Размещено на http://www.allbest.ru

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Реферат

по дисциплине: Концепции современного естествознания

Тема: "Лауреат нобелевской премии: Энрико Ферми"

Выполнил: студент группы МО-105

Васильев Н.Н.

Научный руководитель:

Домрачев Сергей Станиславович

кандидат философских наук, доцент

Челябинск

2011

План

Введение

1. Биография Энрико Ферми

2. Открытие искусственной радиоактивности, вызванной бомбардировкой медленными нейтронами

Заключение

Список литературы

Введение

Нобелевские премии присуждаются согласно завещанию А.Нобеля, составленному 27 ноября 1895 г. и предусматривавшему выделение капитала на присуждение премий по пяти направлениям: физике, химии, физиологии и медицине, литературе и вкладу в дело мира во всем мире. Для этой цели в 1900 г. был создан Фонд Нобеля - частная, независимая, неправительственная организация с начальным капиталом 31 млн. шведских крон. Первые премии были присуждены 10 декабря 1901 г. С 1969 г. по инициативе Шведского банка присуждаются также премии по экономике, после чего правление Фонда Нобеля решило более не увеличивать количество номинаций. Премия не может быть присуждена совместно более чем трем лицам и может быть присуждена посмертно только в том случае, если претендент был жив в момент объявления о присуждении ему премии, но умер до 10 декабря текущего года. Премии присваиваются не Фондом Нобеля, а специальными Нобелевскими комитетами по каждому направлению, состоящими каждый из пяти человек, при этом комитеты по физике, химии, экономике выбирает Шведская королевская академия наук, по физиологии и медицине - Королевский Каролинский медико-хирургический институт в Стокгольме, по премиям мира - норвежский парламент (стортинг), а по литературе - Шведская академия в Стокгольме. Правом выдвижения кандидатур обладают только отдельные лица, а не учреждения (кроме премий мира). Премии (кроме премий мира) могут присуждаться только один раз (впрочем, в истории присуждения Нобелевской премии встречались немногочисленные исключения из этого правила). Многочисленные эксперты оценивают вклад претендента на премию. Процедуры решения по указанным пяти направлениям различны. Предложения на текущий год поступают до 1 февраля, а в октябре принимаются окончательные решения, о которых сообщается на специальной пресс-конференции в Стокгольме. Церемония вручения премий происходит 10 декабря в Копенгагене и Осло. Премия включает золотую медаль, диплом и денежное вознаграждение. Лауреаты представляют Нобелевские лекции, публикуемые в специальном издании "Нобелевские лауреаты". С 1946 г. Фонд Нобеля решением риксдага освобожден от уплаты налогов. Средства Фонда пополняются за счет доходов от инвестиционной деятельности (в США коммерческая деятельность Фонда была освобождена от налогов в 1953 г.) и благотворительных пожертвований. Первые премии в 1901 г. составляли 150 тыс. шведских крон (6,8 млн. крон в исчислении 2000), затем вознаграждение было уменьшено и только в 1991 г. достигло первоначального уровня. В 2001 г. премии составляли по 10 млн. крон (около 1 млн. долларов США).

Таким образом, объектом нашей работы является изучение жизни и основных исследований Энрико Ферми. Предмет работы: изучение открытия Энрико Ферми. Цель нашей работы заключается в изучении основ теории и результатов исследований Энрико Ферми и их актуальности в настоящее время. Данная цель конкретизируется в задачах:

1. Проанализировать литературу по проблеме изучения жизни и основных исследований Энрико Ферми.

2. Рассмотреть основные теоретические и практические характеристики открытия Энрико Ферми.

В своей работе мы использовали следующие методы и средства:

1. Анализ (мысленное разложение предмета на составляющие его части и стороны).

2. Синтез (мысленное объединение в единое целое расчлененных анализом предметов).

3. Сравнение (установление различия и сходства предметов).

4. Обобщение (процесс мысленного перехода от единичного к общему, от менее общего к более общему).

1. Биография Энрико Ферми

Ферми родился 29 сентября 1901 года в Риме, в семье служащего. У Энрико очень рано проявились большие способности к точным наукам, в частности к физике и математике.

Осенью 1919 г. Ферми поступил одновременно в Высшую Нормальную школу и на физико-математический факультет Пизанского университета. Для поступления в Высшую школу нужно было выдержать очень трудный вступительный экзамен. Ученик Нормальной школы автоматически становился и студентом университета, причем обучение таких студентов в университете было бесплатным.

