ジェームズ・チャドウィック：伝記、原子モデル、実験 - 理科 - 2025

ジェームズチャドウィック（1891-1974）は、1932年に中性子の発見で認められた著名なイギリスの物理学者でした。その直後、1935年に、彼は科学コミュニティへの貢献によりノーベル物理学賞を受賞しました。チャドウィックの中立的起訴に対する懸念は、チャドウィックがその存在を証明できるようになるまでの約10年前に生じました。

このチェックの前に、チャドウィックは失敗したいくつかの実験を行いました。1932年、フランスのイレーヌジョリオキュリーとフレデリックジョリオの実験に基づいて成功しました。その後、チャドウィックは、核兵器を使用した戦争兵器の作成に関する研究に専念しました。

バイオグラフィー

起源

チャドウィックは1891年10月20日、イングランド北東部のボリントンの町に生まれました。彼は2人の謙虚な労働者の息子でした。父親は鉄道システムに従事し、母親は家事労働者でした。

チャドウィックは幼い頃から内向的で非常に知的な子供として目立っていました。彼はマンチェスターで中等学校を始め、16歳のときに、亡くなったマンチェスターのビクトリア大学で純粋な物理学を研究するための奨学金を獲得しました。

学校教育

物理学の若い約束は正式に彼の大学の研究を1908年に17歳で始めました。

彼はアカデミーを素晴らしく通過しました、そして彼のキャリアの最後の年に彼は元素の分解と放射性物質の化学に関するノーベル賞受賞者アーネスト・ラザフォードの調査に出席しました。

1911年に物理学の学位を取得した後、彼は物理学の修士号を取得し、1913年に修士号を取得しました。その間、彼は研究室でルーザフォードと協力して働き続けました。

その後、彼は専門の奨学金を授与され、ドイツのベルリンに移動して、Technische Hochschuleでドイツの物理学者ハンスガイガーと一緒にベータ放射線についてさらに研究することができました。

ベルリン滞在中、第一次世界大戦は1914年7月に始まりました。スパイ活動の告発により、彼は1918年までルーレーベンの民間人のための強制収容所に収容されました。

1919年にチャドウィックはイギリスに戻り、ケンブリッジ大学で博士号を取得しました。その間、彼は有名な機関のキャベンディッシュ研究所を率いたラザフォードの研究に再び加わりました。

1921年、21歳で彼は博士号（Philosophie Doctor）を取得し、核力と原子番号に関する特別な研究論文を発表しました。

1923年にケンブリッジキャベンディッシュラボラトリーのリサーチアシスタントディレクターに任命されました。チャドウィックは1935年までリバプール大学に移ることを決心するまでこの役割を果たしました。

キャリア

彼の科学的貢献のおかげで、彼は1932年にヒューズメダルを授与されました。ロンドン王立協会によって付与されたこの表彰は、物理科学および/またはその実用的なアプリケーションについて発見した人に報います。

1935年、彼は中性子を原子核に電荷のない素粒子として発見したことでノーベル物理学賞を受賞しました。

第二次世界大戦中、チャドウィックはMAUDの英国委員会に積極的に参加しました。これは、爆弾の製造に核技術を使用することの実現可能性を分析するために作成された委員会です。

ジェームズチャドウィックはまた、第二次世界大戦中に英国が核兵器を開発するためにカナダの支援を得て認可および資金提供した研究プログラムであるチューブアロイプロジェクトの中心的役割を果たしました。

チャドウィックは、彼の提案が英国、カナダ、米国間の共同調査交渉の架け橋として機能したため、この期間中、彼の機知と政治的態度で注目されました。

マンハッタンプロジェクト

第二次世界大戦の終わりに向かって、チャドウィックはマンハッタンプロジェクトでイギリスの使命のバトンを引き継ぎました。後者は、最初の原子爆弾の開発を目的とした、米国、英国、カナダの共同研究プロジェクトでした。

