James Chadwick kimdir ve ne yapmıştır? Nötronu keşfeden, atom bombasının yapımında katkıları olan James Chadwick’in hayatı ve bilimsel çalışmaları.
James Chadwick
James Chadwick, 1932’de nötronu keşfetti ve 1935’te Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldü. 1.Dünya Savaşı’nın tamamı için bir Alman hapishane kampında düzenlenen İngiliz ekibinin, İngiltere ve Kanada’nın ABD’nin 2.Dünya Savaşı’nın dünyadaki ilk nükleer bombayı inşa etme çabalarını desteklediği Manhattan Projesi’nde liderliği gerçekleştirdi.
James Chadwick’in Erken Yaşamı ve Eğitimi
James Chadwick, 20 Ekim 1891’de İngiltere’nin İngiltere, Bollington kasabasında doğdu. 11 yaşındayken, James prestijli Manchester Grammar School’a girdi. Ne yazık ki, ailesi mütevazı okul ücretlerini karşılayamayacak kadar fakirdi. Bunun yerine James Chadwick, Manchester’ın Merkez Dilbilgisi Okulları’nda eğitim gördü. En sevdiği dersler matematik ve fizikti. 16 yaşında Manchester Victoria Üniversitesi’ne burs kazandı.
Üniversite Yılları
Chadwick üniversiteye 17 yaşındayken başladı. 19 yaşındayken fizik derecesinin son yılındaydı ve Ernest Rutherford’un laboratuvarında bir araştırma projesi üzerinde çalışıyordu. Rutherford, Chadwick’in üniversiteye başladığı yıl Nobel Kimya Ödülü’nü kazanmıştı. Ödül Rutherford’un elementlerin parçalanması ve radyoaktif maddelerin kimyası ile ilgili araştırmaları için verildi.
Chadwick projesini başarıyla yürüttü ve 1911’de fizikte birinci sınıf onur derecesi ile mezun oldu. Mali olarak üç yıl zor geçti – her zaman öğle yemeği yemedi, çünkü çok az parası vardı. Mezun olduktan sonra Chadwick, 21 yaşında 1912’de fizikte yüksek lisans derecesi verilene kadar Rutherford’un laboratuvarında çalışmaya devam etti.
Bir burs kazancı Hans Geiger’in laboratuvarında çalışmak için onu Berlin, Almanya’ya götürdü. Rutherford gibi, Geiger’in alanı da radyoaktivite idi – radyasyon seviyelerini tespit etmek için Geiger Sayacını icat etti. 1.Dünya Savaşı 1914’te Chadwick hala Berlin’deyken başladı. 1918’de savaş bitene kadar Berlin’in batısındaki bir kampta staj yaptı.
28 yaşında Chadwick 1919 yılında Ph.D. için çalışmaya başlamak üzere Ernest Rutherford’a katıldı. Rutherford şimdi ilk profesörü James Clerk Maxwell olan Cambridge Üniversitesi’nin prestijli Cavendish Laboratuvarı’ndan sorumluydu.
James Chadwick, Çekirdek ve Nötron
1923’te 32 yaşında Chadwick, Rutherford’un Cavendish Laboratuvarı Araştırma Müdür Yardımcısı oldu ve atom çekirdeği üzerinde çalışmaya devam etti. O günlerde, çoğu araştırmacı çekirdeğin içinde ve dışında elektron olduğuna inanıyordu. Örneğin, bir karbon atomunun çekirdeğinin 12 proton ve 6 elektron içerdiği düşünülüp ona +6 elektrik yükü verdi. Çekirdeğin etrafında dönen atomun toplam elektrik yükünün 0 olmasına neden olan 6 elektron daha olması gerekiyordu.
Rutherford, Chadwick ve diğerleri, yüksüz parçacıkların çekirdeğinde bulunma olasılığına inanıyorlardı. Boş zamanlarında, 1920’lerde Chadwick laboratuvarda bu nötr parçacıkları bulmak için çeşitli girişimlerde bulundu, ancak başarılı olamadı. Bununla birlikte, nötr bir parçacığın – nötronun varlığında giderek ikna olmuştu. Ancak, varlığını kanıtlamak için ihtiyaç duyduğu kanıtları elde edemedi.
Daha sonra, 1932’nin başında Chadwick, Frederic ve Irene Joliot-Curie‘nin Paris’te yaptıkları işleri öğrendi. Joliot-Curies, gama ışınları kullanarak bir mum örneğinden protonları çıkarmayı başardıklarına inanıyordu. Bu, gama ışınlarının bunu yapacak kadar güçlü olmadığını düşünen Chadwick için anlamlı değildi. Bununla birlikte, protonların onları çıkarmak için yeterli enerjiyle vurulduğuna dair kanıtlar ikna ediciydi. Gama ışını kaynağı radyoaktif element polonyumdur. Chadwick, protonların aradığı parçacık tarafından gerçekten vurulduğu sonucuna vardı: nötron. Heyecanla Cavendish laboratuvarında çalışmaya başladı. Polonyum‘u nötronların kaynağı olduğuna inandığı için balmumunu bombaladı. Protonlar balmumu tarafından serbest bırakıldı ve Chadwick, protonların davranışının ölçümlerini yaptı.
