Ernest Rutherford : Father of Nuclear Physics

Ernest Rutherford : Father of Nuclear Physics.

अर्नेस्ट रुदरफोर्ड :अण्विक भौतिकशास्त्राचे जनक,नोबेल पारितोषिक विजेते 

30 ऑगस्ट- जन्मदिन

स्मृतिदिन - 19 ऑक्टोबर 

बालपण आणि शिक्षण:

सर आयझॅक न्यूटन व मायकेल फॅराडे यांच्याइतकेच प्रख्यात असलेले न्यूझीलंडमधील भौतिकशास्त्रज्ञ, किरणोत्सर्ग व आणवीय संरचनेचा अणुकेंद्रीय सिद्धांत यांविषयीच्या कार्याकरिता विशेष प्रसिद्धअसलेले, अणुकेंद्रीय भौतिकीचे जनक म्हणून त्यांची गणना करण्यात येते.

 किरणोत्सर्गासंबंधीच्या त्यांच्या कार्याबद्दल त्यांना रसायनशास्त्राच्या नोबेल पारितोषिकाचा सन्मान मिळाला अश्या अर्नेस्ट रुदरफोर्ड यांचा जन्म 30 ऑगस्ट 1871 रोजी झाला. 

x x

अर्नेस्ट रुदरफोर्ड यांचा जन्म न्यूझीलंडमधील नेल्सनजवळील स्प्रिंग ग्रोव्ह सध्याचे ब्राइटवॉटर येथे झाला होता. क्राइस्टचर्च येथील कॅटरबरी कॉलेजमध्ये शिक्षण घेतले. 

त्यांनी 1892 मध्ये बी. ए. पदवीपर्यंत शिक्षण पूर्ण करून ते पदव्युत्तर एम्‌. ए. चे शिक्षण 1893 मध्ये पूर्ण करून या दोन्हीही पदव्या संपादन केल्या होत्या.

xx x x

चुंबकीय क्षेत्रांसंबंधी संशोधन: उच्च शिक्षण 

क्राइस्टचर्च येथील कॉलेजमध्ये एक वर्षभर त्यांनी उच्च कंप्रतेच्या प्रत्यावर्ती (वारंवार उलटसुलट दिशा व मूल्य बदलणाऱ्या आणि दर सेकंदास होणाऱ्या आवर्तनांची संख्या उच्च असलेल्या) चुंबकीय क्षेत्रांसंबंधी संशोधन कार्य केले. 

त्यामुळे त्यांना इंग्लंडमधील केंब्रिज विद्यापीठात उच्च शिक्षण घेण्यासाठी शिष्यवृत्ती प्राप्त झाली. त्या ठिकाणी त्यांनी जे. जे. थॉमसन  यांच्या मार्गदर्शनाखाली सुरुवातीला त्यांनी ज्या विषयात संशोधन केले त्याच विषयावरील संशोधन पुढे चालू ठेवले. 

 त्यांनी क्ष-किरण एखाद्या वायूमधून नेल्यास होणाऱ्या परिणामासंबंधी 1886 मध्ये टॉमसन यांच्याबरोबर संशोधन करण्यास सुरुवात केली. 

क्ष-किरणांमुळे मोठ्या प्रमाणात धन व ऋण विद्युत्‌ भारित कण (आयनीकृत अणू) तयार होतात व या कणांचे पुन्हा संयोजन होऊन विद्युत्‌ दृष्ट्या उदासीन असे रेणू बनतात असे त्यांना त्यांच्या संशोधनात आढळून आले. 

अर्नेस्ट रुदरफोर्ड यांनी धन व ऋण आयनांच्या संयोजनाचा वेग व त्वरा मोजण्याचे तंत्र शोधून काढले.

 युरेनियमापासून उत्सर्जित होणाऱ्या किरणांमुळेही हवेचे आयनीकरण होते परंतु हे किरण क्ष-किरणांप्रमाणे नसून दोन भिन्न प्रकारच्या प्रारणांचे (तरंगरूपी ऊर्जेचे) बनलेले असतात, असे त्यांनी आपल्या संशोधनातून दाखवून दिले.

 आयनीकरणाची सर्वात मोठी क्षमता असलेल्या पण सहजपणे शोषल्या जाणाऱ्या प्रारणाला त्यांनी ‘आल्फा किरण’ आणि आयनीभवनाची क्षमता अतीशय कमी पण भेदनक्षमता अधिक उच्च असलेल्या प्रारणाला ‘बीटा किरण’ अशी नावे दिली होती. हे किरण अतिशय सूक्ष्म कणरूपी असावेत, असा त्यांचा संशोधनातून अंदाज होता व तो पुढे बरोबर सिद्ध झाला. 

