Эдвин Макмиллан -Edwin McMillan
Эдвин Макмиллан | |
---|---|
Родился |
Эдвин Мэттисон Макмиллан
18 сентября 1907 г.
Редондо-Бич, Калифорния , США
|
Умер | 7 сентября 1991 г.
Эль Серрито, Калифорния , США
|
(83 года)
Национальность | американский |
Альма-матер |
Калифорнийский технологический институт Принстонского университета |
Известен | Открытие нептуния , первого трансуранового элемента Синхроциклотрон |
Награды | Нобелевская премия по химии (1951 г.) Премия «Атом во имя мира» (1963 г.) Национальная медаль науки (1990 г.) |
Научная карьера | |
Поля | Химия |
Учреждения |
Калифорнийский университет, Беркли Радиационная лаборатория Беркли |
Тезис | Отклонение пучка молекул HCI в неоднородном электрическом поле (1933 г.) |
Докторантура | Эдвард Кондон |
Эдвин Мэттисон Макмиллан (18 сентября 1907 — 7 сентября 1991) был американским физиком и лауреатом Нобелевской премии, которому приписывают первое в мире получение трансуранового элемента , нептуния . За это он разделил Нобелевскую премию по химии с Гленном Сиборгом в 1951 году.
Выпускник Калифорнийского технологического института , он получил докторскую степень в Принстонском университете в 1933 году и поступил на работу в радиационную лабораторию Беркли , где открыл кислород-15 и бериллий-10 . Во время Второй мировой войны он работал над микроволновым радаром в Радиационной лаборатории Массачусетского технологического института и над гидролокатором в Военно- морской радио- и звуковой лаборатории . В 1942 году он присоединился к Манхэттенскому проекту , усилиям военного времени по созданию атомных бомб , и помог создать лабораторию проекта в Лос-Аламосе , где были разработаны бомбы. Он руководил группами, работающими над проектированием ядерного оружия пушечного типа , а также участвовал в разработке ядерного оружия имплозивного типа .
Макмиллан совместно с Владимиром Векслером изобрел синхротрон . Он вернулся в радиационную лабораторию Беркли после войны и построил их. В 1954 году он был назначен заместителем директора Радиационной лаборатории, а в 1958 году был повышен до заместителя директора. После смерти основателя лаборатории Эрнеста Лоуренса в том же году он стал директором и оставался на этой должности до выхода на пенсию в 1973 году.
Ранние годы
Макмиллан родился в Редондо-Бич, штат Калифорния , 18 сентября 1907 года, в семье Эдвина Харбо Макмиллана и его жены Анны Мари Макмиллан, урожденной Мэттисон. У него была младшая сестра Кэтрин Елена. Его отец был врачом , как и брат-близнец отца и трое братьев матери. 18 октября 1908 года семья переехала в Пасадену, штат Калифорния , где он учился в начальной школе Мак-Кинли с 1913 по 1918 год, школе Гранта с 1918 по 1920 год, а затем в средней школе Пасадены , которую он окончил в 1924 году.
Калифорнийский технологический институт (Caltech) находился всего в миле от его дома, и он посещал там несколько публичных лекций. Он поступил в Калифорнийский технологический институт в 1924 году. Он занимался исследовательским проектом с Линусом Полингом в качестве студента и получил степень бакалавра наук в 1928 году и степень магистра наук в 1929 году, написав неопубликованную диссертацию на тему «Усовершенствованный метод определения содержания радия». содержание горных пород». Затем он получил степень доктора философии в Принстонском университете в 1933 году, написав диссертацию на тему «Отклонение пучка молекул HCI в неоднородном электрическом поле» под руководством Эдварда Кондона .
Лаборатория Лоуренса Беркли
В 1932 году Макмиллан получил стипендию Национального исследовательского совета , что позволило ему поступить в выбранный им университет для получения докторской степени. Получив докторскую степень, хотя официально она не была принята до 12 января 1933 года, он принял предложение Эрнеста Лоуренса из Калифорнийского университета в Беркли присоединиться к радиационной лаборатории Беркли , которую Лоуренс основал за год до этого. Первоначальная работа Макмиллана там включала попытку измерить магнитный момент протона , но Отто Штерн и Иммануэль Эстерманн смогли выполнить эти измерения первыми.
