщинки, що бігають у неосяжній порожнечі!
Відкриття Резерфордом атомних ядер є основою всіх сучасних теорій будови атома. Коли Нільс Бор через два роки опублікував знамениту працю, що описує атом як мініатюрну сонячну систему, керовану квантовою механікою, він використав для своєї моделі як відправну точку ядерну теорію Резерфорда. Так само вчинили Гейзенберг і Шредінгер, коли вони сконструювали складніші атомні моделі, використовуючи класичну та хвильову механіку.
Відкриття Резерфорда також призвело до появи нової галузі науки: вивчення атомного ядра. У цій галузі Резерфорду теж судилося стати піонером. У 1919 році він досяг успіху при трансформуванні ядер азоту в ядра кисню, обстрілюючи перші швидко рухомими альфа-частинками. Це було досягнення, про яке мріяли давні алхіміки.
Незабаром стало ясно, що ядерні трансформації можуть бути джерелом енергії Сонця. Більше того, трансформація атомних ядер є ключовим процесом в атомній зброї та на атомних електростанціях. Отже, відкриття Резерфорда викликає набагато більший інтерес, ніж просто академічний.
Особа Резерфорда постійно вражала всіх, хто зустрічався з ним. Він був великою людиною з гучним голосом, безмежною енергією та помітним недоліком скромності. Коли колеги відзначали надприродну здатність Резерфорда завжди перебувати "на гребені хвилі" наукових досліджень, він відразу відповідав: "А чому б і ні? Адже це я викликав хвилю, чи не так?" Деякі вчені стали б заперечувати проти цього твердження.
Ернест Резерфорд (фото розміщено далі в статті), барон Резерфорд Нельсона і Кембриджа (народився 30.08.1871 в Спрінг-Груві, Нова Зеландія - помер 19.10.1937 в Кембриджі, Англія) - британський фізик з часів Майкла Фарадея (1791–1867). Він був центральною фігурою у сфері вивчення радіоактивності, яке концепція будови атома домінувала в ядерної фізики. Став лауреатом Нобелівської премії у 1908 році, був президентом Королівського товариства (1925-1930) та Британської асоціації сприяння розвитку науки (1923). У 1925 був прийнятий в члени Ордену заслуг і в 1931 був удостоєний звання пера, отримав титул лорда Нельсона.
Ернест Резерфорд: коротка біографія у ранні роки життя
Батько Ернеста Джеймс у середині XIX століття дитиною переїхав із Шотландії до Нової Зеландії, лише нещодавно заселеної європейцями, де займався сільським господарством. Мати Резерфорда - Марта Томпсон - приїхала з Англії в підлітковому віці і працювала шкільною вчителькою, поки не вийшла заміж і не народила десяти дітей, з яких Ернест був четвертим (і другим сином).
Ернест навчався у безкоштовних державних навчальних закладах до 1886 р., коли він виграв стипендію для навчання у приватній середній школі Нельсона. Обдарований учень досяг майже кожного предмета, але особливо у математиці. Інша стипендія допомогла Резерфорду вступити у 1890 році до Кентербері-коледжу, одного з чотирьох кампусів університету Нової Зеландії. Це був невеликий навчальний заклад, у штаті якого числилося всього вісім викладачів, студентів ж було менше 300. Юному даруванню пощастило мати прекрасних вчителів, які розпалили в ньому інтерес до наукових досліджень, підкріплених надійними доказами.
Після завершення трирічного навчального курсу Ернест Резерфорд став бакалавром та виграв стипендію для року навчання в аспірантурі в Кентербері. Завершивши її наприкінці 1893 року, він отримав ступінь магістра мистецтв - перший вчений ступінь у галузі фізики, математики та математичної фізики. Йому було запропоновано залишитися ще на один рік у Крайстчерчі для проведення незалежних експериментів. Дослідження Резерфорда здатності високочастотного електричного розряду, наприклад, від конденсатора, намагнічувати залізо наприкінці 1894 принесло йому ступінь бакалавра наук. У цей період він полюбив Мері Ньютон, доньку жінки, в чиєму будинку він оселився. Вони одружилися 1900 р. 1895-го Резерфорд отримав стипендію імені Всесвітньої виставки 1851 р. у Лондоні. Він вирішив продовжувати свої дослідження в Кавендіській лабораторії, яку Дж. Дж. Томсон, провідний європейський експерт в галузі електромагнітного випромінювання, очолив у 1884 році.
Кембрідж
На знак визнання зростаючої важливості науки Кембриджський університет змінив свої правила, дозволивши випускникам інших вишів отримувати диплом після двох років навчання та виконання прийнятної наукової роботи. Першим студентом-дослідником став Резерфорд. Ернест, крім демонстрації намагнічування коливальним розрядом заліза, встановив, що голка втрачає частину своєї намагніченості магнітному полі, створюваному змінним струмом. Це дозволило створити детектор нещодавно відкритих електромагнітних хвиль. У 1864 р. шотландський фізик-теоретик Джеймс Клерк Максвелл передбачив їхнє існування, а в 1885-1889 рр. в 1885 році. німецький фізик Генріх Герц виявив їх у своїй лабораторії. Прилад Резерфорда для детекції радіохвиль був простішим і мав комерційний потенціал. Наступний рік молодий вчений провів у лабораторії Кавенді, збільшуючи діапазон і чутливість приладу, який міг приймати сигнали на відстані півмилі. Однак Резерфорду не вистачило міжконтинентального бачення та підприємницьких навичок італійця Гульєльмо Марконі, який винайшов бездротовий телеграф у 1896 році.
Дослідження іонізації
Не залишаючи свого давнього захоплення альфа-частинками, Резерфорд вивчав їхнє невелике розсіювання після взаємодії з фольгою. Гейгер приєднався щодо нього, і вони отримали більше значних даних. У 1909 р., коли студент-старшекурсник Ернест Марсден шукав тему для свого науково-дослідного проекту, Ернест запропонував йому вивчити великі кути розсіювання. Марсден виявив, що невелика кількість α-часток відхилялася більш ніж на 90° від свого початкового напрямку, що змусило Резерфорда вигукнути, що це майже так само неймовірно, якби 15-дюймовий снаряд, запущений у аркуш цигаркового паперу, відскочив би назад і влучив у того, хто стріляв.
