Эдвин Макмиллан - Edwin McMillan

Эдвин Макмиллан
Эдвин Макмиллан Nobel.jpg
Родившийся
Эдвин Мэттисон Макмиллан

(1907-09-18)18 сентября 1907 г.
Редондо-Бич, Калифорния, НАС.
Умер7 сентября 1991 г.(1991-09-07) (83 года)
Эль-Черрито, Калифорния, НАС.
НациональностьАмериканец
Альма-матерКалифорнийский технологический институт
Университет Принстона
ИзвестенОткрытие нептуний, первый трансурановый элемент
НаградыНобелевская премия по химии (1951)
Премия "Атом во имя мира" (1963)
Национальная медаль науки (1990)
Научная карьера
ПоляХимия
УчрежденияКалифорнийский университет в Беркли
Радиационная лаборатория Беркли
ТезисОтклонение пучка молекул HCI в неоднородном электрическом поле.  (1933)
ДокторантЭдвард Кондон

Эдвин Мэттисон Макмиллан (18 сентября 1907 г. - 7 сентября 1991 г.) был американским физиком и лауреатом Нобелевской премии, которому приписывают то, что он первым в истории создал трансурановый элемент, нептуний. Для этого он поделился Нобелевская премия по химии с Гленн Сиборг в 1951 г.

Выпускник Калифорнийский технологический институт, он получил докторскую степень Университет Принстона в 1933 г. и присоединился к Радиационная лаборатория Беркли, где он обнаружил кислород-15 и бериллий-10. В течение Вторая Мировая Война, он работал над микроволновый радар на Радиационная лаборатория Массачусетского технологического института, и дальше сонар на Лаборатория радио и звука ВМФ. В 1942 году он присоединился к Манхэттенский проект, усилия военного времени по созданию атомные бомбы, и помог создать проект Лос-Аламосская лаборатория где были сконструированы бомбы. Он руководил группами, работающими над ядерное оружие пушечного типа дизайн, а также участвовал в разработке ядерное оружие имплозивного типа.

Макмиллан является соавтором синхротрон с Владимир Векслер. После войны он вернулся в радиационную лабораторию Беркли и построил их. В 1954 г. он был назначен заместителем директора Радиационной лаборатории, а в 1958 г. - заместителем директора. После смерти основателя лаборатории. Эрнест Лоуренс 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, Калифорния 18 сентября 1907 года, сын Эдвина Харбо Макмиллана и его жены Анны Мари Макмиллан, урожденной Мэттисон.[1] У него была младшая сестра Екатерина Елена. Его отец был врач, как и брат-близнец его отца и трое братьев его матери. 18 октября 1908 г. семья переехала в г. Пасадена, Калифорния, где он учился в начальной школе Мак-Кинли с 1913 по 1918 год, Грант-школе с 1918 по 1920 год, а затем Средняя школа Пасадены, которую окончил в 1924 году.[2]

Калифорнийский технологический институт (Калифорнийский технологический институт) находился всего в миле от его дома, и он посетил там некоторые публичные лекции.[3] Он поступил в Калифорнийский технологический институт в 1924 году. Он выполнял исследовательский проект с Линус Полинг как студент и получил Бакалавр степень в 1928 г. и его Магистр естественных наук степень в 1929 г.,[1] написание неопубликованной диссертации на тему «Усовершенствованный метод определения содержания радия в горных породах».[4] Затем он взял свой Доктор Философии из Университет Принстона в 1933 г., написав диссертацию на тему «Отклонение пучка молекул HCI в неоднородном электрическом поле» под руководством Эдвард Кондон.[5][6]

Лаборатория Лоуренса Беркли

Макмиллан (оставили) с Эрнест Лоуренс (верно).