В то время основным направлением деятельности Радиационной лаборатории была разработка циклотрона , и Макмиллан, который был назначен инструктором на факультет в Беркли в 1935 году, вскоре стал участвовать в этой работе. Его навыки работы с приборами вышли на первый план, и он внес улучшения в циклотрон. В частности, он помог разработать процесс « шимминга », настроив циклотрон для создания однородного магнитного поля. Работая с М. Стэнли Ливингстоном , он открыл кислород-15 , изотоп кислорода , испускающий позитроны . Чтобы получить его, они бомбардировали газообразный азот дейтронами . Его смешивали с водородом и кислородом для получения воды, которую затем собирали с помощью гигроскопичного хлорида кальция . В ней была обнаружена концентрация радиоактивности, доказывающая, что она была в кислороде. За этим последовало исследование поглощения гамма-лучей при бомбардировке фтора протонами.
В 1935 году Макмиллан, Лоуренс и Роберт Торнтон провели циклотронные эксперименты с пучками дейтронов, которые дали ряд неожиданных результатов. Дейтроны сливаются с ядрами мишени , превращая мишень в более тяжелый изотоп при выбросе протона. Их эксперименты показали ядерное взаимодействие при более низких энергиях, чем можно было бы ожидать из простого расчета кулоновского барьера между дейтроном и ядром-мишенью. Физик- теоретик из Беркли Роберт Оппенгеймер и его аспирант Мелба Филлипс разработали процесс Оппенгеймера-Филлипса, чтобы объяснить это явление. Макмиллан стал доцентом в 1936 году и адъюнкт-профессором в 1941 году. Вместе с Сэмюэлем Рубеном он также открыл изотоп бериллий-10 в 1940 году. Его было и интересно, и трудно выделить из-за его необычайно долгого периода полураспада , около 1,39 млн. годы.
Открытие нептуния
После открытия Отто Ганом и Фрицем Штрассманом ядерного деления урана в 1939 году Макмиллан начал экспериментировать с ураном. Он бомбардировал его нейтронами , произведенными в 37-дюймовом (94 см) циклотроне Радиационной лаборатории, бомбардируя бериллий дейтронами. В дополнение к продуктам ядерного деления, о которых сообщили Ган и Штрассманн, они обнаружили два необычных радиоактивных изотопа, один с периодом полураспада около 2,3 дня, а другой - около 23 минут. Макмиллан идентифицировал короткоживущий изотоп как уран-239 , о котором сообщили Ган и Штрассманн. Макмиллан подозревал, что другой был изотопом нового, неоткрытого элемента с атомным номером 93.
В то время считалось, что химический состав 93-го элемента будет подобен рению , поэтому он начал работать с Эмилио Сегре , экспертом по этому элементу после открытия его гомолога технеция . Оба ученых начали свою работу, используя господствующую теорию, но Сегре быстро определил, что образец Макмиллана совсем не похож на рений. Вместо этого, когда он прореагировал с фтористым водородом (HF) в присутствии сильного окислителя , он вел себя как редкоземельные элементы . Поскольку они составляют большой процент продуктов деления, Сегре и Макмиллан решили, что период полураспада должен быть просто еще одним продуктом деления, озаглавив статью «Неудачный поиск трансурановых элементов».
