?

Log in

No account? Create an account
0808

"А живу я, огромную цену за жизнь заломив..."

"...нас не нужно жалеть, ведь и мы никого б не жалели..."

Previous Entry Share Next Entry
Мария Гёпперт-Майер - "атомное ядро похоже на обычную луковицу"
Крым_2014
maksina
Оригинал взят у maksina в Мария Гёпперт-Майер - "атомное ядро похоже на обычную луковицу"
Одна из двух женщин-лауреатов Нобелевской премии по физике - 1963 г.  «за открытие оболочечной структуры ядра».

Мария ГЁППЕРТ-МАЙЕР /Maria GOEPPERT-MAYER/ (29.06.1906, Катовице, Германская империя ≈ 20.2.1972, Сан-Диего, Калифорния)

4197068_900

Немецко-американский физик Мария Гёпперт-Майер (урожденная Мария Гёпперт) родилась в Каттовитце (ныне Катовице в Польше). Она была единственным ребенком в семье профессора медицины Фридриха Гёпперта и урожденной Марии Вольф, школьной учительницы.

 Когда Марии исполнилось четыре года, семья переселилась в Гёттинген, где отец стал профессором кафедры детских болезней местного университета. Близкими друзьями их дома были Макс Борн и Джеймс Франк. Среди других знакомых было немало физиков из Гёттингенского университета, занимавшихся созданием новой физики, обязанной своим появлением квантовой механике. Отец поощрял рано проявившуюся любовь дочери к науке, брал ее с собой на природу, показывал солнечные и лунные затмения, собирал вместе с ней коллекцию ископаемых.

Юная Мария превосходно училась в городской школе, но знаний, даваемых там, было недостаточно для поступления в университет, где она собиралась изучать математику. Поэтому в 1921 г. она поступила в Фрауенштудиум – частную приготовительную школу для девочек, руководимую суфражистками. Однако школа закрылась из-за отсутствия средств, прежде чем она успела завершить полный трехгодичный курс, но Мария, занимаясь самостоятельно, сумела выдержать вступительные экзамены и в 1924 г. была принята в университет.

В то время Гёттингенский университет был ведущим центром исследований в новой области физики – квантовой механике. Когда Макс Борн пригласил девушку  принять участие в работе руководимого им физического семинара, интересы ее переключились с математики на физику и сосредоточились на квантовой механике, занимающейся изучением поведения атомов, ядер и субатомных частиц. Вскоре после начала занятий физикой  Мария провела один семестр в Кембриджском университете, где встречалась со знаменитым английским физиком Эрнестом Резерфордом. Докторскую степень она получила в 1930 г. в Гёттингене, защитив диссертацию на тему «Об элементарных процессах с двумя квантовыми скачками» («On Elemental Processes Whith Two Quantun Jumps»). Экзамены у нее принимала комиссия в составе Макса Борна, Джеймса Франка и Адольфа Виндауса.
После смерти отца в 1927 г. ее мать открыла пансион, как это нередко практиковалось в Гёттингене. Одним из обитателей пансиона был Джозеф Э. Майер, американский химик из Калифорнийского технологического института. Мария и Джозеф полюбили друг друга и поженились в январе 1930 г., незадолго до того, как Мария  получила докторскую степень. У них родились сын и дочь. После вступления в брак Мария стала именовать себя Гёпперт-Майер, сохранив девичью фамилию, по ее словам, из «чувства гордости за семь поколений университетских профессоров» со стороны отца. Через месяц после свадьбы молодая чета отплыла в Соединенные Штаты, где Джозефу Майеру было предложено место ассистент-профессора по химии в Университете Джонса Хопкинса в Балтиморе (штат Мериленд).
Несмотря на докторскую степень и прекрасные отзывы, господствовавшее в то время отношение к женам членов факультета не позволяло  получить оплачиваемое место преподавателя в Университете Джонса Хопкинса. Однако ей удалось устроиться помощником одного из членов физического факультета. В ее обязанности входило разбирать корреспонденцию на немецком языке. Эта скромная должность давала ей небольшое жалованье, крохотный рабочий кабинет и возможность в какой-то мере участвовать в университетской жизни.

В 1933 г., в том самом году, когда в Германии к власти пришли нацисты, Гёпперт-Майер получила американское гражданство. Тогда же  многие выдающиеся ученые еврейского происхождения, в их числе Борн и Франк, покинули Германию. Дом Майеров в Балтиморе был открыт для беженцев из Германии, большинство из которых были евреями.