Модель атома
Розмірковуючи над тим, як така важка заряджена частка може відхилятися електростатичним тяжінням чи відштовхуванням такий великий кут, в 1944 р. Резерфорд дійшов висновку, що атом може бути однорідним твердим тілом. На його думку, він складався в основному з порожнього простору та крихітного ядра, в якому сконцентровано всю його масу. Резерфорд Ернест модель атома підтвердив численними експериментальними доказами. Вона стала його найбільшим науковим внеском, але поза Манчестера на неї звертали мало уваги. У 1913 р. датський фізик Нільс Бор показав всю важливість цього відкриття. Роком раніше він відвідав лабораторію Резерфорда і повернувся до неї як співробітник факультету в 1914-1916 роках. Радіоактивність, як пояснив він, міститься в ядрі, тоді як хімічні властивості визначаються орбітальними електронами. Модель атома Бора породила нову концепцію квантів (чи дискретних значень енергії) в електродинаміці орбіт, і пояснив спектральні лінії як виділення чи поглинання енергії електронами за її переході з однієї орбіти в іншу. Генрі Мозлі, ще один із багатьох учнів Резерфорда, аналогічним чином пояснив послідовність рентгенівського спектру елементів зарядом ядра. Таким чином було розроблено нову узгоджену картину фізики атома.
Підводні човни та ядерна реакція
Перша світова війна спустошила лабораторію, якою керував Ернест Резерфорд. Цікаві факти з життя фізика в цей період стосуються його участі у розробці засобів боротьби з підводними човнами, а також членства в Раді адміралтейства з винаходів та наукових досліджень. Коли він знайшов час, щоб повернутись до своїх попередніх наукових робіт, то зайнявся вивченням зіткнення альфа-часток з газами. У разі водню, як і очікувалося, детектор фіксував утворення окремих протонів. Але протони виникали і під час бомбардування атомів азоту. У 1919 р. Ернест Резерфорд відкриття поповнив ще одним: йому вдалося штучно спровокувати ядерну реакцію у стабільному елементі.
Повернення до Кембриджу
Ядерні реакції займали вченого протягом усієї кар'єри, яка проходила знову в Кембриджі, де у 1919 р. наступником Томсона на посаді директора Кавендіської лабораторії університету і став Резерфорд. Ернест навів сюди свого колегу з університету Манчестера – фізика Джеймса Чедвіка. Разом вони бомбардували альфа-частинками ряд легких елементів та викликали ядерні перетворення. Але їм не вдавалося проникнути у важчі ядра, оскільки α-частинки відштовхувалися від них через однаковий заряд, і вчені не могли визначити, відбувалося це окремо чи разом із мішенню. В обох випадках була потрібна більш передова технологія.
Вищі енергії в прискорювачах частинок, необхідних вирішення першої проблеми, стали доступні наприкінці 1920-х років. У 1932 р. два студенти Резерфорда - англієць Джон Кокрофт та ірландець Ернест Волтон - стали першими, хто фактично викликав ядерне перетворення. За допомогою високовольтного лінійного прискорювача вони бомбардували літій протонами та розщепили його на дві α-частинки. За цю роботу вони здобули Нобелівську премію 1951 р. з фізики. Шотландець Чарльз Вільсон у Кавендіші створив туманну камеру, яка давала візуальне підтвердження траєкторії заряджених частинок, за що був удостоєний цієї ж престижної міжнародної нагороди в 1927 р. У 1924-му лікнень і виявив, що більшість з них були звичайними пружними, а 8 супроводжувалися розпадом, в якому -частка поглиналася ядром-мішенню перед його розщепленням на два фрагменти. Це стало важливим кроком у розумінні ядерних реакцій, за що Блекетту було присвоєно Нобелівську премію з фізики 1948 року.
Відкриття нейтрону та термоядерного синтезу
Кавендіш став місцем проведення та інших цікавих робіт. Існування нейтрону було передбачено Резерфордом у 1920 році. Після довгих пошуків, 1932 року Чедвік виявив цю нейтральну частинку, довівши, що ядро складається з нейтронів і протонів, яке колега, англійський фізик Норман Федер, невдовзі показав, що нейтрони можуть викликати ядерні реакції легше, ніж заряджені частки. Працюючи з подарованою нещодавно відкритою США важкої водою, в 1934 р. Резерфорд, Марк Оліфант з Австралії та Пауль Хартек з Австрії провели бомбардування дейтерію дейтронами і провели перший термоядерний синтез.
Життя поза фізикою
Вчений мав кілька захоплень, що не стосуються науки, до яких входили гольф та автоспорт. Ернест Резерфорд, коротко кажучи, дотримувався ліберальних переконань, але не був політично активним, хоча й обіймав посаду голови експертної ради урядового Департаменту наукових та промислових досліджень і був довічний президент (з 1933 р.) організації Academic Assistance Council, створеної для допомоги вченим із нацистської Німеччини. У 1931 р. він став пером, але ця подія була затьмарена смертю його дочки, яка померла на вісім днів раніше. Видатний учений помер у Кембриджі після нетривалої хвороби та був похований у Вестмінстерському абатстві.
Ернест Резерфорд: цікаві факти
- Він навчався в Кентерберійському коледжі університету Нової Зеландії на стипендію, отримавши ступінь бакалавра та магістра, а також два роки займався розробками, що призвели до винаходу нового виду радіоприймача.
- Ернест Резерфорд був першим випускником, який не закінчив Кембридж, якому було дозволено вести науково-дослідну роботу в лабораторії Кавенді під керівництвом сера Дж. Дж. Томсона.
- Під час Першої світової війни він працював над вирішенням практичних проблем виявлення підводних човнів.
- В університеті Макгілла в Канаді Ернест Резерфорд разом із хіміком Фредеріком Содді створив теорію атомного розпаду.
- В університеті Вікторії в Манчестері він і Томас Ройдс довели, що альфа-випромінювання складається з іонів гелію.
- Дослідження Резерфорда з розпаду елементів та радіоактивних речовин принесли йому Нобелівську премію у 1908 році.
- Свій найвідоміший експеримент Гейгера - Марсдена, який продемонстрував ядерну природу атома, фізик провів після отримання нагороди Шведської академії.
- На його честь названо 104-й хімічний елемент - резерфордій, який у СРСР і РФ до 1997 р. іменувався курчатовищем.
Резерфорд Ернест (роки життя: 30.08.1871 – 19.10.1937) – англійський фізик, творець планетарної моделі атома, основоположник ядерної фізики. Він був членом Лондонського Королівського товариства, а з 1925 по 1930 рік – і його президентом. Ця людина - володар, яку він отримав у 1908 році.
Майбутній учений народився в сім'ї Джеймса Резерфорда, колісного майстра, та Марти Томпсон, вчительки. Крім нього, у сім'ї було 5 дочок та 6 синів.
