Ernest Rutherford (1871-1937), Yeni Zelandalı bir fizikçi olup, modern nükleer fizik alanının kurucusu olarak kabul edilir. Atom yapısı ve radyoaktivite üzerine yaptığı öncü çalışmalarla tanınır ve 1908'de Nobel Kimya Ödülü'nü kazanmıştır.
Hayatı
Ernest Rutherford, 30 Ağustos 1871'de Yeni Zelanda'nın Brightwater kasabasında doğdu. Eğitimine Yeni Zelanda'da başladı ve 1895'te Cambridge Üniversitesi'nde J.J. Thomson'ın laboratuvarında çalışmak üzere İngiltere'ye gitti. Bu dönemde radyasyon ve radyoaktif elementler üzerinde araştırmalar yapmaya başladı.
Rutherford, 1907 yılında Manchester Üniversitesi'ne profesör olarak atandı ve burada atom yapısı üzerine çalışmalarını sürdürdü. 1919'da Cambridge Üniversitesi'ne Cavendish Laboratuvarı'nın direktörü olarak geri döndü. 1937 yılında Cambridge'de hayatını kaybetti.
Çalışmaları
Rutherford'un çalışmaları, atom ve radyoaktivite konularında devrim niteliğinde buluşlar içerir. Öne çıkan bazı çalışmaları şunlardır:
Radyoaktivite Çalışmaları:
- Rutherford, radyoaktif elementlerin alfa ve beta ışınları yaydığını keşfetti.
- Radyoaktif bozunma yasalarını formüle etti ve bu süreçte radyoaktif elementlerin farklı elementlere dönüştüğünü gösterdi.
Atom Modeli:
- 1911'de, Rutherford atom modelini geliştirdi. Rutherford'un altın yaprak deneyleri, atomun merkezinde pozitif yüklü bir çekirdeğin bulunduğunu ve elektronların bu çekirdek etrafında döndüğünü gösterdi.
- Bu model, atomun büyük ölçüde boşluk olduğunu ve çekirdeğin atomun kütlesinin büyük bir kısmını oluşturduğunu ortaya koydu.
Protonun Keşfi:
- 1917'de, azot gazına alfa parçacıkları göndererek protonları keşfetti. Bu deney, ilk yapay nükleer reaksiyon olarak kabul edilir.
Nötronun Keşfi:
- Rutherford, öğrencisi James Chadwick'in nötronu keşfetmesinde önemli bir rol oynadı. Chadwick, 1932'de nötronu keşfettiğinde Rutherford'un çalışmaları ve önerileri büyük katkı sağladı.
Eserleri
Ernest Rutherford'un önemli eserleri ve yayınları şunlardır:
- "Radioactive Substances and Their Radiations" (1913): Radyoaktif maddeler ve bu maddelerin yaydığı radyasyonlar hakkında kapsamlı bir çalışma.
- "Radiations from Radioactive Substances" (1930): Radyoaktif maddelerin yaydığı radyasyon türleri üzerine detaylı bilgiler sunan bir eser.
Hakkında Bilgi
Ernest Rutherford, atom fiziği alanında yaptığı çalışmalarla modern bilime büyük katkılar sağlamıştır. Onun keşifleri ve geliştirdiği teoriler, nükleer fizik ve kimya alanlarında birçok ilerlemenin temelini oluşturmuştur. Rutherford'un etkisi, fizik biliminin yanı sıra kimya ve mühendislik alanlarında da geniş bir yelpazeye yayılmıştır.
Önemli Noktalar:
- Rutherford, radyoaktivitenin doğasını anlamamıza ve atomun yapısını keşfetmemize yardımcı olmuştur.
- Atomun çekirdek modelini geliştirmiş ve bu model, modern atom teorisinin temelini oluşturmuştur.
- Protonun keşfi ve nükleer reaksiyonların anlaşılması gibi buluşlarla nükleer fizik alanında devrim yaratmıştır.
