温时恭介绍说:他长期从事同位素和质谱学研究,首先制成了具有高聚焦性能的质谱仪;并用它对多种元素的同位素和丰度进行了测量,从而证实了同位素的普遍存在;他制作的质谱仪样机不仅测量强度和精度更好,而且比汤姆逊的仪器有更大的分辨率;同时,在对同位素研究的基础上,他还提出了元素质量的整数定律。
卢瑟福在给几位同行科学家的信中说:“阿斯顿利用他发明的质谱仪发现了氖、氯、汞和其他元素的同位素。我看过所有相关照片,结果似乎是肯定的。阿斯顿是一位优秀的实验家,技术娴熟。他值得获得这一成功,因为他多年来一直努力工作。”
阿斯顿有一句名言:“要制造更多的仪器,就需要进行更多的测量。”
弗朗西斯·阿斯顿于 1877 年 9 月 1 日出生于英国伯明翰。
1894年,他在梅森学院(后并入伯明翰大学)开始了大学生活。
他与约翰·亨利·坡印廷学习物理学,与弗兰克兰和威廉·蒂尔登学习化学。
从1896年起,他还在家里的私人实验室里进行有机化学研究。
1898年,他获得福斯特奖学金,成为弗兰克兰的学生英国物理学家化学家,主要研究酒石酸化合物的光学性质。
自 1900 年起,他在伯明翰酿酒学校学习发酵,并受雇于 W. 啤酒厂,直至 1903 年回到伯明翰大学,担任 的助理研究员。
1903年,阿斯顿在伯明翰大学研究放电管中的克鲁克斯暗区,很快发现了“阿斯顿暗区现象”。
1909年,阿斯顿成为伯明翰大学的讲师。一年后,应JJ汤姆森的邀请,他转到剑桥大学卡文迪什实验室。
汤姆森和阿斯顿采用了威廉·维恩发明的一种方法,用磁场偏转阳极射线的粒子,用电场分离不同电荷和质量的离子。这些实验的结果是第一台磁扇形质谱仪的诞生:离子沿着抛物线飞行,它们的轨迹被记录在板上,然后确定它们的精确质量。
在卡文迪什实验室早期,阿斯顿曾通过实验证明了氖的两种同位素的存在。
1913 年英国科学促进会的一次会议上,阿斯顿宣读了一篇基于这些作品的论文,并做了一个实验演示,展示了两种氖同位素的样本。
他的研究得到了同行的高度评价,他还获得了麦克斯韦奖。
第一次世界大战爆发,中断了他的学业,期间他被征召加入皇家空军。
战后,1919年他回到卡文迪什实验室,继续进行氖同位素的研究。
为了更好地定量研究同位素,阿斯顿改进了维恩和汤姆逊以来的早期质谱仪,制成了世界上第一台高精度质谱仪,随后又生产出性能更高的第二台、第三台质谱仪。
在这些具备电磁聚焦能力的质谱仪的帮助下,战前的研究得以继续,并重新测量了氖,证明氖确实有两种同位素,Ne20和Ne22。由于它们在氖气中的比例约为10:1,所以氖的平均原子量约为20.2(后来的研究发现氖还有第三种同位素Ne21,氖的平均原子量为20.18)。
阿斯顿随后用质谱仪测量了几乎所有元素的同位素。实验结果表明英国物理学家化学家,不仅放射性元素有同位素,非放射性元素也有同位素。事实上,几乎所有元素都有同位素。
阿斯顿在71种元素中发现了212种同位素。元素长期以来一直是化学研究的主要对象,但直到今天,由于阿斯顿的杰出工作,人们才发现元素有如此丰富的内涵。
他通过对大量同位素的研究,阐明了“整数定律”,即除氢外,一切元素的原子质量都是氢原子质量的整数倍。
并且,他通过质谱分析解释道,实际值之所以偏离上述规律,是因为同位素的存在。
1920年,阿斯顿成为剑桥大学三一学院的研究员,从此一直居住在剑桥。
1921年,阿斯顿当选为皇家学会院士。
他因“利用他发明的质谱仪发现了大量元素的非放射性同位素,以及阐明了整数定律”而获得 1922 年诺贝尔化学奖。
以及皇家学会休斯奖章。
他仍然坚持在实验室工作,对质谱仪进行了进一步的改进和完善,使得他后来又制成了三台放大倍数为2000倍、精度为十万分之一的质谱仪。
阿斯顿一生发表了许多论文,并于1922年出版了专著(同位素),该书于1933年以《质谱和同位素》(质谱和同位素)为名再版。
阿斯顿热爱运动,经常前往瑞士、挪威等地参加越野滑雪、单板滑雪等冬季运动物理资源网,年轻时则把大量业余时间花在骑自行车上。
他还从事游泳、高尔夫运动(特别是在剑桥与卢瑟福等同事一起打高尔夫)和网球,并在英格兰、威尔士和爱尔兰的几场公开赛上赢得奖项。
1909年,他到檀香山学习冲浪。他出生于音乐世家,会弹钢琴、小提琴和大提琴,经常在剑桥演出。
此外他还热衷于环游世界。
阿斯顿于 1945 年 11 月 20 日在英国剑桥去世。
月球上有一个名为“阿斯顿”的陨石坑。
弗朗西斯·威廉·阿斯顿(1877 年 9 月 1 日 - 1945 年 11 月 20 日)是英国化学家和物理学家。