Навчання та перші нагороди
До того як в 1889 році сім'я переселилася в Північний, Резерфорд Ернест навчався в м. Крайстчерче, в Кентерберійському коледжі. Вже тим часом виявилися блискучі здібності майбутнього вченого. Після закінчення 4 курсу Ернест був удостоєний нагороди за кращу роботу в галузі математики, а також посів 1-е місце на магістерських іспитах з фізики та математики.
Винахід магнітного детектора
Ставши магістром мистецтв, Резерфорд не залишив коледжу. Він поринув у самостійну наукову роботу з магнетизації заліза. Ним було розроблено та виготовлено спеціальний прилад - магнітний детектор, який став одним із перших у світі приймачів електромагнітних хвиль, а також "вхідним квитком" Резерфорда у велику науку. У його житті невдовзі відбулася важлива зміна.
Резерфорд вирушає до Англії
Найобдарованішим молодим підданим англійської корони з Нової Зеландії надавалася раз на два роки стипендія ім. Всесвітня виставка 1851 року, яка давала можливість вирушити до Англії для вивчення наук. У 1895 році було вирішено, що два новозеландці гідні такої честі - фізик Резерфорд і хімік Маклорен. Однак місце було тільки одне, і надії Ернеста впали. На щастя, Маклорен змушений був за сімейними обставинами відмовитися від цієї поїздки, і Резерфорд Ернест восени 1895 прибув до Англії. Тут він розпочав роботу в Кембриджському університеті (в Кавендішевській лабораторії) і став першим докторантом Дж. Томсона, її директора (на фото нижче).
Вивчення променів Беккерелю
Томсон на той час вже був одним із членів шанованого всіма Лондонського королівського товариства. Здібності Резерфорда він швидко оцінив і залучив його до роботи з вивчення іонізації газів під впливом рентгенівських променів, яку він проводив. Проте вже в 1898 році, влітку, Ернест робить свої перші кроки в іншій галузі дослідження. Його зацікавили "промені Беккереля". Випромінювання уранової солі, відкрите Беккерелем, фізиком із Франції, пізніше стало відоме як радіоактивне. Французький вчений, а також подружжя Кюрі активно займалися його дослідженням. 1898 року в роботу включився і Резерфорд Ернест. Цей вчений виявив, що дані промені входять потоки ядер гелію, позитивно заряджених (альфа-часток), і навіть потоки електронів (бета-частиц).
Подальше вивчення променів урану
У Паризьку академію наук 18 липня 1898 була представлена робота подружжя Кюрі, яка викликала великий інтерес Резерфорда. У ній автори вказували, що крім урану є й інші радіоактивні (цей термін був ужитий вперше саме тоді) елементи. Резерфорд пізніше ввів поняття про - одну з головних відмітних ознак цих елементів.
Ернесту у грудні 1897 року продовжили виставкову стипендію. Вчений отримав можливість подальшого дослідження променів урану. Однак у квітні 1898 року в Монреалі звільнилося місце професора місцевого Мак-Гіллського університету, і Ернест вирішив вирушити до Канади. Минула пора учнівства. Всім було зрозуміло, що Резерфорд готовий працювати самостійно.
Переїзд до Канади та нова робота
Восени 1898 року відбувся переїзд до Канади. Спочатку викладання Резерфорда йшло не дуже успішно: студентам припали не до смаку лекції, які молодий професор, який ще не навчився цілком відчувати аудиторію, перенасичував деталями. У науковій роботі також виникли певні труднощі через те, що прибуття замовлених Резерфордом радіоактивних препаратів затримувалося. Проте всі шорсткості незабаром згладилися, і для Ернеста почалася смуга успіхів та успіхів. Втім, навряд чи доречно говорити про удачі: все досягалося нелегкою працею, до якої залучалися його нові друзі та однодумці.
Відкриття закону радіоактивних перетворень
Навколо Резерфорда вже тоді сформувалася атмосфера творчого ентузіазму та захопленості. Праця була радісною і напруженою, вона призводила до великих успіхів. Резерфорд у 1899 році відкрив еманацію торію. Спільно з Содді в 1902-1903 роках він прийшов уже до загального закону, який застосовується до всіх радіоактивних перетворень. Слід сказати дещо докладніше про цю важливу наукову подію.
Вчені всього світу твердо засвоїли в той час, що неможливо перетворити одні хімічні елементи на інші, тому слід навіки поховати мрії алхіміків добувати із свинцю золото. І ось з'явилася робота, в якій стверджувалося, що за радіоактивних розпадів перетворення елементів не тільки відбуваються, але їх неможливо ні сповільнити, ні припинити. Більше того, було сформульовано закони цих перетворень. Сьогодні ми розуміємо, що саме зарядом ядра визначаються хімічні властивості елемента та його положення у періодичній системі Менделєєва. Коли дві одиниці зменшується що відбувається при альфа-распаде, він " переміщається " вгору на 2 клітинки у таблиці Менделєєва. На одну клітину вниз він зміщується при електронному розпаді бета, а на клітину вгору - при позитронному. Незважаючи на очевидність цього закону і його простоту, це відкриття було однією з найважливіших подій у науці початку 20 століття.
Одруження з Мері Джорджиною Ньютон, народження дочки
У цей час сталася важлива подія в особистому житті Ернеста. Через 5 років після заручин із Мері Джорджіною Ньютон одружився з нею вчений Ернест Резерфорд, біографія якого до цього часу вже була відзначена значними досягненнями. Ця дівчина була дочкою господині пансіону у Крайстчерчі, де він колись жив. У 1901 році, 30 березня, з'явилася на світ єдина дочка у сімействі Резерфордів. Ця подія практично збіглася за часом із народженням у фізичній науці нового розділу - фізики ядра. А через два роки Резерфорд став членом Лондонського королівського товариства.
Книги Резерфорда, досліди з просвічування фольги альфа-частинками
Ернест створив 2 книги, у яких узагальнив підсумки своїх наукових пошуків та досягнень. Перша вийшла під назвою "Радіоактивність" у 1904 році. "Радіоактивні перетворення" з'явилася за рік. Автор цих книг розпочинав у цей час нові дослідження. Він зрозумів, що саме з атомів виходить радіоактивне випромінювання, проте абсолютно незрозумілим залишалося місце його виникнення. Слід вивчити пристрій ядра. І тоді Ернест звернувся до методики просвічування альфа-частинками, з якою він розпочинав свою роботу у Томсона. Досліди вивчали, як потік цих частинок проходить через тонкі листочки фольги.
