Нобелови лауреати – 1951 година

Ърнест Уолтън (Ernest Walton)

6 октомври 1903 г. – 25 юни 1995 г.

Нобелова награда за физика, 1951 г. (заедно с Джон Кокрофт)

(За изследователска му работа по преобразуването на атомните ядра с помощта на изкуствено ускорени атомни частици.)

Ирландският физик Ърнест Томас Синтън Уолтън е роден в Дънгарван (графство Уотърфорд) и е син на Джон Артър Уолтън, методистки свещеник, и Ан Елизабет (Синтън) Уолтън. Семейството мени периодично местожителството си, когато бащата получава нова енория. Малкият Уолтън учи в Бенбридж и Кукстаун. През 1915 г. постъпва в Методисткия колеж в Белфаст и го завършва през 1922 г. След това се записва в Тринити колидж към Дъблинския университет, където учи математика и физика със средства на стипендиантски фонд и получава степента бакалавър през 1926 г. Той остава в Тринити колидж още една година за експериментална и теоретична работа, свързана с турбулентността на течностите, и получава през 1927 г. степента магистър.

През същата година Уолтън получава правителствена стипендия за изучаване на ядрена физика под ръководството на Ърнест Ръдърфорд в лабораторията „Кавендиш“ към Кеймбриджкия университет, където защитава докторска дисертация през 1931 г. Малко преди това Ръдърфорд доказва, че при бомбардирането на азот с алфа-частици (хелиеви йони), излъчвани от радиоактивен източник, атомното ядро може да се дели. По аналогичен начин той получава от азотни атоми кислородни, като с това става първият човек, който успява да превърне един елемент в друг с помощта на външно въздействие. За да постигне нови атомни трансформации, Ръдърфорд се стреми със сътрудниците си да измисли прибор, който ще позволи да се бомбардира ядрото още по-бързо от движещи се частици.

Мнозина други учени също се интересуват живо от създаването на подобни прибори, като използват както преки методи, при които се употребява един електрически импулс, така и косвени, при които частиците се ускоряват, получавайки няколко пъти слаби импулси. През последните години, когато стават достъпни по-мощни източници на енергия, двата метода служат за моделни при разработката на бетатрона и линейния ускорител. Скоро след идването си в Кеймбридж Уолтън предлага да се определи възможността за ускоряване на електрони по кръгова траектория, заобиколена от електрически и магнитни полета. Макар че първият му апарат ускорява електрони по кръгова орбита, това е недостатъчно, за да се проникне в ядрото и то да бъде разделено. Вторият му прибор ускорява по-тежки положително заредени частици, движейки ги напред праволинейно с помощта на променящи се електрически сили.

През 1929 г. Уолтън обединява своите сили с Джон Кокрофт, който също се опитва да създаде ускорител на частици. Трудностите за постигане на тази цел са свързани с необходимостта да се използват много високи енергии, защото положително заредените атомни ядра отблъскват положително заредените частици, насочени към тях. Направените изчисления показват, че само частици, ускорени с помощта на енергии от над няколко милиона електрон-волта (величина, надминаваща десет пъти равнището, достигнато в края на 20-те години), могат да преодолеят тази бариера.

През 1929 г. Кокрофт решава да използва за ядрените трансформации най-малко привлекателния пряк метод, но да го направи по нов остроумен начин, който не изисква ускоряване на частици с помощта на енергии от милиони електрон-волта. За да постигне това, Крокфорт използва блестящата идея, която му хрумва, след като прочита през 1928 г. статия на физика с руски произход Джордж (Георгий) Гамов. Гамов предполага, че ако атомните частици се движат като вълни, някои от тях могат да напуснат атомните ядра, макар че според класическата теория за частиците те не би трябвало да притежават подобна възможност.

Вероятно, предполага Гамов, някои алфа-частици могат да напуснат ядрата, ако се изследват голямо количество ядра. Когато Гамов посещава по това време лабораторията „Кавендиш“, Кокрофт получава възможността да го попита дали е възможен обратен процес, с други думи – могат ли положително заредени частици с малка енергия да проникнат в ядрото. Мнението на Гамов е, че това е възможно, ако към ядрото бъде насочени достатъчно голямо количество алфа-частици.

Ободрени от теорията на Гамов, Кокрофт и Уолтън работят няколко години над създаването на надежден и ефективен ускорител на частици, с помощта на който може да се насочи към ядрото достатъчно голямо количество положително заредени частици. Като прилагат към тези частици няколкостотин електрон-волта, Крокрофт и Уолтън успяват да разделят някои атоми в началото на 1932 г. Една от няколко десетки милиона алфа-частици, насочени към леки атоми като тези на лития и бора, разделя съответното ядро и освобождава енергия.

Като получава стипендия през 1932 г., Уолтън остава в Кеймбридж още две години. През това време той продължава работата си за трансформирането на ядрата на други елементи. През 1934 г. той се връща в Ирландия и става член на съвета на Тринити колидж; през 1974 г. е удостоен със званието почетен член на колежа в оставка. От 1946 до 1974 г. заема длъжността професор по естествена и експериментална философия в Тринити колидж.

Със своите изследвания Уолтън и Кокрофт не само доказват възможността за превръщането на атомните частици под пълния контрол на човека и без използването на радиоактивни материали, но и осъществяват атомни реакции, съпроводени с отделянето на голямо количество енергия. Нещо повече, техните експерименти дават първото сериозно потвърждение на теорията на Алберт Айнщайн /1921/, а по-точно – на неговата формулировка, изразяваща еквивалентността на масата и енергията. При други изследвания Уолтън се занимава с въпросите на хидродинамиката, микровълните и други аспекти на ядрената физика.

Уолтън се жени през 1934 г. за Уинифред Изабел Уилсън, възпитателка в детска градина; семейството има двама сина и две дъщери. Уолтън, когото определят като спокоен, не много общителен човек, обича да почива в свободното си време и да работи в градината.

Уолтън е член на Ирландската кралска академия на науките и на Дъблинското кралско дружество; сътрудничи в комитетите на съветниците към Дъблинския институт за фундаментални изследвания и към Кралската болница в Дъблин. Награден е с медала Хюз на Лондонското кралско дружество (1938 г.) и има почетни научни степени от Кралския университет в Белфаст и от колежа „Густав Адолф“ в щата Минесота, САЩ.

Превод от руски: Павел Б. Николов