JAMES CHADWICK: BIOGRAPHIE, MODÈLE ATOMIQUE, EXPÉRIENCES - SCIENCE - 2025

James Chadwick (1891-1974) était un physicien anglais renommé pour la découverte du neutron en 1932. Peu de temps après, en 1935, il reçut le prix Nobel de physique pour sa contribution à la communauté scientifique. L'inquiétude de Chadwick concernant les accusations neutres est survenue environ 10 ans avant qu'il ne puisse prouver leur existence.

Avant cette vérification, Chadwick a réalisé plusieurs expériences qui ont échoué. Il réussit en 1932, alors qu'il s'appuyait sur les expériences des Français Irène Joliot-Curie et Frédéric Joliot. Plus tard, Chadwick s'est consacré à la recherche sur l'utilisation de la fission nucléaire pour la création d'armes de guerre.

Biographie

origines

Chadwick est né dans la ville de Bollington, dans le nord-est de l'Angleterre, le 20 octobre 1891. Il était le fils de deux humbles ouvriers: son père travaillait au réseau ferroviaire et sa mère était domestique.

Dès son plus jeune âge, Chadwick s'est démarqué comme un enfant introverti et extrêmement intelligent. Il a commencé l'école secondaire à Manchester et à l'âge de 16 ans, il a remporté une bourse pour étudier la physique pure à la défunte université Victoria de Manchester.

Formation académique

La jeune promesse de la physique a officiellement commencé ses études universitaires en 1908, à l'âge de 17 ans.

Il a eu un passage exceptionnel à l'académie et, au cours de la dernière année de sa carrière, il a assisté aux enquêtes du lauréat du prix Nobel Ernest Rutheford sur la désintégration des éléments et la chimie des substances radioactives.

Après avoir obtenu son diplôme en physique en 1911, il s'inscrivit à une maîtrise en physique, qu'il termina avec succès en 1913. Pendant ce temps, il continua à travailler main dans la main avec Rutheford dans son laboratoire.

Plus tard, il a reçu une bourse professionnelle qui lui a permis de déménager à Berlin, en Allemagne, pour poursuivre ses recherches sur les rayonnements bêta avec le physicien allemand Hans Geiger à la Technische Hochschule.

Pendant son séjour à Berlin, la Première Guerre mondiale a commencé en juillet 1914. En raison d'une accusation d'espionnage, il a été interné dans un camp de concentration pour civils à Ruhleben jusqu'en 1918.

En 1919, Chadwick retourna en Angleterre et commença son doctorat à l'Université de Cambridge. Dans l'intervalle, il a rejoint les travaux de recherche de Rutheford, qui dirigeait alors le laboratoire Cavendish de la célèbre institution.

En 1921, à l'âge de 21 ans, il obtient son doctorat (Docteur en philosophie), présentant un article de recherche spécial sur les forces nucléaires et les nombres atomiques.

En 1923, il est nommé directeur adjoint de la recherche au Cambridge Cavendish Laboratory. Chadwick a occupé ce poste jusqu'en 1935, date à laquelle il a décidé de passer à l'Université de Liverpool.

Carrière professionnelle

Grâce à ses contributions scientifiques, il reçut la médaille Hughes en 1932. Cette reconnaissance, décernée par la Royal Society of London, récompense ceux qui font des découvertes sur les sciences physiques et / ou leurs applications pratiques.

En 1935, il reçut le prix Nobel de physique pour la découverte du neutron en tant que particule élémentaire sans charge électrique située dans le noyau atomique.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, Chadwick participa activement au Comité britannique du MAUD, une commission créée pour analyser la faisabilité de l'utilisation de la technologie nucléaire dans la fabrication d'une bombe.

James Chadwick était également un élément central du Tube Alloys Project, un programme de recherche autorisé et financé par le Royaume-Uni avec le soutien du Canada, pour développer des armes nucléaires pendant la Seconde Guerre mondiale.

Chadwick a été noté pour son esprit et son équilibre politique pendant cette période, car ses propositions ont servi de pont pour les négociations de collaboration d'enquête entre le Royaume-Uni, le Canada et les États-Unis.

Projet Manhattan

Vers la fin de la Seconde Guerre mondiale, Chadwick a pris la direction de la mission britannique du projet Manhattan. Ce dernier était un projet de recherche conjoint entre les États-Unis, le Royaume-Uni et le Canada, dans le but de développer la première bombe atomique.

Chadwick a eu libre accès à toutes les informations confidentielles du projet: dessins, plans, données, estimations, etc., bien qu'il soit civil et non américain; Il est à noter que les deux conditions étaient exclusives pour participer au projet.

