Бомбардировка, которая изменила мир: за что Джон Кокрофт получил свою Нобелевскую премию

Как выполнить «нобелевскую» работу на «примитивном» оборудовании, подтвердить правоту Эйнштейна и получить Нобелевскую премию, а затем «развести» Резерфорда на более крутой прибор и ничего на нем не сделать, читайте в рубрике «Как получить Нобелевку».

Джон Дуглас Кокрофт

Родился 21 мая 1897 года, Тодморден, Йоркшир, Великобритания

Умер 18 сентября 1967 года, Кембридж, Великобритания

Нобелевская премия по физике 1951 года (совместно с Эрнестом Уолтоном). Формулировка Нобелевского комитета: «За исследовательскую работу по превращению атомных ядер с помощью искусственно ускоряемых атомных частиц» (for their pioneer work on the transmutation of atomic nuclei by artificially accelerated atomic particles).

Джон Дуглас Кокрофт был старшим сыном мельника Джона Артура Кокрофта и его жены Мод. Впрочем, мы, разумеется, не будем рассказывать о коте в сапогах. Тем более, что сыновей было пятеро (после Джона родились Эрик, Филипп, Кит и Лайонел), и трое из них преспокойно продолжили отцовское дело, став шестым поколением мельников Кокрофтов.

То, что Джон не станет мельником, стало понятно сразу: слишком большие успехи он делал в школе Тордмордена как в учебе, так и в спорте (он играл за школьные команды по футболу и крикету). Неудивительно, что Кокрофт-самый-старший-из-Кокрофтов-младших легко выиграл стипендию на обучение в Манчестерском университете. Кстати, школа дала ему не только стипендию и прекрасную физическую форму. В старших классах он водил нежнейшую дружбу с Юнис Элизабет Кребтри, на которой он женился в 1925 году и которая родила ему пятерых детей: четырех дочек и сына.

Кокрофт поступил в Манчестер для того, чтобы изучать математику, но сделал это в очень нужное время: там преподавал Эрнест Резерфорд. Так что самая передовая физика того времени лилась на подготовленный ум Кокрофта, что называется, из первых уст.

Правда, как большинству великих ученых первой половины ХХ века, Кокрофту пришлось прерваться на войну. Он честно отслужил добровольцем с 1915 по 1918 год: воевал на Западном фронте и продвинулся по службе от сигнальщика до офицера Королевской полевой артиллерии.

Степень бакалавра Кокрофт получил только в 1924 году, через десять лет после поступления в университет. И пошел работать к тому, кто увлек его физикой, — к Резерфорду в Кавендишскую лабораторию, которая дала миру огромное количество нобелевских лауреатов, включая нашего Петра Капицу, с которым Кокрофт и приступил к работе. Они занимались получением сверхмощных магнитных полей.

Затем Кокрофт вместе с коллегой Эрнестом Уолтоном занялся ядерной физикой. Тогда все были одержимы идеей осуществить превращения элементов: Резерфорд уже получил кислород из азота бомбардировкой альфа-частицами. Но можно же, наоборот, расщепить ядро? Для этого нужно столкнуть, слить два ядра атома, две положительно заряженные частицы. Расчеты показывали, что для этого нужны огромные скорости.

Вот что пишет одна из биографий Кокрофта: «Многие ученые и в Европе, и в Соединенных Штатах наперегонки стремились добиться большего ускорения частиц, используя два различных подхода. В так называемом прямом методе энергия получалась с помощью единичного высоковольтного электрического импульса. В другом методе частицы ускорялись, проходя циклически через низковольтное поле несколько раз. Из двух методов циклический казался большинству исследователей более обнадеживающим: хотя для него требовалось более сложное оборудование, зато здесь использовалось вполне доступное напряжение, тогда как в прямом методе необходимое высокое напряжение было трудно получить на оборудовании того времени.

Вдохновленный теориями физика русского происхождения Георгия Гамова, Кокрофт решился развивать прямой метод. Гамов с помощью квантовой механики подсчитал, что, поскольку субатомные частицы обладают волновыми свойствами, они время от времени смогут проникать сквозь ядерный барьер, даже когда их энергии не хватает для его преодоления. Уравнения Гамова объясняли, как альфа-частицы могут покидать ядра радиоактивных элементов; однако Кокрофт понял, что те же принципы позволяют другим частицам проникать в ядро с помощью энергии, существенно меньшей, чем считалось ранее».

Все делалось «на коленке»; Резерфорд славился тем, что получал великие результаты самыми простыми установками. Чтобы получить высокие напряжения, Кокрофт с Уолтоном создали соответствующий умножитель напряжения, который и поныне носит название «генератор Кокрофта — Уолтона». А их коллега Марк Олифант сумел создать для него источник протона.

14 апреля 1932 года мир изменился. Бомбардировка атомов лития пучком протона привела к тому, что, поглотив протон, литий-7 «развалился» на две альфа-частицы, на два атома гелия, а излишек массы превратился в 17,2 МэВ энергии — в полном соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна. Впервые в мире было проведено расщепление атомного ядра. Открылся путь к атомной бомбе и атомной электростанции.

Кокрофт с Уолтоном прекрасно понимали, что их «ускоритель» очень плох, и, чтобы развить успех, насели на Резерфорда: купи да купи нам модную американскую игрушку Эрнеста Лоуренса, циклотрон. Резерфорд сопротивлялся, но уступил. Сбил цену, получил 250 000 фунтов у Лорда Остина, но купил. Даже согласился на строительство нового крыла Мондовской лаборатории, которую Кокрофт возглавил после того, как Капицу оставили в СССР.

Заказали 36-дюймовый (910 миллиметров) циклотрон. Олифант, который боялся, что этого не хватит, заказал постройку в Бирмингеме 60-дюймового циклотрона. Однако началась Вторая мировая война. В это время Кокрофт разрабатывал радары для армии Его Величества и активно участвовал в атомном проекте Великобритании и США. Когда война завершилась, оба ускорителя безнадежно устарели.

Спустя шесть лет наконец-то пришла Нобелевская премия. По меркам 2018 года, Кокрофт и Уолтон ждали «всего ничего» — какие-то жалкие 19 лет.

Во время представления лауреатов Ивар Валлер из Королевской академии наук Швеции сказал: «Работа Кокрофта и Уолтона подтвердила справедливость закона Эйнштейна, касающегося эквивалентности массы и энергии. При трансмутации лития освобождается энергия, поскольку общая кинетическая энергия полученных ядер гелия превосходит энергию исходных ядер. Согласно закону Эйнштейна, это увеличение энергии вызвано соответствующей потерей массы атомных ядер».

За это время мир изменился необратимо. Уже прошли бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, СССР уже взорвал свою атомную бомбу, вот-вот взорвутся термоядерные американский Иви Майк и наша РДС-47… Кокрофт приложил все силы к тому, чтобы атом в своем реальном применении оставался мирным. Последние годы он сам активно участвовал в разработке и строительстве атомных электростанций. В том числе второй в мире (после нашей Обнинской АЭС) электростанции в Колдер-Холле.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.