Великие открытия и люди. 100 лауреатов Нобелевской премии XX века

В 1895 году была заключена помолвка с Мэри Джорджиной Ньютон – дочерью хозяйки пансиона, в котором жил Резерфорд. Свадьба состоялась в 1900 году, 30 марта 1901 года у них родилась дочь – Эйлин Мэри.

В Кембридже Резерфорд работал под руководством английского физика Дж. Дж. Томсона. На Томсона произвело глубокое впечатление проведенное Резерфордом исследование радиоволн, и он в 1896 году предложил совместно изучать воздействие рентгеновских лучей (открытых годом ранее Вильгельмом Рентгеном) на электрические разряды в газах. Их сотрудничество увенчалось весомыми результатами, включая открытие Томсоном электрона – атомной частицы, несущей отрицательный электрический заряд. Опираясь на свои исследования, Томсон и Резерфорд выдвинули предположение, что, когда рентгеновские лучи проходят через газ, они разрушают атомы этого газа, высвобождая одинаковое число положительно и отрицательно заряженных частиц. Эти частицы они назвали ионами. После этой работы Резерфорд занялся изучением атомной структуры.

В каждой из трех областей науки, которыми занимался Резерфорд (радиоактивность, атомная и ядерная физика), он сделал фундаментальные открытия, заложившие основы учения о радиоактивности и строении атома. В 1899 году он открыл a– и b-излучения, в 1900 году ввел понятие периода полураспада. В 1903 году вместе с Ф. Содди разработал теорию радиоактивного распада и установил закон превращений радиоактивных элементов. В том же году доказал, что a-излучение – это поток положительно заряженных частиц. Какие именно это частицы – Резерфорд установил в 1909 году, после того как им совместно с Г. Гейгером был сконструирован прибор для регистрации отдельных заряженных частиц (прототип счетчика Гейгера): ими оказались дважды ионизированные атомы гелия.

В 1906 году, изучая прохождение a-частиц через вещество, открыл их рассеяние, затем установил закон рассеяния a-частиц на атомах различных элементов (формула Резерфорда). Эти эксперименты привели его к открытию в атоме плотной «сердцевины» диаметром 10—12 см с положительным зарядом и к созданию новой модели строения атома – планетарной. В 1914 году Резерфорд выдвинул идею об искусственном превращении атомных ядер, а затем первым осуществил искусственную ядерную реакцию, бомбардируя быстрыми a-частицами атомы азота и получив при этом кислород. В 1933 году совместно с М. Олифантом экспериментально доказал справедливость взаимосвязи массы и энергии в ядерных реакциях, в следующем году провел ядерную реакцию синтеза дейтрона с образованием трития.

В 1908 году Резерфорду была присуждена Нобелевская премия по химии «за проведенные им исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ». В своей вступительной речи от имени Шведской королевской академии наук К. Б. Хассельберг указал на связь между работой, проведенной Резерфордом, и работами Дж. Дж. Томсона, Анри Беккереля, Пьера и Марии Кюри. «Открытия привели к потрясающему выводу: химический элемент… способен превращаться в другие элементы», – сказал Хассельберг.

Эрнест Резерфорд скончался 19 октября 1937 года и был похоронен в Вестминстерском аббатстве.

В числе полученных Резерфордом наград медаль Румфорда и медаль Копли Лондонского королевского общества, а также британский орден «За заслуги». В 1931 году ученому был пожалован титул пэра. Резерфорд был удостоен почетных степеней Новозеландского, Кембриджского, Висконсинского, Пенсильванского и Макгиллского университетов. Он являлся членом-корреспондентом Геттингенского королевского общества, а также членом Новозеландского философского института, Американского философского общества. Академии наук Сент-Луи, Лондонского королевского общества и Британской ассоциации содействия развитию науки.

