Фрэнсис Уильям Астон , член Королевского общества [2] (1 сентября 1877 г. – 20 ноября 1945 г.) – британский химик и физик , лауреат Нобелевской премии по химии 1922 года за открытие с помощью масс-спектрографа изотопов во многих нерадиоактивных элементах и за формулировку правила целых чисел . [3] [4] Он был членом Королевского общества [2] и членом Тринити-колледжа в Кембридже . [5]
Фрэнсис Астон родился в Харборне , ныне части Бирмингема, 1 сентября 1877 года. [6] [7] Он был третьим ребенком и вторым сыном Уильяма Астона и Фанни Шарлотты Холлис. Он получил образование в школе викария Харборна, а затем в колледже Малверн в Вустершире, где он был пансионером. В 1893 году Фрэнсис Уильям Астон начал свое университетское обучение в колледже Мейсон (который тогда был внешним колледжем Лондонского университета), где его преподавал физика Джон Генри Пойнтинг и химия Франкленд и Тилден . С 1896 года он проводил дополнительные исследования по органической химии в частной лаборатории в доме своего отца. В 1898 году он начал как студент Франкленда, финансируемый стипендией Форстера; его работа касалась оптических свойств соединений винной кислоты . Он начал работать над химией ферментации в школе пивоварения в Бирмингеме и в 1900 году был принят на работу в пивоварню W. Butler & Co. Brewery. Этот период работы закончился в 1903 году, когда он вернулся в Бирмингемский университет под руководством Пойнтинга в качестве ассоциированного специалиста.
Получив стипендию от Бирмингемского университета , он продолжил исследования в области физики после открытия рентгеновских лучей и радиоактивности в середине 1890-х годов. Астон изучал ток через заполненную газом трубку . Исследования, проведенные с помощью самодельных разрядных трубок, привели его к исследованию объема темного пространства Астона . [8] [9] [10]
После смерти отца и кругосветного путешествия в 1908 году он был назначен преподавателем в Бирмингемском университете в 1909 году, но в 1910 году по приглашению Дж. Дж. Томсона перешел в Кавендишскую лабораторию в Кембридже. [ необходима цитата ]
В 1910 году Бирмингемский университет присвоил ему степень бакалавра наук в области прикладных/чистых наук [ необходима ссылка ] и степень доктора наук в области прикладных/чистых наук в 1914 году. [11]
Джозеф Джон Томсон раскрыл природу катодного луча , а затем открыл электрон, и теперь он проводил исследования положительно заряженных « Kanalstrahlen », открытых Ойгеном Гольдштейном в 1886 году. Метод отклонения частиц в «Kanalstrahlen» магнитными полями был открыт Вильгельмом Вином в 1908 году; объединение магнитных и электрических полей позволило разделить различные ионы по их отношению заряда и массы. Ионы с определенным отношением заряда к массе оставляли характерный параболический след на фотографической пластинке, впервые демонстрируя, что атомы одного элемента могут иметь разные массы. Первый секторный полевой масс-спектрометр был результатом этих экспериментов. [12]
.jpg/1280px-Early_Mass_Spectrometer_(replica).jpg)
Именно рассуждения об изотопии напрямую привели к созданию масс-спектрометра, способного разделять изотопы химических элементов. Первоначально Астон работал над идентификацией изотопов в элементе неоне , а затем хлоре и ртути.
В 1912 году Астон обнаружил, что неон разделяется на два участка, примерно соответствующих атомным массам 20 и 22. Он назвал участок с массой 22 «мета-неоном», название он взял из « Оккультной химии» . [13]
Первая мировая война затормозила и отложила его исследования по экспериментальному доказательству существования изотопов методом масс-спектроскопии, и во время войны Астон работал в Королевском авиационном заводе в Фарнборо в качестве технического помощника, занимаясь авиационными покрытиями. [ необходима ссылка ]
После войны он вернулся к исследованиям в Кавендишской лаборатории в Кембридже и завершил создание своего первого масс-спектрографа , о котором он сообщил в 1919 году. [14] Последующие усовершенствования прибора привели к разработке второго и третьего прибора с улучшенной разрешающей способностью и точностью измерения масс. Эти приборы, использующие электромагнитную фокусировку, позволили ему идентифицировать 212 встречающихся в природе изотопов. В 1921 году Астон стал членом Международного комитета по атомным весам [15] и членом Королевского общества [2] , а в следующем году получил Нобелевскую премию по химии . [16]
Его работа над изотопами также привела к формулировке им правила целых чисел , которое гласит, что «масса изотопа кислорода определена [как 16], все остальные изотопы имеют массы, которые являются очень близкими к целым числам», правило, которое широко использовалось в развитии ядерной энергетики . Точная масса многих изотопов была измерена, что привело к результату, что водород имеет массу на 1% большую, чем ожидалось по средней массе других элементов. Астон размышлял о субатомной энергии и ее использовании в 1936 году.
Наиболее известные его книги — «Изотопы» [17] и «Масс-спектры и изотопы» [18] .
В личной жизни он был спортсменом, катался на лыжах и коньках зимой во время своих регулярных визитов в Швейцарию и Норвегию ; лишенный этих зимних видов спорта во время Первой мировой войны, он начал заниматься скалолазанием. В возрасте от 20 до 25 лет он проводил большую часть своего свободного времени, катаясь на велосипеде. С изобретением моторизованных транспортных средств он сконструировал свой собственный двигатель внутреннего сгорания в 1902 году и участвовал в автогонках Гордона Беннета в Ирландии в 1903 году. Не довольствуясь этими видами спорта, он также занимался плаванием, гольфом, особенно с Резерфордом и другими коллегами в Кембридже, [19] теннисом, выигрывая несколько призов на открытых турнирах в Англии, Уэльсе и Ирландии и обучаясь серфингу в Гонолулу в 1909 году. Будучи выходцем из музыкальной семьи, он был способен играть на пианино, скрипке и виолончели на таком уровне, что регулярно выступал на концертах в Кембридже. Он посетил множество мест по всему миру во время своих обширных туров, начав с поездки в Австралию и Новую Зеландию в 1908 году , которую он снова посетил в 1938–1939 годах. [2] [20]
Астон был искусным фотографом и интересовался астрономией . Он присоединился к нескольким экспедициям по изучению солнечных затмений в Бенкоебене в 1925 году, на Суматре в 1932 году, на Магоге в Канаде 31 августа 1932 года и в Камишари , Хоккайдо, Япония , 19 июня 1936 года. Он также планировал посетить экспедиции в Южную Африку в 1940 году и Бразилию в 1945 году в более позднем возрасте. Он так и не женился.
Астон умер в Кембридже 20 ноября 1945 года в возрасте 68 лет. [5]
В его честь назван лунный кратер Астон .
Британское общество масс-спектрометрии вручает ему медаль Астона .
Нобелевская премия по химии 1922 года была присуждена Фрэнсису Уильяму Астону "за открытие с помощью его масс-спектрографа изотопов в большом количестве нерадиоактивных элементов и за формулировку правила целых чисел"