В Университете Джонса Хопкинса супруги Майер выполнили вместе несколько работ, в основном по теории конденсации. В 1938 г. они написали монографию «Статистическая механика» («Statistical Mechanics») о поведении огромного числа взаимодействующих частиц, например в газах и жидкостях. К моменту выхода книги в 1940 г. Джозеф Майер был ассистент-профессором химии Колумбийского университета в Нью-Йорке. Колумбийский университет предложил Г.-М. еще более низкое положение, чем то, которое она занимала в Университете Джонса Хопкинса. Хотя декан физического факультета предоставил ей отдельный кабинет, она не имела официальной должности и не получала жалованья.

В 1941 г. доктор Гёпперт-Майер стала преподавателем колледжа Сары Лоуренс, правда с неполной занятостью. Это была ее первая оплачиваемая преподавательская должность. На следующий год  её ввели  в Манхэттенский проект (в рамках которого велись работы по созданию атомной бомбы). Гёпперт-Майер возглавила группу, занимавшуюся исследованием возможности выделения расщепляющегося изотопа урана из природного урана с помощью фотохимических реакций. В 1945 г. она провела несколько месяцев в Лос-Аламосской лаборатории Манхэттенского проекта, где работала с венгерско-американским физиком Эдвардом Теллером.

По окончании войны Джозеф Майер стал профессором химии Чикагского университета. Хотя Г.-М. в 1946 г. была назначена ассистент-профессором физики того же университета, но жалованья не получала, так как это запрещалось университетскими правилами, направленными на борьбу с непотизмом (Непотизм (от лат. nepos, род. п. nepotis — внук, племянник), кумовство — вид фаворитизма, предоставляющий привилегии родственникам или друзьям, вне зависимости от их профессиональных качеств, например, при найме на работу). В 1946 г. она стала по совместительству старшим физиком в Аргонской национальной лаборатории близ Чикаго, где строился ядерный реактор. В Аргоне Гёпперт-Майер сотрудничала с Ферми, Юри, Франком и Теллером и работала над расчетами критичности бридерного жидкометаллического реактора.

Именно тогда, работая с Теллером над теорией происхождения химических элементов, Гёпперт-Майер столкнулась с «магическими» числами, о которых впервые упомянул в своей работе в 1933 г. немецкий физик Вальтер Эльзассер. Атомные ядра состоят из протонов (положительно заряженных частиц, более чем в 1800 раз тяжелее отрицательно заряженных электронов) и нейтронов (электрически нейтральных частиц с массой, почти совпадающей с массой протонов). Гёпперт-Майер обнаружила, что по необъяснимой причине распространенность некоторых ядер существенно превосходит распространенность других и, следовательно, эти ядра должны обладать необычайно высокой стабильностью. Распространенность и стабильность имеют тенденцию к сближению, поскольку нестабильное ядро с высокой вероятностью превращается в другое, претерпевая радиоактивный распад. Если продукт распада также нестабилен, то со временем и он распадается, и так до тех пор, пока не образуется стабильный продукт. Стабильные ядра остаются и накапливаются. В особенно избыточных ядрах число протонов либо число нейтронов равно одному из магических чисел 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 и реже некоторым другим.

Гёпперт-Майер знала, что аналогичная ситуация существует и для атомных электронов, обращающихся вокруг ядра. Стабильность атомов носит химический характер, т.к. химическая реакция определяется тем, происходит ли потеря, приобретение или обобществление электронов (ядра атомов остаются неизменными). Как показывает периодическая таблица химических элементов, с увеличением атомного номера химические свойства элементов повторяются, образуя циклы, или периоды. Атомный номер – это число протонов (положительно заряженных частиц) в ядре, которое равно числу электронов (отрицательно заряженных частиц), обращающихся вокруг ядра в невозмущенном атоме, вследствие чего он в целом электронейтрален.

Периодическая стабильность, возникающая при определенных атомных номерах, получила объяснение на основе атомных энергетических уровней, связанных с угловым моментом электронов, обращающихся вокруг ядра. Согласно квантовой теории, энергетические уровни ограничены некоторыми дискретными значениями. Угловые моменты возникают вследствие обращения электронов вокруг ядра (орбитальный угловой момент) и вращения электрона вокруг собственной оси, наподобие волчка (спин). (Квантовая механика отвергает столь простые и наглядные образы, но все же они полезны.) Поскольку движущиеся электроны есть не что иное, как электрический ток, они создают магнитное поле. Так же как два магнита отталкивают или притягивают друг друга, орбитальные угловые моменты и спины электронов взаимодействуют между собой (спин-орбитальная связь). Согласно квантовой теории, каждому разрешенному уровню углового момента соответствует некоторое число дискретных энергетических состояний. Когда эти состояния связаны со спином электрона, возникает система энергетических уровней, каждый из которых определяется набором из четырех квантовых чисел. К этому следует добавить ограничение, налагаемое принципом запрета Вольфганга Паули. Согласно этому принципу, в каждом квантовом состоянии, задаваемом набором из четырех квантовых чисел, может находиться лишь один электрон. В результате при увеличении атомного номера, когда число электронов увеличивается каждый раз на единицу, очередной электрон занимает следующий, еще свободный уровень. Полная энергия возрастает шаг за шагом.