Перша модель атома, запропонована Томсоном
Була запропонована перша модель атома, коли стало відомо про те, що електрони мають негативний заряд. Однак вони входять до атомів, що є в цілому електронейтральними. Значить у його складі має бути щось, що має позитивний заряд. Для вирішення цієї проблеми Томсон запропонував таку модель: атом – це щось на кшталт краплі, позитивно зарядженої, радіус якої становить стомільйонну частку сантиметра. Усередині неї є крихітні електрони з негативним зарядом. Вони прагнуть під дією кулонівських сил зайняти положення в самому центрі атома, проте якщо їх що-небудь виведе з рівноваги, вони коливаються, що супроводжуються випромінюванням. Ця модель пояснювала існування спектрів випромінювання – факт, про який було відомо на той час. З дослідів вже зрозуміли, що у твердих тілах відстані між атомами приблизно такі самі, як та його розміри. Здавалося очевидним тому, що альфа-частинки що неспроможні пролетіти крізь фольгу, як і камінь не пролетить через ліс, у якому дерева ростуть практично впритул один до одного. Однак перші ж здійснені Резерфордом досліди переконували, що це не так. Більшість альфа-часток, майже не відхиляючись, пронизувало фольгу, і лише в деяких спостерігалося відхилення, часом суттєве. Цим дуже зацікавився Ернест Резерфорд. Цікаві факти вимагали подальшого вивчення.
Планетарна модель Резерфорду
І тоді знову виявилася інтуїція Резерфорда та вміння цього вченого розуміти мову природи. Ернест рішуче відмовився від запропонованої Томсоном моделі атома. Досвіди Резерфорда призвели до того, що він висунув свою планетарну назву. Згідно з нею, у центрі атома знаходиться ядро, в якому зосереджена вся маса даного атома, незважаючи на його досить малі розміри. А навколо ядра, подібно до планет, що обертаються навколо Сонця, рухаються електрони. Маси їх значно менше, ніж в альфа-частинок, і тому останні практично не відхиляються, коли пронизують електронні хмари. І лише коли близько від ядра, позитивно зарядженого, пролітає альфа-частка, кулонівська сила відштовхування здатна різко викривити траєкторію її руху. Такою є теорія Резерфорда. Безперечно, це було велике відкриття.
Закони електродинаміки та планетарна модель
Досвіду Резерфорда було достатньо, щоб переконати багатьох вчених у існуванні планетарної моделі. Однак з'ясувалося, що вона не така однозначна. Формула Резерфорда, яку він вивів з опорою на цю модель, погодилася з даними, отриманими під час експерименту. Проте вона заперечувала закони електродинаміки!
Ці закони, які були встановлені в основному працями Максвелла і Фарадея, стверджують, що заряд, що прискорено рухається, випромінює електромагнітні хвилі і втрачає через це енергію. В атомі Резерфорда електрон рухається в кулонівському полі ядра прискорено і, згідно з теорією Максвелла, він повинен втратити всю енергію за десятимільйонну частку секунди, після чого впасти на ядро. Однак, цього не відбувалося. Отже, формула Резерфорда спростовувала теорію Максвелла. Ернест знав про це, коли в 1907 настав час повертатися в Англію.
Переїзд у Манчестер та здобуття Нобелівської премії
Роботи Ернеста у Мак-Гільському університеті сприяли тому, що він став дуже відомим. Резерфорда стали навперебій запрошувати до наукових центрів різних країн. Вчений навесні 1907 року вирішив залишити Канаду і прибув до Манчестера, в університет Вікторії, де продовжив свої дослідження. Спільно з Х.Гейгером він створив у 1908 році лічильник альфа-часток - новий прилад, який відіграв важливу роль у з'ясуванні того, що альфа-частинки - це атоми гелію, двічі іонізовані. Резерфорд Ернест, відкриття якого мали величезне значення, в 1908 отримав Нобелівську премію (з хімії, а не з фізики!).
Співпраця з Нільсом Бором
Тим часом планетарна модель займала його думки дедалі сильніше. І ось у березні 1912 року Резерфорд став співпрацювати та дружити з Нільсом Бором. Найбільша нагорода Бора (фото його представлено нижче) зводилася до того, що він вніс принципово нові риси в планетарну модель - ідею квантів.
Він висунув "постулати", які здавалися здавалося б внутрішньо суперечливими. На його думку, в атомі є орбіти. Електрон, рухаючись ними, не випромінює, всупереч законам електродинаміки, хоч і має прискорення. Цей учений вказав на правило, за допомогою якого можна знайти ці орбіти. Він з'ясував, що кванти випромінювання з'являються лише за переходу електрона з орбіти на орбіту. вирішила багато проблем, а також стала проривом у світ нових ідей. Її відкриття призвело до корінного перегляду уявлень про матерію, її рух.
Подальша широка діяльність
1919 року Резерфорд став професором Кембриджського університету, а також директором Кавендішевської лабораторії. Десятки вчених справедливо вважали його за свого вчителя, включаючи згодом удостоєних Нобелівських премій. Це Дж. Чедвік, Г. Мозлі, М. Оліфант, Дж. Кокрофт, О. Ган, В. Гейтлер, Ю.Б. Харітон, П.Л. Капіца, Г. Гамов та ін Потік почестей і нагород ставав все ряснішим. 1914 року Резерфорд отримує дворянство. Президентом Британської асоціації він стає 1923 року, і з 1925 по 1930 був президентом Королівського суспільства. Титул барона Ернест отримує у 1931 році і стає лордом. Однак, незважаючи на все більш високі навантаження, і не тільки наукові, він продовжує атаки на таємниці ядра та атома.
Пропонуємо вам один цікавий факт, пов'язаний із науковою діяльністю Резерфорда. Відомо, що Ернест Резерфорд користувався наступним критерієм, коли вибирав собі співробітників: він давав людині, що прийшла до нього вперше, завдання, і якщо новий співробітник після цього цікавився, що робити далі, його відразу ж звільняли.
Вчений вже розпочав експерименти, які закінчилися відкриттям ним штучного розщеплення ядер атомів та штучного перетворення хімічних елементів. У 1920 році Резерфорд передбачив існування дейтрона і нейтрону, а в 1933 став ініціатором та учасником експерименту з перевірки існуючої в ядерних процесах взаємозв'язку енергії та маси. 1932 року, у квітні, він підтримав ідею застосування прискорювачів протонів для дослідження ядерних реакцій.
