James Chadwick Biographie, modèle atomique, expériences, contributions

James Chadwick (1891-1974) était un physicien anglais réputé pour la découverte du neutron en 1932. Peu après, en 1935, il reçut le prix Nobel de physique pour sa contribution à la communauté scientifique. Chadwick se préoccupait des accusations neutres environ 10 ans avant de pouvoir prouver son existence.

Avant cette vérification, Chadwick avait mené plusieurs expériences qui avaient échoué. Il a été couronné de succès en 1932, à la suite des expériences des Françaises Irène Joliot-Curie et Frédéric Joliot. Chadwick s’est ensuite consacré à la recherche sur l’utilisation de la fission nucléaire pour la création d’armes de guerre.

Index

• 1 Biographie
  • 1.1 Origines
  • 1.2 Formation académique
  • 1.3 Carrière professionnelle
  • 1.4 Projet Manhattan
  • 1.5 Arsenal nucléaire pour l'Angleterre
• 2 Modèle atomique de Chadwick
• 3 expériences
  • 3.1 Fission nucléaire
• 4 Contributions de Chadwick à la science
• 5 articles d'intérêt
• 6 références

Biographie

Les origines

Chadwick est né le 20 octobre 1891 à Bollington, dans le nord-est de l'Angleterre. Il était le fils de deux humbles travailleurs: son père travaillait dans le système ferroviaire et sa mère travaillait comme domestique.

D'un très jeune Chadwick, il s'est distingué comme un enfant introverti et extrêmement intelligent. Il a commencé ses études secondaires à Manchester et à 16 ans, il a obtenu une bourse pour étudier la physique pure à la défunte Université Victoria de Manchester.

Formation académique

La jeune promesse de la physique a commencé ses études universitaires officiellement en 1908, à 17 ans.

Il a mené une brillante carrière dans l'académie et, au cours de la dernière année de sa carrière, il a dirigé la recherche du prix Nobel Ernest Rutheford sur la désintégration d'éléments et la chimie des substances radioactives.

Après avoir obtenu son diplôme en physique en 1911, il s'est inscrit à la maîtrise en physique, qui s'est terminée avec succès en 1913. Pendant ce temps, il a continué à travailler main dans la main avec Rutheford dans son laboratoire.

Plus tard, il a bénéficié d'une bourse professionnelle qui lui a permis d'être transféré à Berlin, en Allemagne, pour poursuivre ses recherches sur le rayonnement bêta avec le physicien allemand Hans Geiger à la Technische Hochschule.

Au cours de son séjour à Berlin, il entama la première guerre mondiale en juillet 1914. Suite à une accusation d’espionnage, il fut interné dans un camp de concentration pour civils à Ruhleben jusqu’en 1918.

En 1919, Chadwick retourne en Angleterre et commence son doctorat à l'Université de Cambridge. En attendant, il a rejoint le travail de recherche de Rutheford, qui dirigeait alors le laboratoire Cavendish de cette institution renommée.

En 1921, à 21 ans, il obtient son doctorat (Ph.D. Docteur en Philosophie), présentant un travail de recherche spécial sur les forces nucléaires et les numéros atomiques.

En 1923, il est nommé directeur adjoint de la recherche au laboratoire Cavendish de Cambridge. Chadwick a occupé ce poste jusqu'en 1935, date à laquelle il a décidé de déménager à l'Université de Liverpool.

Carrière professionnelle

Grâce à ses contributions scientifiques, il est devenu digne de la médaille Hughes en 1932. Cette reconnaissance, décernée par la Royal Society of London, récompense ceux qui font des découvertes sur les sciences physiques et / ou leurs applications pratiques.

En 1935, il a reçu le prix Nobel de physique pour la découverte du neutron en tant que particule élémentaire sans charge électrique située dans le noyau atomique.