Шаги, на которые возрастает энергия, не равномерны: скопления мелких шажков разделены необычайно большими шагами. На основе ранних представлений об электронах, обращающихся вокруг ядра на различных расстояниях, такие скопления уровней получили название оболочек. О химическом элементе, у атома которого самый далекий от ядра электрон занимает последний уровень перед большим промежутком, говорят, что он замыкает оболочку. Элемент со следующим (более высоким) атомным номером, имеющий на один электрон больше, чем предыдущий элемент, начинает следующую оболочку. Замкнутая оболочка соответствует стабильному элементу. Поскольку срыв или присоединение одного электрона в случае замкнутой оболочки требует большего, чем обычно, количества энергии, в химические реакции такой элемент вступает «неохотно».

Схема оболочек была применена к ядру, когда предполагали, что протоны и нетроны как бы обращаются вокруг друг друга, но имела ограниченный успех. Ядро сильно отличается от атома. В атоме основную роль играет центральная сила притяжения между протонами в ядре и электронами. Это хорошо известная сила взаимодействия между электрическими зарядами. Электроны находятся на относительно больших расстояниях друг от друга, и их взаимное отталкивание слабо, поэтому энергия одного электрона мало зависит от положения других. Ядерные же силы между протонами и между протонами и нейтронами действуют на малых расстояниях, поэтому можно ожидать, что энергия одной частицы сильно зависит от положения других внутриядерных частиц. Единого центра притяжения в ядре не существует. Эти различия привели физиков-теоретиков на раннем этапе исследования к заключению, что спин-орбитальная связь для протонов и нейтронов в ядре должна быть почти пренебрежимо слабой.
Гёпперт-Майер упорно билась над решением проблемы структуры ядра. В начале своей работы она обнаружила два магических числа: 50 и 82. Затем, анализируя экспериментальные данные, она нашла еще пять магических чисел, но объяснить их не могла.

Решающий момент наступил в 1948 г., когда Ферми спросил у нее: «Существуют ли какие-либо признаки спин-орбитальной связи?» Сразу же поняв, что спин-орбитальная связь дает ключ к проблеме, она в тот же вечер сумела объяснить ядерные магические числа Гёпперт-Майер показала, что ядро также состоит из оболочек. По ее словам, атомное ядро напоминает по своему строению луковицу: оно состоит из слоев, содержащих протоны и нейтроны, которые обращаются вокруг друг друга и по орбите, как пары, вальсирующие на балу. Ядра стабильны, если оболочки протонов или нейтронов заполнены. Магические числа для ядер отличаются от магических чисел для атомных электронов, но аналогия между теми и другими с учетом соответствующих поправок существует.

О своей работе по теории ядерных оболочек Гёпперт-Майер сообщила в двух статьях, опубликованных в журнале «Физикал ревью» в 1948 и 1949 гг. Их появление совпало с публикацией почти такой же теории Й. Хансом Д. Йенсеном из Гейдельбергского университета, работавшим с Отто Хакселем и Гансом Э. Зюссом. Г.-М. и Йенсен встретились в 1950 г. в Германии, стали друзьями и вместе работали над книгой «Элементарная теория оболочечной структуры ядра» («Elementary Theory of Nuclear Shell Structure»), которая была опубликована в 1955 г.

Гёпперт-Майер и Йенсен были удостоены Нобелевской премии по физике 1963 г. «за открытие оболочечной структуры ядра». Вторая половина премии этого года была присуждена Эугену П. Вигнеру. Представляя новых лауреатов, Ивар Валлер из Шведской королевской академии наук напомнил слушателям, что до открытий Гёпперт-Майер «удавалось объяснить не более трех магических чисел... Она и Йенсен убедительно доказали всю важность оболочечной модели для систематизации накопленного материала и предсказания новых явлений, связанных с основным состоянием и низко лежащими возбужденными состояниями ядер».

В 1960 г. университет в Сан-Диего пригласил супругов Майер. Марии предлагался пост полного профессора физики, Джозефу – профессора химии. Вскоре после переезда в Калифорнию у Г.-М. случился удар, возможно вызванный вирусной инфекцией. Она была частично парализована, нарушилась речь. После удара здоровье Г.-М. начало быстро ухудшаться, но она продолжала заниматься преподавательской деятельностью и работать над дальнейшим развитием ядерной физики. Г.-М. по-прежнему сотрудничала с Йенсеном. Их последняя совместная работа была опубликована в 1966 г., за 6 лет до того, как она скончалась в Сан-Диего от сердечного приступа.

