Эрнест Уолтон

Биография

Ирландский физик Эрнест Томас Синтон Уолтон родился в Дангарване (графство Уотерфорд) и был сыном Джона Артура Уолтона, методистского священника, и Анны Элизабет (в девичестве Синтон) Уолтон. Семья периодически меняла место жительства по мере получения главой семьи нового прихода. Юный У. свое школьное образование получил в школах Бэнбриджа и Кукстауна. В 1915 г. он поступил в Методистский колледж в Белфасте и окончил его в 1922 г. Затем У. поступил в Тринити-колледж при Дублинском университете, где изучал математику и физику на средства стипендиального фонда и получил степень бакалавра в 1926 г. Он остался в Тринити-колледже еще на год для экспериментальной и теоретической работы по турбулентности жидкости и получил степень магистра в 1927 г.

В этом же году У. получил правительственную стипендию для изучения ядерной физики под руководством Эрнеста Резерфорда в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, где он защитил докторскую диссертацию 1931 г. Резерфорд незадолго до этого показал, бомбардируя азот альфа-частицами (ионами гелия), излучаемыми радиоактивным источником, что атомное ядро можно расщеплять. Аналогичным же образом он получил из атомов азота атомы кислорода, тем самым став первым человеком, которому удалось превратить один элемент в другой с помощью внешнего воздействия. Чтобы добиться новых атомных превращений, Резерфорд с сотрудниками стремился придумать прибор, который позволил бы бомбардировать ядро еще более быстро движущимися частицами.

Многие другие ученые также были остро заинтересованы в создании таких приборов, используя как прямые методы, где применяется один электрический импульс, так и косвенные, где частицы ускоряются, получая меньшие импульсы несколько раз. В последующие годы, когда стали доступны более мощные источники энергии, оба метода использовались в качестве модельных при разработке бетатрона и линейного ускорителя. Вскоре после приезда в Кембридж У. предложили определить возможность ускорения электронов по круговой траектории, окруженной электрическими и магнитными полями. Хотя его первый аппарат ускорял электроны при их движении по круговой орбите, этого было недостаточно, чтобы проникнуть внутрь ядра и тем самым расщепить его. Второй его прибор ускорял более тяжелые положительно заряженные частицы, перемещая их вперед прямолинейно с помощью меняющихся электрических сил.

В 1929 г. У. объединил свои усилия с Джоном Кокрофтом, который также пытался создать ускорители частиц. Трудности в достижении этой цели были связаны с необходимостью использовать очень высокие энергии с тем, что положительно заряженные атомные ядра отталкивают положительно заряженные частицы, к ним направляющиеся. Выкладки показали, что только частицы, разогнанные с помощью энергии более нескольких миллионов электрон-вольт (величина, примерно в десять раз превосходящая уровень, достигнутый в конце 20-х гг.), могли преодолеть этот барьер.

В 1929 г. Кокрофт решил использовать для ядерных превращений наименее привлекательный прямой метод, но сделать это новым остроумным способом, не требующим разгона частиц с помощью энергии в миллионы электрон-вольт. Чтобы добиться этого, Кокрофт воспользовался блестящей идеей, пришедшей ему в голову после того, как он прочитал в 1928 г. статью физика русского происхождения Джорджа (Георгия) Гамова. Гамов предположил, что если атомные частицы будут совершать волновое движение, то некоторые из них могут покинуть атомные ядра, хотя, согласно классической теории частиц, они не должны обладать такой возможностью.

Вероятно, полагал Гамов, некоторые альфа-частицы могли бы покинуть ядра, если исследовать очень большое число ядер. Когда Гамов посетил К

авендишскую лабораторию примерно в это же время, Кокрофту предоставилась возможность спросить его, возможен ли обратный процесс, другими словами, могут ли положительно заряженные частицы малой энергии проникнуть в ядро. Гамов подсчитал, что это возможно, если направить на ядро достаточно большое число альфа-частиц.

Ободренные теорией Гамова, Кокрофт и У. несколько лет работали над созданием надежного и эффективного ускорителя частиц, с помощью которого можно было бы направить на ядро достаточно большое число положительно заряженных частиц. Приложив к этим частицам несколько сот тысяч электрон-вольт, Кокрофту и У. удалось расщепить атомы в начале 1932 г. Одна из каждых десяти миллионов альфа-частиц, направленных на легкие атомы вроде лития и бора, расщепляла ядро и высвобождала энергию.

Став стипендиатом в 1932 г., У. оставался в Кембридже еще два года. В течение этого времени он продолжал свою работу по превращению атомных ядер других элементов. В 1934 г. он вернулся в Ирландию и стал членом совета Тринити-колледжа; в 1974 г. он стал его почетным членом в отставке. С 1946 по 1974 г. он занимал должность профессора натуральной и экспериментальной философии в Трините-колледже.

У. разделил в 1951 г. Нобелевскую премию по физике с Кокрофтом «за исследовательскую работу по превращению атомных ядер с помощью искусственно ускоряемых атомных частиц». «Работа Кокрофта и У. была смелым прорывом вперед в новую область исследования, – заявил Ивар Валлер, член Шведской королевской академии наук, при презентации награжденных, – их открытия послужили толчком для последующего быстрого развития ядерной физики. Можно сказать, что эта работа действительно знаменовала собой совершенно новую эпоху в ядерных исследованиях».

Своими исследованиями У. и Кокрофт не только показали возможность превращений атомных частиц полностью под контролем человека и без использования радиоактивных материалов, но также осуществили атомные реакции, сопровождающиеся выделением большой энергии. Более того, их эксперименты дали первое крупное подтверждение теории Альберта Эйнштейна, а точнее, его формулы, выражающей эквивалентность массы и энергии. В других исследованиях У. занимался вопросами гидродинамики, микроволнами и прочими аспектами ядерной физики.

Он женился в 1934 г. на Уинифред Изабель Уилсон, воспитательнице детского сада; у них родились два сына и две дочери. У., которого характеризуют как спокойного, не очень общительного человека, любит отдыхать, работая в саду.

У. – член Ирландской королевской академии наук и Дублинского королевского общества; сотрудничал в комитетах советников при Дублинском институте фундаментальных исследований и Королевском госпитале города Дублина. Он был награжден медалью Хьюза Лондонского королевского общества (1938) и является обладателем почетных ученых степеней Королевского университета в Белфасте и колледжа Густава Адольфа в штате Миннесота.