Резерфорд был членом всех академий наук мира, в том числе АН СССР

Жолио-Кюри Ирен

(1897—1956)

Французский физик, прогрессивный общественный деятель

Ирен Жолио-Кюри родилась 12 сентября 1897 года в Париже. Она была старшей из двух дочерей Пьера Кюри и Марии (Склодовской) Кюри. Мария Кюри впервые получила радий, когда Ирен был всего год. Приблизительно в это же время дед Ирен по линии отца, Эжен Кюри, переехал жить в их семью. По профессии Эжен Кюри был врачом. Он добровольно предложил свои услуги восставшим в революцию 1848 года и помогал Парижской коммуне в 1871 году. Теперь Эжен Кюри составлял компанию своей внучке, пока ее мать была занята в лаборатории. Его либеральные социалистические убеждения, так же как и присущий ему антиклерикализм, оказали глубокое влияние на формирование политических взглядов Ирен.

В возрасте 10 лет, за год до смерти отца, Ирен начала заниматься в кооперативной школе, организованной матерью и несколькими ее коллегами, которые также преподавали в этой школе. Два года спустя она поступила в коллеж Севине, окончив его накануне Первой мировой войны. Ирен продолжила свое образование в Парижском университете (Сорбонне). По окончании войны Ирен стала работать ассистентом-исследователем в Институте радия, который возглавляла ее мать, a c 1921 года начала проводить самостоятельные исследования. Ее первые опыты были связаны с изучением радиоактивного полония – элемента, открытого ее родителями более чем 20 годами ранее.

Поскольку явление радиации было связано с расщеплением атома, его изучение давало надежду пролить свет на структуру атома. Ирен Кюри изучала флуктуацию, наблюдаемую в ряде альфа-частиц, выбрасываемых, как правило, с чрезвычайно высокой скоростью во время распада атомов полония. На альфа-частицы, которые состоят из 2 протонов и 2 нейтронов и, следовательно, представляют собой ядра гелия, как на материал для изучения атомной структуры впервые указал английский физик Эрнест Резерфорд. В 1925 году за исследование этих частиц Ирен Кюри была присуждена докторская степень.

В 1926 году она вышла замуж за своего коллегу, ассистента Института радия Фредерика Жолио.

Ирен с Фредериком начали проводить совместные исследования.

Зная инженерное дело, Жолио смог сконструировать чувствительный детектор с конденсационной камерой с тем, чтобы фиксировать проникающую радиацию при облучении альфа-частицами элемента полония и приготовить образец с необычайно высокой концентрацией. С помощью этого аппарата супруги Жолио-Кюри обнаружили, что тонкая пластинка водородсодержащего вещества, расположенная между облученным бериллием или бором и детектором, увеличивает первоначальную радиацию почти вдвое. Дополнительные опыты показали, что это добавочное излучение состоит из атомов водорода, которые в результате столкновения с проникающей радиацией высвобождаются, приобретая чрезвычайно высокую скорость. Супруги Жолио-Кюри объяснили возникновение этого эффекта тем, что проникающая радиация выбивает отдельные атомы водорода, придавая им огромную скорость. Исследователи не поняли сути процесса, однако проведенные ими точные измерения привели к тому, что в 1932 году Джеймс Чедвик (Нобелевская премия по физике,1935 год) открыл нейтрон – нейтральную частицу, входящую в состав атомного ядра.

В начале 1934 года супруги Жолио-Кюри приступили к новому эксперименту. Закрыв отверстие конденсационной камеры тонкой пластинкой алюминиевой фольги, они облучали образцы бора и алюминия альфа-радиацией. Как они и ожидали, при этом действительно испускались позитроны, но, к их удивлению, эмиссия позитронов продолжалась и после того, как убирали полониевый источник.

Таким образом, Жолио-Кюри обнаружили, что некоторые из подвергаемых анализу образцов алюминия и бора превратились в новые химические элементы. Более того, эти новые элементы были радиоактивными: алюминий, поглощая два протона и два нейтрона, превращался в радиоактивный фосфор, а бор – в радиоактивный изотоп азота. Поскольку эти неустойчивые радиоактивные элементы не были похожи ни на один из естественно образующихся радиоактивных элементов, было ясно, что они созданы искусственным путем.