Еще будучи студентом, Ферми много работает в лаборатории университета. В 1922 г. Он выполняет экспериментальную дипломную работу по оптике рентгеновских лучей, успешно защищает ее и получает диплом об окончании университета с высшей оценкой. В этом же - году и с такой же оценкой он получает диплом об окончании Высшей Нормальной школы.

Еще будучи студентом, Ферми много работает в лаборатории университета. В 1922 г. Он выполняет экспериментальную дипломную работу по оптике рентгеновских лучей, успешно защищает ее и получает диплом об окончании университета с высшей оценкой. В этом же - году и с такой же оценкой он получает диплом об окончании Высшей Нормальной школы.

В январе 1923 г. Ферми по направлению Министерства образования уезжает для совершенствования в Геттинген к М. Борну. В Геттингене Ферми выполнил самостоятельно ряд работ. Одна из них, по теоретической физике, понравилась П. Эренфесту, и он написал об этом Ферми. Это привело к тому, что с сентября по декабрь 1924 г. Э. Ферми обучается в Лейдене у Эренфеста известного физика-теоретика. Именно под влиянием Эренфеста Ферми приобретает уверенность в своих силах; у него появляются характерные черты серьезного исследователя: стремление к конкретности во всем, умение выделять главное, исключительный здравый смысл. И в дальнейшем почти все теории Ферми создает для того, чтобы объяснить поведение определенной экспериментальной кривой, "странность" какого-то экспериментального факта.

С января 1925 до осени 1926 г. Ферми работает временным профессором во Флоренции, читая лекции по теоретической механике и математической физике. Здесь он получает свою первую ученую степень "свободного доцента", создает знаменитую работу по квантовой статистике и пишет блестящую книгу "Введение в атомную физику", которая позднее стала основным учебником по теоретической физике для студентов университетов.

В 1926 г. В Римском университете, собственно, специально для Ферми создается кафедра теоретической физики. Осенью 1926 г.

25-летний Э. Ферми успешно выдерживает конкурс и занимает должность профессора столичного университета, проработав в нем до 1938 г.

Одним из главных итогов деятельности Ферми в этот период было созданием им итальянской школы физики. Когда Ферми в 1926 г. Начал работать в Римском университете, там не было никакого исследовательского коллектива. Ферми сразу же начал создавать такой коллектив из сотрудников университета и своих наиболее способных учеников. Вскоре вокруг него сформировалось ядро этой школы: Разетти, Сегре, Амальди, Понтекорво, Майорана и др.

После 1933 г. Ферми целиком погружается в проблемы ядерной физики. В 1934 г. Он создает теорию распада. Суть ее состояла в том, что при распаде кроме электрона испускается еще нейтрино маленький нейтрон. Эта теория Ферми явилась прототипом современной теории взаимодействия элементарных частиц. "Построенная им теория оказалась способной выдержать почти без изменения два с половиной десятилетия революционного развития ядерной физики.

Можно было бы заметить, что физическая теория редко рождается в столь окончательной форме", - писал о теории распада Ф. Разетти.

В 1934 г. Э. Ферми выполняет первые крупные экспериментальные работы в области ядерной физики, связанные с облучением элементов нейтронами. Сразу же после открытия И. и Ф. Жолио-Кюри искусственной радиоактивности Ферми пришел к выводу, что нейтроны, поскольку они не имеют заряда и не будут отталкиваться ядрами, должны быть наиболее эффективным орудием для получения радиоактивных элементов. И если все физики после открытия И. и Ф. Жолио-Кюри заторопились повторить их опыты, то "только у Ферми, по словам О. Фриша, хватило ума выбрать оригинальное направление, оказавшееся на редкость плодотворным". Ферми со свойственной ему кипучей энергией начал облучать нейтронами почти все элементы. В результате этих экспериментов было получено более 60 новых радиоактивных изотопов и открыто замедление нейтронов.

Работа группы Ферми получила очень высокую оценку в научном мире. Если коротко оценить итоги этих исследований. То следует сказать, что они явились началом новой области физики - нейтронной. Открытие эффекта замедления нейтронов (эффект Ферми) , по словам Понтекорво, открыло "новую главу ядерной физики, а также новую область техники, как мы говорим сегодня, - атомную технику".

В январе 1939 г. Э. Ферми высказывает мысль, что при делении урана следует ожидать испускания быстрых нейтронов и что, если число вылетевших нейтронов будет больше, чем число поглощенных, путь к цепной реакции будет открыт. Поставленный эксперимент подтвердил наличие быстрых нейтронов, хотя их число на один акт деления осталось не очень определенным. В это время Ферми начинает работать над теорией цепной реакции в уран-графитовой системе.