Смерть Резерфорда
Величезний вплив на науку і техніку, життя мільйонів людей надали праці Ернеста Резерфорда і його учнів, що належать до кількох поколінь. Великий учений, звичайно, не міг не замислитися над тим, чи буде цей вплив позитивним. Однак він був оптимістом, свято вірив у науку та людей. Ернест Резерфорд, коротка біографія якого було нами описано, помер 1937 року, 19 жовтня. Його поховали у Вестмінстерському абатстві.
Як пише В.І. Григор'єв: «Праці Ернеста Резерфорда, якого нерідко справедливо називають одним із титанів фізики нашого століття, роботи кількох поколінь його учнів вплинули не тільки на науку і техніку нашого століття, а й на життя мільйонів людей. Він був оптимістом, вірив у людей та в науку, якій присвятив усе життя».
Ернест Резерфорд народився 30 серпня 1871 поблизу міста Нелсон (Нова Зеландія), в родині переселенця з Шотландії колісного майстра Джеймса Резерфорда.
Ернест був четвертою дитиною в сім'ї, крім нього було б ще синів і 5 дочок. Мати його. Марта Томпсон, працювала сільською вчителькою. Коли батько організував деревообробне підприємство, він часто працював під його керівництвом. Отримані навички згодом допомогли Ернесту під час конструювання та будівництва наукової апаратури.
Закінчивши школу в Хавелоці, де в цей час жила сім'я, він отримав стипендію для продовження освіти в коледжі провінції Нелсон, куди вступив у 1887 році. Через два роки Ернест склав іспит до Кентерберійського коледжу - філії Новозеландського університету в Крайстчерчі. У коледжі на Резерфорда вплинули його вчителі: викладав фізику та хімію Е.У. Бікертон та математик Дж.Х.Х. Кук.
Ернест виявив блискучі здібності. Після закінчення четвертого курсу він удостоївся нагороди за кращу роботу з математики і посів перше місце на магістерських іспитах, причому не лише з математики, а й з фізики. Ставши в 1892 магістром мистецтв, він не покинув коледж. Резерфорд поринув у свою першу самостійну наукову працю. Вона мала назву "Магнетизація заліза при високочастотних розрядах" і стосувалася виявлення високочастотних радіохвиль. Для того, щоб вивчити це явище, він сконструював радіоприймач (за кілька років до того, як це зробив Марконі) і з його допомогою отримував сигнали, що передаються колегами з півмілі. Робота молодого вченого була опублікована в 1894 в «Известиях філософського інституту Нової Зеландії».
Найбільш обдарованим молодим заморським підданим британської корони один раз на два роки надавалася особлива стипендія, що давала можливість поїхати для вдосконалення наук в Англію. У 1895 році виявилася вакантною стипендія для здобуття наукової освіти. Перший кандидат на цю стипендію хімік Маклорен відмовився за сімейними обставинами, другим кандидатом був Резерфорд. Приїхавши до Англії, Резерфорд отримав запрошення Дж.Дж. Томсон працювати в Кембриджі в лабораторії Кавендіш. Так розпочався науковий шлях Резерфорда.
На Томсона справило глибоке враження проведене Резерфордом дослідження радіохвиль, і він в 1896 запропонував спільно вивчати вплив рентгенівських променів на електричні розряди в газах. У тому ж році з'являється спільна робота Томсона і Резерфорда «Про проходження електрики через гази, піддані дії променів Рентгена». Наступного року побачила світ заключна стаття Резерфорда з цієї тематики «Магнітний детектор електричних хвиль і деякі його застосування». Після цього він повністю зосереджує свої сили на вивченні газового розряду. У 1897 році з'являється і його нова робота «Про електризацію газів, схильних до дії рентгенівських променів, і про поглинання рентгенівського випромінювання газами та парами».
Співпраця з Томсоном увінчалася вагомими результатами, включаючи відкриття останнім електрона - частки, що несе негативний електричний заряд. Маючи свої дослідження, Томсон і Резерфорд висунули припущення, що коли рентгенівські промені проходять через газ, вони руйнують атоми цього газу, вивільняючи однакове число позитивно і негативно заряджених частинок. Ці частки вони назвали іонами. Після цього Резерфорд зайнявся вивченням атомної структури речовини.
Восени 1898 року Резерфорд зайняв місце професора Макгілльського університету в Монреалі. Викладання Резерфорда спочатку йшло не надто успішно: студентам не сподобалися лекції, які молодий і ще не цілком навчився відчувати аудиторію професор перенасичував деталями. Деякі труднощі виникли спочатку й у науковій роботі через те, що затримувалося прибуття замовлених радіоактивних препаратів. Адже за всіх зусиль він не отримував достатніх коштів для будівництва необхідних приладів. Багато необхідної для дослідів апаратури Резерфорд збудував власними руками.
Проте він працював у Монреалі досить довго – сім років. Виняток становив 1900 рік, коли під час короткого перебування в Новій Зеландії Резерфорд одружився. Його обраницею стала Мері Джорджії Ньютон, дочка господині того пансіону в Крайстчерчі, де він колись жив. 30 березня 1901 року народилася єдина дочка подружжя Резерфорд. За часом це майже збіглося з народженням нового розділу у фізичній науці – фізики ядра.
«У 1899 році Резерфорд відкриває еманацію торію, а в 1902-03 роках він спільно з Ф. Содді вже приходить до загального закону радіоактивних перетворень, - пише В.І. Григор'єв. - Про цю наукову подію треба сказати докладніше. Усі хіміки світу твердо засвоїли, що перетворення одних хімічних елементів на інші неможливо, що мрії алхіміків робити золото зі свинцю слід поховати навіки. І ось з'являється робота, автори якої стверджують, що перетворення елементів при радіоактивних розпадах не тільки відбуваються, але й що ні припинити, ні сповільнити їх неможливо. Більше того, формулюються закони таких перетворень. Ми тепер розуміємо, що положення елемента в періодичній системі Менделєєва, а отже, і його хімічні властивості визначаються зарядом ядра. При альфа розпаді, коли заряд ядра зменшується на дві одиниці (за одиницю приймається «елементарний» заряд - модуль заряду електрона), елемент «переміщається» на дві клітинки вгору в таблиці Менделєєва, при електронному розпаді бета - на одну клітинку вниз, при позитронному - на клітинку нагору. Незважаючи на простоту і навіть очевидність цього закону, його відкриття стало однією з найважливіших наукових подій початку нашого століття».