Макмиллан понял, что его работа с Сегре в 1939 году не позволила достаточно строго проверить химические реакции радиоактивного источника. В новом эксперименте Макмиллан попытался подвергнуть неизвестное вещество воздействию HF в присутствии восстановителя , чего он раньше не делал. Эта реакция привела к осаждению образца HF, действие, которое окончательно исключило возможность того, что неизвестное вещество было редкоземельным элементом. В мае 1940 года Филип Абельсон из Института Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия , который независимо также пытался разделить изотоп с периодом полураспада 2,3 дня, посетил Беркли на короткий отпуск, и они начали сотрудничать. Абельсон заметил, что изотоп с периодом полураспада 2,3 дня не имеет химического состава, как любой известный элемент, но больше похож на уран, чем на редкоземельный элемент. Это позволило выделить источник и позже, в 1945 году, привело к классификации актинидного ряда . В качестве последнего шага Макмиллан и Абельсон подготовили гораздо больший образец бомбардированного урана, который имел заметный 23-минутный период полураспада от 239 U, и убедительно продемонстрировали, что неизвестный 2,3-дневный период полураспада увеличился в силе вместе с уменьшением 23-минутная активность посредством следующей реакции:
Это доказывало, что неизвестный радиоактивный источник возник в результате распада урана, и в сочетании с предыдущим наблюдением, что этот источник химически отличается от всех известных элементов, вне всякого сомнения доказывало, что был открыт новый элемент. Макмиллан и Абельсон опубликовали свои результаты в статье под названием « Радиоактивный элемент 93» в журнале Physical Review от 27 мая 1940 г. Они не предлагали названия для элемента в статье, но вскоре остановились на «нептунии», поскольку уран был назван после планеты Уран , а Нептун — следующая планета за пределами нашей Солнечной системы. В этот момент Макмиллан внезапно ушел, оставив Гленна Сиборга продолжать это направление исследований, которое привело ко второму трансурановому элементу, плутонию . В 1951 году Макмиллан разделил Нобелевскую премию по химии с Сиборгом «за открытия в области химии трансурановых элементов».
Вторая Мировая Война
Резкий уход Макмиллана был вызван началом Второй мировой войны в Европе. В ноябре 1940 года он начал работать в радиационной лаборатории Массачусетского технологического института в Кембридже, штат Массачусетс , где участвовал в разработке и испытаниях бортового микроволнового радара во время Второй мировой войны . Он провел испытания в апреле 1941 года с радаром, работающим от старого среднего бомбардировщика Douglas B-18 Bolo . Пролетая над военно- морской базой подводных лодок Нью-Лондон вместе с Луисом Уолтером Альваресом и главным маршалом авиации Хью Даудингом , они показали, что радар способен обнаружить боевую рубку частично затопленной подводной лодки. Макмиллан женился на Элси Уолфорд Блумер в Нью-Хейвене, штат Коннектикут , 7 июня 1941 года. Ее отцом был Джордж Блумер, почетный декан Йельской медицинской школы . Ее сестра Мэри была женой Лоуренса. У Макмилланов было трое детей: Энн Брэдфорд, Дэвид Мэттисон и Стивен Уокер.
Макмиллан присоединился к Лаборатории радио и звука ВМС недалеко от Сан-Диего в августе 1941 года. Там он работал над устройством, называемым полископом. Идея, пришедшая от Лоуренса, заключалась в том, чтобы использовать гидролокатор для создания визуального изображения окружающей воды. Это оказалось гораздо сложнее, чем с помощью радара, из-за объектов в воде и колебаний температуры воды, которые вызывали колебания скорости звука. Полископ оказался непрактичным, и от него отказались. Однако он также разработал гидроакустический тренажер для подводников, на который получил патент.
Оппенгеймер нанял Макмиллана для участия в Манхэттенском проекте , усилиях военного времени по созданию атомных бомб , в сентябре 1942 года. Первоначально он ездил туда и обратно между Сан-Диего, где жила его семья, и Беркли. В ноябре он сопровождал Оппенгеймера в поездке в Нью-Мексико , во время которой Лос-Аламосская школа-ранчо была выбрана местом для исследовательской лаборатории проекта, которая стала Лос-Аламосской лабораторией . Вместе с Оппенгеймером и Джоном Х. Мэнли он составил спецификации для технических зданий новой лаборатории. Он набрал персонал для лаборатории, в том числе Ричарда Фейнмана и Роберта Р. Уилсона , создал испытательную зону, известную как Anchor Ranch, и обыскал страну в поисках технического оборудования от станков до циклотрона.
