Ирен и Жан Фредерик Жолио-Кюри — жизнь во имя науки
Ирен и Жан Фредерик Жолио-Кюри — жизнь во имя науки
Ирен и Жан Фредерик Жолио-Кюри — жизнь во имя науки
Министерство образования и науки
РЕФЕРАТ ПО ХИМИИ
«ИРЕН И ЖАН ФРЕДЕРИК ЖОЛИО-КЮРИ.
ЖИЗНЬ ВО ИМЯ НАУКИ»
Выполнил
Проверил
-2007
ЖОЛИО-КЮРИ (Joliot-Curie), Ирен
12 сентября 1897 г. – 17 марта 1956 г.
Нобелевская премия по химии, 1935 г.
(совместно с Фредериком Жолио)
Французский физик Ирен Жолио-Кюри родилась в Париже. Она была старшей из двух дочерей Пьера Кюри и Марии Склодовской-Кюри. Мари 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 г. и помогал Парижской коммуне в 1871 г. 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 Кюри начала заниматься в кооперативной школе, организованной матерью и несколькими ее коллегами, в т.ч. физиками Полем Ланжевеном и Жаном Перреном, 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). Однако она на несколько месяцев прервала свою учебу, т.к. работала медицинской сестрой в военном госпитале, помогая матери делать рентгенограммы.
По окончании войны Ирен Кюри стала работать ассистентом-исследователем в Институте радия, который возглавляла ее мать, а с 1921 г. 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 г. за исследование этих частиц Ирен Кюри была присуждена докторская степень.
Самое значительное из проведенных ею исследований началось несколькими годами позже, после того как в 1926 г. она вышла замуж за своего коллегу, ассистента Института радия Фредерика Жолио. В 1930 г. немецкий физик Вальтер Боте обнаружил, что некоторые легкие элементы (среди них бериллий и бор) испускают мощную радиацию при бомбардировке их альфа-частицами. Заинтересовавшись проблемами, которые возникли в результате этого открытия, супруги Жолио-Кюри (как они себя называли) приготовили особенно мощный источник полония для получения альфа-частиц и применили сконструированную Жолио чувствительную конденсационную камеру, с тем чтобы фиксировать проникающую радиацию, которая возникала таким образом.
Они обнаружили, что когда между бериллием или бором и детектором помещается пластинка водородсодержащего вещества, то наблюдаемый уровень радиации увеличивается почти вдвое. Супруги Жолио-Кюри объяснили возникновение этого эффекта тем, что проникающая радиация выбивает отдельные атомы водорода, придавая им огромную скорость. Несмотря на то что ни Ирен, ни Фредерик, не поняли сути этого процесса, проведенные ими тщательные измерения проложили путь для открытия в 1932 г. Джеймсом Чедвиком нейтрона – электрически нейтральной составной части большинства атомных ядер.
Продолжая исследования, супруги Жолио-Кюри пришли к своему самому значительному открытию. Подвергая бомбардировке альфа-частицами бор и алюминий, они изучали выход позитронов (положительно заряженных частиц, которые во всех остальных отношениях напоминают отрицательно заряженные электроны), впервые открытых в 1932 г. американским физиком Карлом Д. Андерсоном. Закрыв отверстие детектора тонким слоем алюминиевой фольги, они облучили образцы алюминия и бора альфа-частицами. К их удивлению, выход позитронов продолжался в течение нескольких минут после того, как был удален полониевый источник альфа-частиц. Позднее Жолио-Кюри пришли к убеждению, что часть алюминия и бора в подвергнутых анализу образцах превратилась в новые химические элементы. Более того, эти новые элементы были радиоактивными поглощая 2 протона и 2 нейтрона альфа-частиц, алюминий превратился в радиоактивный фосфор, а бор – в радиоактивный изотоп азота. В течение непродолжительного времени Жолио-Кюри получили много новых радиоактивных элементов.