У своїй класичній роботі «Радіоактивність» Резерфорд і Содді торкнулися фундаментального питання енергії радіоактивних перетворень. Підраховуючи енергію частинок, що випускаються радієм альфа, вони приходять до висновку, що «енергія радіоактивних перетворень, принаймні, в 20000 разів, а може, і в мільйон разів перевищує енергію будь-якого молекулярного перетворення». Резерфорд і Содді зробили висновок, що «енергія, прихована в атомі, набагато більше енергії, що звільняється при звичайному хімічному перетворенні». Ця величезна енергія, на їхню думку, має враховуватись «при поясненні явищ космічної фізики». Зокрема, постійність сонячної енергії можна пояснити тим, «що на Сонці йдуть процеси субатомного перетворення».
Не можна не вразитись прозорливості авторів, які побачили ще 1903 року космічну роль ядерної енергії. Цей рік став роком відкриття нової форми енергії, про яку з певністю висловлювалися Резерфорд та Содді, назвавши її внутрішньоатомною енергією.
Вчений, що отримав світову славу, член Лондонського королівського товариства (1903) отримує запрошення зайняти кафедру в Манчестері. 24 травня 1907 року Резерфорд повернувся до Європи. Тут Резерфорд розгорнув бурхливу діяльність, залучаючи молодих учених із різних країн світу. Одним із його діяльних співробітників був німецький фізик Ганс Гейгер, творець першого лічильника елементарних частинок. У Манчестері з Резерфордом працювали Е. Марсден, К. Фаянс, Г. Мозлі, Г. Хевеші та інші фізики та хіміки.
У 1908 році Резерфорду було присуджено Нобелівську премію з хімії «за проведені ним дослідження в галузі розпаду елементів в хімії радіоактивних речовин». У своїй вступній промові від імені Шведської королівської академії наук К.Б. Хассельберг вказав на зв'язок між роботою, проведеною Резерфордом, та роботами Томсона, Анрі Беккереля, П'єра та Марії Кюрі. "Відкриття привели до приголомшливого висновку: хімічний елемент... здатний перетворюватися на інші елементи", - сказав Хассельберг. У своїй нобелівській лекції Резерфорд зазначив: «Є всі підстави вважати, що альфа частки, які так вільно викидаються з більшості
радіоактивних речовин, ідентичні за масою та складом і повинні складатися з ядер атомів гелію. Ми, отже, не можемо не дійти висновку, що атоми основних радіоактивних елементів, таких як уран і торій, повинні будуватися принаймні частково з атомів гелію».
Після здобуття Нобелівської премії Резерфорд провів експерименти з бомбардування платівки тонкої золотої фольги альфа частинками. Отримані дані привели його в 1911 до нової моделі атома. Згідно з його теорією, що стала загальноприйнятою, позитивно заряджені частинки зосереджені у важкому центрі атома, а негативно заряджені (електрони) знаходяться на орбіті ядра, на великій відстані від нього. Ця модель подібна до крихітної моделі Сонячної системи. Вона має на увазі, що атоми складаються головним чином із порожнього простору.
Широке визнання теорії Резерфорда почалося, коли до роботи вченого в університеті Манчестера підключився датський фізик Нільс Бор. Бор показав, що у термінах, запропонованих Резерфордом, структури можна пояснити загальновідомими фізичними властивостями атома водню, і навіть кількох важких елементів.
Плідна робота резерфордівської групи у Манчестері була перервана Першою світовою війною. Англійський уряд призначив Резерфорда членом «адміральського штабу винаходів та досліджень» - організації, створеної для пошуку засобів боротьби з підводними човнами супротивника. У лабораторії Резерфорда у зв'язку з цим почалися дослідження щодо поширення звуку під водою. Лише після закінчення війни вчений зміг відновити дослідження атома.
Після війни він повернувся до манчестерської лабораторії і в 1919 зробив ще одне фундаментальне відкриття. Резерфорду вдалося провести штучним шляхом першу реакцію перетворення атомів. Бомбардуючи атоми азоту альфа частинками, Резерфорд отримав атоми кисню. В результаті проведених Резерфордом досліджень різко зріс інтерес фахівців з атомної фізики до природи атомного ядра.
У тому ж 1919 році Резерфорд перейшов до Кембриджського університету, ставши наступником Томсона як професор експериментальної фізики і директор Кавендіської лабораторії, а в 1921 м обійняв посаду професора природничих наук в Королівському інституті в Лондоні. У 1925 році вченого було нагороджено британським орденом «За заслуги». В 1930 Резерфорд був призначений головою урядової консультативної ради управління наукових і промислових досліджень. У 1931 він отримав звання лорда і став членом палати лордів англійського парламенту.
Учні та колеги згадували про вченого як про милу, добру людину. Вони захоплювалися його надзвичайним творчим способом мислення, згадували, як він із задоволенням говорив перед початком кожного нового дослідження: "Сподіваюся, що це важлива тема, оскільки існує ще так багато речей, яких ми не знаємо".
Занепокоєний політикою, яку проводив нацистський уряд Адольф Гітлер, Резерфорд у 1933 році став президентом Академічної ради допомоги, який був створений для сприяння тим, хто втік з Німеччини.
Майже до кінця життя він відрізнявся міцним здоров'ям і помер у Кембриджі 20 жовтня 1937 після нетривалої хвороби. У визнання видатних заслуг у розвитку науки вченого було поховано у Вестмінстерському абатстві.
У вашому браузері вимкнено Javascript.Щоб розрахувати, необхідно дозволити елементи ActiveX!
Сер Ернест Резерфорд (Ernest Rutherford). Народився 30 серпня 1871 року в Спрінг Грув, Нова Зеландія - помер 19 жовтня 1937 року в Кембриджі. Британський фізик новозеландського походження. Відомий як «батько» ядерної фізики. Лауреат Нобелівської премії з хімії 1908 року. У 1911 році своїм знаменитим досвідом розсіювання α-часток довів існування в атомах позитивного зарядженого ядра та негативно заряджених електронів навколо нього. За підсумками результатів досвіду створив планетарну модель атома.
Резерфорд народився в Новій Зеландії в невеликому селищі Спрінг-Грув (Spring Grove), розташованому на півночі Південного острова поблизу міста Нельсона, в родині фермера, який вирощував льон. Батько - Джеймс Резерфорд, іммігрував із м. Перт (Шотландія). Мати - Марта Томпсон, родом з Хорнчерча, графство Ессекс, Англія. В цей час інші шотландці емігрували до Квебеку (Канада), але родині Резерфорд не пощастило і безкоштовний квиток на пароплав уряд надав до Нової Зеландії, а не до Канади.