Когда лаборатория приобрела форму, Макмиллан стал заместителем руководителя отдела разработки ядерного оружия пушечного типа под командованием капитана ВМС Уильяма С. Парсонса , эксперта по артиллерийскому оружию. Плутониевой пушке под кодовым названием « Тонкий человек » требовалась начальная скорость не менее 3000 футов (910 м) в секунду, которую они надеялись достичь с помощью модифицированной 3-дюймовой зенитной пушки ВМС . Альтернативой было создание ядерного оружия имплозивного типа . Макмиллан рано заинтересовался этим, наблюдая за испытаниями этой концепции, проведенными Сетом Неддермейером . Результаты не были обнадеживающими. Простые взрывы приводили к искаженным формам. Джон фон Нейман рассмотрел программу имплозии в сентябре 1943 года и предложил радикальное решение с использованием взрывных линз . Для этого потребовался опыт работы со взрывчатыми веществами, и Макмиллан убедил Оппенгеймера привлечь Джорджа Кистяковского . Кистяковский присоединился к лаборатории 16 февраля 1944 года, и подразделение E (взрывчатые вещества) Парсонса было разделено на две части: Макмиллан был заместителем по оружию, а Кистяковский - заместителем по имплозии.
Макмиллан услышал тревожные новости в апреле 1944 года и поехал в каньон Пахарито, чтобы посовещаться с Сегре. Группа Сегре проверила образцы плутония, полученного в ядерных реакторах Манхэттенского проекта, и обнаружила, что они содержат некоторое количество плутония-240 , изотопа, вызывающего спонтанное деление, что делает Тонкого человека непрактичным. В июле 1944 года Оппенгеймер реорганизовал лабораторию, чтобы приложить все усилия к имплозии. Макмиллан остался ответственным за оружие пушечного типа, которое теперь будет использоваться только с ураном-235 . В этом случае Thin Man был заменен новым уменьшенным дизайном под названием Little Boy . Макмиллан также был связан с имплозией в качестве главы группы G-3 в подразделении G (приборы), которое отвечало за получение измерений и временных характеристик имплозии, а также служило связующим звеном лаборатории с Project Camel , программа воздушных испытаний выполнялась. осуществляется Калифорнийским технологическим институтом. 16 июля 1945 года он присутствовал на ядерных испытаниях Тринити , когда была успешно взорвана первая имплозионная бомба.
Более поздняя жизнь
В июне 1945 года мысли Макмиллана стали возвращаться к циклотронам. Со временем они становились все больше и больше. В Радиационной лаборатории строился 184-дюймовый циклотрон, но он понял, что можно более эффективно использовать энергию, используемую для ускорения частиц. Изменяя используемое магнитное поле, частицы можно было бы заставить двигаться по стабильным орбитам и достичь более высоких энергий с тем же подводом энергии. Он назвал это «принципом фазовой стабильности», а новую конструкцию — « синхротроном ». Макмиллан не знал, что принцип синхротрона уже был изобретен Владимиром Векслером , который опубликовал свое предложение в 1944 году. Макмиллан узнал о статье Векслера в октябре 1945 года. Они начали переписываться и в конце концов стали друзьями. В 1963 году они разделили премию « Атом во имя мира» за изобретение синхротрона. В 1964 году Макмиллан получил премию «Золотая пластина» Американской академии достижений .
Принцип фазовой стабильности был проверен на старом 37-дюймовом циклотроне в Беркли после того, как Макмиллан вернулся в Радиационную лабораторию в сентябре 1945 года. Когда было обнаружено, что он работает, 184-дюймовый циклотрон был модифицирован аналогичным образом. Он стал профессором в 1946 году. В 1954 году он был назначен заместителем директора Радиационной лаборатории. В 1958 году его повысили до заместителя директора. После смерти Лоуренса в том же году он стал директором и оставался на этой должности до выхода на пенсию в 1973 году. В 1958 году лаборатория была переименована в Радиационную лабораторию Лоуренса. В 1970 году она разделилась на Лаборатория Лоуренса в Беркли и Ливерморская лаборатория Лоуренса, и Макмиллан стал директором первой.