Само явление получило название «искусственная радиоактивность». Жолио-Кюри отмечали, что «выражения «искусственная радиоактивность» и «наведенная радиоактивность», часто применяемые для обозначения нового явления, представляют собой удобные, но недостаточно точные термины. Суть явления состоит не в том, что ядро искусственно делают радиоактивным, а в том, что это ядро превращается в другое ядро, по своей природе неустойчивое – так получают радиоэлемент».

Супруги Жолио-Кюри синтезировали ряд новых радиоактивных изотопов – радиофосфор, радиоазот, радиокремний и др. Это были первые искусственные радиоактивные изотопы, испускающие не электроны, как природные радиоактивные элементы, а позитроны. Вскоре Жолио-Кюри получили много новых радиоактивных элементов.

В 1935 году супруги Жолио-Кюри получили Нобелевскую премию «за совместно выполненный синтез новых радиоактивных элементов».

Через год Ирен Жолио-Кюри стала профессором Сорбонны, где читала лекции с 1932 года. Она сохранила за собой и должность в Институте радия, где продолжала заниматься исследованиями радиоактивности.

В 1946 году Жоли-Кюри была назначена директором Института радия.

К началу 50-х годов ее здоровье стало ухудшаться, вероятно, в результате полученной дозы радиоактивности.

Высокая худенькая женщина, прославившаяся своим терпением и ровным характером, Ирен очень любила плавать, ходить на лыжах и совершать прогулки в горы.

Ирен Жолио-Кюри умерла в Париже 17 марта 1956 от острой лейкемии.

Помимо Нобелевской премии, она была удостоена почетных степеней многих университетов и состояла во многих научных обществах. В 1940 году ей была вручена золотая медаль Барнарда за выдающиеся научные заслуги, присужденная Колумбийским университетом. Жолио-Кюри была кавалером ордена Почетного легиона Франции.

Робинсон Роберт

(1886—1975)

Английский химик-органик

Роберт Робинсон родился в имении Рафферд, неподалеку от Честерфилда (графство Дербишир). Он был старшим из пяти детей Уильяма Брэбери Робинсона и его второй жены Джейн (Дэйвинпорт) Робинсон. Семья Робинсонов преуспевала, занимаясь производством перевязочных материалов. Дед, Уильям Робинсон, начал производство ваты, изобрел механический станок для изготовления корпии и разработал технологический процесс автоматического нарезания хлопчатобумажных перевязочных материалов.

Когда Роберту было три года, их большая семья (в нее также входили восемь детей от первого брака его отца) поселилась неподалеку от Нью-Брэмптона. Получив начальное образование в детском саду миссис Уилке и окончив затем честерфилдскую среднюю школу, Роберт поступил в Фалнекскую школу – известное учебное заведение, расположенное между Лидсом и Брэдфордом, которым руководила религиозная община моравских братьев. Семья Робинсонов исповедовала конгрегационализм и Роберт оставался в Фалнекской школе до 1902 года, а затем поступил в Манчестерский университет.

Роберт проявлял глубокий интерес к математике, но отец, видя в сыне продолжателя семейного бизнеса, настоял на том, чтобы он изучал химию. Химический факультет Манчестерского университета, во главе которого стоял Уильям Г. Перкин-младший, был в то время ведущим центром в области преподавания и научных исследований.

Когда Роберт поступил туда, членом факультета был родившийся в России химик Хаим Вейцман, будущий первый президент Израиля и основатель Научно-исследовательского института в Реховоте.

