Sir James Chadwick (foto geplaatst in het artikel) is een Engelse natuurkundige, Nobelprijswinnaar, die beroemd werd na de ontdekking van het neutron. Dit veranderde de fysica van die tijd radicaal en stelde wetenschappers in staat nieuwe elementen te creëren, en leidde ook tot de ontdekking van kernsplijting en het gebruik ervan voor militaire en civiele doeleinden. Chadwick maakte deel uit van een groep Britse wetenschappers die de VS hielpen bij het ontwikkelen van de atoombom tijdens de Tweede Wereldoorlog.
James Chadwick: korte biografie
Chadwick werd geboren in Bollington, Cheshire, Engeland op 20 oktober 1891, als zoon van John Joseph en Ann Mary Knowles. Hij studeerde aan de plaatselijke lagere en Manchester gemeentelijke middelbare scholen. Op zestienjarige leeftijd ontving hij een beurs van de Universiteit van Manchester. James was van plan om wiskunde te studeren, maar woonde ten onrechte inleidende colleges in natuurkunde bij en schreef zich in voor deze specialiteit. Aanvankelijk had hij twijfels over zijn beslissing, maar na zijn eerste jaar vond hij de cursus interessanter. Chadwick was ingeschreven in de klasErnest Rutherford, waar hij elektriciteit en magnetisme studeerde, en later gaf een leraar James een onderzoeksproject over het radioactieve element radium.
Vroeg onderzoek
James Chadwick studeerde af in 1911 en bleef samenwerken met Rutherford op het gebied van gamma-absorptie, waar hij in 1913 een masterdiploma behaalde. De supervisor faciliteerde een onderzoeksbeurs waarvoor hij elders moest werken. Hij besloot in Berlijn te gaan studeren bij Hans Geiger, die op bezoek was in Manchester op het moment dat James zijn master afrondde. Tijdens deze periode stelde Chadwick het bestaan vast van een continu spectrum van bètastraling, wat onderzoekers ontmoedigde en leidde tot de ontdekking van neutrino's.
Reis naar het kamp
Kort voor de Eerste Wereldoorlog, toen vijandelijkheden onvermijdelijk werden, waarschuwde Geiger Chadwick om zo snel mogelijk terug te keren naar Engeland. James was verbijsterd door het advies van de reisorganisatie en verbleef tot het einde van de oorlog in een Duits krijgsgevangenenkamp. Tijdens de vijf jaar van zijn gevangenschap slaagde Chadwick erin om met de bewakers te onderhandelen en elementaire studies van fluorescentie uit te voeren.
Werken bij het Cavendish Laboratory
James Chadwick, wiens biografie in de natuurkunde alle kans had om in 1918 te eindigen, dankzij de inspanningen van Rutherford, keerde weer terug naar de wetenschap en bevestigde dat de lading van de kern gelijk was aan het atoomnummer. In 1921 kreeg hij een onderzoeksbeurs aan Gonville College, Cambridge.en Keyes, en het jaar daarop werd hij de assistent van Rutherford in het Cavendish Laboratory.
Hij werkte elke dag en vond nog steeds tijd om onderzoek te doen, waarvan de richting algemeen werd voorgesteld door Rutherford. Chadwick en medegevangene Charles D. Ellis gingen vervolgens studeren aan het Trinity College en bij Rutherford, waar ze onderzoek deden naar de transmutatie van elementen door bombardementen met alfadeeltjes (heliumkernen). Een onderzoeksteam in Wenen rapporteerde resultaten die niet stroken met de gegevens verkregen door het Cavendish Laboratory, waarvan de juistheid vakkundig werd verdedigd door verdere experimenten door Chadwick en zijn collega's.
In 1925 trouwde James met Eileen Stuart-Brown. Het echtpaar had tweelingdochters.
In het midden van de jaren twintig voerde James Chadwick experimenten uit om alfadeeltjes te verspreiden die werden afgevuurd op doelen van metalen, waaronder goud en uranium, en vervolgens helium zelf, waarvan de kern dezelfde massa heeft als alfadeeltjes. De verstrooiing bleek asymmetrisch te zijn en Chadwick legde het in 1930 uit als een kwantumfenomeen.
Ontdekking van het neutron
Al in 1920 stelde Rutherford het bestaan voor van een elektrisch neutraal deeltje, het neutron genaamd, om het bestaan van waterstofisotopen te verklaren. Men geloofde dat dit deeltje uit een elektron en een proton bestond, maar de emissie van zo'n samenstelling werd niet gedetecteerd.