Pendant la seconde guerre mondiale, Chadwick participa activement au Comité britannique du MAUD, une commission créée pour analyser la faisabilité de l’utilisation de la technologie nucléaire dans la fabrication d’une bombe.

James Chadwick était également une partie névralgique du Tube Alloys Project, un programme de recherche autorisé financé par le Royaume-Uni avec le soutien du Canada, pour développer des armes nucléaires pendant la Seconde Guerre mondiale.

Chadwick s'est distingué par son esprit et son aisance politique pendant cette période, ses propositions ayant servi de pont aux négociations de collaboration en matière de recherche entre le Royaume-Uni, le Canada et les États-Unis.

Projet Manhattan

Vers la fin de la seconde guerre mondiale, Chadwick a pris le relais de la mission britannique dans le projet Manhattan. Ce dernier était un projet de recherche conjoint entre les États-Unis, le Royaume-Uni et le Canada, dans le but de développer la première bombe atomique.

Chadwick a eu accès gratuitement à toutes les informations confidentielles du projet: conceptions, plans, données, budgets, etc., en dépit d'être un civil et de ne pas être américain; il convient de noter que les deux conditions étaient exclusives pour participer au projet.

Plus tard, il fut nommé gentleman anglais en 1945 et un an plus tard, EE. UU Il a reçu la médaille du mérite pour sa contribution de valeur au projet Manhattan.

Arsenal nucléaire pour l'Angleterre

À la fin de la Seconde Guerre mondiale, Chadwick a promu avec une grande impulsion l’initiative du Royaume-Uni de développer son propre arsenal nucléaire.

À cette fin, Chadwick a été élu membre du Comité consultatif britannique sur l’énergie atomique et a également participé en tant que représentant du Royaume-Uni devant la Commission des Nations Unies sur l’énergie atomique.

En 1948, James Chadwick était professeur au Gonville & Caius College de l'Université de Cambridge. Puis, en 1950, il fut à nouveau récompensé par la Royal Society of London après avoir reçu la médaille Copley.

8 ans plus tard, il décide de se retirer volontairement dans le nord du pays de Galles. James Chadwick est décédé le 24 juillet 1974 dans la ville de Cambridge.

Modèle atomique de Chadwick

Le modèle atomique de Chadwick se concentre sur la modélisation du noyau atomique constitué non seulement de protons (charges positives), mais aussi de neutrons (charges neutres).

L'empressement de Chadwick à démontrer l'existence de particules neutres a été généré dans les années 1920. Cependant, à cette époque, le principal scientifique avait tenté à plusieurs reprises en vain. Une décennie plus tard, Chadwick reproduit les expériences d'Irène Joliot-Curie (fille de Marie Curie et Pierre Curie) et de Frédéric Joliot (époux d'Irène) en France.

Ces deux scientifiques avaient réussi à expulser des protons d'un échantillon de cire de paraffine en utilisant des rayons gamma.

Chadwick pensait que l'émission de rayons gamma contenait des particules neutres et que ces particules étaient celles qui avaient atteint l'échantillon de cire, induisant par la suite la libération de protons de la cire.

Par conséquent, il a essayé de reproduire ces expériences dans le laboratoire Cavendish et a utilisé du polonium - qui avait été utilisé par les Curie comme source de rayons gamma - pour irradier du béryllium avec des particules alpha.

Ensuite, ce rayonnement a frappé un échantillon similaire de cire de paraffine et les protons de cet échantillon ont été violemment expulsés du matériau.

Le comportement des protons a été observé à travers une petite chambre d'ionisation, adaptée à l'expérience par Chadwick lui-même.

Chadwick a détecté que le comportement des protons libérés par la cire ne pouvait être expliqué que si ces particules avaient touché d'autres particules électriquement neutres et avec une masse très similaire.

Deux semaines plus tard, James Chadwick publiait un article dans la revue scientifique La nature sur l'existence possible de neutrons.