Radyoaktif cisimlerin saldığı ışınlar
Rutherford ve Thomson, X ışınlarının bulunmasından hemen sonra başladıkları araştırmaları sonucunda, bu ışınların gazlar içinden geçerken büyük sayıda artı ve eksi yüklü parçacıkların ortaya çıkmasına, yani iyonlaşmaya yol açtığını belirlediler. Bu parçacıkların hızını ve birbirleriyle birleşerek yeniden gaz molekülleri oluşturma süresini saptamak için yöntemler geliştiren Rutherford, bu yöntemleri radyoaktifliğin incelenmesine uygulayarak, uranyumun da ışınım yaydığını ve iyonlaşmaya yol açtığını gösterdi. Bu radyoaktif elementin, maddeye girim gücü birbirinden farklı iki tür ışın saldığını gözlemleyerek, girim gücü düşük olan ve bir engelle kolayca durdurulabilen ışınlara “alfa” (α), birkaç milimetrelik alüminyum levhadan geçebilecek kadar yüksek girim gücü olanlarda da “beta”(β) ışınları admı verdi. Beta ışınlarının katot ışınlarıyla aynı nitelikte olduğu, yani elektronlardan oluştuğu kısa sürede anlaşıldı. 1900’de Fransız fizikçi Paul Villard (1860-1934), uranyumun, girim gücü çok yüksek olan ve X ışınlarına benzer özellikler gösteren üçüncü bir ışın saldığını saptayınca, bu ışınlara da “gamma”( γ ) ışınları adı verildi. Ancak, alfa ışınlarının niteliği henüz tam anlamıyla belirlenememişti. Rutherford, McGill Üniversitesi’nde kendisine sağlanan radyoaktif malzeme üzerinde çalışırken, bu ışınların çevresinde radyoaktif bir ortam oluştuğunu gözlemlemiş, bunun da ışınların yaydığı radyoaktif gazlardan ileri gelebileceğini düşünmüştü. Yaptığı yalın deneylerle uranyum, toryum gibi elementlerin gerçekten de radyoaktif gazlar saldığını kesinlikle saptadı ve bu gazlara emanasyon (uçun) adını verdi. Bu gazların, bir asal gaz olan radonun izotopları olduğu daha sonraki yıllarda anlaşılacaktı.
Elementlerin radyoaktifin yoluyla dönüşümü
Uranyum, toryum gibi elementlerin radyoaktif etkinliklerinde zaman içinde düzenli artış ya da düşüşlerin gözlenmesi üzerine Soddy ile birlikte bu konuya eğilen Rutherford, uzun araştırmalar sonucunda, bu elementlerin alfa ya da beta ışınları salarak radyoaktif bozunmaya uğradıklarında başka elementlere dönüştüklerini buldu. Bir radyoaktif element bozunarak başka bir radyoaktif elemente, o da bir başka elemente dönüşüyor, böylece sürüp giden ardışık dönüşümler dizisindeki bu elemender “ana, kız, torun…” biçiminde nitelendirilebilecek bir seri ya da bir aile oluşturuyordu. Bu dönüşüm sırasında, ilk elementin miktarı azalırken, dönüşüm ürünü olan yeni elementin miktarı artıyor ve bu azalıp artmalar kendi içinde dengelenerek radyoaktif etkinliğin belirli bir değerde kalmasını sağlıyordu. Rutherford’un Soddy, Hahn ve Yale Üniversitesi’nden Boltwood ile birlikte çalışarak vardığı bu sonuç, radyoaktifliğin niteliğinin açıklanmasının ötesinde, bir elementin başka bir elemente dönüştüğünü ilk kez ortaya koyması bakımından bilimde gerçek bir devrimi simgeliyordu. Rutherford bu çalışmaları sırasında, her radyoaktif elementin bozunarak başka bir elemente dönüşmesinin, o elemente özgü bir hızla gerçekleştiğini gözlemledi. Bu hızı yalın bir biçimde tanımlayabilmek amacıyla “yarı yaşam” ya da “yanlanma süresi” kavramını ortaya attı. Bir radyoaktif elementin belirli bir miktarının, dizide kendisinden hemen sonra gelen elemente, yani “kızma” dönüşerek yarıya inmesi için gereken süre olarak tanımlanan ve her element için farklı değerde olan yanlanma süresi, o elementi tanımaya yarayacak temel bir nitelik olarak büyük önem taşıyordu. Rutherford, radyoaktif elementlerin üç doğal aile içinde gruplandığım belirledi. Bu aileler, yanlanma süresi milyon ya da milyar yıl aşamasında olan, dolayısıyla yerkürenin oluşumundan bu yana tükenmeden gelebilen uranyum, toryum gibi elementlerle başlıyor, yeryüzünde bu elementlerin bulunduğu yerlerde rastlanan radyum, polonyum gibi yarılanma süresi uzunca olanların yanı sıra, milyonda bir saniye gibi çok kısa sürelerde yarılanan ve varlıkları ancak laboratuvar koşullarında saptanabilen elementlerden geçerek, radyoaktif olmadığı için başka bir elemente dönüşmeyen kurşunla son buluyordu. Uranyum, toryum ve aktinyum aileleri olarak anılan bu üç doğal aileye ek olarak, 1940’ların başında, tümüyle yapay izotoplan içeren ve neptünyum ailesi denilen dördüncü bir aile daha ortaya çıkarılmıştır.
