Фрэнсис Уильям Астон FRS [2] (1 сентября 1877 – 20 ноября 1945) был британским химиком и физиком , получившим Нобелевскую премию по химии 1922 года за открытие с помощью масс-спектрографа изотопов многих нерадиоактивных элементов и за провозглашение правила целого числа . [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 священника Харборна, а затем в колледже Малверн в Вустершире, где он был пансионером. В 1893 году Фрэнсис Уильям Астон начал обучение в Мейсон-колледже (который тогда был внешним колледжем Лондонского университета), где ему преподавал физику Джон Генри Пойнтинг и химию 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 учиться во Франкленде, финансируемом стипендией Форстера; его работа касалась оптических свойств соединений винной кислоты . Он начал заниматься химией ферментации в школе пивоварения в Бирмингеме и в 1900 году поступил на работу в пивоварню W. Butler & Co. Этот период работы закончился в 1903 году, когда он вернулся в Бирмингемский университет под руководством Пойнтинга в качестве младшего сотрудника.
Получив стипендию Бирмингемского университета , он продолжил исследования в области физики после открытия рентгеновских лучей и радиоактивности в середине 1890-х годов. Астон изучал ток через газонаполненную трубку . Исследования, проведенные с помощью самодельных газоразрядных 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 перешёл в Кавендишскую лабораторию в Кембридже по приглашению Дж . Дж. Томсона .
Бирмингемский университет присвоил ему степень бакалавра прикладных/чистых наук в 1910 году и степень доктора прикладных/чистых наук в 1914 году .
Джозеф Джон Томсон раскрыл природу катодного луча , а затем открыл электрон, и теперь он проводил исследования положительно заряженного « Канальстралена », открытого Ойгеном Гольдштейном в 1886 году. Был открыт метод отклонения частиц в «Каналстралене» магнитными полями. Вильгельм Вен в 1908 году; объединение магнитного и электрического полей позволило разделить разные ионы по соотношению заряда и массы. Ионы с определенным соотношением заряда и массы оставят характерный параболический след на фотографической пластинке, впервые демонстрируя, что атомы одного элемента могут иметь разную массу. Результатом этих экспериментов стал первый секторный масс-спектрометр поля. [12]
Именно размышления об изотопии непосредственно привели к созданию масс-спектрометра, способного разделять изотопы химических элементов. Первоначально Астон работал над идентификацией изотопов элемента неона , а затем хлора и ртути. Первая мировая война остановила и отложила его исследования по экспериментальному доказательству существования изотопов с помощью масс-спектроскопии, и во время войны Астон работал в Королевском авиационном заводе в Фарнборо техническим помощником, работая над авиационными покрытиями. [ нужна цитата ]
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. [13] Последующие усовершенствования прибора привели к разработке второго и третьего приборов с улучшенным массовым разрешением. точность мощности и массы. Эти инструменты, использующие электромагнитную фокусировку, позволили ему идентифицировать 212 встречающихся в природе изотопов. В 1921 году Астон стал членом Международного комитета по атомным весам [14] и членом Королевского общества [2] и в следующем году получил Нобелевскую премию по химии . [15]
Его работа над изотопами также привела к формулировке правила целых чисел , которое гласит, что «масса изотопа кислорода определяется [как 16], массы всех остальных изотопов почти равны целым числам», правило, которое использовалось активно занимается развитием атомной энергетики . Была измерена точная масса многих изотопов, в результате чего выяснилось, что масса водорода на 1% выше, чем ожидалось по средней массе других элементов. Астон размышлял о субатомной энергии и ее использовании в 1936 году.
«Изотопы» [16] и «Масс-спектры и изотопы» [17] — его самые известные книги.
В личной жизни он был спортсменом, катался на беговых 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 на велосипеде. С изобретением моторизованных транспортных средств он сконструировал собственный двигатель внутреннего сгорания в 1902 году и принял участие в автогонках Гордона Беннета в Ирландии в 1903 году. Не довольствуясь этими видами спорта, он также занимался плаванием и гольфом, особенно с Резерфордом и другими коллегами в Кембридже. , [18] теннис, выиграв несколько призов на открытых турнирах в Англии, Уэльсе и Ирландии, а также обучаясь серфингу в Гонолулу в 1909 году. Выходец из музыкальной семьи, он был способен играть на фортепиано, скрипке и виолончели на таком уровне, что регулярно играл на концертах в Кембридже. Он посетил множество мест по всему миру в обширных туристических поездках, начиная с 1908 года с поездки в Австралию и Новую Зеландию , которые он снова посетил в 1938–1939 годах. [2] [19]
Астон был опытным фотографом и интересовался астрономией . Он присоединился к нескольким экспедициям по изучению солнечных затмений в Бенкобене в 1925 году, на Суматре в 1932 году, в 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 в Бразилию в 1945 году. жизнь. Он никогда не был женат.
Астон умер в Кембридже 20 ноября 1945 года в возрасте 68 лет .
В его честь назван лунный кратер Астон .
Британское общество масс-спектрометрии вручает в его честь медаль Астона .
Сегодня было объявлено о смерти доктора Фрэнсиса Уильяма Астона, члена Королевского общества и члена Тринити-колледжа в Кембридже. Ему было 68 лет.
Нобелевская премия по химии 1922 года была присуждена Фрэнсису Уильяму Астону «за открытие с помощью масс-спектрографа изотопов большого числа нерадиоактивных элементов и за формулировку правила целых чисел».