Астон, Фрэнсис Уильям

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску


Фрэнсис Уильям Астон
англ. Francis William Aston
Francis William Aston.jpg
Дата рождения 1 сентября 1877(1877-09-01)
Место рождения Харборн, Англия, Великобритания
Дата смерти 20 ноября 1945(1945-11-20) (68 лет)
Место смерти Кембридж, Англия, Великобритания
Страна Flag of the United Kingdom.svg Великобритания
Научная сфера физика, химия
Место работы Университет Бирмингема, Кембридж
Альма-матер Бирмингемский университет
Кембриджский университет
Учёная степень бакалавр наук (1910) и доктор наук[d] (1914)
Научный руководитель Дж. Дж. Томсон
Известен как Создатель первого масс-спектрографа
Награды и премии Нобелевская премия — 1922 Нобелевская премия по химии (1922)
Медаль Хьюза (1922)
Медаль Джона Скотта (1923)
Бейкеровская лекция (1927)
Королевская медаль (1938)
Медаль и премия Дадделла (1944)
Commons-logo.svg Фрэнсис Уильям Астон на Викискладе

Фрэ́нсис Уи́льям А́стон (англ. Francis William Aston; 1 сентября 1877 года, Харборн — 20 ноября 1945 года, Кембридж) — английский физик, член Лондонского королевского общества (1921), член-корреспондент АН СССР (1924), лауреат Нобелевской премии по химии за 1922 год.[1][2]

Ранние годы[править | править код]

Майсонский колледж, до переименования в Университет Бирмингема; здание было снесено в 1964 г.

Фрэнсис Астон родился в Харборне (сейчас – часть Бирмингема)[3][4] 1 сентября 1877 года. Он был третьим ребенком и вторым сыном в семье фермера и торговца скобяными изделиями Уильяма Астона и Фанни Шарлотты Холлис, дочери преуспевающего бирмингемского оружейника. С 1889 по 1891 г. он учился в приходской школе Харборна, а с 1891 по 1893 г. – в Малвернском колледже, где был самым лучшим учеником. После Астон поступил в Майсонский колледж-интернат в Ворсестершире (который позже стал Университетом Бирмингема). В колледже Фрэнсис Астон учился физике у Джона Генри Пойнтинга, а химии – под руководством Перси Франкланда и Уильяма Тилдена. В 1896 году он проводил дополнительные исследования по органической химии в частной лаборатории в доме своего отца. В 1898 году он работал, получая финансирование от стипендии Форстера; его работа была связана с оптическими свойствами соединений винной кислоты. Результаты были опубликованы в 1901 году. Так как стипендия не давала достаточных средств, Астон также начал исследования в области ферментативной химии в школе пивоварения в Бирмингеме, а в 1900 был нанят на работу пивоварней Butler&Co.

Работа в университете Бигмингема[править | править код]

Параллельно с работой в пивоварне, Астон сконструировал в доме своего отца необходимую аппаратуру для измерения электрических разрядов в вакуумных трубках. В 1903 году Астон уволился и вернулся на работу в Университет Бирмингема в качестве ассистента Пойнтинга. Фрэнсис Астон продолжил свои исследования в области физики рентгеновских лучей и радиоактивности на средства только что учрежденной стипендии Университета Бигмингема. Он исследовал "темное пространство [Крукс, Уильям|Крукса]". Обнаружилось, что его размеры пропорциональны давлению и электрическому току и что рядом с катодом существует еще одно темное пространство (впоследствии названное «пространством Астона»)[5][6][7]. В 1910 году Университет Бирмингема присудил Фрэнсису Астону степень бакалавра чистых и прикладных наук, а в 1914 году – степень доктора наук[8]. В 1909 году Фрэнсис Астон начал читать лекции в Университете Бирмингема, но в 1910 году по приглашению Дж.Дж. Томпсона уехал работать в Лабораторию Кавендиша в Кембридже.