Alfa (α) ışınlarının niteliği
Rutherford, alfa ışınlannın artı yüklü parçacıklardan oluştuğunun anlaşılmasından sonra, radyoaktif mineral yataklarından helyum gazı sızdığının gözlenmesinden yola çıkarak, hareketliliği az olan alfa parçacıklarının ağır olduğu bilinen helyum iyonları olabileceğini öngörmüş, bu parçacıklar için yükün kütleye bölümünü bularak bu öngörüsünü doğrulamıştı. Manchester’a geldikten sonra çalışmalarım bu konuda yoğunlaştırarak, alfa parçacıklarının geçebileceği kadar ince camdan yapılmış bir tüpün içine radon gazı doldurup, gazın saldığı alfa ışınlarını bu kez kalın camdan yapılmış bir tüpün içine hapsederek tayf analiziyle helyumun varlığını saptadı. Daha sonra Geiger ile birlikte gerçekleştirdiği deneylerle alfa parçacıklarının sayısını, çinko sülfür üzerine düşürülen parçacıkların oluşturduğu parıldamaları mikroskop altında tek tek sayarak, elektrikskop aracılığıyla ölçerek bir alfa parçacığının yükünün iki elektron yüküne eşit, ama pozitif olduğunu saptamayı başaran Rutherford, alfa parçacığının +2 yüklü helyum iyonu (iki elektronunu da kaybetmiş helyum çekirdeği) olduğunu belirledi. Rutherford ve Geiger, panltı sayma yöntemiyle elektronun yükünü, Avogadro sayısını ve başka evrensel sabitleri de saptamışlar ve bunlar için daha önce değişik yollardan bulunmuş olan değerlere vararak yöntemlerinin geçerliğini kanıtlamışlardı. Alfa parçacığının helyum çekirdeği olduğu böylece anlaşılınca, en yalın atom olan hidrojen atomunun çekirdeğini oluşturan parçacığın da bir temel parçacık olması gerektiğini öne sürerek bu parçacığa “proton” adını veren de Rutherford oldu.
Rutherford atom modeli
Rutherford daha sonra alfa parçacıklarının ince metal levhalardan geçişini incelemeye başladı. Alfa parçacığı artı yüklü olduğundan, levhanın içinden geçerken metal atomlarındaki artı yüklerin itici etkisiyle bu parçacığın sapmalara uğrayacağı düşünülüyor, ancak parçacığın kütlesi çok büyük olduğundan bu sapmaların çok hafif olması bekleniyordu. Rutherford’un öğrencisi Yeni Zelandalı fizikçi Emest Marsden (1889-1970), alfa parçacıklarının genel olarak çok küçük sapmalar göstermesine karşın, arada büyük açılarla sapan parçacıkların da bulunduğunu, hatta kimi zaman bir alfa parçacığının hareket yönünü değiştirip geriye döndüğünü gözlemledi. Rutherford’un deyimiyle “bir top mermisinin ince bir kâğıt tabakasına çarparak geri dönmesi” kadar şaşırtıcı olan bu olgu, o gün için geçerli olan atom modeline kesinlikle uymuyor, böylesine büyük kütleli alfa parçacığını bu denli saptırabilmesi için atomun içindeki bütün artı yüklerin ve kütlenin çok küçük bir hacimde yoğunlaşmış olması gerekiyordu. Rutherford’un bu görüşten yola çıkarak 1911’de tanımladığı çekirdekli atom modeli, onun fiziğe en büyük katkısıdır.
