ERNEST RUTHERFORD
von Manuela Dreier
Ernest Rutherford wurde am 30.August 1871 in Spring Grove, Neuseeland geboren. Er starb am 19.Oktober 1937 in Cambridge.Rutherford war der Sohn zweier britischer Einwanderer. Er zeichnete sich früh durch außergewöhnliche schulische Leistungen aus, so dass ihn mehrfach gewährte Stipendien in die Lage setzten, die Universität von Christchurch in Neuseeland und danach das Cavendish-Laboratorium in Cambridge zu besuchen.
Unter der Leitung von Joseph John Thomson führte er zunächst seine schon in Neuseeland begonnenen Arbeiten - seine erste wissenschaftliche Publikation erschien 1894 in den 'Transactions of the New Zealand Institute' - über die magnetisierende Wirkung schnelloszillierender elektromagnetischer Felder fort. Mit einem selbsterfundenen magnetischen Detektor stellte er den damaligen Entfernungsrekord für Radiowellenempfang von 0.5 Meilen auf.
Die Entdeckung der Radioaktivität durch Antoine Henri Bequerel im Februar 1896 gab seiner Forschung eine neue, für seine weitere Laufbahn bestimmende Richtung. Er untersuchte die ionisierende Wirkung radioaktiver Strahlung auf Gase und entdeckte zwei unterschiedlich stark absorbierbare Komponenten, die er Alpha-Strahlen und Beta-Strahlen nannte.
Im Sommer 1898 erhielt er eine Berufung als Professor für Physik an die McGill-Universität in Montreal, Kanada, an der er ein knappes Jahrzehnt (bis 1907) blieb.
Die Alpha-Teilchen waren ein Lieblingsgegenstand seiner Forschungen. 1903 gelang ihm ihre Ablenkung im starken Magnetfeld und der Nachweis, daß sie positiv geladen sind. Dass es sich um zweifach positiv geladene Helimionen bzw. Helimukerne handelt zeigten 1908 zwei Mitarbeiter Rutherfords, Hans Geiger und Thomas Royds.
Das Gesetz des radioaktiven Zerfalls, die herausragende Entdeckung seiner kanadischen Zeit, fand er 1902 zusammen mit Frederick Soddy. Für seine 'Untersuchungen über den Zerfall der Elemente und die Chemie der radioaktiven Materie' erhielt er 1908 den Nobelpreis für Chemie.
1907 kehrte Rutherford als Nachfolger von Arthur Schuster, der zu Rutherfords Gunsten auf denLangworthy-Lehrstuhl in Manchester verzichtet hatte, nach England zurück. Im Anschluss an die 1906 beobachtete Schmalwinkelstreuung von Alpha-Teilchen beim Durchgang durch dünne Materieschichten suchten im Frühjahr 1909 Ernest Marsden und Hans Geiger in Rutherfords Labor nach einer potentiellen Weitwinkelstreuung.
Das Rutherfordsche Modell des Atoms mit Kern war die Grundlage der Atomtheorie Niels Bohrs, der im Sommer 1912 bei Rutherford gearbeitet hatte und Mitte 1913 seine neuen Ideen publizierte (Bohr-Sommerfeldsche Atomtheorie). Sie erfuhren noch im selben Jahr in Rutherfords Labor eine glänzende Bestätigung durch Henry Moseleys Experimente über die Wellenlängen der charakteristischen Röntgenstrahlung.
Nach jahrelangen Vorarbeiten gelang Rutherford 1919 der Nachweis der ersten künstlich erzielten Kernumwandlung. Im gleichen Jahr wurde Rutherford Nachfolger seines Lehrers Thomson und Leiter des Cavendish-Laboratoriums in Cambridge. Hier entfaltete er seine Qualitäten als Dirigent aktueller Forschung. 1932 krönte sein Schüler James Chadwick diese Phase seines Lebens mit der Entdeckung des von Rutherford schon 1920 vermuteten Neutrons.
Atommodell1911 veröffentliche Ernest Rutherford die Ergebnisse seiner Experimente mit alpha-Strahlen, die ihm tieferen Einblick in den Aufbau von Atomen geben sollten. In der von ihm beschriebenen speziellen Versuchsanordnung hatte er eine 0,004 mm dünne Folie aus Gold, Silber oder Kupfer mit Alpha-Teilchen beschossen. Um die Folie herum hatte er einem Leuchtschirm aufgebaut, der auf Alpha-Strahlen reagierte (siehe Abbildung unten). Bei diesem Experiment stellte er fest, dass der Strahl aus Alpha-Teilchen fast unbeeinflusst und geradlinig durch die Folie hindurchtrat.
Einige Alpha-Teilchen wurden jedoch abgelenkt und trafen an verschiedenen Punkten auf dem Leuchtschirm auf. Die Ergebnisse seiner Untersuchung interpretierte er folgendermaßen:
- Im Mittelpunkt des Atoms befindet sich ein Atomkern. Fast die gesamte Atommasse und die ganze positive Ladung ist im Atomkern vereint. - Nach unseren heutigen Vorstellungen besteht der Atomkern aus Protonen und Neutronen, die zusammen die Masse des Kerns ausmachen. Die Protonen sind für die positive Ladung verantwortlich. Trotz der gleichsinnigen Ladung der Protonen und ihrer dadurch bedingten gegenseitigen Abstoßung werden die Teilchen im Kern zusammengehalten. Der Zusammenhalt wird durch die starke "Kernkraft" vermittelt.
- Elektronen nehmen fast das ganze Volumen des Atoms ein. Sie befinden sich außerhalb des Atomkerns und umkreisen ihn in schneller Bewegung. Damit das Atom insgesamt elektrisch neutral ist, muss die Zahl der negativ geladenen Elektronen mit der Zahl der positiv geladenen Protonen im Kern übereinstimmen.
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