Работа в Кембридже[править | править код]

Дж.Дж. Томпсона показал природу катодных лучей и затем открыл электрон, а на момент приезда Астона исследовал положительно заряженные «каналовые лучи» (т.е. анодные лучи), открытые Ойгеном Гольдштейном в 1886 году. Метод отклонения частиц магнитным полем в анодных лучах был открыт Вильгельмом Вином в 1908 году; комбинируя электрическое и магнитное поля, можно было разделить различные ионы исходя из отношения из заряда к массе. Ионы с определенным отношением заряда к массе оставляли характерный параболический след на фотопластинке. Данный факт в первый раз демонстрировал, что атомы одного элемента могут иметь разные массы. Результатом этих исследований стал первый масс-спектрограф. Именно предположение о существовании изотопов непосредственно привели к созданию масс-спектрографа, способного разделять изотопы химических элементов. Первоначально Астон работал над обнаружением изотопов неона, а позже – хлора и ртути. Первая мировая война помешала сделать экспериментальное доказательство изотопов с помощью масс-спектрометра, так как в это время Астон работал на Королевском авиационном заводе в Фарнборо в качестве технического помощника, работающего над авиационными покрытиями. После войны Фрэнсис Астон вернулся в Кембридж в лабораторию Кавендиша и закончил создание первого масс-спектрографа, статью о котором он опубликовал в 1919 году. С помощью своего прибора Астону удалось обнаружить 212 природных изотопов различных элементов. Исследования изотопов также позволили Астону сформулировать правило целых чисел, согласно которому массы изотопов всегда выражаются целыми числами. Это правило широко использовалось для развития представлений о ядерной энергии. В 1921 году он стал членом Международного комитета по атомным весам и членом Королевского общества[9], а в 1922 году получил Нобелевскую премию по химии[10]

"За сделанное им с помощью им же изобретенного масс-спектрографа открытие изотопов большого числа нерадиоактивных элементов и за формулирование правила целых чисел"

.

модель третьей версии масс-спектрометра

Последующие улучшения позволили сделать вторую (1927г.) и третью(1935г.) версии прибора, в которых возросла точность и разрешающая способность, что позволило измерять очень малые отклонения от правила целых чисел. Так оказалось, что масса изотопа водорода оказалась на 1% больше, чем ожидалось по средней массе других элементов. Астон размышлял о ядерной энергии и ее применении в 1936 году. Результаты отображены в работах «Изотопы»[11] «Масс-спектры и изотопы»[12], и его многих других книгах.

Личная жизнь[править | править код]

В свободное время Астон занимался горнолыжным спортом и катался на коньках, для этого регулярно приезжал в Швейцарию и Норвегию. Во время Первой мировой войны занялся альпинизмом. Между 20 и 25 годами он провел много времени, катаясь на велосипеде. С изобретением моторизированных транспортных средств он самостоятельно построил двигатель внутреннего сгорания в 1902 году и участвовал в автомобильной гонке Гордона Беннета в Ирландии в 1903 году. Астон также занимался плаваньем, играл в гольф с Резерфордом и другими коллегами из Кембриджа[13], выиграл соревнования по теннису на открытом чемпионате в Уэльсе и Ирландии, а также учился серфингу в Гонолулу в 1909 году. Семья Астона дала ему хорошее музыкальное образования, поэтому ученый также владел игрой на пианино, скрипке и виолончели на таком уровне, что регулярно давал концерты в Кембридже. Астон любил путешествовать, посетил множество мест по всему миру. После смерти отца Астон в 1908г. поехал в кругосветное путешествие, побывал в Австралии и Новой Зеландии, которые посетил снова в 1938-1939 году. [14][15] Астон также был умелым фотографом и интересовался астрономией. Он был участником нескольких экспедиций по изучению солнечных затмений в Суматре в 1932, в Маноге в Канаде 31 августа 1932 года и Камишри в Японии. Также планировал посетить Южную Африку в 1940 году и Бразилию в 1945. Никогда не был женат.