В 1905 году, окончив с отличием университет, Роберт стал работать в частной научно-исследовательской лаборатории Перкина, где изучал структуру и химические свойства бразилина, получаемого из дерева красителя. Это природное красящее вещество и его производное, гематоксилин, оставались предметом исследований Робинсона в течение последующих 69 лет. К числу других тем, интерес к которым возник у Робинсона в период совместной работы с Перкином и сохранялся на протяжении всей жизни, относятся соли перилия, антоцианидины и синтез алкалоидов.

В 1910 году он получил докторскую степень, а 2 года спустя, в возрасте 26 лет, стал первым профессором чистой и прикладной органической химии в Сиднейском университете в Австралии. В том же году он женился на Гертруде Майд Уэлш, которая вместе с ним училась в Манчестерском университете. У супругов родились сын и дочь.

Робинсон заведовал кафедрами органической химии в университетах Ливерпуля, Сент-Эндрю и Манчестера, а также в Университетском колледже Лондона. Он стал преемником Перкина в качестве профессора химии Оксфордского университета. В 1920 году Робинсон в течение короткого времени работал руководителем научно-исследовательских работ «Бритиш дайстафф корпорейшн», где приобрел обширные знания в области химии красителей. Они очень пригодились ученому, когда тот в 1929 году занял должность консультанта в научно-исследовательской комиссии отдела красящих веществ «Империал кемикл индастриз лимитед».

Основной интерес для Робинсона представляли алкалоиды. В 1925 году совместно с сотрудником Дж. М. Галландом Робинсон изучил структуру морфина и тогда же синтезировал берберин. В следующем году он установил структуру неопина (бета-кодеина), а в 1935 году синтезировал бикуккулин.

Поскольку приготовление гидрастина, наркотина и тропинона (тесно связанного с атропином и кокаином) не составило труда, Робинсон полагал, что подобным же образом они должны синтезироваться растениями. Его теория биогенеза алкалоидов была позднее подтверждена анализом (с помощью изотопной метки) реакций, происходящих в растениях. Таким образом, он доказал биогенетическое родство псевдострихнина и вомицина (1948). Синтезировал, а затем определил структуру многих других алкалоидов, в том числе бруцина, акуамицина и (совместно с Р.Вудвордом – Нобелевская премия, 1965) аймалина.

Вместе с женой Робинсон провел исследование цветочных пигментов антоциана (синевато-красного цвета) и антоксантина (желтого цвета). Они синтезировали многие пигменты, идентичные природным веществам, разработали экспресс-тесты определения пигментов и опубликовали каталог пигментов цветов.

Еще одной интересной для Робинсона структурой были стероиды. В сотрудничестве со многими учеными, в том числе с Дж. У. Корнфортом (Нобелевский лауреат, 1975), Робинсон получил женский гормон эстрон и три синтетических эстрогена: стильбэстрол, гексэстрол и диенэстрол.

Внес вклад в электронную теорию органических соединений, в представления о распределении электронов и мезомерии в ароматических соединениях (1922—1926).

После начала Второй мировой войны занимался взрывчатыми веществами и защитой от химического оружия, стал одним из создателей химии антибиотиков и организаторов производства противомалярийных препаратов в Великобритании.

В 1945—1950 годах Робинсон – президент Лондонского королевского общества и важна его роль в налаживании научно-исследовательской работы в послевоенные годы, он способствовал активизации деятельности международных научных союзов.

В 1947 году Робинсону была присуждена Нобелевская премия «за исследования биологически важных растительных продуктов, особенно алкалоидов».

Знание строения и разработка методов синтеза алкалоидов служит базой для их будущего промышленного производства.

Строение того или иного алкалоида, являющегося лекарственным средством, служит отправной точкой для поисков новых синтетических лекарственных средств.

Вместе с Р. Вудвордом основал журнал по органической химии «Тетраэдрон», в 1957 году вышел первый его номер. Журнал пользуется заслуженным авторитетом.

Коллега Робинсона по Манчестерскому университету Вейцман разработал процесс крекинга нефти, который лег в основу деятельности компании «Петрокемиклз лимитед». Робинсон был директором этой компании.