В 1935 г. Ирен Жолио-Кюри и Фредерику Жолио совместно была присуждена Нобелевская премия по химии «за выполненный синтез новых радиоактивных элементов». Во вступительной речи от имени Шведской королевской академии наук К.В. Пальмайер напомнил Жолио-Кюри о том, как 24 года назад она присутствовала на подобной церемонии, когда Нобелевскую премию по химии получала ее мать. «В сотрудничестве с вашим мужем,– сказал Пальмайер,– вы достойно продолжаете эту блестящую традицию».
Через год после получения Нобелевской премии Жолио-Кюри стала полным профессором Сорбонны, где читала лекции начиная с 1932 г. Она также сохранила за собой должность в Институте радия и продолжала заниматься исследованиями радиоактивности. В конце 30-х гг. Жолио-Кюри, работая с ураном, сделала несколько важных открытий и вплотную подошла к обнаружению того, что при бомбардировке нейтронами происходит распад (расщепление) атома урана. Повторив те же самые опыты, немецкий физик Отто Ган и его коллеги Фриц Штрасман и Лизе Майтнер в 1938 г. добились расщепления атома урана. Между тем Жолио-Кюри начала все большее внимание уделять политической деятельности и в 1936 г. в течение четырех месяцев работала помощником статс-секретаря по научно-исследовательским делам в правительстве Леона Блюма. Несмотря на германскую оккупацию Франции в 1940 г., Жолио-Кюри и ее муж остались в Париже, где Жолио участвовал в движении Сопротивления. В 1944 г. у гестапо появились подозрения в отношении его деятельности, и, когда он в том же году ушел в подполье, Жолио-Кюри с двумя детьми бежала в Швейцарию, где они оставались до освобождения Франции.
В 1946 г. Жолио-Кюри была назначена директором Института радия. Кроме того, с 1946 по 1950 г. она работала в Комиссариате по атомной энергии Франции. Всегда глубоко озабоченная проблемами социального и интеллектуального прогресса женщин, она входила в Национальный комитет Союза французских женщин и работала во Всемирном Совете Мира. К началу 50-х гг. ее здоровье стало ухудшаться, вероятно, в результате полученной ею дозы радиоактивности. Жолио-Кюри умерла в Париже 17 марта 1956 г. от острой лейкемии.
Высокая худенькая женщина, прославившаяся своим терпением и ровным характером, Жолио-Кюри очень любила плавать, ходить на лыжах и совершать прогулки в горы. Помимо Нобелевской премии, она была удостоена почетных степеней многих университетов и состояла во многих научных обществах. В 1940 г. ей была вручена золотая медаль Барнарда за выдающиеся научные заслуги, присужденная Колумбийским университетом. Жолио-Кюри была кавалером ордена Почетного легиона Франции.
ЖОЛИО (Joliot), Жан Фредерик
19 марта 1900 г. – 14 августа 1958 г.
Нобелевская премия по химии, 1935 г.
(совместно с Ирен Жолио-Кюри)
Французский физик Жан Фредерик Жолио родился в Париже. Он был младшим из шести детей в семье процветающего коммерсанта Анри Жолио и Эмилии (Родерер) Жолио, которая происходила из зажиточной протестантской семьи из Эльзаса. В 1910 г. мальчика отдали учиться в лицей Лаканаль, провинциальную школу-интернат, но семь лет спустя после смерти отца он вернулся в Париж и стал студентом Эколь примэр сюперьер Лавуазье. Решив посвятить себя научной карьере, Жолио в 1920 г. поступил в Высшую школу физики и прикладной химии в Париже и через три года окончил ее лучше всех в группе.
Полученный Жолио диплом инженера говорил о том, что в образовании будущего ученого превалировало практическое применение химии и физики. Однако интересы Жолио лежали скорее в области фундаментальных научных исследований, что в значительной мере объяснялось влиянием одного из его учителей в Высшей школе физики и прикладной химии – французского физика Поля Ланжевена. Закончив прохождение обязательной воинской службы, Жолио, обсудив с Ланжевеном свои планы на будущее, получил совет попробовать занять должность ассистента у Марии Кюри в Институте радия Парижского университета.
