فرانسيس ويليام أستون

وُلد فرانسيس أستون في هاربورن ، التي تُعدّ اليوم جزءًا من برمنغهام، في الأول من سبتمبر عام ١٨٧٧. ^{[ ٦ ] [ ٧ ]} كان الابن الثالث والثاني لويليام أستون وفاني شارلوت هوليس. تلقّى تعليمه في مدرسة هاربورن فيكاريدج، ثم في كلية مالفيرن في ووسترشاير حيث كان طالبًا داخليًا. في عام ١٨٩٣، بدأ فرانسيس ويليام أستون دراسته الجامعية في كلية ماسون (التي كانت آنذاك كلية خارجية تابعة لجامعة لندن) ، حيث درس الفيزياء على يد جون هنري بوينتينغ، والكيمياء على يد فرانكلاند وتيلدن . ومنذ عام ١٨٩٦، أجرى أبحاثًا إضافية في الكيمياء العضوية في مختبر خاص بمنزل والده. في عام ١٨٩٨، بدأ دراسته كطالب لدى فرانكلاند بتمويل من منحة فورستر الدراسية؛ وتركز عمله على الخصائص البصرية لمركبات حمض الطرطريك . بدأ العمل في مجال كيمياء التخمير في مدرسة التخمير في برمنغهام، وتم توظيفه من قبل شركة دبليو بتلر وشركاه للمشروبات في عام 1900. وانتهت فترة عمله هذه في عام 1903 عندما عاد إلى جامعة برمنغهام تحت إشراف بوينتينغ كزميل.

بفضل منحة دراسية من جامعة برمنغهام ، تابع أبحاثه في الفيزياء بعد اكتشاف الأشعة السينية والنشاط الإشعاعي في منتصف تسعينيات القرن التاسع عشر. درس أستون التيار الكهربائي المار عبر أنبوب مملوء بالغاز . قاده البحث، الذي أجراه باستخدام أنابيب تفريغ صنعها بنفسه، إلى دراسة حجم " الفضاء المظلم" لأستون . ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

بعد وفاة والده، ورحلة حول العالم في عام 1908، تم تعيينه محاضراً في جامعة برمنغهام في عام 1909، لكنه انتقل إلى مختبر كافنديش في كامبريدج بدعوة من جي جي طومسون في عام 1910.

منحته جامعة برمنغهام درجة البكالوريوس في العلوم التطبيقية / البحتة في عام 1910 ودرجة الدكتوراه في العلوم التطبيقية / البحتة في عام 1914. ^{[ 11 ]}

كشف جوزيف جون طومسون عن طبيعة أشعة الكاثود ، ثم اكتشف الإلكترون، وكان يُجري أبحاثًا على أشعة " كانالستراهلن " الموجبة الشحنة التي اكتشفها يوجين غولدشتاين عام 1886. وفي عام 1908، اكتشف فيلهلم فين طريقة انحراف الجسيمات في أشعة "كانالستراهلن" باستخدام المجالات المغناطيسية ؛ إذ سمح الجمع بين المجالات المغناطيسية والكهربائية بفصل الأيونات المختلفة بناءً على نسبة شحنتها إلى كتلتها. وكانت الأيونات ذات نسبة شحنة/كتلة معينة تترك أثرًا مكافئًا مميزًا على لوحة فوتوغرافية، مما أثبت لأول مرة أن ذرات العنصر الواحد يمكن أن تمتلك كتلًا مختلفة. وكان أول مطياف كتلة ذي مجال قطاعي نتاجًا لهذه التجارب. ^{[ 12 ]}

كانت التكهنات حول النظائر هي التي أدت مباشرةً إلى بناء مطياف الكتلة القادر على فصل نظائر العناصر الكيميائية. عمل أستون في البداية على تحديد النظائر في عنصر النيون ، ثم لاحقًا في الكلور والزئبق.

في عام 1912، اكتشف أستون أن النيون ينقسم إلى مسارين، يتوافقان تقريبًا مع الكتلة الذرية 20 و22. أطلق على الكتلة 22 اسم "ميتا-نيون"، وهو اسم استقاه من الكيمياء الخفية . ^{[ 13 ]}

أدت الحرب العالمية الأولى إلى توقف وتأخير أبحاثه حول تقديم دليل تجريبي على وجود النظائر عن طريق مطياف الكتلة، وخلال الحرب، عمل أستون في المؤسسة الملكية للطائرات في فارنبورو كمساعد فني يعمل على الطلاءات المستخدمة في الطيران.

