وحشت فیزیکدان ها

به طور خلاصه، هر اتم شامل یک بخش مرکزی با بار مثبت به نام هسته است. این هسته را ساختارهای پوسته مانندی از الکترونها که بار منفی دارند، احاطه کرده است. هسته نسبت به بقیه ی اتم بسیار کوچک است (« مگسی است در یک کلیسای بزرگی») امّا بسیار سنگین: هسته تقریباً همه ی جرم اتم را در بر دارد.
زمان را از سالهای 1920 تا سالهای 1890 که نخستین مطالعات آشکارترین مظهر هسته ی اتمی یعنی رادیواکتیویته مطرح شد، بازمی گردانیم. دو کاشف بزرگ در پژوهش رادیو اکتیویته، ماری کوری و ارنست رادرفورد بودند، کوری در پاریس و رادفرورد نخست در مونترآل، سپس در منچستر و سرانجام در کمبریج بود. ماری کوری و همسر او پی یر ابتدا به جداسازی عنصر رادیواکتیو رادیم اقدام کردند. رادرفورد سه «پرتو» گسیل یافته از عناصر رادیواکتیو را مشخص کرد و آنها را ، و نامید. او و شریک نوجوان کار پژوهشی او، فردریک سادی (1)، نشان دادند که کیمیاگری ( نام مناسبتر آن تبدل هسته ای transmutation) تحقق یافته است: یک عنصر رادیواکتیو به عنصر دیگر تبدیل می شود. رادرفورد، هانس گایگر (2) و ارنست مارسدن (3) با استفاده از ذرات ( در واقع آنها یونهای هلیم با دو بار مثبت اند، نه پرتو) و بمباران کردن ورقه های نازک فلزی با آن ذرات دلیل محکمی برای وجود هسته در یک سری آزمایشها به دست آوردند که در سال 1913 کامل شد.
مدل رادرفورد از هسته، آن را فوق العاده کوچک، امّا با اندازه ی محدود و متناهی نشان می دهد. این موضوع پرسش دیگری را مطرح کرد: اجزای سازنده ی هسته چه هستند؟ یکی از آنها آشکارا پروتون، کوچکترین هسته، یعنی هسته ی هیدروژن بود. دیگری، نوترون بود که در سال 1932 به وسیله ی جیمز چادویک (4) که معاون رادرفورد در آزمایشگاه کاوندیش در کمبریج بود کشف شد. نوترون جرم هسته را در حدود پروتون افزایش می دهد، امّا بار الکتریکی ندارد.
ابزار آزمایشی مطلوب رادرفورد ذره ی بود. او با این ذره به مفهوم هسته و نخستین نمونه ی « شیمی هسته ای» دست یافت: او دریافت که با بمباران گاز نیتروژن به وسیله ی ذرات پر انرژی، نیتروژن را به اکسیژن تبدیل می کند. چادویک با بمباران برلیم با ذرات ، نوترون تولید کرد. در پاریس ایرن ژولیو کوری (دختر ماری کوری) و همسرش فردریک بور (5) و آلومینیم را با ذرات بمباران کردند تا عناصر رادیواکتیو مصنوعی که در طبیعت یافت نمی شود، به دست آورند.
انریکو فرمی (6)، در رم پرتابه ی مؤثر دیگری برای آزمایشهای بمباران کردن یافت: نوترونهای «کند» یعنی نوترونهای کم- انرژی. بسیاری از عناصر پس از اکسیژن در جدول تناوبی، نوترونهای کند را جذب می کنند و در این فرایند رادیواکتیو می شوند. گیراندازی نوترون تأثیر ویرانگری بر سنگین ترین عنصر، اورانیوم، دارد و سبب می شود هسته اش از هم پاشیده یا به دو پاره ی تقریباً با جرم برابر «شکافته» شود. فرمی و همکارانش نخستین بمباران اورانیم با نوترون را در سال 1935 انجام دادند، امّا درباره ی نتایج آن دچار سوء تعبیر شدند. تا آنکه در سال 1938 لیز میتنر (7) و اتو فریش (8) در آن موقع در سوئد، و اتو هان (9) و فریتس اشتراسمان (10) در برلین مفهوم شکافت هسته ای را مطرح کردند.
در یک رویداد شکافت، یک نوترون مصرف و دو یا سه نوترون تولید می شود. اگر توجه دقیقی به نوترونهای از دست رفته و نوترونهای به دست آمده داشته باشیم، نوترونهای تولید شده در رویدادهای شکافت می توانند سبب شکافتهای بیشتری شوند، در نتیجه یک واکنش هسته ی زنجیری تداوم می یابد. هر شکافت مقدار انرژی زیادی آزاد می کند. یک واکنش هسته ای زنجیره ای اگر کنترل شود منبع توان مفیدی خواهد بود، و اگر کنترل نشود ممکن است به عنوان یک بمب به کار گرفته شود که قادر است شهرهایی را با خاک یکسان کند. در یک آزمایش پیچیده ی بی سابقه، فرمی در سال 1942 نشان داد که چگونه واکنش زنجیره ای اورانیوم کنترل می شود. طی سه سال بعد، گروه برجسته و ممتازی از فیزیکدانان، مهندسان، شیمیدانان و ریاضیدانان با کار در لوس آلاموس، نیو مکزیکو بمبی را طراحی کردند و ساختندـ که وقتی آن را آزمایش کردند خودشان به وحشت افتادند.

پی نوشت ها :

1.Frederick Soddy.
2. Hans Geiger.
3. Ernest Marsden.
4. James Chadwick.
5. Frederic.
6. Enrico Fermi.
7. Lise Meitner.
8. Otto Frisch.
9. Otto Hahn.
10. Fritz Strassmann.

منبع مقاله :
کروپر، ویلیام هـ، (1389)، فیزیکدانان بزرگ از گالیله تا هاوکینگ، احمد خواجه نصیر طوسی ـ سهیل خواجه نصیر طوسی، تهران، مؤسسه ی فرهنگی فاطمی، چاپ اول 1389.