К весне 1941 г. Эта теория была разработана, и летом началась серия экспериментов, главной задачей которых являлось измерение нейтронного потока. Было сделано около тридцати опытов, и в июне 1942 г. Был получен коэффициент размножения нейтронов больше единицы. Это означало возможность получения цепной реакции в достаточно большой решетке из урана и графита и послужило началом разработки конструкции реактора. Ферми, как всегда сделал поправку к полученному значению коэффициента размножения и учел это в размерах планируемого котла. Кроме того, боясь, что атмосферный азот будет хорошо поглощать нейтроны, Ферми настоял на том, чтобы все огромное устройство было помещено в гигантскую палатку из материи для оболочек аэростатов. Так появилась возможность поддерживать соответствующий состав атмосферы, окружающей реактор. Постройка реактора началась в Чикаго в октябре, а закончилась 2 декабря 1942 г. После запуска реактора Ферми работает над проблемами мирного и военного использования атомной энергии.

В науке Ферми всегда оставался молодым, энергичным и одержимым. В возрасте около 50 лет, имея богатейший запас знаний в области ядерной энергетики и прекрасную базу для исследований, Ферми изменяет направление своей научной деятельности и начинает заниматься областью частиц высоких энергий и астрофизикой. И здесь он достиг замечательных результатов.

Одной из особенностей физических идей Ферми является их долголетие. Ряд последних работ великого ученого был оценен лишь после его смерти. Одной из них является совместная работа Ферми и Ч. Янга по составным моделям элементарных частиц. Когда она появилась, то многие, даже маститые физики-теоретики были удивлены ее "бессодержательностью". Но прошло время, и на основе работы Ферми - Янга появились новые модельные схемы, сыгравшие большую роль в развитии физики элементарных частиц. Одной из последних таких моделей является модель кварков.

На склоне лет Ферми, по словам Сегре, собирался написать книгу, посвященную тем трудным вопросам физики, о которых часто говорят "как хорошо известно", "как нетрудно показать" и т.п. Он начал даже собирать вопросы, лишь кажущиеся элементарными. Но, к сожалению, у него не осталось на это времени. Когда в 1946 г.Ферми оценивал, что им уже сделано, он сказал Сегре: "Одна треть". Две трети он собирался еще сделать, до предела уплотняя свой рабочий день. Ферми с олимпийским спокойствием работал до самого конца своей жизни.

Ферми умер 28 ноября 1954 г., в возрасте всего лишь 53 лет.

Ферми был избран членом Национальной академии наук США (1945), почетным членом Эдинбургского королевского общества (1949) и иностранным членом Лондонского королевского общества (1950). Президентом США Ферми был назначен членом Генерального консультативного комитета Комиссии по атомной энергии (1946-1950). Он был вице-президентом (1952) и президентом (1953) Американского физического общества. Помимо Нобелевской премии, Ферми был удостоен золотой медали Маттеуччи Национальной академии наук Италии (1926), медали Хьюза Лондонского королевского общества (1943), гражданской медали "За заслуги" правительства Соединенных Штатов Америки (1946), медали Франклина Франклиновского института (1947), золотой медали Барнарда за выдающиеся научные заслуги Колумбийского университета (1950) и первой премии Ферми, присужденной Комиссией по атомной энергии Соединенных Штатов Америки (1954). Он был почетным доктором многих высших учебных заведений, в том числе Вашингтонского и Йельского университетов, Рокфордского колледжа. Гарвардского и Рочестерского университетов.

2. Открытие искусственной радиоактивности вызванной бомбардировкой медленными нейтронами

Открытие искусственной радиоактивности. Вызвало широкий резонанс, и в короткое время был получен ряд новых радиоактивных изотопов. Но особенно важными были исследования Э. Ферми и его сотрудников, начавшиеся весной 1934 г. ферми пошел совершенно по новому пути, он начал облучать элементы нейтронами.