بعد الحرب، عاد إلى أبحاثه في مختبر كافنديش في كامبريدج، وأتمّ بناء أول مطياف كتلة له ، والذي نشر تقريرًا عنه عام 1919. ^{[ 14 ]} أدت التحسينات اللاحقة على الجهاز إلى تطوير جهازين آخرين يتمتعان بقدرة فصل كتلي ودقة أعلى. وقد مكّنته هذه الأجهزة، التي تستخدم التركيز الكهرومغناطيسي، من تحديد 212 نظيرًا طبيعيًا. في عام 1921، أصبح أستون عضوًا في اللجنة الدولية للأوزان الذرية ^{[ 15 ]} وزميلًا في الجمعية الملكية ^{[ 2 ]} ، وحصل على جائزة نوبل في الكيمياء في العام التالي. ^{[ 16 ]}

أدى عمله على النظائر أيضًا إلى صياغته لقاعدة الأعداد الصحيحة ، التي تنص على أنه "إذا عُرِّفت كتلة نظير الأكسجين بأنها 16، فإن جميع النظائر الأخرى لها كتل قريبة جدًا من الأعداد الصحيحة"، وهي قاعدة استُخدمت على نطاق واسع في تطوير الطاقة النووية . وقد تم قياس الكتلة الدقيقة للعديد من النظائر، مما أدى إلى استنتاج أن كتلة الهيدروجين تزيد بنسبة 1% عما هو متوقع بناءً على متوسط ​​كتلة العناصر الأخرى. وفي عام 1936، طرح أستون تكهناته حول الطاقة دون الذرية واستخداماتها.

كتابا "النظائر" ^{[ 17 ]} و "أطياف الكتلة والنظائر" ^{[ 18 ]} هما أشهر كتبه.

في حياته الخاصة، كان رياضيًا، يمارس التزلج الريفي والتزلج على الجليد في فصل الشتاء، خلال زياراته المنتظمة إلى سويسرا والنرويج ؛ ونظرًا لحرمانه من هذه الرياضات الشتوية خلال الحرب العالمية الأولى، بدأ بتسلق الجبال. بين سن العشرين والخامسة والعشرين، أمضى جزءًا كبيرًا من وقت فراغه في ركوب الدراجات. مع اختراع المركبات الآلية، قام بتصميم محرك احتراق داخلي خاص به عام 1902، وشارك في سباق غوردون بينيت للسيارات في أيرلندا عام 1903. لم يكتفِ بهذه الرياضات، بل مارس أيضًا السباحة والجولف، خاصة مع روثرفورد وزملائه الآخرين في كامبريدج، ^{[ 19 ]} والتنس، وفاز ببعض الجوائز في بطولات مفتوحة في إنجلترا وويلز وأيرلندا، وتعلم ركوب الأمواج في هونولولو عام 1909. وبحكم انتمائه لعائلة موسيقية، كان قادرًا على العزف على البيانو والكمان والتشيلو بمستوى جعله يعزف بانتظام في حفلات موسيقية في كامبريدج. قام بزيارة العديد من الأماكن حول العالم في جولات سفر واسعة النطاق بدأت عام 1908 برحلة إلى أستراليا ونيوزيلندا والتي زارها مرة أخرى في الفترة 1938-1939. ^{[ 2 ] [ 20 ]}

كان أستون مصورًا بارعًا ومهتمًا بعلم الفلك . انضم إلى عدة بعثات لدراسة كسوف الشمس في بنكوبين عام 1925، وسومطرة عام 1932، وماغوغ في كندا في 31 أغسطس 1932، وكاميشاري في هوكايدو باليابان في 19 يونيو 1936. كما خطط للمشاركة في بعثات إلى جنوب إفريقيا عام 1940 والبرازيل عام 1945 في أواخر حياته. لم يتزوج قط.

توفي أستون في كامبريدج في 20 نوفمبر 1945 عن عمر يناهز 68 عامًا. ^{[ 5 ]}