Yapay yoldan element dönüşümü
Elementlerin doğada radyoaktiflik yoluyla birbirlerine dönüştüklerini göstererek fizikte çığır açmış olan Rutherford, 1919’da ilk yapay dönüşümü de gerçekleştirmeyi başardı. Dört yıl önce Marsden, hidrojen üzerine alfa parçacıkları gönderildiğinde, bu parçacıkların erişemeyeceği uzaklıkta bulunan çinko sülfürde parıldamalara yol açan yeni parçacıkların ortaya çıktığını göstermişti. Bu parçacıkların, alfa ışınlarının iyonlaştırdığı hidrojen çekirdekleri (protonlar) olduğunu anlayan Rutherford, alfa parçacıklarını bu kez azot üzerine göndererek deneyi yineledi ve çinko sülfürde aynı parıltıların oluştuğunu gözlemledi. Bu olgunun tek açıklaması, alfa parçacığının azot çekirdeğine girerek bu atomu oksijen atomuna dönüştürmesi ve aradan bir proton fırlatması olabilirdi. Bu ilk yapay dönüşüm, atom ağırlığını element simgesinin üstüne, atom sayısını, yani çekirdekteki proton sayısını da simgenin altına yazarak
rutherford.png” border=”0″ alt=”” width=”295 59″ align=”left” />
denklemiyle gösterilebilir. Çekirdek tepkimesinin bu ilk örneği çekirdek fiziğinin başlangıcım müjdeliyor, insan eliyle bir elementin bir başka elemente dönüştürülmesi, bir bakıma, simyacıların Orta Çağ’daki düşünün gerçekleşmesi anlamına geliyordu.
Rutherford, yapıcı ve yönlendirici çabalarıyla, yönettiği laboratuvarlan, özellikle Cavendish Laboratuvarı’nı çekirdek fiziğinde en önemli buluşların gerçekleştirildiği öncü araştırma merkezleri durumuna getirmeyi başarmıştır. Thomson’m öğrencilerinden Wilson sis odasım, Aston kütle spektrografını Caven-dish’te gerçekleştirmişlerdi. Geiger’in geliştirdiği Geiger-Müller sayacı, Cockcroft ve Walton’m gerçekleştirdikleri parçacık hızlandırıcıları, Soddy’nin izotop kavramı, Moseley’in atom sayısı kavramı, Blackett’in çekirdek dönüşümlerini görüntülemeyi başarması, Chadwick’in nötronu bulması, Rutherford’un çevresinde oluşturduğu olağanüstü verimli ortamdan doğan önemli başarılara örnek olarak anılabilir.
• YAPITLAR (başlıca): Radio-Activity, 1904, (“Radyoaktiflik”); Radioactive Transformat’ıons, 1906, (“Radyoaktif Dönüşümler”); Radioactive Substances and Their Radiations, 1913, (“Radyoaktif Maddeler ve Işınımları”); Radiations from Radioactive Substances and Their Radiations, 1913, (“Radyoaktif Maddeler ve Işınımları”); Radiations from Radioactive Substances (J.Chadwick ve C.D. Ellis ile), 1930, (“Radyoaktif Maddelerin Işınımları”); The Newer Alchemy, 1937, (“Bugünün Simyası”); Collected Papers of Lord Rutherford of Nelson, (ö.s.), J.Chadwick (der.), 3 cilt, 1962-1965, (“Nelson Lordu Rutherford’un Toplu Makaleleri”).
• KAYNAKLAR: E.N. da C.Andrade, Rutherford and the Nature of the Atom, 1964; A.S. Eve, Rutherford, 1939; N.Feather, Lord Rutherford, 1940; R.McKown, Giant of the Atom. Emest Rutherford, 1962; J.Rowland, Emest Rutherford. Atom Pioneer, 1955.
Türk ve Dünya Ünlüleri Ansiklopedisi