Смерть[править | править код]

Астон умер в Кембридже 20 ноября 1945 года. Ему было 68 лет[16].

Награды и премии[править | править код]

Астон являлся членом Лондонского королевского общества, иностранным членом Итальянской национальной академии наук и Академии наук СССР. Он был удостоен премии Джона Скотта, (1923), медали Хьюза (1920) и Королевской медали (1938) Лондонского королевского общества, а также медали Даделла и премии Физического института (1941). С 1936 по 1945 г. Астон являлся председателем Комиссии по атомным весам Международного союза теоретической и прикладной химии

Примечания[править | править код]

  1. The Nobel Prize in Chemistry 1922. Nobel Foundation. Проверено 14 апреля 2008.
  2. Squires, Gordon (1998). “Francis Aston and the mass spectrograph”. Dalton Transactions (23): 3893—3900. DOI:10.1039/a804629h. Проверено 6 December 2007.
  3. Шаблон:Openplaque
  4. Kevin M. Downard. The Encyclopedia of Mass Spectrometry. — 2015. — Vol. 9B. — P. 6-8.
  5. Francis William Aston (1907). “Experiments on a New Cathode Dark Space in Helium and Hydrogen”. Proceedings of the Royal Society A. 80 (535): 45—49. Bibcode:1907RSPSA..80...45A. DOI:10.1098/rspa.1907.0072. JSTOR 92589.
  6. Francis William Aston (1907). “Experiments on the Length of the Cathode Dark Space with Varying Current Densities and Pressures in Different Gases”. Proceedings of the Royal Society A. 79 (528): 80—95. Bibcode:1907RSPSA..79...80A. DOI:10.1098/rspa.1907.0016. JSTOR 92573.
  7. Francis William Aston (1911). “The Distribution of Electric Force in the Crookes Dark Space”. Proceedings of the Royal Society A. 84 (573): 526—535. Bibcode:1911RSPSA..84..526A. DOI:10.1098/rspa.1911.0005. JSTOR 93257.
  8. http://bhamalumni.org/NetCommunity/Page.aspx?pid=610#FrancisAston
  9. F.W. Aston; et al. (1923). “Report of the International Committee on Chemical Elements: 1923”. J. Am. Chem. Soc. 45 (4): 867—874. DOI:10.1021/ja01657a001.
  10. Francis W. Aston - Biographical. NobelPrize.org. The Nobel Foundation. Проверено 5 октября 2017.
  11. Aston, Francis William. Isotopes. — London : E. Arnold, 1922. — P. 152.
  12. Aston, Francis William. Mass-Spectra and Isotopes. — London : Edward Arnold, 1933.
  13. KM Downard (2007). “Cavendish's Crocodile and Dark Horse – The Lives of Rutherford and Aston in Parallel”. Mass Spectrometry Reviews. 26 (5): 713—723. Bibcode:2007MSRv...26..713D. DOI:10.1002/mas.20145. PMID 17546675.
  14. Hevesy, G. (1948). “Francis William Aston. 1877–1945”. Obituary Notices of Fellows of the Royal Society. 5 (16): 634—650. DOI:10.1098/rsbm.1948.0002. JSTOR 768761.
  15. KM Downard (2007). “Francis William Aston – the man behind the mass spectrograph”. European Journal of Mass Spectrometry. 13 (3): 177—190. DOI:10.1255/ejms.878. PMID 17881785.
  16. Dr. F.W. Aston Dies. Winner of the Nobel Prize in Chemistry in 1922. Noted for His Work With Isotopes. In Tour of This Country 23 Years Ago, He Foresaw the Releasing of New Energy. Developed Isotopes. Headed Atom Committee. Lectured in This Country, The New York Times (22 November 1945). Проверено 6 августа 2010. «The death of Dr. Francis William Aston, fellow of the Royal Society and Fellow of Trinity College, Cambridge, was announced today. He was 68 years old.».

Ссылки[править | править код]