Макмиллан был избран в Национальную академию наук в 1947 году и занимал пост ее председателя с 1968 по 1971 год . Международный союз чистой и прикладной физики с 1960 по 1967 год. После выхода на пенсию с факультета в Беркли в 1974 году он провел 1974–75 в ЦЕРНе , где работал над экспериментом g минус 2 по измерению магнитного момента мюона . В 1990 году он был награжден Национальной медалью науки .
Макмиллан перенес первый из серии инсультов в 1984 году. Он умер в своем доме в Эль-Серрито, Калифорния , от осложнений, вызванных диабетом, 7 сентября 1991 года. У него остались жена и трое детей. Его золотая медаль Нобелевской премии находится в Национальном музее американской истории , подразделении Смитсоновского института , в Вашингтоне, округ Колумбия.
Публикации
- Макмиллан, Э.М. «Фокусировка в линейных ускорителях» , Радиационная лаборатория Калифорнийского университета, Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли , Министерство энергетики США (через предшествующее агентство, Комиссию по атомной энергии ), (24 августа 1950 г.).
- Макмиллан, Э.М. «Толстая мишень для синхротронов и бетатронов» , Радиационная лаборатория Калифорнийского университета, Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли , Министерство энергетики США (через предшествующее агентство, Комиссию по атомной энергии ), (19 сентября 1950 г.).
- Макмиллан, Э.М. «Трансурановые элементы: ранняя история (Нобелевская лекция)» , Радиационная лаборатория Калифорнийского университета, Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли , Министерство энергетики США (через предшествующее агентство, Комиссию по атомной энергии ), (12 декабря 1951 г.).
- Макмиллан, Э.М. «Заметки о квадрупольной фокусировке» , Радиационная лаборатория Калифорнийского университета, Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли , Министерство энергетики США (через предшествующее агентство, Комиссию по атомной энергии ), (9 февраля 1956 г.).
- Макмиллан, Э.М. «Некоторые мысли об устойчивости нелинейных систем периодической фокусировки» , Радиационная лаборатория Калифорнийского университета, Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли , Министерство энергетики США (через предшествующее агентство, Комиссию по атомной энергии ), (5 сентября 1967 г.).
Заметки
использованная литература
- Ходдесон, Лилиан ; Хенриксен, Пол В.; Мид, Роджер А.; Вестфолл, Кэтрин Л. (1993). Критическая сборка: техническая история Лос-Аламоса в годы правления Оппенгеймера, 1943–1945 гг . Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-44132-3. OCLC 26764320 .
- Джексон, Дэвид Дж. ; Панофски, WKH (1996). «Биографические мемуары: Эдвин Мэттисон Макмиллан (18 сентября 1907 - 7 сентября 1991)» (PDF) . Биографические воспоминания . Пресса Национальной академии. 69 : 215–241 . Проверено 16 июля 2015 г. .
- Лофгрен, Эдвард Дж. ; Абельсон, Филип Х .; Гельмольц, А. Карл (февраль 1992 г.). «Некролог: Эдвин М. Макмиллан» . Физика сегодня . 45 (2): 118–119. Бибкод : 1992PhT....45b.118L . дои : 10.1063/1.2809550 .
- Родс, Ричард (1986). Создание атомной бомбы . Лондон: Саймон и Шустер. ISBN 0-671-44133-7.
- Сиборг, Гленн (1993). «Биографические мемуары: Эдвин Мэттисон Макмиллан (18 сентября 1907 г. - 7 сентября 1991 г.)». Труды Американского философского общества . 137 (2): 286–291. JSTOR 986736 .
внешние ссылки
- Аудиолекция Эдвина Макмиллана в Лос-Аламосской национальной лаборатории Voices of the Manhattan Project
- Аудиолекция Элси Макмиллан в Лос-Аламосской национальной лаборатории Voices of the Manhattan Project
- Нобелевская лекция Макмиллана: Трансурановые элементы: ранняя история
- Эдвин М. Макмиллан на Nobelprize.org , включая Нобелевскую лекцию 12 декабря 1951 г. Трансурановые элементы: ранняя история