Жолио последовал совету и в начале 1925 г. приступил к своим новым обязанностям в этом институте, где, работая препаратором, продолжал изучать химию и физику. В следующем году он женился на Ирен Кюри, дочери Марии и Пьера Кюри, которая тоже работала в этом институте. С замужеством фамилия Ирен изменилась на Жолио-Кюри. У супругов родились сын и дочь, и оба они стали учеными. А Жолио, получив степень лиценциата (равносильную степени магистра наук), продолжил свою работу и в 1930 г. был удостоен докторского звания за исследование электрохимических свойств радиоактивного элемента полония.
Попытки найти академическую должность не увенчались успехом, и Жолио уже совсем было решил вернуться к работе химика-практика на промышленном производстве, но Жан Перрен помог ему выиграть правительственную стипендию, позволившую Жолио остаться в институте и продолжать исследования, связанные с воздействием радиации. В 1930 г. немецкий физик Вальтер Боте обнаружил, что некоторые легкие элементы, в частности бериллий и бор, испускают сильную проникающую радиацию при бомбардировке их движущимися с высокой скоростью ядрами гелия (позднее это было названо облучением альфа-радиацией), образующимися при распаде радиоактивного полония.
Знание инженерного дела помогло Жолио сконструировать чувствительный детектор с конденсационной камерой, с тем чтобы фиксировать эту проникающую радиацию, и приготовить образец с необычайно высокой концентрацией полония. С помощью этого аппарата супруги Жолио-Кюри (как они себя называли), начавшие свое сотрудничество в 1931 г., обнаружили, что тонкая пластинка водородсодержащего вещества, расположенная между облученным бериллием или бором и детектором, увеличивает первоначальную радиацию почти вдвое.
Дополнительные опыты показали им, что это добавочное излучение состоит из атомов водорода, которые в результате столкновения с проникающей радиацией высвобождаются, приобретая чрезвычайно высокую скорость. Хотя ни один из этих двух исследователей не понял сути процесса, тем не менее проведенные ими точные измерения привели к тому, что в 1932 г. Джеймс Чедвик открыл нейтрон – нейтральную частицу, входящую в состав атомного ядра.
Побочными продуктами при бомбардировке бора или алюминия альфа-частицами являются также позитроны (положительно заряженные электроны), которые в том же 1932 г. были обнаружены американским физиком Карлом Д. Андерсоном. Супруги Жолио-Кюри изучали эти частицы с конца 1932 г. – в течение всего 1933 г., а в самом начале 1934 г. начали новый эксперимент. Закрыв отверстие конденсационной камеры тонкой пластинкой алюминиевой фольги, они облучали образцы бора и алюминия альфа-радиацией. Как они и ожидали, позитроны действительно испускались, но, к их удивлению, эмиссия позитронов продолжалась в течение нескольких минут 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 альфа-частиц, 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, ясно было, что они созданы искусственным путем. Впоследствии супруги Жолио-Кюри синтезировали большое число новых радиоактивных элементов.
В 1935 г. Фредерику Жолио и Ирен Жолио-Кюри совместно была присуждена Нобелевская премия по химии «за выполненный синтез новых радиоактивных элементов». К.В. Пальмайер, представляя их от имени Шведской королевской академии наук, сказал «Благодаря вашим открытиям впервые стало возможным искусственное превращение одного элемента в другой, до тех пор неизвестный. Результаты проведенных вами исследований имеют важнейшее сугубо научное значение». «Но кроме того,– продолжал Пальмайер,– физиологи, врачи и все страдающее человечество надеются обрести благодаря вашим открытиям бесценные лекарственные препараты».