त्यानंतर 1900 साली त्यांनी किरणोत्सर्गी द्रव्यापासून उत्सर्जित होणारे चुंबकीय क्षेत्राने विचलित न होणारे व उच्च ऊर्जायुक्त्त असलेले तिसऱ्या प्रकारचे प्रारण शोधून काढले. या विद्युत्‌ चुंबकीय प्रारणाला त्यांनी ‘गॅमा किरण’ असे नाव दिल्या गेले.

x x

किरणोत्सर्गासंबंधीचे संशोधन:

 अर्नेस्ट रुदरफोर्ड यांची कॅनडातील 1898 मध्ये माँट्रिऑल येथील मॅक्‌गिल विद्यापीठात भौतिक विज्ञानच्या अध्यासनावर नेमणूक झाली. त्यांनी तेथे किरणोत्सर्गासंबंधीचे आपले संशोधन पुढे तसेच चालू ठेवले. 

या संशोधनात त्यांना फ्रेडरिक सॉडी यांनी बहुमोल सहकार्य केले. त्यांनी त्या ठिकाणी अतिशय मेहनतीने व परिश्रमपूर्वक रेडियम, थोरियम व ॲक्टिनियम या किरणोत्सर्गी मूलद्रव्यांच्या तीन गटासंबंधी अनमोल असे संशोधन केले. 

थोरियम व त्याची संयुगे यांपासून एक किरणोत्सर्गी वायू उत्सर्जित होतो, असे त्यांना त्यांच्या संशोधनात आढळून आले. त्याला त्यांनी ‘एमॅनेशन’ नाव दिले.

 एमॅनेशनाच्या किरणोत्सर्गाच्या क्रियाशीलतेचा क्षय एका विशिष्ट त्वरेने होतो व त्याची क्रियाशीलता ठराविक काळात मूळच्या अर्धी होते, असे त्यांनी संशोधनातून दाखविले (प्रत्येक किरणोत्सर्गी मूलद्रव्याच्या बाबतीत हा काळ निरनिराळा असतो व त्याला त्या मूलद्रव्याचे अर्धायुष्य म्हणतात). 

त्यांनी असेही दाखविले की, थोरियम-एक्स हे अधिक क्रियाशील द्रव्य अस्तित्वात असून ते मूळ थोरियमापासून तयार होते व थोरियम–एक्सपासून एमॅनेशन तयार होते म्हणजेच रासायनिक मूलद्रव्यांची एक श्रेणी असून तिच्यातील मूलद्रव्ये इतर मूलद्रव्यांत रूपांतरित होतात (मूलद्रव्यांतरण). 

किरणोत्सर्ग या प्रक्रियेत एका मूलद्रव्याचे अणू स्वयंस्फूर्तपणे विघटन पावून अगदी भिन्न मूलद्रव्याचे अणू तयार होतात व हे अणूही किरणोत्सर्गी असतात, असा निष्कर्ष संशोधनातील अर्नेस्ट रुदरफोर्ड व सॉडी या दोघांनी 1902 मध्ये काढला व ते प्रयोगांती सिद्ध झाले. 

x x

द्रव्यांच्या अविनाशित्वाच्या संकल्पनेवर दृढ विश्वास असलेल्या अनेक शास्त्रज्ञांनी या विशदीकरणाला विरोध केला. 

1904 मध्ये अर्नेस्ट रुदरफोर्ड यांनी "रेडिओॲक्टिव्हिटी" या आपल्या ग्रंथात या विषयावरील संशोधनाचे फलित सारांशरूपाने मांडले होते. 

त्यांनी तापमान व रासायनिक बदल यांसारख्या बाह्य परिस्थितीचा किरणोत्सर्गाच्या प्रक्रियेवर कुठलाच परिणाम होत नाही, सामान्य रासायनिक विक्रियेपेक्षा तिच्यात अधिक उष्णता निर्माण होते. 

क्षय त्वरेशी समतोल राखला जाईल इतक्याच त्वरेने नवीन प्रकारचे द्रव्य निर्माण होते व नवीन तयार झालेल्या द्रव्यांचे रासायनिक गुणधर्म भिन्न भिन्न असतात हा किरणोत्सर्गाच्या सिद्धांताला आधारभूत असा पुरावा संशोधनातून प्रतिपादन केला होता.

x x xx

रसायनशास्त्राचे नोबेल पारितोषिक:

अर्नेस्ट रुदरफोर्ड 1907 मध्ये इंग्लंडमधील मँचेस्टर विद्यापीठात भौतिक शास्त्राचे प्राध्यापक झाले. त्यांनी त्या ठिकाणी आल्फा कणांविषयीचे संशोधन पुढे चालू ठेवले. 