チャドウィックは、アメリカ人ではなく民間人であるにもかかわらず、プロジェクトのすべての機密情報（設計、計画、データ、見積もりなど）に無料でアクセスできました。両方の条件がプロジェクトに参加するために排他的であったことは注目に値します。

彼は後に1945年にイギリス人の騎士になり、その1年後、マンハッタンプロジェクトへの勇気の貢献に対して米国は彼に勲章を授与しました。

イギリスの核兵器

第二次世界大戦の終わりに、チャドウィックはイギリスが独自の核兵器を開発するイニシアチブを強く推進しました。

その目標を追求するために、チャドウィックは英国原子力諮問委員会のメンバーとして選出され、また国連原子力委員会の英国の代表を務めた。

1948年頃、ジェームズチャドウィックはケンブリッジ大学のゴンビル&カイウスカレッジで教授を務めました。その後、1950年に、ロンドン王立協会からコプリーメダルを受賞しました。

8年後、彼は自発的に北ウェールズに引退することを決定しました。ジェームズチャドウィックは1974年7月24日にケンブリッジ市で亡くなりました。

チャドウィック原子モデル

チャドウィックの原子モデルは、陽子（正電荷）だけでなく中性子（中性電荷）で構成される原子核のモデリングに焦点を当てています。

中性粒子の存在を実証するためのチャドウィックの努力は1920年代に始まりましたが、当時、著名な科学者は何度も試みて無駄にしようとしました。10年後、チャドウィックはフランスでイレーヌジョリオキュリー（マリーキュリーとピエールキュリーの娘）とフレデリックジョリオ（イレーヌの夫）の実験を再現しました。

この2人の科学者は、ガンマ線を使用してパラフィンワックスサンプルからプロトンを放出することに成功しました。

チャドウィックは、ガンマ線放出には中性粒子が含まれており、これらの粒子はワックスのサンプルと衝突し、その後ワックスからのプロトンの放出を誘発したものであると信じていました。

したがって、彼はこれらの実験をキャベンディッシュ研究所で再現しようとし、キュリーによってガンマ線源として使用されていたポロニウムを使用して、ベリリウムにアルファ粒子を照射しました。

次に、この放射線は類似のパラフィンワックスサンプルに影響を与え、そのサンプル内の陽子は材料から激しく放出されました。

陽子の振る舞いは、チャドウィック自身の実験に合わせた小さな電離箱を使って観察されました。

チャドウィックは、ワックスによって放出されたプロトンの挙動は、それらの粒子が他の電気的に中性の粒子と非常に類似した質量と衝突した場合にのみ説明できることを検出しました。

2週間後、James Chadwickが科学ジャーナルNatureに中性子の存在の可能性に関する記事を掲載しました。

しかし、チャドウィックは、中性子が中性電荷を生成する陽子と電子で構成される配置であることを考慮して最初にモデルを考案しました。その後、ドイツの物理学者ヴェルナーハイゼンベルクは、中性子が単一の素粒子であることを示しました。

実験

中性子が発見された後、チャドウィックはこの新しい原子成分の特性評価に関してさらに進んでいきました。

中性子とチャドウィックの原子モデルの発見は、中性子と原子核との衝突と原子からの陽子の放出を考えると、伝統的な科学観に革命をもたらしました。

ベータ分解は、ベータ粒子（電子または陽電子）が原子核から放出され、原子核内の陽子と中性子の存在のバランスをとるプロセスです。

このプロセスのために、チャドウィックの発見に動機付けられた無数の実験が世界中で行われ、陽子への中性子の変換を誘導しました。

各化学元素はプロトンの数によって識別されるため、以前の実験では、ベルトの下に多数のプロトンを持つ新しい化学元素の作成や発見の扉が開かれました。

核分裂

チャドウィックは、核分裂の過程を通じて中性子を使用して重い核原子をいくつかのより小さな核に分割することに関する彼の後の分析を強調しました。

原子核で分裂が起こり、非常に大きなエネルギーを生み出すため、このように呼ばれています。この概念は強力な核兵器の設計に使用されました。

チャドウィックは、リバプール滞在中の粒子加速器の購入に資金を提供し、1935年にノーベル賞を受賞したことによる収益の一部をこれに使用しました。

チャドウィックの科学への貢献

ジェームズチャドウィックの科学への貢献には、1935年のノーベル物理学賞を受賞した中性子の発見が含まれ、米国での原子爆弾の建設にも参加し、放射性物質からの放射線について書き、トリチウムを発見しました。 。