Ернест був четвертою дитиною у сім'ї з дванадцяти дітей. Мав дивовижну пам'ять, богатирське здоров'я та силу. З відзнакою закінчив початкову школу, отримавши 580 балів із 600 можливих та премію в 50 фунтів стерлінгів для продовження навчання у коледжі Нельсона. Чергова стипендія дозволила йому продовжити навчання в Кентербері-коледжі в Крайстчерчі (нині Новозеландський університет). У ті часи це був маленький університет зі 150 студентами та всього 7 професорами. Резерфорд захоплюється наукою і з першого дня розпочинає дослідницьку роботу.
Його магістерська робота, написана 1892 року, називалася «Магнетизація заліза при високочастотних розрядах». Робота стосувалася виявлення високочастотних радіохвиль, існування яких було доведено у 1888 році німецьким фізиком Генріхом Герцем. Резерфордом було придумано і виготовлено прилад - магнітний детектор, один із перших приймачів електромагнітних хвиль.
Закінчивши університет у 1894 році, Резерфорд протягом року був викладачем у середній школі.
Найбільш обдарованим молодим підданим британської корони, що проживали в колоніях, один раз на два роки надавалася особлива Стипендія імені Всесвітньої виставки 1851 - 150 фунтів на рік, що давала можливість поїхати для подальшого просування в науці в Англію. В 1895 Резерфорд був удостоєний цієї стипендії, так як той, хто її спочатку отримав - Маккларен, відмовився від неї. Восени того ж року, зайнявши гроші на квиток на пароплав до Великобританії, Резерфорд прибуває до Англії в Кавендіську лабораторію Кембриджського університету і стає першим докторантом її директора Джозефа Джона Томсона.
1895 був першим роком, коли (за ініціативою Дж. Дж. Томсона) студенти, які закінчили інші університети, могли продовжувати наукову роботу в лабораторіях Кембриджа. Разом з Резерфордом цією можливістю скористалися, записавшись до лабораторії Кавенді, Джон Мак-Леннан, Джон Таунсенд і Поль Ланжевен. З Ланжевеном Резерфорд працював в одній кімнаті і потоваришував із ним, ця дружба тривала до кінця їхнього життя.
У тому ж 1895 було укладено заручини з Мері Джорджіною Ньютон (1876-1945) - дочкою господині пансіону, в якому жив Резерфорд. (Весілля відбулося 1900 року, 30 березня 1901 року в них народилася дочка - Ейлін Мері (1901-1930), згодом дружина Ральфа Фаулера, відомого астрофізика.)
Резерфорд планував займатися детектором радіохвиль або хвиль Герца, скласти іспити з фізики та отримати ступінь магістра. Але наступного року виявилося, що державна пошта Великобританії виділила гроші Марконі на цю ж роботу і відмовилася її фінансувати в лабораторії Кавенді. Оскільки стипендії не вистачало навіть на їжу, Резерфорд змушений був почати працювати репетитором та асистентом у Дж. Дж. Томсона на тему вивчення процесу іонізації газів під дією рентгенівських променів. Разом із Дж. Дж. Томсоном Резерфорд відкриває явище насичення струму при іонізації газу.
У 1898 році Резерфорд відкриває альфа-і бета-промені.Через рік Поль Війяр відкрив гамма-випромінювання (назва цього іонізуючого випромінювання, як і перших двох, запропоновано Резерфордом).
З літа 1898 року вчений робить перші кроки у дослідженні щойно відкритого явища радіоактивності урану і торію. Восени Резерфорд на пропозицію Томсона, подолавши конкурс у 5 осіб, обіймає посаду професора університету Макгілла в Монреалі (Канада) з окладом 500 фунтів стерлінгів або 2500 канадських доларів на рік. У цьому університеті Резерфорд плідно співпрацює з Фредеріком Содді, тоді молодшим лаборантом хімічного факультету, згодом (як і Резерфорд) нобелівським лауреатом з хімії (1921 р.). В 1903 Резерфорд і Содді висунули і довели революційну ідею про перетворення елементів в процесі радіоактивного розпаду.
Здобувши широку популярність завдяки своїм роботам у галузі радіоактивності, Резерфорд стає затребуваним вченим та отримує численні пропозиції роботи у науково-дослідних центрах різних країн світу. Навесні 1907 року він залишає Канаду і починає професорську діяльність в університеті Вікторії (нині - Манчестерський університет) у Манчестері (Англія), де його зарплата стала вищою приблизно в 2,5 рази.
У 1908 році Резерфорду було присуджено Нобелівську премію з хімії «за проведені ним дослідження в галузі розпаду елементів у хімії радіоактивних речовин».
Отримавши звістку про присудження йому Нобелівської премії з хімії, Резерфорд заявив: "Вся наука - або фізика, або колекціонування марок" (All science is either physics or stamp collecting).
Важливою і радісною подією в житті стало обрання вченого членом Лондонського Королівського товариства в 1903, а з 1925 по 1930 він обіймав посаду його президента. У 1931 – 1933 роках Резерфорд був президентом Інституту Фізики.
В 1914 Резерфорд удостоєний дворянського титулу і стає «сером Ернстом». 12 лютого в Букінгемському палаці король присвятив його в лицарі: він був одягнений у придворний мундир і підперезаний мечем.
Свій геральдичний герб, затверджений у 1931 році, пер Англії барон Резерфорд Нельсон (так став звати великий фізик після зведення у дворянське звання) увінчав птахом ківі, символом Нової Зеландії. Малюнок герба - зображення експоненти - кривої, що характеризує монотонний процес зменшення з часом числа радіоактивних атомів.
Наукові досягнення Резерфорда:
Згідно з спогадами, Резерфорд був яскравим представником англійської експериментальної школи у фізиці, яка характерна прагненням розібратися в суті фізичного явища і перевірити, чи воно може бути пояснено існуючими теоріями (на відміну від «німецької» школи експериментаторів, яка виходить з існуючих теорій і прагне перевірити досвідом).
Він мало користувався формулами і мало вдавався до математики, але був геніальним експериментатором, нагадуючи щодо Фарадея. Капіцею, що відзначається важливим якістю Резерфорда як експериментатора була його спостережливість. Зокрема, завдяки їй він відкрив еманацію торію, помітивши відмінності у показаннях електроскопа, що вимірював іонізацію, при відкритих і закритих дверцятах у приладі, що перекривав потік повітря. Інший приклад - відкриття Резерфордом штучної трансмутації елементів, коли опромінення ядер азоту повітря альфа-частинками супроводжувалося появою високоенергійних частинок (протонів), мали більший пробіг, але дуже рідкісних.