Cependant, Chadwick a conçu le modèle initialement en considérant que le neutron était un arrangement composé d’un proton et d’un électron, qui généraient la charge neutre. Plus tard, le physicien allemand Werner Heisenberg a montré que le neutron était une particule unique et élémentaire.

Expériences

Après la découverte du neutron, Chadwick s’est attaché à aller plus loin dans la caractérisation de ce nouveau composant atomique.

La découverte du neutron et le modèle atomique de Chadwick ont ​​révolutionné la vision traditionnelle de la science, compte tenu des collisions de neutrons avec des noyaux atomiques et de l'expulsion de protons à l'extérieur de l'atome.

La décomposition bêta est un processus par lequel les particules bêta (électron ou positron) sont émises par le noyau de l'atome, afin d'équilibrer la présence de protons et de neutrons dans le noyau atomique.

Grâce à ce processus, de nombreuses expériences ont été menées dans le monde entier, motivées par la découverte de Chadwick, pour induire la conversion de certains neutrons en protons.

Parce que chaque élément chimique est identifié en fonction du nombre de protons qu'il possède, les expériences précédentes ont ouvert la porte à la création et / ou à la découverte de nouveaux éléments chimiques avec un plus grand nombre de protons à son actif.

Fission nucléaire

Chadwick a mis l'accent sur ses analyses ultérieures dans l'utilisation des neutrons pour diviser les atomes de noyaux lourds en plusieurs noyaux plus petits, par le biais du processus de fission nucléaire.

Elle est nommée de cette manière parce que la division se produit dans le noyau de l’atome et produit une très grande quantité d’énergie. Ce concept a été utilisé pour la conception d’armes nucléaires puissantes.

Chadwick a même financé l'achat d'un accélérateur de particules lors de son séjour à Liverpool. Pour cela, il a utilisé une partie des fonds obtenus en remportant le prix Nobel en 1935.

Les contributions de Chadwick à la science

Parmi les contributions de la science James Chadwick met en évidence la découverte du neutron, pour lequel il a remporté le prix Nobel de physique en 1935. Il a également participé à la construction de la bombe atomique aux États-Unis, a écrit au sujet du rayonnement provenant des substances radioactives et a découvert le tritium .

La découverte du neutron

Au cours de leurs investigations au laboratoire Cavendish de Cambridge, Rutherford et Chadwick ont ​​mené des expériences avec des particules alpha pour étudier la nature du noyau atomique. Il convient de noter que le noyau atomique a été découvert par Rutherford en 1911.

Ces investigations ont été réalisées en analysant un rayonnement jamais vu auparavant émanant du béryllium, lorsque ce matériau était exposé au bombardement de particules alpha.

Ce rayonnement était constitué de particules de masse très similaires à la masse du proton, mais sans charge électrique. Ces particules étaient appelées neutrons, en raison de la neutralité de leur composition.

Chadwick a fait cette découverte vers le milieu de 1932 et avec cela, il a défini les prémisses du modèle atomique de Chadwick, dont les détails sont détaillés dans la section suivante de cet article.

Recherche nucléaire

La découverte du neutron par Chadwick a ouvert la voie à la découverte de la fission nucléaire et au développement d’armes de guerre avec cette technologie.

Chadwick a constaté que, en bombardant l’atome d’un élément avec des neutrons, le noyau de ce matériau peut être pénétré et divisé, générant une quantité importante d’énergie.

À partir de là, Chadwick a annoncé le caractère inévitable de ce type de technologie pour le développement d’armes de guerre et s’est directement impliqué dans les questions diplomatiques liées à ce processus aux États-Unis. UU et l'Angleterre.

Chadwick a collaboré à la construction de la bombe atomique avec d’autres scientifiques américains et canadiens entre 1943 et 1945.

Il était chargé de diriger la délégation scientifique anglaise qui travaillait au laboratoire Los Alamos au Nouveau-Mexique, aux États-Unis. En 1939, les États-Unis ont ouvert une enquête sur le projet Manhattan, le nom de code donné à la bombe atomique.