Il a ensuite été fait chevalier anglais en 1945, et un an plus tard, les États-Unis lui ont décerné la Médaille du mérite pour sa contribution de courage au projet Manhattan.

Arsenal nucléaire pour l'Angleterre

À la fin de la Seconde Guerre mondiale, Chadwick a fortement encouragé l'initiative du Royaume-Uni de développer son propre arsenal nucléaire.

Dans la poursuite de cet objectif, Chadwick a été élu membre du Comité consultatif britannique de l'énergie atomique et a également été le représentant du Royaume-Uni à la Commission de l'énergie atomique des Nations Unies.

Vers 1948, James Chadwick a été professeur au Gonville & Caius College de l'Université de Cambridge. Puis, en 1950, il fut à nouveau honoré par la Royal Society of London en recevant la médaille Copley.

8 ans plus tard, il décide de se retirer volontairement dans le nord du Pays de Galles. James Chadwick est décédé le 24 juillet 1974 dans la ville de Cambridge.

Modèle atomique de Chadwick

Le modèle atomique de Chadwick se concentre sur la modélisation du noyau atomique constitué non seulement de protons (charges positives), mais aussi de neutrons (charges neutres).

Les efforts de Chadwick pour démontrer l'existence de particules neutres ont commencé dans les années 1920. Cependant, à ce moment-là, l'éminent scientifique a fait plusieurs tentatives en vain. Une décennie plus tard, Chadwick reproduisit les expériences d'Irène Joliot-Curie (fille de Marie Curie et Pierre Curie) et de Frédéric Joliot (mari d'Irène) en France.

Cette paire de scientifiques avait réussi à expulser des protons d'un échantillon de cire de paraffine à l'aide de rayons gamma.

Chadwick pensait que l'émission de rayons gamma contenait des particules neutres et que ces particules étaient celles qui avaient heurté l'échantillon de cire, induisant par la suite la libération de protons de la cire.

Par conséquent, il a essayé de reproduire ces expériences au laboratoire Cavendish et a utilisé du polonium - qui avait été utilisé par les Curie comme source de rayons gamma - pour irradier le béryllium avec des particules alpha.

Ce rayonnement a ensuite eu un impact sur un échantillon de cire de paraffine similaire, et les protons de cet échantillon ont été violemment éjectés du matériau.

Le comportement des protons a été observé à l'aide d'une petite chambre d'ionisation, adaptée à l'expérience par Chadwick lui-même.

Chadwick a détecté que le comportement des protons libérés par la cire ne pouvait être expliqué que si ces particules avaient heurté d'autres particules électriquement neutres, et avec une masse très similaire.

Deux semaines plus tard, James Chadwick a publié un article dans la revue scientifique Nature sur l'existence possible de neutrons.

Cependant, Chadwick a initialement conçu le modèle en considérant que le neutron était un arrangement composé d'un proton et d'un électron, qui générait la charge neutre. Plus tard, le physicien allemand Werner Heisenberg a montré que le neutron était une seule particule élémentaire.

Expériences

Après la découverte du neutron, Chadwick s'est attaché à aller de plus en plus loin dans la caractérisation de cette nouvelle composante atomique.

La découverte du neutron et du modèle atomique de Chadwick a révolutionné la vision traditionnelle de la science, compte tenu des collisions de neutrons avec les noyaux atomiques et de l'expulsion des protons hors de l'atome.

La décomposition bêta est un processus par lequel des particules bêta (électron ou positron) sont émises par le noyau de l'atome, pour équilibrer la présence de protons et de neutrons dans le noyau atomique.

En raison de ce processus, d'innombrables expériences ont été menées dans le monde entier, motivées par la découverte de Chadwick, pour induire la conversion de certains neutrons en protons.

Parce que chaque élément chimique est identifié en fonction du nombre de protons dont il dispose, les expériences précédentes ont ouvert la porte à la création et / ou à la découverte de nouveaux éléments chimiques avec un plus grand nombre de protons sous leur ceinture.

Fision nucléaire

Chadwick a souligné ses analyses ultérieures sur l'utilisation de neutrons pour diviser les atomes de noyaux lourds en plusieurs noyaux plus petits, par le biais du processus de fission nucléaire.

Il est nommé ainsi parce que la division se produit dans le noyau de l'atome et produit une quantité extrêmement importante d'énergie. Ce concept a été utilisé pour la conception d'armes nucléaires puissantes.

Chadwick a même financé l'achat d'un accélérateur de particules pendant son séjour à Liverpool, en utilisant une partie du produit du prix Nobel en 1935 pour cela.

Les contributions de Chadwick à la science

Les contributions de James Chadwick à la science comprennent la découverte du neutron, pour lequel il a remporté le prix Nobel de physique en 1935. Il a également participé à la construction de la bombe atomique aux États-Unis, a écrit sur le rayonnement des substances radioactives et découvert le tritium..

