Фермидің - бөлінуінің теориясы

Фермидің - бөлінуінің теориясы 1934 жылы Э.Ферми өзінің таңдаған жолымен жүріп,керемет жетістіктерге жетті.Сонымен қатар тәжірибелік нәтижелермен қатар,теориялық жағынан да нәтижелер көрсетті.1933 жылдың өзінде “Ricerca Scientifica” итальяндық журналдың желтоқсан айындағы басылымында Фермидің - бөліну теориясы туралы алдын ала ойлары басылып шыққан болатын. 1934 жылдың басында “Zeitshrift fur Physik”-те оның -сәуленің теориясы атты классикалық еңбегі жарық көрді.Ферми өзінің теориясында ядроның нейтрино және протондық-нейтрон моделіне өмір берген болатын.

Ферми I дәрежелі зерттеуші және терең теоретикті өз бойында үйлестіре білді.

Бруно Понтекорва “ атақты италяндық физик Энрико Ферми, ғалымдар арасында өз орны бар және де біздің кезімізде ғылыми зерттеулерде қалыпқа айналған тар мамандар арасында Ферми ерекше әмбебап физик болды. ХХ ғасыр теориялық физиканы,тәжірибелік физиканы, астрономияны, технологиялық физиканы дамытуда Фермидің келіп үлес қосуы-ғажайып жағдай”-деді.

Энрико Ферми 1901 жылы 29 қыркүйекте Римде, қызметшілер отбасында дүниеге келген. Нақты ғылымға деген дарыны Фермиден ерте байқалды. 1918-1922 жылдары Пизадағы қарапайым мектепте оқыды. Одан кейін Рим университетінің физикалық институтына Корбина доцентінің жіберуімен сол университетте химиктерге математикадан мұғалім болды.

1923 жылы Германияға Макс Борнға іс-сапармен барады. Фермидің өзіне деген сенімінің күшейуіне 1924 жылы Лейденде қыркүйек – желтоқсан айларында болған кезінде Эренфест рухани қолдау арқылы артты. Римге соң 1925-1926 жылы жылдары Флорорент университетінде жұмыс істеді. Осы жерде ол алгаш «еркін доцент» ғылым дәрежесін алып кванттық статистика жұмысын бастады. 1926 жылы желтоқсанда Рим университтетінің теориялық физика кафедрасының профессоры қызыметіне тағайындалды. Осы жерде жас физиктер ұйымын құрды, құрамында: Разетти, Амалди, Сегри, Пантекорю және т.б болды. Римде ол 1938 жылға дейін жұмыс жасады. Әйелі еврей ұлтынан болғаннан кейін фашистік жүйе қауіп төндіріп тұрады. Сондықтан Нобель Стокгольмға отбасымен барып, қайтадан кері қайтпай Нью-Йоркке көшіп кетті, сонда Колумбия университетінің профессоры болды.

Ферми ол кезде атом энергиясын алуда көп жұмыс жасады. Оның басқаруымен 1942 жылы 2 желтоқсанда Чикагода бірінші радиолық реактор іске қосылды. Ферми атом бомбасын сынауда көп үлес қосты. Ол Херосимадағы бомбалауды «әдемі физика» деп атай отырып, Жапонияға атомдық бомбасының қолдайтын ғалымдардың арасында болды. Соғыстан кейін Шикаго университетінің профессоры болып, жаңадан құрылған ядролық мәселелер институтының құрамында болды. Ферми 1954 жылы 29 қарашада қайтыс болды.

Уранның бөлінуі.

Уранның ыдырауының тарихына тоқтала кетейік. Бұл жаңалық бірқатар ізденулер мен қателердің түйіні болып табылады. Фермидің трансурандық мақаласынан кейін неміс химигі Ида Ноддак химиялық журналда, ядролар нейтрондардың әсерінен, бомбылаушы элементтермен көршілес келмейтін изотоптарға ыдырайтынын айқындайтын мақаласын шығарды. Алайда Ферми, Ган және басқа да физиктер Ноддактың тұжырымдамасын қате деп таныды.

Ферми және оның қызметкерлері, жасанды радиобелсенділік бойынша алған нәтижелерді сараптай келе Н. Бор, нейтронды қармаумен айқындалатын ядролық үрдісті, бір – бірінен тәуелсіз екі деңгейге бөлу керек деген тұжырымға келді. Бірінші деңгей, нейтронның ядромен қармалануын «мықты тұрақтылығымен сипатталатын, құрамдас жүйенің түзілуіне» әкеліп соғудан тұрады. Бұл «компаунд - ядро» қоздырулы күйінде тұрады, дегенмен энергия ядроның бүкіл бөлшектерінің арасында бөлінеді. Кейіннен, бұл энергия гамма – сәулелену күйінде бөліне алады, не болмаса «ядроның беттік қабатындағы бір бөлшекте (ол бөлшек ядродан бөлініп кете алатындай) қайта шоғырлана алады». Бордың теориясындағы ең маңызды болып табылатыны, ол ядроны күрделі жүйе ретінде қарастыруы. Нейтрон ядроның белгілі – бір бөлшегімен энергия алмаспайды, ол ядроны құрайтын бөлшектердің барлығына энергияны береді.