Le président Franklin Delano Roosevelt a été mis en garde par les scientifiques nucléaires Edward Teller, Leo Szilard et Eugene Wigner, par Albert Einstein sur l'utilisation de la fission nucléaire pour la production de bombes par les nazis.

Découverte du tritium

Le scientifique anglais Joseph John Thomson avait déjà identifié le tritium en 1911, mais il pensait que c'était une molécule triatomique.

Ernest Rutherford l'avait déjà annoncé, mais ce n'est qu'en 1934 que Chadwick, travaillant pour l'équipe de Rutherford, l'a classé comme un isotope de l'hydrogène.

Le tritium est un isotope radioactif de l'hydrogène, dont le symbole est ³H. Il s'agit d'un noyau formé par un proton et deux neutrons.

Le tritium est généré par le bombardement de neutrons exempts de cibles d'azote, de lithium et de bore.

Facilitation de la fission de l'uranium 235

La découverte du neutron par James Chadwick a facilité la fission nucléaire; c'est-à-dire la séparation de l'uranium 235 de l'uranium -238, un élément chimique présent dans la nature.

L'enrichissement de l'uranium 235 est le processus auquel l'uranium naturel est soumis pour obtenir l'isotope 235 et produire de l'énergie nucléaire. La fission est une réaction nucléaire; c'est-à-dire qu'il est déclenché dans le noyau de l'atome.

Cette réaction chimique se produit quand un noyau lourd est divisé en deux ou plusieurs noyaux plus petits et dans certains produits tels que les photons (rayons gamma), les neutrons et d'autres fragments de base libre.

Traité sur le rayonnement des substances radioactives

En 1930, James Chadwick rédigea un traité sur le rayonnement des substances radioactives.

Chadwick a réussi à mesurer la masse du neutron et en a déduit qu'il était similaire au proton avec une différence: qu'il avait une charge électrique neutre.

Ensuite, il a conclu que le noyau atomique était composé de neutrons et de protons et que le nombre de protons était similaire à celui des électrons.

Ses travaux de recherche et les contributions au laboratoire de physique à l'Université de Manchester et l'Université de Cambridge en Angleterre, ont été la clé de la connaissance de l'énergie nucléaire et la construction du modèle atomique de Rutherford.

Articles d'intérêt

Modèle atomique de Schrödinger.

Modèle atomique de Broglie.

Modèle atomique de Heisenberg.

Modèle atomique de Perrin.

Modèle atomique de Thomson.

Modèle atomique de Dalton.

Modèle atomique de Dirac Jordan.

Modèle atomique de Démocrite.

Modèle atomique de Bohr.

Références

1. J. Chadwick, L'existence d'un neutron, Proc. Roy. Soc. A 136 (1932) Consulté le 18 décembre 2017 sur le site chemteam.info
2. Chadwick (1891-1974). Consulté sur losavancesdelaquimica.com
3. James Chadwick - biographie. Consulté sur buscabiografias.com
4. Pérez Aguirre, Gabriela. Chimie 1. Une approche constructiviste, volume 1. Consulté par books.google.com
5. James Chadwick Consulté sur es.wikipedia.org
6. Brown, Andrew (1997). Le neutron et la bombe: une biographie de Sir James Chadwick. Oxford University Press. Récupéré de amazon.co.uk
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8. James Chadwick (s.f.). Extrait de: atomicheritage.org
9. James Chadwick (s.f.). Extrait de: famousscientists.org
10. James Chadwick - Biographic (2014). Nobel Media AB. Extrait de: nobelprize.org
11. James Chadwick: Biographie et théorie atomique (s.f.). Récupéré de: study.com
12. Principes de la science physique (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Extrait de: britannica.com
13. Wikipedia, l'encyclopédie libre (2018). Découverte du neutron. Extrait de: en.wikipedia.org.