1904 рік – «Радіоактивність»
1905 рік – «Радіоактивні перетворення»
1930 рік - «Випромінювання радіоактивних речовин» (у співавторстві з Дж. Чедвіком та Ч. Еллісом).
12 учнів Резерфорда стали лауреатами Нобелівської премії з фізики та хімії.Один з найталановитіших учнів Генрі Мозлі, який експериментально показав фізичний зміст Періодичного закону, загинув у 1915 році на Галліполі в ході Дарданелльської операції. У Монреалі Резерфорд працював із Ф. Содді, О. Ханом; в Манчестері - з Г. Гейгером (зокрема, допоміг тому розробити лічильник для автоматичного підрахунку іонізуючих частинок), в Кембриджі - з Н. Бором, П. Капіцей і багатьма іншими знаменитими в майбутньому вченими.
Після відкриття радіоактивних елементів розпочалося активне вивчення фізичної природи їхнього випромінювання. Резерфорду вдалося виявити складний склад радіоактивного випромінювання.
Досвід полягав у наступному. Радіоактивний препарат поміщали на дно вузького каналу свинцевого циліндра, навпаки містилася фотопластинка. На випромінювання, що виходило з каналу, діяло магнітне поле. При цьому вся установка була у вакуумі.
У магнітному полі пучок розпадався на три частини. Дві складові первинного випромінювання відхилялися на протилежні сторони, що вказувало на наявність у них зарядів протилежних знаків. Третя складова зберігала прямолінійність розповсюдження. Випромінювання, що має позитивний заряд, отримало назву альфа-промені, негативним - бета-промені, нейтральним - гамма-промені.
Вивчаючи природу альфа-випромінювання, Резерфорд провів такий експеримент. На шляху альфа-частинок він помістив лічильник Гейгера, який вимірював кількість часток, що випускаються, за певний час. Після цього за допомогою електрометра він виміряв заряд частинок, випущених за цей час. Знаючи сумарний заряд альфа-частинок та їх кількість, Резерфорд розрахував заряд однієї такої частки. Він дорівнював двом елементарним.
За відхиленням частинок у магнітом полі він визначив відношення її заряду до маси. Виявилося, що один елементарний заряд припадають дві атомні одиниці маси.
Таким чином, було встановлено, що при заряді, що дорівнює двом елементарним, альфа-частка має чотири атомні одиниці маси. З цього випливає, що альфа-випромінювання – це потік ядер гелію.
В 1920 Резерфорд висловив припущення, що повинна існувати частка масою, що дорівнює масі протона, але не має електричного заряду - нейтрон. Однак виявити таку частку йому не вдалося. Її існування було експериментально доведено Джеймсом Чедвіком у 1932 році.
Крім того, Резерфорд уточнив на 30% відношення заряду електрона до його маси.
На основі властивостей радіоактивного торію Резерфорд відкрив та пояснив радіоактивне перетворення хімічних елементів. Вчений виявив, що активність торію в закритій ампулі залишається незмінною, але якщо препарат обдувати навіть дуже слабким потоком повітря, його активність значно зменшується. Було висловлено припущення, що одночасно з альфа-частинками торій випускає радіоактивний газ.
Результати спільної роботи Резерфорда та його колеги Фредеріка Содді були опубліковані в 1902-1903 роках у ряді статей у «Philosophical Magazine». У цих статтях, проаналізувавши отримані результати, автори дійшли висновку про можливість перетворення одних хімічних елементів на інші.
Викачуючи повітря з судини з торієм, Резерфорд виділив еманацію торію (газ, відомий зараз як торон або радон-220, один з ізотопів радону) і досліджував її іонізуючу здатність. Було з'ясовано, що активність цього газу щохвилини зменшується вдвічі.
Вивчаючи залежність активності радіоактивних речовин від часу, вчений відкрив закон радіоактивного розпаду.
Оскільки ядра атомів хімічних елементів досить стійкі, Резерфорд припустив, що їх перетворення чи руйнації потрібна дуже велика енергія. Перше ядро, піддане штучному перетворенню - ядро атома азоту. Бомбардуючи азот альфа-частинками з великою енергією, Резерфорд виявив появу протонів – ядер атома водню.
Резерфорд - один із небагатьох лауреатів Нобелівської премії, хто зробив свою найвідомішу роботу після її отримання. Спільно з Гансом Гейгером та Ернстом Марсденом у 1909 році, він провів експеримент, який продемонстрував існування ядра в атомі. Резерфорд попросив Гейгера та Марсдена в цьому експерименті шукати альфа-частинки з дуже великими кутами відхилення, що не очікувалося від моделі атома Томсона на той час. Такі відхилення, хоч і рідкісні, були знайдені, і ймовірність відхилення виявилася гладкою, хоч і швидкою спадною функцією кута відхилення.
Пізніше Резерфорд зізнався, що коли запропонував своїм учням провести експеримент із розсіювання альфа-часток на великі кути, він сам не вірив у позитивний результат.
Резерфорд зміг інтерпретувати отримані в результаті експерименту дані, що призвело до розробки планетарної моделі атома в 1911 році. Відповідно до цієї моделі атом складається з дуже маленького позитивно зарядженого ядра, що містить більшу частину маси атома, і легких електронів, що обертаються навколо нього.
За добрий характер Капіца прозвала Резерфорда «Крокодилом». 1931 року «Крокодил» виклопотав 15 тисяч фунтів стерлінгів на будівництво та обладнання спеціальної будівлі лабораторії для Капиці. У лютому 1933 року у Кембриджі відбулося урочисте відкриття лабораторії. На торцевій стіні 2-поверхового будинку було висічено по каменю величезний, на всю стіну крокодил. Його на замовлення Капіци зробив відомий скульптор Ерік Гілл. Резерфорд сам пояснив, що то він. Вхідні двері відчинили позолоченим ключем у формі крокодила.
За словами Іва, Капіца так пояснював придумане їм прізвисько: «Ця тварина ніколи не повертає назад і тому може символізувати Резерфордівську проникливість та її стрімкий поступ уперед». Капіца додав, що «у Росії на Крокодила дивляться із сумішшю жаху та захоплення».
Цікаво, що Резерфорд, який відкрив ядро атома, скептично відгукувався про перспективи ядерної енергетики. «Кожен, хто сподівається, що перетворення атомних ядер стануть джерелом енергії, сповідує нісенітницю».