Ernest Walton Kimdir ? Hayatı Ve Biyografisi

Doğum tarihi: 6 Ekim 1903, Dungarvan, İrlanda

Ölüm tarihi ve yeri: 25 Haziran 1995, Belfast, Birleşik Krallık 

Ernest Walton Kimdir ?

Fizikçi Ernest Walton (1903-1995), bir atom çekirdeğinin radyoaktif elementler kullanılmadan ilk yapay parçalanmasının başarısını paylaştı. Bu çalışma için Walton ve John D. Cockroft, 1951 Nobel Fizik Ödülü’nü paylaştı.

Ernest Walton, radyoaktif elementler kullanılmadan bir atom çekirdeğinin ilk yapay parçalanmasını fizikçi John D. Cockcroft ile başarmasıyla tanınan İrlandalı bir deneysel fizikçiydi. Buluşları, bir proton demetini (pozitif elektrik yükü taşıyan atom çekirdeğinin temel parçacıkları) yapay olarak hızlandırarak ve onu bilinen en hafif metallerden biri olan lityum hedefine hedefleyerek gerçekleştirildi. Alfa parçacıklarının, yani belirli radyoaktif maddeler tarafından salınan pozitif yüklü parçacıkların emisyonu, yalnızca bazı protonların lityum atomlarının çekirdeklerine girmeyi başardığını değil, aynı zamanda bunların bir şekilde lityum atomlarıyla birleşip parçalandıklarını da gösteriyordu. yeni bir şeye dönüştü. Süreç verimli bir enerji üreticisi olmamasına rağmen, Walton ve Cockcroft’un çalışmaları birçok teorik ve pratik gelişmeyi teşvik etti ve nükleer fiziğin tüm seyrini etkiledi. Öncü çalışmaları için Walton ve Cockcroft, 1951 Nobel Fizik Ödülü’nü paylaştı.

Ernest Thomas Sinton Walton, 6 Ekim 1903’te İrlanda Cumhuriyeti’nde, County Waterford, Dungarven’de doğdu. Babası John Arthur Walton Metodist bir papazdı, annesi Anna Elizabeth (Sinton) Walton ise iki yüz yılı aşkın bir süredir Armagh’ta aynı evde yaşayan çok eski bir Ulster ailesindendi. Genç Walton, bilim ve matematik için bir yetenek sergilediği Belfast Metodist Koleji’nde okula gönderildi. O halde, 1922’de Dublin’deki Trinity College’da matematik ve deneysel bilim dallarına kaydolmaya karar vermesi şaşırtıcı değildi.

Ertesi yıl Clerk Maxwell araştırma bursuyla İngiltere’deki Cambridge Üniversitesi’ne gitti. Orada, Yeni Zelanda doğumlu büyük fizikçi Ernest Rutherford’un başkanlığındaki dünyaca ünlü Cavendish Laboratuvarı’na katıldı. Walton’a bir bodrum katındaki sıkışık laboratuvar alanı tahsis edildi. Odası lüksten daha az olsa da, en azından fizikçiler TE Allibone ve John D. Cockcroft gibi yakın bir dostluk kurduğu oda arkadaşlarına sahip olduğu için kutsanmıştı. Walton, atom bombasının geliştirilmesinin önünü açacak bir proje için, ikincisi ile işbirliği içinde bilimsel tarih yazmaya devam edecekti. Rutherford’un önerisiyle, Walton, bir nükleer parçalanma yöntemi olarak değişen dairesel bir manyetik alan tarafından üretilen elektrik alanında onları döndürerek elektronların (atomun negatif yüklü parçacıkları) hızını artırmaya çalıştı. Yöntem başarılı olmamasına rağmen, dönen elektronların yörüngelerinin kararlılığını ve minimum alet ve malzeme ile hızlanan bir makine yaratmanın tasarım ve mühendislik problemlerini çözebildi. Walton’ın daha sonra yaptığı bu erken çalışma, elektronların hızla değişen bir manyetik alanın endüktif etkisiyle hareket ettirildiği bir parçacık hızlandırıcı olan betatron’un geliştirilmesine yol açtı. ve minimum araç ve malzeme ile hızlanan bir makine yaratmanın tasarım ve mühendislik sorunları. Walton’ın daha sonra yaptığı bu erken çalışma, elektronların hızla değişen bir manyetik alanın endüktif etkisiyle hareket ettirildiği bir parçacık hızlandırıcı olan betatron’un geliştirilmesine yol açtı. ve minimum araç ve malzeme ile hızlanan bir makine yaratmanın tasarım ve mühendislik sorunları. Walton’ın daha sonra yaptığı bu erken çalışma, elektronların hızla değişen bir manyetik alanın endüktif etkisiyle hareket ettirildiği bir parçacık hızlandırıcı olan betatron’un geliştirilmesine yol açtı.