Источник

Posts from This Journal by “этот день в истории науки” Tag


promo maksina may 29, 19:19 8
Buy for 40 tokens
Кофе, космос, красный плед - https://author.today/work/30393 Екатерина Годвер "– Зачем вам это нужно, мсье Браден? – Мадам Круан сухо улыбнулась. – Человек ушел. По своей воле: кажется, это понимает даже такой дурак, как Жан. Так чего ради вам его искать? У родственников…

  • 1
Зинаида Васильевна Ершова

З.В. Ершова

Вам ничего не говорит ее имя? “Русская мадам Кюри” – за глаза Зинаиду Васильевну частенько называли именно так. Давайте просто перечислим, что Зинаида Ершова успела сделать за свою жизнь. Это не список, это какой-то гимн научному и трудовому пути этой удивительной женщины.

Летом 1930 года 26-летняя выпускница физико-математического факультета МГУ приступила к работе в радиевом цехе Московского завода редких элементов рядовым сотрудником, но через полгода она – уже начальник физической лаборатории, а в 1931 завод получил первую партию радия. В 1936 Зинаиду Ершову отправляют на стажировку в Париж, в Институт Радия, в лабораторию Кюри. Через год Ершова пишет статью, позднее ставшей темой ее кандидатской диссертации: “Отношение урана-235 к урану-238 в природной руде”.

Еще наши мужчины-физики не совсем понимали значение изотопа урана-235, а Зинаида Ершова уже самостоятельно вычисляла его процентное содержание в природной руде! С 1937 года Ершова работала уже в Гиредмете, начальницей лаборатории радия. После вызова в Москву зимой 1943 Ершова получила приказ Курчатова: “Стране нужен карбид урана и металлический уран”. Министр Среднего машиностроения Славский в кругу близких друзей уверял, что Зинаида выполняла эту работу едва ли не голыми руками — и в 1944 году Курчатов получил металлический уран.

Мужчины занялись необходимыми экспериментами, занялись вполне удачно, и в августе 1945 наша “мадам Кюри” получила новое задание – обеспечить на заводе в городе Электростали производство металлического урана в слитках по несколько килограмм. К новому 1946 году установка была не только собрана, но уже в промышленном количестве производила ядерное топливо нашего первого атомного реактора. Зинаида Ершова не просила персональных наград за такую работу и за такой темп, она предложила руководству Спецкомитета подумать о создании нового института широкого профиля, который бы взял на себя решение всех проблем, связанных с химическими, металлургическими и прочими свойствами радиоактивных элементов. Так в 1949 году в нашей стране появился нынешний ВНИИНМ – Всеройссийский НИИ неорганических материалов. У института имелся директор – Виктор Борисович Шевченко, был отдел металлургии плутония, который возглавил человек, чье имя сейчас носит ВНИИНМ — Андрей Анатольевич Бочвар. Вот только самого плутония еще не было, его только предстояло извлечь из облученного в нашем первом реакторе урана. 18 декабря 1947 Зинаида Ершова и ее девушки из радиохимической лаборатории получили первые 73 микрограмма плутония-239.

Через пару месяцев эта работа перестала быть ручным трудом – плутоний выдавала на-гора полупромышленная установка, разработанная Зинаидой Ершовой. В том же году мужчины-физики определили, что запалом для атомной бомбы может быть только полоний — и через год они получают его из рук Зинаиды Ершовой, с нуля создавшей технологию его получения из облученного в реакторе висмута. В 1951 для ядерной бомбы понадобился тритий – в 1952 он был получен в результате работы Зинаиды Ершовой. В дальнейшем полоний перестали использовать для атомного оружия, но зато потребовались его твердые соединения в качестве источника тепла и электричества для космических аппаратов.

Разработки “русской мадам Кюри” обеспечили тепло и энергию не только несколько наших спутников, но и все наши “Луноходы”. 40 лет работы во ВНИИНМ, три Сталинских премии, орден Трудового Красного Знамени и мемориальная доска на стене ею задуманного института. Конечно, это далеко не полный перечень всего, что успела сделать Зинаида Васильевна за свою долгую жизнь, но для того, чтобы оценить ее вклад в САП – вполне достаточно.

Утащено отсюда: http://geoenergetics.ru/2017/06/28/nachalo-atomnoj-ery-v-sssr/
Там много другого интересного...

Спасибо Вам большое за рассказ и за ссылку. Возможно, я слышала ее амиию от мамы - специальности-то близкие ...

  • 1