त्यांनी हान्स गायगर या संशोधकाच्या साहाय्याने तयार केलेल्या उपकरणाने ज्ञात राशीच्या रेडियमापासून एकामागून एक उत्सर्जित होणारे कण मोजले व या कणांचा एकूण जमा झालेला विद्युत्‌ भार मोजून प्रत्येक कणाचा विद्युत्‌ भार काढला. 

टी. डी. रॉइड्स या संशोधक विद्यार्थ्यांच्या सोबत त्यांनी आल्फा कण हे दोन इलेक्ट्रॉन गमाविलेले हीलियमाचे अणूच (म्हणजे हीलियमाची अणुकेंद्रेच) असतात हे 1908 मध्ये सिद्ध केले. 

त्याच वर्षी 1908 मध्ये मूलद्रव्यांचे विघटन व किरणोत्सर्गी द्रव्यांचे रसायनशास्त्र यांविषयी केलेल्या संशोधनाबद्दल त्यांना रसायनशास्त्राचे नोबेल पारितोषिक मिळाले.

x x

अणुकेंद्रीय सिद्धांत:

अण्विय संरचनेसंबंधीचा आपला अणुकेंद्रीय सिद्धांत 1911 मध्ये मांडून अर्नेस्ट रुदरफोर्ड यांनी विज्ञानातील त्यांची सर्वाधिक महत्त्वाची कामगिरी केली.

 त्यांनी त्यांच्या संशोधनातून सुचविल्या प्रमाणे 1910 मध्ये गायगर व ई. मार्सडेन यांनी धातूच्या पातळ पत्र्यातून जाणाऱ्या आल्फा कणांच्या प्रकीर्णनाचा (विखुरण्याच्या क्रियेचा) अभ्यास सुरु केला. 

काही कण पत्र्यातून आरपार गेल्यावर अगदी काही थोडे विचलित झालेले परंतु काही थोड्या प्रमाणातील (सु. 8हजारात 1) कण ते ज्या बाजूने पत्र्यात शिरले होते त्याच बाजूस 90 डिग्री पेक्षा मोठ्या कोनातून विचलित झालेले गायगर व मार्सडेन यांना आढळले. 

यावरून अर्नेस्ट रुदरफोर्ड यांनी गणिताने असा निष्कर्ष काढला की, इतके मोठे विचलन घडून येण्यासाठी आवश्यक असणारे प्रखर विद्युत्‌ क्षेत्र फक्त्त जर अणूचा सर्व धन विद्युत्‌ भार व म्हणून बहुतेक सर्व द्रव्यमान संपूर्ण अणूच्या व्यासाच्या 10,000 पट लहान अशा मध्यवर्ती अणुकेंद्रावर एकत्रित झालेले असेल, तरच अस्तित्वात असू शकेल (मात्र 1912 पर्यंत अर्नेस्ट रुदरफोर्ड यांनी अणुकेंद्र-न्यूक्लियस-हा शब्द वापरलेला नव्हता). 

त्यामुळे अणुकेंद्रावरील धन विद्युत्‌ भार त्याच्या भोवती कोणत्या तरी प्रकारे वितरित झालेल्या इलेक्ट्रॉनांच्या समान पण ऋण विद्युत्‌ भारामुळे समतोलावस्थेत राहील, असे त्यांनी प्रतिपादन केले. 

एखादया अणुकेंद्रामुळे निरनिराळ्या कोनांत प्रकीर्णित होणाऱ्या कणांच्या संख्येकरिता एक सैद्धांतिक सूत्रची मांडणी केली होती. 

अणूच्या अणुकेंद्रीय संरचनेचे हे प्रतिमान (मॉडेल) पुढे नील्स बोर यांनी 1913 मध्ये विकसित केले.(अणु व आणवीय संरचना)/

 एखाद्या मूलद्रव्याचे रासायनिक स्वरूप त्याच्या अणुकेंद्रातील धन विद्युत्‌ भारित कणांच्या संख्येवर अवलंबून असते असाही निष्कर्ष अर्नेस्ट रुदरफोर्ड यांनी काढला. अश्या धन विद्युत्‌ भारित कणांना ‘प्रोटॉन’ असे नाव दिले.

x x

अणुकेंद्राचे कृत्रिम विघटन चा शोध:

 पाणबुडीचे अस्तित्व ओळखण्यासाठी पहिल्या महायुद्ध काळात त्यांनी ध्वनिकीय पद्धती वापरण्यासंबंधी संशोधन केले. 