中性子の発見

ケンブリッジのキャベンディッシュ研究所での研究中に、ラザフォードとチャドウィックはアルファ粒子を使って実験を行い、原子核の性質について調査しました。原子核が1911年にラザフォードによって発見されたことは注目に値します。

これらの調査は、この物質がアルファ粒子の衝撃に曝されたときに、ベリリウムから発散する前には見られなかった放射線を分析することによって行われました。

この放射線は、陽子の質量に非常に類似した質量の粒子で構成されていましたが、電荷はありませんでした。これらの粒子は、組成が中性であるため、中性子と呼ばれていました。

チャドウィックは1932年半ばにこの発見を行い、それによってチャドウィックの原子モデルの前提を定義しました。詳細は、この記事の次のセクションで詳しく説明します。

核調査

チャドウィックによる中性子の発見は、核分裂の発見とこの技術を用いた戦争兵器の開発の準備を整えました。

チャドウィックは、元素の原子に中性子を衝突させることにより、この物質の核が侵入して分裂し、かなりの量のエネルギーを生成できることを発見しました。

そこから、チャドウィックは戦争兵器の開発のためのこの種の技術の必然性を発表し、米国とイギリスにおけるこのプロセスに関連する外交問題に直接関与するようになりました。

チャドウィックは1943年から1945年にかけて、他のアメリカ人およびカナダ人科学者とともに原子爆弾の建設に協力しました。

彼は、アメリカ合衆国ニューメキシコ州のロスアラモス研究所で働いていた英国の科学代表団の監督を担当しました。1939年、アメリカは原爆のコードネームであるマンハッタン計画の研究を始めました。

フランクリンデラノルーズベルト大統領は、核科学者のエドワードテラー、レオシラード、ユージーンウィグナーからアルバートアインシュタインを通じて、ナチスによる爆弾の製造のための核分裂の使用について警告されました。

トリチウムの発見

トリチウムは1911年に英国の科学者ジョセフジョントムソンによってすでに特定されていましたが、彼はそれが三原子分子であると信じていました。

アーネスト・ラザフォードはすでにそれを発表していたが、ラザフォードのチームのために働いていたチャドウィックがそれを水素の同位体として分類したのは1934年であった。

トリチウムは水素の放射性同位元素であり、そのシンボルは³Hです。これは、陽子と2つの中性子で構成される核で構成されています。

トリチウムは、窒素、リチウム、ホウ素ターゲットの自由中性子による衝撃によって生成されます。

ウラン235核分裂の促進

ジェームズ・チャドウィックによる中性子の発見は核分裂を促進しました。つまり、ウラン235とウラン-238の分離であり、自然界に存在する化学元素です。

ウラン235の濃縮は、天然ウランが同位体235を得て核エネルギーを生成するために行うプロセスです。核分裂は核反応です。つまり、原子の核でトリガーされます。

この化学反応は、重い核が2つ以上の小さい核と、光子（ガンマ線）、自由中性子、および核の他のフラグメントなどのいくつかの副産物に分割されるときに発生します。

放射性物質の放射線に関する条約

1930年にジェームズチャドウィックは放射性物質からの放射線に関する論文を書きました。

チャドウィックは中性子の質量をなんとか測定し、それが中性子の質量と似ていると1つの違いを除いて推定しました。それは中性の電荷を持っていたことです。

そして、原子核は中性子と陽子で構成されており、陽子の数は電子の数と同じであると結論付けました。

マンチェスター大学とイギリスのケンブリッジ大学の物理研究所の研究への彼の研究と貢献は、核エネルギーとラザフォードの原子モデルの構築の知識の鍵となりました。

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参考文献

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