弗朗西斯·阿斯顿

弗朗西斯·威廉·阿斯顿（英語：Francis William Aston，1877年9月1日—1945年11月20日）FRS，英国化学家、物理学家，英国皇家学会院士，俄罗斯科学院荣誉院士。由于“借助自己发明的质谱仪发现了大量非放射性元素的同位素，以及阐明了整数法则”，他被授予1922年诺贝尔化学奖。 弗朗西斯·阿斯顿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）开始大学生活，师从约翰·亨利·波因廷学习物理，师从弗兰克兰和威廉·蒂尔登学习化学。1896年起，他还在父亲家中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赞助，成为弗兰克兰的学生，主要研究酒石酸化合物的光学性质。1900年起，他在伯明翰的酿酒学校研究发酵学，并被W·巴特勒酿酒厂雇佣，直到1903年返回伯明翰大学担任波因廷的助理研究员。 1909年，阿斯顿成为伯明翰大学讲师。一年后，受J·J·汤姆孙的邀请，转投剑桥大学卡文迪许实验室。第一次世界大战爆发后，他的研究被迫中断，期间被征募为皇家空军服务。战争结束后，他重新回到卡文迪许实验室。 1920年，阿斯顿成为剑桥大学三一学院院士，此后一直在剑桥居住。1921年，阿斯顿当选皇家学会院士，次年获得诺贝尔化学奖以及皇家学会的休斯奖章。 1945年11月20日，阿斯顿在英国剑桥逝世。 1903年，阿斯顿在伯明翰大学研究放电管中的克鲁克斯暗区，很快便发现了“阿斯顿暗区现象”。 阿斯顿加盟卡文迪许实验室时，汤姆孙已经在阴极射线的研究中取得重大成果，转而研究欧根·戈尔德施泰因发现的阳极射线。汤姆孙和阿斯顿使用威廉·维恩发明的方法，通过磁场使阳极射线的粒子发生偏转，并通过电场使具有不同电荷和质量的离子分隔开。这些实验的成果便是首个扇形磁场质谱计的诞生：使离子沿抛物线飞行，将其轨迹记录到底片上，从而测定其精确质量。 在卡文迪许实验室初期，阿斯顿已经通过实验证明了氖的两种同位素的存在。后来由于一战，他的研究中断了5年。1919年，他重回实验室，继续对氖的同位素进行研究。很快，他成功研制了第一台质谱仪，并相继制出性能更高的第二和第三部。借助这些具备电磁聚焦性能的质谱仪，他鉴别出至少212种天然同位素。通过对大量同位素的研究，他阐述了“整数法则”，即：除了氢以外的所有元素，其原子质量都是氢原子质量的整数倍。并且，通过质谱分析，他解释了造成实际值与上述法则偏差的原因是同位素的存在。 阿斯顿一生发生许多论文，1922年出版专著Isotopes（《同位素》），1933年重印时更名为Mass-spectra- and Isotopes（《质谱与同位素》）。月球上有以其名字命名的“阿斯顿环形山”。 阿斯顿热爱运动，定期到瑞士、挪威等地参加越野滑雪、滑雪等冬季项目。年轻时，他花了相当多业余时间投入到自行车运动中。他还参与游泳、高尔夫（尤其是在剑桥与卢瑟福等同事一起）、网球等运动，并且在英格兰、威尔士和爱尔兰举行的一些公开赛中获奖。1909年，他到檀香山学习冲浪。出身于音乐世家的他，能够弹奏钢琴、小提琴和大提琴，时常在剑桥演出。另外，他还热衷于在世界各地旅行。 质谱 同位素 The Nobel Prize in Chemistry 1922. 诺贝尔基金会. [2008年12月21日]. （原始内容存档于2013年6月22日） （英语）.  Biography. 诺贝尔基金会. [2008年12月21日]. （原始内容存档于2009年1月14日） （英语）.  Cambridge Physicists - Francis William Aston. 剑桥大学物理系. [2008年12月21日]. （原始内容存档于2007年7月21日） （英语）.  （英文）F. W. Aston. Experiments on the Length of the Cathode Dark Space with Varying Current Densities and Pressures in Different Gases. Proceedings of the Royal Society of London. Series A (London: The Royal Society). Apr 24, 1907, 79 (528): 80–95.  （英文）F. W. Aston. Experiments on a New Cathode Dark Space in Helium and Hydrogen. Proceedings of the Royal Society of London. Series A (London: The Royal Society). Dec 9, 1907, 80 (535): 45–49.  （英文）F. W. Aston. The Distribution of Electric Force in the Crookes Dark Space. Proceedings of the Royal Society of London. Series A (London: The Royal Society). Jan 26, 1911, 84 (573): 526–535.  （英文）F. W. Aston. The constitution of atmospheric neon. Philosophical Magazine. 1920, 39 (6): 449–455.  （英文）F. W. Aston. A new mass-spectrograph and the whole number rule. Proc Roy Soc London (Series A) (London: The Royal Society). 1927, 115: 487–514.  （英文）Herbert Budzikiewicz and Ronald D. Grigsby. Mass spectrometry and isotopes: A century of research and discussion. Mass Spectrometry Reviews (New York: John Wiley & Sons). 30 Aug 2005, 25 (1): 146–157. ISSN 0277-7037. OCLC 7626296. doi:10.1002/mas.20061. [永久失效連結] （英文）Kevin M. Downard. Cavendish's crocodile and dark horse: The lives of Rutherford and Aston in parallel. Mass Spectrometry Reviews (New York: John Wiley & Sons). 1 Jun 2007, 26 (5): 713–723. ISSN 0277-7037. OCLC 7626296. doi:10.1002/mas.20145. [永久失效連結] （英文）G. Hevesy. Francis William Aston. 1877-1945. Obituary Notices of Fellows of the Royal Society (The Royal Society). May 1948, 5 (16): 634–650.  （英文）Kevin M. Downard. Historical Account: Francis William Aston: the man behind the mass spectrograph. European Journal of Mass Spectrometry (IM Publications). 2007, 13 (3): 177–190. ISSN 1356-1049. doi:10.1255/ejms.878. （原始内容存档于2008年10月29日）.  （英文）诺贝尔基金会网站上的弗朗西斯·阿斯顿传记 （页面存档备份，存于互联网档案馆） （英文）剑桥大学物理系网站上的弗朗西斯·阿斯顿传记