1919 मध्ये त्यांची केंब्रिज विद्यापीठात भौतिकीच्या कॅव्हेंडिश अध्यासनावर व कॅव्हेंडिश लॅबोरेटरीच्या संचालकपदावर नेमणूक झाली. 

तेथेच त्यांनी 1919 मध्ये ‘अणुकेंद्राचे कृत्रिम विघटन’ हा तिसरा महत्त्वाचा शोध लावला. 

नायट्रोजनाच्या अणूची आल्फा कणाबरोबर टक्कर झाल्यास त्याचे ऑक्सिजन अणूत व हायड्रोजन अणूत रूपांतर होते, असे प्रयोगाद्वारे आपल्या संशोधनातून त्यांनी दाखविले. 

अर्नेस्ट रुदरफोर्डने सुरू केलेल्या या संशोधनाचा परिणाम भविष्यातील अणुऊर्जा युगाचा उदय होण्यास पूर्ण ठरला. 

1920 मध्ये त्यांनी आपल्या संशोधनाच्या काळात न्यूट्रॉनाच्या आणि हायड्रोजन व हीलियम यांच्या समस्थानिकांच्या (अणुक्रमांक तोच पण भिन्न अणुभार असलेल्या त्याच मूलद्रव्याच्या प्रकारांच्या) अस्तित्वाचे भाकीत वर्तविले होते. 

1921-24 मध्ये जेम्स चॅडविक यांच्या सोबत संशोधन करून त्यांनी बोरॉन, फ्ल्युओरीन, ॲल्युमिनियम व फॉस्फरस यांचे मूलद्रव्यांतरण करण्यात यश मिळविले.

 मँचेस्टर विद्यापीठातील अर्नेस्ट रुदरफोर्ड यांच्या प्रयोगशाळेत गायगर, बोर, हेन्री मोझली यांसारख्या प्रसिद्ध शास्त्रज्ञांनी त्यांच्या मार्गदर्शनाखाली भौतिक विज्ञानामध्ये संशोधन केले.

x x x x

पुरस्कार व सन्मान:

1. 1914 मध्ये ब्रिटिश सरकारने "नाइट" पुरस्कार प्रदान केला.
2. 1925 मध्ये ऑर्डर ऑफ मेरिट पुरस्कार. 
3. 1931 मध्ये नेल्सनचे पहिले बॅरन हे बहुमान पदक.
4. 1903 मध्ये रॉयल सोसायटीचे फेलो म्हणून निवड.
5. 1905 मध्ये रम्फर्ड या पदकांनी सन्मान.  
6. 1922 मध्ये कॉप्ली या पदकांनी सन्मान. 
7. 1923 मध्ये ब्रिटिश ॲसोसिएशन फॉर द ॲडव्हान्समेंट ऑफ सायन्स या संस्थेचे अध्यक्ष म्हणून निवड झाली.
8. 1925-30 मध्ये रॉयल सोसायटीचे अध्यक्ष होते. 
9. अमेरिकेच्या नॅशनल ॲकॅडेमी ऑफ सायन्सेसचे सदस्य होते. 
10. 1908 मध्ये किरणोत्सर्गासंबंधीच्या त्यांच्या कार्याबद्दल रसायनशास्त्रामधील नोबेल पारितोषिक.

x x

ग्रंथ संपदा व संशोधनात्मक निबंध:

1. रेडिओॲक्टिव्हिटी (1904) 
2. रेडिओॲक्टिव्ह ट्रान्सफॉर्मेशन्स (1906)
3. रेडिएशन्स फ्रॉम रेडिओॲक्टिव्ह सबस्टन्सेस (जेम्स चॅडविक व सी. डी. एलीस यांच्या समवेत ग्रंथ तयार केला (1919,1930)
4. द इलेक्ट्रिकल स्ट्रक्चर ऑफ मॅटर (1926)
5. द आर्टिफिशियल ट्रान्सम्युटेशन ऑफ एलेमेंट्स (1933) 
6. द न्यूअर अल्केमी (1930) 
7. अनेक संशोधनात्मक निबंध लिहिले.

 

x x x x

निधन:

न्यूझीलंडमधील भौतिकशास्त्रज्ञ होते व ते अण्विक भौतिकशास्त्राचे जनक मानले जातात. 

त्यांना 1908 मध्ये रसायनशास्त्रामधील नोबेल पारितोषिक विजेते अर्नेस्ट रुदरफोर्ड 19 ऑक्टोबर 1937 रोजी केंब्रिज येथे मृत्यू पावले.

View, Comments and share........