Sir James Chadwick

Chadwicks ontdekking van het neutron maakte de ontwikkeling van de atoombom mogelijk

Sir James Chadwick 1891-1974

De Engelsman James Chadwick had al een carrière als natuurkundige achter de rug, voornamelijk als assistent van Ernest Rutherford (1871-1937), voordat hij de doorbraak maakte die hem op deze plaats in dit boek doet belanden. Door zijn ontdekking van het neutron, waarmee hij een van de laatste mysteries betreffende de basisstructuur van het atoom oploste, zag hij zijn status veranderen van een gerespecteerd onderzoeker in een gevierd natuurkundige.In 1910 voegde Chadwick zich weer bij Ruther-ford, die inmiddels hoofd was van het Cavendish Laboratory in Cambridge. Ze werkten daar succesvol samen tot 1935, toen Chadwick benoemd werd tot hoogleraar in de natuurkunde aan de Universiteit van Liverpool. Chadwicks eerdere werk in Cambridge betrof grotendeels het beschieten van elementen met alfadeeltjes om te zien welke veranderingen en andere effecten dit zou hebben. Een belangrijk ‘spin off’ van dit werk was de ontdekking dat de kern van het waterstofatoom, de positief geladen proton met een atoomgewicht van 1, aanwezig was in de kern van elk atoom, alleen in grotere aantallen.

Het gewicht van een atoom

Daarmee waren echter nog niet alle problemen bij het verklaren van het atoomgewicht opgelost. Het belangrijkste was het feit dat de opgetelde massa van de bekende componenten van een atoom geen juiste uitkomst gaf. Positief geladen protonen leken verantwoordelijk te zijn voor ongeveer de helft van het gewicht en werden in getal geëvenaard door een gelijk aantal negatief geladen elektronen. Maar het gewicht van een elektron was eenduizendste van dat van een proton. Dus ongeveer de helft van het atoomgewicht van elementen was onverklaarbaar. Volgens één theorie was de ontbrekende massa ook van protonen, waarvan de ladingen ‘verborgen’ waren door extra elektronen die in de kern zaten. Het probleem met dit idee was echter dat als kernen uit elkaar vielen, er geen bewijs optrad voor de extra elektronen.

Verstrooiing van alfadeeltjes

Chadwick loste het raadsel op in 1932, na het herinterpreteren van de resultaten van een experiment dat werd uitgevoerd door Irène en Frédéric Juliot-Curie (Irène was Pierre en Marie Curie‘s dochter). Het echtpaar had in 1932 ontdekt dat het element beryllium na beschieting met alfadeeltjes een zeer sterke straling uitzendt, die protonen uit waterstofhoudende substanties dringt. Ze hadden geconcludeerd dat de emissie die deze reactie veroorzaakt uit gammastralen bestaat, maar Chadwick bewees dat het niet het gevolg kon zijn van deze straling. Het waren veeleer neutraal geladen subatomaire eenheden, die hij neutronen noemde, met hetzelfde gewicht als protonen, die deze straling teweeg konden brengen. Rutherford had in 1920 al vermoedens geuit over het bestaan van deze deeltjes, maar er waren nu sterke bewijzen voor. De verklaring werd algemeen geaccepteerd en eindelijk was het raadsel van het atoomgewicht opgelost: een gelijk aantal neutronen als protonen in het atoom van een element was verantwoordelijk voor de overige vijftig procent van de ‘ontbrekende’ massa. Chadwick werd in 1945 geridderd, deels voor deze ontdekking, maar ook voor zijn wetenschappelijke werk tijdens de Tweede Wereldoorlog. Chadwicks carrière had sterk onder invloed gestaan van de beide wereldoorlogen. Hij had tijdens de Eerste Wereldoorlog vier jaar gevangen gevangen gezeten in een paardenstal omdat hij het ongeluk had in Duitsland te zijn vanwege zijn samenwerking met Hans Geiger (1882-1945). De Tweede Wereldoorlog bracht hij echter grotendeels door in de VS als hoofd van de Britse delegatie die werkte aan de ontwikkeling van de atoombom. Chadwick ontving in 1935 de Nobelprijs voor de natuurkunde voor zijn ontdekking van het neutron.

Overige wapenfeiten

Chadwicks ontdekking van neutronen – elementaire deeltjes die geen elektrische lading hebben – was van groot belang voor de ontwikkeling van de atoomtheorie. In tegenstelling tot heliumkernen (alfastralen), die geladen zijn en daardoor afgestoten worden door de grote elektrische krachten die aanwezig zijn in de kernen van zware atomen, is het neutron in staat om de kern van zelfs het zwaarste element binnen te dringen, wat de splitsing van het uranium-235 mogelijk maakte. Dit vormde de basis voor de vervaardiging van de atoombom. Chadwick ontving in 1935 de Nobelprijs voor de natuurkunde.

1911-1913 Chadwick studeert af aan de Universiteit van Manchester en werkt twee jaar voor Ernest Rutherford. 1913 Gaat in Berlijn bij de beroemde Hans Geiger studeren. 1920 Wordt weer assistent van Rutherford op het Cavendish Laboratory in Cambridge. 1932 Ontdekt het neutron. 1935 Chadwick ontvangt de Nobelprijs voor de natuurkunde.

1935 Nobelprijs voor Natuurkunde “Voor de schepping van de kwantummechanica, waarvan de toepassing onder ander heeft geleid tot de ontdekking van de allotrope vormen van waterstof.”