In 1930 werd ontdekt dat wanneer lichte kernen werden gebombardeerd met alfastraling uitgezonden door polonium, doordringende straling ontstond zonder elektrische lading. Het moest gammastraling zijn. Bij gebruik van een beryllium-target bleken de stralen echter vele malen doordringender te zijn dan bij gebruik van andere materialen. In 1931 suggereerden Chadwick en zijn collega Webster dat neutrale stralen in feite het bewijs waren van het bestaan van het neutron.
In 1932 toonde het onderzoeksechtpaar Irene Curie en Frédéric Joliot aan dat de straling van beryllium doordringender was dan eerdere onderzoekers hadden gemeld, maar ze noemden het ook gammastraling. James Chadwick las het rapport en ging meteen aan de slag met het berekenen van de massa van het neutrale deeltje, wat de laatste resultaten zou kunnen verklaren. Hij gebruikte berylliumstraling om verschillende elementen te bombarderen en ontdekte dat de resultaten consistent waren met de werking van een neutraal deeltje met een massa die bijna identiek was aan die van een proton. Dit werd een experimentele bevestiging van het bestaan van het neutron. In 1925 ontving Chadwick de Nobelprijs voor natuurkunde voor deze prestatie.
Van neutronen tot kernreactie
Het neutron werd al snel een hulpmiddel voor natuurkundigen, die het gebruikten om de atomen van elementen binnen te dringen en ze te transformeren, zodat positief geladen kernen het niet afstoten. Zo bereidde Chadwick de weg voor de splijting van uranium-235 en de creatie van kernwapens. In 1932 ontving hij voor deze belangrijke ontdekking de Hughes-medaille en in 1935 de Nobelprijs. Toen hoorde hij dat Hans Falkenhagen het neutron tegelijkertijd met hem ontdekte, maar bang was om zijn resultaten te publiceren. Duitse wetenschapper bescheidenweigerde een aanbod om de Nobelprijs te delen, wat hem James Chadwick maakte.
De ontdekking van het neutron maakte het mogelijk om in laboratoria transuraniumelementen te maken. Dit was de aanleiding voor de ontdekking door Nobelprijswinnaar Enrico Fermi van kernreacties veroorzaakt door langzame neutronen, en de ontdekking door de Duitse chemici Otto Hahn en Strassmann van kernsplijting, die leidde tot de creatie van kernwapens.
Werken aan de atoombom
In 1935 werd James Chadwick hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Liverpool. Naar aanleiding van de nota van Frisch-Peierls uit 1940 over de wenselijkheid van het bouwen van een atoombom, werd hij benoemd tot lid van de MAUD-commissie, die deze kwestie nader onderzocht. In 1940 bezocht hij Noord-Amerika op de Tizard-missie om samenwerking op het gebied van nucleair onderzoek tot stand te brengen. Na zijn terugkeer naar het VK besloot hij dat niets zou werken tot de oorlog voorbij was.
In december van dat jaar vond Francis Simon, die bij MAUD werkte, een manier om de uranium-235-isotoop te scheiden. In zijn rapport schetste hij de kostenraming en technische specificaties voor de oprichting van een grote onderneming voor uraniumverrijking. Chadwick schreef later dat hij pas toen besefte dat een atoombom niet alleen mogelijk maar ook onvermijdelijk was. Vanaf dat moment moest hij slaappillen gaan slikken. James en zijn groep steunden in het algemeen de U-235-bom en keurden de isolatie ervan door diffusie van de U-238-isotoop goed.
Het resultaat van het leven
Al snel ging hijnaar Los Alamos, het hoofdkwartier van het Manhattan Project, en gaf samen met Niels Bohr waardevol advies aan de ontwikkelaars van de atoombommen die op Hiroshima en Nagasaki waren gevallen. Chadwick James, wiens ontdekkingen de loop van de menselijke geschiedenis ingrijpend veranderden, werd in 1945 geridderd.
Aan het einde van de Tweede Wereldoorlog keerde hij terug naar zijn functie in Liverpool. Chadwick ging in 1958 met pensioen. Na tien jaar in Noord-Wales te hebben doorgebracht, keerde hij in 1969 terug naar Cambridge, waar hij op 24 juli 1974 stierf.