Ardından, Walton yüksek frekanslı bir lineer hızlandırıcı yapmaya çalıştı. Amacı, atom çekirdeğinin çeşitli yönlerine ışık tutmak için kullanılabilecek yüksek hızda hareket eden bir alfa parçacıkları akışı üretmekti. Rutherford uzun zamandır böyle bir alfa parçacıkları kaynağına sahip olmaya hevesliydi, ancak herhangi bir kısa vadeli buluştan ümidi kesmişti. Walton’ın çalışması ilerledikçe, Rutherford’un dileği beklediğinden daha erken gerçekleşti.

İhtiyaç duyulan şey, soruna temelde farklı bir bakış açısıydı. Walton ve Cavendish’teki meslektaşları, elektronları bir atom çekirdeğine nüfuz etmelerini sağlamak için yeterli bir hıza hızlandırmaya çalışıyorlardı. Çekirdeklerin itici yüküne karşı koymak için bu kadar yüksek hızların gerekli olduğuna inanıyorlardı. Hızlanan elektronların kelimenin tam anlamıyla kendi yollarına zorbalıkla gireceğini düşündüler. Ancak, bu kadar yüksek hızlara ulaşmak söylemesi yapmaktan daha kolaydı. O zamanlar bir deşarj tüpünde (ışık şeklinde bir elektrik deşarjı ileten bir gaz veya metal buharı içeren bir tüp) üretilmesi imkansız olan yaklaşık dört milyon volt gibi muazzam miktarda elektriğin uygulanmasını gerektiriyordu. 1929’da Rus fizikçi George Gamow Cavendish laboratuvarını ziyaret ettiğinde çok önemli bir atılım gerçekleşti. Kopenhag’da fizikçi Niels Bohr ile birlikte, parçacıkların potansiyel engelleri aşmak yerine içinden geçtiğine inandıkları, parçacıkların nüfuz etmesine ilişkin bir dalga-mekanik teorisi geliştirmişti. Bu, milyonlarca yerine yaklaşık 500.000 voltla itilen parçacıkların, yeterince büyük sayılarda mevcutsa muhtemelen bariyeri aşıp çekirdeğe girebileceği anlamına geliyordu. Yani, gözlemlenebilecek atomik parçalanmalar üretmek için binlerce milyonlarca hareketli parçacıktan oluşan bir ışına ihtiyaç duyulacaktır. Yeterince büyük sayılarda bulunursa muhtemelen bariyere nüfuz edebilir ve çekirdeğe girebilir. Yani, gözlemlenebilecek atomik parçalanmalar üretmek için binlerce milyonlarca hareketli parçacıktan oluşan bir ışına ihtiyaç duyulacaktır. Yeterince büyük sayılarda bulunursa muhtemelen bariyere nüfuz edebilir ve çekirdeğe girebilir. Yani, gözlemlenebilecek atomik parçalanmalar üretmek için binlerce milyonlarca hareketli parçacıktan oluşan bir ışına ihtiyaç duyulacaktır.

Rutherford, Walton ve Cockcroft’a varsayımı test etmeleri için izin verdi. Bu, onlara olan güveninin bir ölçüsüydü – atomik parçacıkları hızlandırmalarını sağlamak için inşa ettikleri yüksek voltajlı aparatın inşası yaklaşık 1.000 sterline (İngiliz sterlini) mal oldu. O günlerde çok büyük bir meblağdı ve laboratuvarın neredeyse tüm yıllık bütçesini oluşturuyordu.