La découverte du neutron

Au cours de leurs recherches au laboratoire Cavendish de Cambridge, Rutherford et Chadwick ont ​​mené des expériences avec des particules alpha pour s'enquérir de la nature du noyau atomique. Il est à noter que le noyau atomique a été découvert par Rutherford en 1911.

Ces investigations ont été menées en analysant un rayonnement jamais vu auparavant émanant du béryllium, lorsque ce matériau était exposé au bombardement de particules alpha.

Ce rayonnement était constitué de particules de masse très similaire à la masse du proton, mais sans charge électrique. Ces particules étaient appelées neutrons, en raison de la neutralité de leur composition.

Chadwick a fait cette découverte au milieu de 1932, définissant ainsi les prémisses du modèle atomique de Chadwick, dont les détails sont détaillés dans la section suivante de cet article.

Enquêtes nucléaires

La découverte du neutron par Chadwick a préparé le terrain pour la découverte de la fission nucléaire et le développement d'armes de guerre avec cette technologie.

Chadwick a découvert qu'en bombardant l'atome d'un élément avec des neutrons, le noyau de ce matériau peut être pénétré et divisé, générant une quantité importante d'énergie.

De là, Chadwick a annoncé l'inévitabilité de ce type de technologie pour le développement des armes de guerre, et s'est directement impliqué dans les affaires diplomatiques liées à ce processus aux États-Unis et en Angleterre.

Chadwick a collaboré à la construction de la bombe atomique avec d'autres scientifiques américains et canadiens entre 1943 et 1945.

Il était en charge de diriger la délégation scientifique anglaise qui travaillait dans le laboratoire de Los Álamos, au Nouveau-Mexique, aux États-Unis. En 1939, les États-Unis ont commencé des recherches sur le projet Manhattan, le nom de code de la bombe atomique.

Le président Franklin Delano Roosevelt a été averti par les scientifiques nucléaires Edward Teller, Leó Szilárd et Eugene Wigner, par l'intermédiaire d'Albert Einstein, de l'utilisation de la fission nucléaire pour la production de bombes par les nazis.

Découverte du tritium

Le tritium avait déjà été identifié en 1911 par le scientifique anglais Joseph John Thomson, mais il pensait qu'il s'agissait d'une molécule triatomique.

Ernest Rutherford l'avait déjà annoncé, mais ce n'est qu'en 1934 que Chadwick, travaillant pour l'équipe de Rutherford, le catalogua comme un isotope de l'hydrogène.

Le tritium est un isotope radioactif de l'hydrogène, dont le symbole est ³H. Il se compose d'un noyau composé d'un proton et de deux neutrons.

Le tritium est généré par bombardement avec des neutrons libres de cibles d'azote, de lithium et de bore.

Facilitation de la fission de l'uranium 235

La découverte du neutron par James Chadwick a facilité la fission nucléaire; c'est-à-dire la séparation de l'uranium 235 de l'uranium -238, un élément chimique présent dans la nature.

L'enrichissement de l'uranium 235 est le processus que subit l'uranium naturel pour obtenir l'isotope 235 et produire de l'énergie nucléaire. La fission est une réaction nucléaire; c'est-à-dire qu'il est déclenché dans le noyau de l'atome.

Cette réaction chimique se produit lorsqu'un noyau lourd est divisé en deux noyaux plus petits ou plus et certains sous-produits tels que des photons (rayons gamma), des neutrons libres et d'autres fragments du noyau.

Traité sur le rayonnement des substances radioactives

En 1930, James Chadwick a écrit un traité sur le rayonnement des substances radioactives.

Chadwick a réussi à mesurer la masse du neutron et en a déduit qu'il était similaire à celle du proton avec une différence: qu'il avait une charge électrique neutre.

Ensuite, il a conclu que le noyau atomique était composé de neutrons et de protons et que le nombre de protons était similaire à celui des électrons.

Ses recherches et ses contributions aux travaux du laboratoire de physique de l'Université de Manchester et de l'Université de Cambridge en Angleterre ont été essentielles à la connaissance de l'énergie nucléaire et à la construction du modèle atomique de Rutherford.

Articles d'intérêt

Modèle atomique de Schrödinger.

Modèle atomique De Broglie.

Modèle atomique de Heisenberg.

Modèle atomique de Perrin.

Le modèle atomique de Thomson.

Le modèle atomique de Dalton.

Modèle atomique de Dirac Jordan.

Modèle atomique de Démocrite.

Le modèle atomique de Bohr.

Modèle atomique de Sommerfeld.

Références

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