Protonlar, protona benzer bir kütleye sahip elektriksel olarak nötr parçacıklar tarafından vurulsaydı tam olarak yapmaları gerektiği gibi davrandılar. Chadwick nötronu keşfetmişti. İki hafta içinde prestijli bilim dergisi Nature’a bir Nötronun Olası Varlığını duyurmak için yazmıştı.
Chadwick yeni bir temel parçacık keşfettiğini düşünmedi. Nötronun bir proton ve bir elektrondan oluşan karmaşık bir parçacık olduğuna inanıyordu. Alman fizikçi Werner Heisenberg, nötronun bir elektron-proton çifti olamayacağını ve aslında yeni bir temel parçacık olduğunu gösterdi. 1935’te James Chadwick, nötronu keşfettiği için Nobel Fizik Ödülü’nü aldı.
Yeni Elementler ve Nükleer Reaksiyonlar
Nötronun keşfi, bilimin seyrini önemli ölçüde değiştirdi, çünkü nötronlar atom çekirdeği ile çarpışabilirdi. Nötronların bazıları bir çekirdeğe gömülür ve kütlesini arttırır. Doğal Beta bozunması (bir atomun çekirdeğinden bir elektron emisyonu) nötronu protona dönüştürür.
Aynı zamanda nötronların, atomik fizyon olarak bilinen bir süreçte ağır atomları ayırmak için kullanılabileceği ve atom bombalarında veya nükleer santrallerde kullanılabilecek büyük miktarda enerji üretilebileceği anlamına geliyordu. Chadwick Liverpool için Cambridge’den ayrıldı. 1935 yılında, Nobel Ödülü verilmeden önce Chadwick, kabul ettiği Liverpool Üniversitesi’nde Lyon Jones Fizik Kürsüsü’ne teklif edildi. Yeni işine Nobel Ödülü’nü kazandığını duymadan bir ay önce başladı.
Liverpool’da bir nükleer fizik grubu kurdu. Grubun bir siklotron / parçacık hızlandırıcı / atom parçalayıcıya ihtiyacı vardı, ancak yeni üniversitesi bir tane alamadı. Chadwick, Nobel Ödülü parasının bir kısmını kullanarak kısmen finanse etti.
2. Dünya Savaşı ve Atom Bombası
2. Dünya Savaşı’nın ilk yılı olan 1939’da Chadwick’e İngiliz Hükümeti tarafından atom bombası yapılması istendi. Bunun mümkün olduğunu, ancak kolay olmayacağını söyledi. Bazı üniversitelerde ön araştırma başladı. Chadwick’in laboratuvarındaki çalışma koşulları çok zordu. Liverpool’daki mahalle hava saldırılarında Alman Hava Kuvvetleri tarafından sık sık saldırıya uğradı. Bombalamaya rağmen, 1941 baharında Chadwick’in araştırma grubu, nükleer patlama için kritik uranyum-235 kütlesinin yaklaşık 8 kilogram olduğunu keşfetti.
Chadwick, 1941 yazında İngiliz üniversitelerinde yapılan tüm atom bombası çalışmalarının bir özet raporunu yazdı. ABD’de Başkan Roosevelt 1941 sonbaharında raporu okudu ve ABD kendi atom bombası araştırmalarına milyonlarca dolar dökmeye başladı. Onlarla tanıştığında Chadwick, Amerikan temsilcilerine bombanın çalışacağından yüzde 90 emin olduğunu söyledi.
1943’ün sonlarında Chadwick, Manhattan Projesi’nin tesislerini görmek için ABD’ye gitti. Bomba için Amerika’nın tüm araştırma, veri ve üretim tesislerine erişime sahip dünyadaki sadece üç kişiden biriydi: diğer ikisi Amerikan Binbaşı General Leslie Groves, Manhattan Projesi Direktörü ve Groves’in komutasındaki ikinci, Tümgeneral Thomas Francis Farrell.
1944’ün başlarında, karısı ve çocukları Chadwick, Manhattan Projesi’nin ana araştırma merkezi olan Los Alamos’a taşındı. ABD ve İngiltere hükümetleri bombanın Japonya’ya karşı kullanılabileceğini kabul ettiğinde Chadwick vardı. Daha sonra, dünyanın ilk atom bombasının patlatıldığı 16 Temmuz 1945’te Trinity nükleer testine katıldı. 1945’te İngiliz Hükümeti savaş zamanı katkısı için onu şövalye etti ve Sir James Chadwick oldu. ABD Hükümeti, ona 1946’da Merit Madalyası verdi. James Chadwick, 24 Temmuz 1974’te 82 yaşında öldü.