В своей Нобелевской лекции Жолио отметил, что применение искусственных радиоактивных элементов в качестве меченых атомов «упростит проблему нахождения и устранения различных элементов, существующих в живых организмах». Из накопленных сведений, сказал он, «можно сделать вывод, что не следует считать, будто несколько сотен атомов, образующих нашу планету, были созданы все одновременно и будут существовать вечно». Кроме того, добавил Жолио, «у нас есть основания полагать, что ученым… удастся осуществить превращения взрывного характера, настоящие химические цепные реакции», которые освободят огромное количество полезной энергии. «Однако, если разложение распространится на все элементы нашей планеты,– предупреждал ученый,– то последствия развязывания такого катаклизма могут только вызвать тревогу».
В 1937 г. Жолио, продолжая работать в Институте радия, одновременно занял и должность профессора в Коллеж де франс в Париже. Здесь он создал исследовательский центр ядерной физики и химии и основал новую лабораторию, где отделы физики, химии и биологии могли работать в тесном сотрудничестве. Кроме того, ученый контролировал строительство одного из первых во Франции циклотронов, в котором при проведении исследований в качестве источника альфа-частиц должны были использоваться радиоактивные элементы.
В 1939 г., вслед за открытием немецким химиком Отто Ганом возможности деления (расщепления) атома урана, Жолио нашел прямое физическое доказательство того, что такое деление носит взрывной характер. Признавая, что огромное количество энергии, высвобождаемой в процессе расщепления атома, может быть использовано в качестве источника энергии, он приобрел у Норвегии практически все имевшееся тогда количество тяжелой воды. Однако разразившаяся в это время вторая мировая война и оккупация Франции германскими армиями заставили его прервать исследования. Подвергая себя значительному риску, Жолио сумел тайно переправить имевшуюся в его распоряжении тяжелую воду в Англию, где она была использована английскими учеными в ходе предпринимавшихся ими усилий по разработке атомного оружия. Оставаясь в Париже в период оккупации, Жолио сохранил за собой посты в Институте радия и в Коллеж де Франс. Будучи активным членом движения Сопротивления, он использовал возможности своей лаборатории для изготовления взрывчатых веществ и радиоаппаратуры для борцов Сопротивления вплоть до 1944 г., когда ему самому пришлось скрываться.
После освобождения Парижа Жолио был назначен директором Национального центра научных исследований, на него была возложена ответственность за восстановление научного потенциала страны. В октябре 1945 г. Жолио убедил президента Шарля де Голля создать Комиссариат по атомной энергии Франции. Три года спустя он руководил пуском первого во Франции ядерного реактора. Несмотря на то что авторитет Жолио как ученого и администратора был чрезвычайно высок, его связь с коммунистической партией, в которую он вступил в 1942 г., вызывала недовольство, и в 1950 г. он был освобожден с поста руководителя Комиссариата по атомной энергии.
Теперь Жолио посвящал большую часть своего времени исследовательской работе в лаборатории и преподаванию. Оставаясь активным политическим деятелем, он был также президентом Всемирного Совета Мира. Смерть Ирен Жолио-Кюри в 1956 г. явилась для Жолио тяжелым ударом. Став ее преемником на посту директора Института радия и заменив ее на преподавательской работе в Сорбонне, он взял на себя также контроль над строительством нового института в Орсе, к югу от Парижа. Однако организм ученого был ослаблен из-за перенесенного двумя годами ранее вирусного гепатита, и 14 августа 1958 г. Жолио скончался в Париже после операции, связанной с внутренним кровоизлиянием.
Жолио характеризовали как человека чуткого, доброго и терпеливого. Он любил играть на пианино, рисовать пейзажи и читать. В последние годы жизни посвящал много времени политическим проблемам. В 1940 г. Колумбийский университет наградил ученого золотой медалью Барнарда за выдающиеся научные заслуги. Жолио был членом Французской академии наук и Медицинской академии Франции, а также иностранным членом многих научных обществ.