Ферми решил, как он писал в статье "Радиоактивность, наведенная нейтронной бомбардировкой", "выяснить, не вызывает ли нейтронная бомбардировка наведенной радиоактивности -- явления, аналогичного наблюдаемому супругами Жолио при облучении а-частицами". Это было неожиданно и смело. "Я помню, -- писал О. Фриш, -- что моя реакция и реакция многих других была скептической: эксперимент Ферми казался бессмысленным, потому что нейтронов было много меньше, чем ex-частиц". В самом деле, супруги Жолио и другие физики бомбардировали элементы а-частицами, вылетавшими из радиоактивного препарата. В опытах же ферми эти частицы сначала использовались для получения нейтронов, которых выделялось очень немного, а затем уже начиналось облучение элементов полученными нейтронами. "Стреляли" не "снарядами", а продуктами попадания этих снарядов. Сами "нейтронные пушки" ферми были маленькими трубочками в несколько сантиметров, заполненными смесью бериллия и радона. Вот как ферми описывал один из таких источников нейтронов размером всего 1,5 см: "Это была стеклянная трубочка..., в которой находились зерна бериллия; раньше чем запаять трубочку, надо было ввести в нее некоторое количество эманации радия. Альфа-частицы, испускаемые радоном, в большом числе сталкиваются с атомами бериллия и дают нейтроны..."

"Опыт выполняется следующим об разом. В непосредственной близости от источника нейтронов помещается пластинка алюминия, или железа, или вообще того элемента, который желательно изучить, и оставляется на некоторое время, которое может составлять минуты, часы, дни (в зависимости от случая). Нейтроны, вылетающие из источника, ударяют в какие-либо из ядер вещества. При этом происходит множество реакций самого различного типа".

В первом сообщении, датированном 25 марта 1934 г., ферми, бомбардировавший алюминий и фтор, получил изотопы натрия и азота, испускающие электроны (а не позитроны, как у Жолио-Кюри). Метод нейтронной бомбардировки оказался очень эффективным, и ферми писал, что эта высокая эффективность в осуществлении расщеплений "вполне компенсирует слабость существующих нейтронных источников по сравнению с источниками а-частиц и протонов". Ему удалось этим методом активизировать 47 из 68 изученных элементов.

Воодушевленный успехом, он в сотрудничестве с ф. Разетти и О. Д Агостино предпринял нейтронную бомбардировку тяжелых элементов: тория и урана. "Опыты показали, что оба элемента, предварительно очищенные от обычных активных примесей, могут сильно активизироваться при бомбардировке нейтронами". Среди активных продуктов бомбардировки урана было найдено три с периодом полураспада 10 с, 40 с, 13 мин и еще два с периодом от 40 мин до одного дня. При этом оставалось неясным, "представляют ли эти периоды последовательные или альтернативные процессы распада".

Ферми со своими сотрудниками предпринял попытку химической идентификации р-активного продукта с периодом полураспада 13 мин. Он установил, что 13-минутная активность может быть обусловлена изотопами урана (Z -- 92), протактиния (Z = 91), тория (Z = 90), актиния (Z = 89), pa-дет (Z = 88), висмута (Z = 83), свин-qa(Z = 82), а также "экацезия" (Z = 87) и радона (Z = 86). Ни один из тяжелых элементов не является химическим аналогом радиоактивного продукта с 13-минутным периодом. Естественно, что ферми и в голову не приходило сравнивать его с элементами из середины периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, и он сделал предположение, что "атомный номер соответствующего элемента может быть больше 92". Так появилась гипотеза трансурановых элементов.

Э. Резерфорд с большим интересом следил за опытами ферми. Еще 23 апреля 1934 г. он писал ему: "Ваши результаты очень интересны, и нет никакого сомнения, что в дальнейшем нам удастся получить больше сведений о действительном механизме этих превращений". Летом сотрудники ферми Э. Сегре и Э. Амальди были в Кембридже у Резерфорда и привезли ему обзорную статью "Искусственная радиоактивность, наведенная нейтронной бомбардировкой", авторами которой были Э. ферми, Э. Амальди, О. Д'Агостино, ф. Разетти и Э. Сегре. Статья содержала полный отчет об опытах, проводившихся в физической лаборатории Римского университета. Резерфорд, как президент Лондонского Королевского общества, передал статью для публикации в "Трудах" общества.

Статья появилась в том же, 1934 г. В ней говорилось и о бомбардировке урана, причем в числе продуктов бомбардировки был идентифицирован еще элемент с 90-минутным периодом полураспада. "90-минутный и 13-минутный активные продукты, -- говорилось в статье, -- обладают, по-видимому, совершенно аналогичными химическими свойствами, так как в реакции любого типа они получаются примерно в одинаковой пропорции. Поэтому обе эти активности, по-видимому, обусловлены продуктами с атомами номером выше 92,-- возможно, изотопами одного и того же элемента".