Türünün şimdiye kadar yapılmış ilk örneği olan ve bugün South Kensington’daki Londra Bilim Müzesi’nde sergilenen makine, iki yığın büyük kondansatör (veya bugün kapasitörler olarak adlandırılacak şey) ile geliştirilmiş sıradan bir transformatörden yapıldı. elektronik bir anahtar vasıtasıyla açılıp kapatılabilir. Bu düzenleme, bir elektrik deşarj tüpüne yönlendirilen yarım milyon volta kadar üretti. Tüpün tepesinde protonlar üretildi. Protonların hızı, tüplerin altındaki herhangi bir işareti vurmak için kullanılabilecek bir ışın haline getirildi. Bugünün standartlarına göre ilkel olarak kabul edilse de, aparatları aslında eski moda benzin pompalarından, yassı metal levhalardan, plastikten ve vakum pompalarından alınan cam silindirlerden bir araya getirilmiş ustaca bir yapıydı. Boşaltma tüpü tarafından üretilen akım, bir amperin neredeyse yüz binde biri kadardı, bu da saniyede yaklaşık 50 milyon protonun üretildiği anlamına geliyordu. Böylesine büyük ve sıkı bir şekilde kontrol edilen bir parçacık kaynağının mevcudiyeti – örneğin bir radyoaktif kaynak tarafından üretilenle karşılaştırıldığında – hızlanan atomik parçacıkların bir çekirdeğin içine girme olasılığını büyük ölçüde artırdı.

1931’in ortalarında, deneyleri henüz ilk aşamalarındayken, Walton ve Cockcroft, fiziksel kimyagerler tarafından ele geçirildiğinde yer altı bodrumlarını boşaltmak zorunda kaldılar. Enstalasyonlarını yapısökümüne uğratmak ve yeniden inşa etmek zorunda kaldılar. Olduğu gibi, şanslı bir mola olduğu ortaya çıktı. Yeni laboratuvarları, amaçlarına çok daha uygun yüksek tavanlı eski bir amfiydi. Walton ve Cockcroft devasa aparatlarını yeniden birleştirmeye gittiklerinde, birkaç değişiklik yapma fırsatını kullandılar. Bu kez, Cockcroft’un yeni geliştirdiği yeni bir voltaj çoğaltma devresini cihazlarına dahil ettiler. Sadece beş veya altı yüz voltluk sabit bir akım üretmeleri 1931’in sonuna kadar sürdü.

Hızlandırıcı nihayet tamamlandığında, hızlandırılmış proton akışı kullanarak bir atom çekirdeğini delmeye çalışmanın zahmetli sürecini yeniden başlattılar. Her iki tarafındaki alfa parçacıklarını gözlemlemek için proton demetinin karşısına eğik olarak ince bir lityum hedef yerleştirdiler. Üretileceğini umdukları alfa parçacıklarını tespit etmek için, Rutherford’dan ödünç aldıkları bir teknik olan düşük güçlü bir mikroskopla gözlemledikleri çinko sülfitten yapılmış küçük bir ekran kurdular.

1932’nin ilk birkaç ayı, kurulumu daha güvenilir kılmak ve hızlandırılmış protonların menzilini ve hızını ölçmekle geçti. 13 Nisan 1932’ye kadar bir atılım gerçekleştirdiler. O önemli tarihte, Walton ilk olarak deneyinin başarılı olduğunu fark etti. Minik ekranda, parıldama adı verilen parlamalar saptadı. Bunlar, sadece proton buharının atom çekirdeklerini delmeyi başardığını değil, aynı zamanda bu süreçte bir dönüşümün meydana geldiğini de gösteriyordu. Hızlanan protonlar, lityum hedefle birleşerek yeni bir madde, ekranda parıldamalar olarak beliren alfa parçacıkları üretti.

Walton ve Cockcroft, her biri bir anahtarla çalıştırılan iki kalemli bir kağıt kayıt cihazı kullanarak bu gözlemleri doğruladı. Walton bir tuşa, Cockcroft diğer tuşa çalıştı. Her ikisi de bir flaş fark ettiğinde, tuşuna bastı. Her iki tuşa da sürekli olarak aynı anda basıldığından, alfaların çiftler halinde yayıldığı açıktı. Bunun anlamı, yedi kütleye ve üç yüke sahip lityum çekirdeğinin, hızlandırılmış bir protonla temas ettiğinde, her biri dört kütle ve iki yük olan iki alfa parçacığına bölündüğü idi. Dönüşümde, lityum kütlesinin yaklaşık yüzde dörtte birine eşdeğer küçük bir miktar enerji kaybedildi.