Бордың теориясы жайлы КСРО ғылым академиясының физика – математикалық бөлімінің сессиясында, 1936 жылдың наурызында И. Е. Тамм атомдық ядроның мәселелері жайындағы баяндамасында мәлімет берген болатын. Я. И. Френкель баяндама бойышна сөз сөйлей келе, «күрделі ядро кейбір деңгейінде өзара тығыз байланысты көптеген бөлшектерден тұратын сұйық немесе қатты дегене ұқсайды» деп пайымдаған. Нейтрон өзінің энергиясын бөлшектердің жиынтығы болып табылатын ядроға береді. Бұл энергияны жылулық энергия ретінде қарастыруға болады. Олай болса осы жүйенің күйі, айтылған энергиямен бөлшектердің санына сәйкес белгілі бір температурамен сипатталатын болады. Қыздырылған ядроның буланыуына белгілі бір мүмкіндігі бар, ол булану бізге ядродан ұшып шыққан нейтрон не протон немесе α-бөлшек ретінде көрінеді. Алайда, Бор да, Френкель де ядроны сұйық тамшы ретінде айқындайтын идеяны жалғастырған емес, олар ядроны «қатты дене» қалпында қарастыруын жалғастыра берді. Тәжірбиешілер де, теоретиктер де ядроның бөліну құбылысына өте жақын келді, бірақ ядролық реакциялардың барлық үрдістерімен көздері алданған олар, мәселенің толық қандылығын байқай алған емес.

Фермимен алынған нәтижелердің әсерінен пайда болған қиын жағдайдын шешімі 1938 жылы алынды. Жағдайдың күрделілігі изотоптардың молшылығымен пайымдалған. Уранды нейтрондармен бомбылаудың нәтижесінде алынатын өнімдердің тізімін реттеу оңай шаруа болған емес.

Ганмен және Штрассманмен байқалған жалған радий, шынымен де радийдің барлық қасиеттеріне ие болған. Жаңа элементті анықтау бойынша қойылған көптеген тәжірбиелердің нәтижесінде 1938 жылдың 20 желтоқсанында, олар бомбылаудың өнімдерінің ішінде барийдің бар екеніне толық көз жеткізді. Ганмен Штрассманның «уранды нейтрондармен сәулелендіру кезінде жер-сілтілік металлдардың пайда болатының дәлелдемесі және олардың қасиеттері жайлы» мақаласы 1939 жылдың қаңтарында шыққан болатын. Бірақ мақаланың шығуына дейін Ган өзінің нәтижелерін пайымдайтын хатын Л. Метнерге жіберген болатын. Сол кезде Мейтнерге рождестволық демалыстарға бола, Бордың қарамағында жұмыс істейтін Отто Фриш атты бауыры келген болатын. Мейтнер Фришке Ганның хатын көрсетіп, оның хаттың мазмұнына деген скептикалық көз – қарасына, мәселенің маңыздылығын пайымдап, ураннан барийдің алынғанын түсіндіріп бері керек деді. Шаңғымен серуендей жүріп, олар тапсырманы шешкен болатын: ядро бөлшектерге (осколкілерге) бөлініп, электростатикалық тебінудің әсерінен 200 МэВ шамасындағы энергияға ие болады, бұл өз алдында массаның дефектісімен байланысты энергияны құрайтын болады.

Коппенгаганге оралып Фриш осы жаңалықтың интерпритациясы жайлы, Америкаға кетіп бара жатқан Борға баяндап береді. Алайда Фриштің әнгімесінің басталысымен Бор бірден «Біз қандай мақұлық болғанбыз! Біз оны бұрын байқау керектінбіз». Фриш, «бөліну бөлшектерінің ионизациялануымен пайда болатын үлкен импульстарды еш қиындықсыз байқауға болатын» иондалған камерамен сәйкесінше тәжірбие жүргізді. 16 қаңтар күні Фриш пен Мейтнер мақалаларын шағарды, онда алғаш рет «бөліну» термині қолданылған, бұл терминді Фришке Американдық биолог Арнольд табуға көмектескентін. 1939 жылы 26 қаңтарда Вашингтонда болған теоретикалық физика бойынша конференцияда Бор уранның ыдырауы туралы жаңалықты айтқан болатын. Сол күні, физиктер баяндаманың аяқталғанын күтпей, айтылған жаңалықты өздерінің зертханаларында тексеру үшін, конференциядан кете бастады. Бөліну туралы зерттеулерді Ф. Жолио да жүргізген болатын. 1939 жылдың 30 қаңтарында ол нейтрондардың әсерінен уранның және торийдің ядроларының ыдырауының тәжербиелік дәлелдері туралы Париждік ғылым академиясына хабарлаған болатын. 1939 жылдың 20 ақпанында Вильсон камерасының әдісімен, бөлінудің фотографиясын алып, уранның ядроларының бөлінуін айқын көрсеткен болатын. Сол жылдың 8 наурызында Хальбонмен және коварскиймен біріге отырып «Nature» уранның ядорлық жарылысы кезінде нейтрондардың бөлінуі туралы хоборлаған мақаласын басып шығарған болатын.

1940 жылдың 28 шілдесінде Н. Бор және Дж. Уиллер «Ядролардың бөліну механизмі» атты мақалаларын басып шығарған, ол мақалада «бөліну механизмінің түсініктемесі, сұйық тамшы моделінің негізінде жасалған болатын». Олар баяу нейтрондардың әсерінен уран-235 изотоптарының бөлінуі жүретінін көрсеткен болатын.