22 октября 1934 г. ферми сделал фундаментальное открытие. Поместив между источником нейтронов и активируемым серебряным цилиндром парафиновый клин, ферми заметил, что клин не уменьшает активность нейтронов, а несколько увеличивает ее. ферми сделал вывод, что этот эффект, по-видимому, обусловлен наличием водорода в парафине, и решил проверить, как будет влиять на активность расщепления большое количество водородсо-держащих элементов. Проведя опыт сначала с парафином, потом с водой, ферми констатировал увеличение активности в сотни раз. В статье "Влияние водородсодержащих веществ на радиоактивность, наведенную нейтронами", написанную ферми совместно с Э. Амальди, Б. Понтекорво, ф. Разетти и Э. Сегре, было выдвинуто следующее объяснение этих фактов: "Нейтроны быстро теряют энергию в ряде повторных столкновений с ядрами водорода... можно ожидать, что после нескольких соударений нейтроны будут двигаться подобно молекулам диффундирующего газа, достигая в конечном счете энергий, соответствующих тепловому движению". Опыты ферми обнаружили огромную Теория в-распада Ферми

Таким образом, Э. ферми в 1934 г. добился замечательных результатов, идя по избранному им пути. Но, помимо этих экспериментальных результатов, 1934 г. был годом замечательных теоретических достижений Ферми. Уже в декабрьском номере 1933 г. итальянского журнала "Ricerca Scientifica" были опубликованы его предварительные соображения о в-распаде; в начале 1934 г. в "Zeitschrift fur Physik" была опубликована его классическая статья "К теории р-лучей". Авторское резюме статьи гласит: "Предлагается количественная теория р-распада, основанная на существовании нейтрино; при этом испускание электронов и нейтрино рассматривается по аналогии с эмиссией светового кванта возбужденным атомом в теории излучения. Выведены формулы из времени жизни ядра и для формы непрерывного спектра в-лучей; полученные формулы сравниваются с экспериментом ".

Ферми в этой теории дал жизнь гипотезе нейтрино и протонно-нейтронной модели ядра, приняв также гипотезу изотопического спина, предложенную Гейзенбергом для этой модели В основу своей теории ферми кладет следующие предложения:

а) Полное число электронов, равно как и число нейтрино, не обязательно должно быть постоянным. Электроны (или нейтрино) могут возникать и исчезать...

б) Тяжелые частицы, нейтроны и протоны, можно рассматривать, следуя В. Гейзенбергу, как два внутренних квантовых состояния тяжелой частицы. Сформулируем это, введя некоторую внутреннюю координату тяжелой частицы р, могущую принимать только два значения: р = 1, когда частица является протоном, и р=-- 1, если она оказывается нейтроном.

в) Гамильтонову функцию системы из тяжелых и легких частиц нужно выбрать таким образом, чтобы каждый переход нейтрона в протон сопровождался возникновением электрона и нейтрино, а обратный процесс -- превращение протона в нейтрон -- сопровождался исчезновением электрона и нейтрино. Заметим, что тем самым обеспечивается сохранение заряда".эффективность медленных нейтронов.

Заключение

энрико ферми радиактивность искусственный

В заключение я думаю можно отметить, что Ферми представлял собой необыкновенное в физике XX в. сочетание глубокого теоретика с первоклассным экспериментатором.

Трудно представить, что мог бы сделать великий физик, если бы он прожил еще лет 15-20. Но и та "одна треть", которую успел сделать Ферми из намеченного им плана и которая, по словам Понтекорво, достойна 6-8 Нобелевских премий, навсегда сохранит в науке имя этого исключительного учёного ХХ века.

Подводя итог всему вышесказанному следует, что труды и исследования, проводимые в различные периоды учёными заложили основы многих наук, находя своё отражение в той или иной сфере деятельности человека.

Нам как менеджерам данное отерытие Энрико Ферми даёт определённый плюс т.к. его открытие лежит в основе атомной энергетики. А нам известно, что атомная электроэнергия на порядок ниже промышленной (вырабатываемой на Т.Е.Ц.)отсюда следует прямая выгода для промышленных предприятий, которые не хотят переплачивать за электроэнергию. Плюсом служит ещё тот факт, что радиактивные стержни периодически надо подтвергать бомбардировки нейтронами, а этим занимаются только США и Россия.

Я считаю, что поставленные мною цели и задачи в полнлй мере раскрыты.

Список литературы

1. Дж. Орир "Популярная физика" Москва "Мир" 1969

2. Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. Пер. с англ. - М.: Прогресс, 1992, 527 с.

3. Учебник "Физика" для 11 класс средней школы. Москва "Просвещение" 1991

Размещено на Allbest.ru