Walton ve Cockcroft’un başarısı birçok yönden çığır açıcı ve tarihiydi. İlk kez, herhangi birinin bir atom çekirdeğinde tamamen insan kontrolü altında bir değişiklik ürettiğini temsil ediyordu. Ayrıca yeni bir enerji kaynağı keşfetmişlerdi. Dahası, George Gamow’un, elektrik yüklerinin itmesine rağmen parçacıkların bir çekirdeğe tüneller açabileceği veya oyuklara girebileceği teorisini doğrulamışlardı. Ve son olarak, fizikçi Albert Einstein’ın enerji ve kütlenin birbirinin yerine geçebileceği teorisinin değerli bir teyidini sağladılar. Protonun enerjisi hesaba katıldığında, alfa parçacıklarının ekstra enerjisi, tam olarak kütle kaybına karşılık geliyordu.

Walton ve Cockcroft’un başarısı Nature’da yayınlanan bir mektupta ve daha sonra 15 Haziran 1932’de Royal Society of London’ın bir toplantısında duyuruldu. uranyum, en ağırı. Hepsi alfa parçacıkları üretti, ancak en muhteşem sonuçlar flor, lityum ve bordan elde edildi. Haber tüm dünyada sansasyon yarattı. Keşiflerinin bir sonucu olarak, Walton ve Cockcroft, 1933’te uluslararası fizikçilerin önemli bir toplantısı olan Solvay Konferansı’nda ve 1934’te Londra’da düzenlenen Uluslararası Fizik Konferansı’nda yıldızların ilgi odağı oldular.

Walton ve Cockcroft’un parçacık hızlandırıcısı, aralarında Cavendish’te meslektaş fizikçi Marcus Oliphant tarafından yapılan model de dahil olmak üzere çok daha karmaşık modeller üretti. Daha bol miktarda parçacık üretebiliyordu; sadece protonlar değil, aynı zamanda döteronlar (ağır hidrojen çekirdekleri). Bununla, birçok çığır açan nükleer dönüşüm gerçekleştirildi. Buluşları aynı zamanda Amerikalı nükleer fizikçi Ernest Orlando Lawrence’a muazzam hızlara ulaşabilen döngüsel bir hızlandırıcı olan bir siklotron inşa etmesi için ilham verdi. Yirminci yüzyılın sonlarında bilim adamları, Walton ve Cockcroft’un kullandığı ekipmanı ilkel olarak görseler de, parçacık hızlandırıcının arkasındaki temel fikir aynı kaldı.

1932’de Walton, Cambridge’den doktora derecesini aldı ve iki yıl sonra Trinity College’ın bir üyesi olarak Dublin’e döndü, itibarı ondan önce geldi. Aynı yıl, Belfast Metodist Koleji’nin eski bir öğrencisi olan Winifreda Wilson ile evlendi. Alan, Marian, Philip ve Jean adında iki oğulları ve iki kızları oldu.

Sonraki birkaç yıl Walton için oldukça olaysız geçti. Eski ortağı John D. Cockcroft yüksek profilli bir pozisyondan diğerine geçerken, Walton fiziğin ana akımından biraz uzak kalmayı tercih etti. Bunun yerine departmanının mükemmellik konusundaki itibarını oluşturmaya odaklandı. Çabaları, 1946’da Erasmus Smith Doğa ve Deneysel Felsefe Profesörü olarak atandığında ödüllendirildi.

1951’de, nükleer fiziğin çehresini değiştiren atılımı gerçekleştirdikten neredeyse yirmi yıl sonra, Walton ve Cockcroft nihayet birçok kişinin geciktiğine inandığı kabulü başardılar. Nobel Fizik Ödülü, atom çekirdeğinin yapay olarak hızlandırılmış atomik parçacıklar tarafından dönüştürülmesi konusundaki öncü çalışmalarından dolayı ortaklaşa verildi. Ertesi yıl, Walton, Dublin İleri Araştırmalar Enstitüsü’nün Kozmik Fizik Okulu’nun başkanı oldu. 1960 yılında Trinity College kıdemli üyesi seçildi.

Ernest Walton, bilimsel çalışmalarının dışında hükümet, kilise, araştırma ve standartlar, bilimsel akademiler ve Royal City of Dublin Hastanesi ile ilgili komitelerde aktif olarak yer aldı. 25 Haziran 1995’te 91 yaşında öldü.