В 1932 году Макмиллан был награжден Национальный исследовательский совет стипендия, позволяющая ему посещать выбранный им университет для получения докторской степени. Получив докторскую степень, хотя официально она не была принята до 12 января 1933 г.,[2] он принял предложение Эрнеста Лоуренса в Калифорнийский университет в Беркли, чтобы присоединиться к Радиационная лаборатория Беркли, который Лоуренс основал годом ранее.[7] Первоначальная работа Макмиллана заключалась в попытке измерить магнитный момент из протон, но Отто Стерн и Иммануэль Эстерманн [де ] смогли провести эти измерения первыми.[2][8]

Основным направлением деятельности Радиационной лаборатории в это время была разработка циклотрон, и Макмиллан, который был назначен преподавателем на факультет Беркли в 1935 году, вскоре включился в эту работу. Его навыки работы с приборами вышли на первый план, и он внес вклад в усовершенствование циклотрона. В частности, он помог разработать процесс "шимминг ", настраивая циклотрон для создания однородного магнитного поля.[6] Работаю с М. Стэнли Ливингстон, он открыл кислород-15, изотоп кислорода что излучает позитроны. Чтобы произвести это, они бомбардировали азот газ с дейтроны. Это было смешано с водород и кислород для производства воды, которую затем собирали гигроскопичный хлорид кальция. Было обнаружено, что в нем сконцентрирована радиоактивность, что доказывает, что он находится в кислороде. Затем было проведено исследование поглощения гамма излучение произведено бомбардировкой фтор с протонами.[8]

В 1935 году Макмиллан, Лоуренс и Роберт Торнтон провели циклотронные эксперименты с пучками дейтронов, которые дали ряд неожиданных результатов. Дейтроны слились с целью ядра, превращая цель в более тяжелый изотоп при выбросе протона. Их эксперименты показали ядерное взаимодействие при более низких энергиях, чем можно было бы ожидать из простого расчета Кулоновский барьер между дейтроном и ядром-мишенью. Физик-теоретик Беркли Роберт Оппенгеймер и его аспирант Мельба Филлипс разработал Процесс Оппенгеймера – Филлипса чтобы объяснить явление.[9] Макмиллан стал доцент в 1936 г. и Доцент в 1941 г.[1] С Сэмюэл Рубен, он также открыл изотоп бериллий-10 в 1940 г.[6] Это было одновременно интересно и трудно изолировать из-за чрезвычайно длинной период полураспада, около 1,39 миллиона лет.[10]

Открытие нептуния

После открытия ядерное деление в уран к Отто Хан и Фриц Штрассманн в 1939 году Макмиллан начал эксперименты с ураном. Он засыпал его нейтроны произведено на 37-дюймовом (94 см) циклотроне Радиационной лаборатории путем бомбардировки бериллий с дейтронами. В добавок к продукты ядерного деления По сообщению Гана и Штрассмана, они обнаружили два необычных радиоактивных изотопа, один с периодом полураспада около 2,3 суток, а другой с периодом полураспада около 23 минут. Макмиллан идентифицировал короткоживущий изотоп как уран-239, о чем сообщили Хан и Штрассманн. Макмиллан подозревал, что второй был изотоп нового, неоткрытого элемента с атомный номер из 93.[11]

В то время считалось, что химический состав элемента 93 будет похож на рений, поэтому он начал работать с Эмилио Сегре, эксперт по этому элементу с момента открытия его гомолог технеций. Оба ученых начали свою работу, используя преобладающую теорию, но Сегре быстро определил, что образец Макмиллана совсем не похож на рений. Вместо этого, когда он отреагировал на это фтороводород (ВЧ) с сильным окислитель в настоящее время он вел себя как члены редкоземельные элементы.[12] Поскольку они составляют большой процент продуктов деления, Сегре и Макмиллан решили, что период полураспада должен был быть просто еще одним продуктом деления, озаглавив статью «Неудачный поиск трансурановых элементов».[13]

Макмиллан понял, что его работа с Сегре в 1939 году не смогла с достаточной тщательностью проверить химические реакции радиоактивного источника. В новом эксперименте Макмиллан попытался подвергнуть неизвестное вещество воздействию HF в присутствии Восстановитель, чего он раньше не делал. Эта реакция привела к тому, что образец осаждающий с HF, действие, которое окончательно исключило возможность того, что неизвестное вещество было редкоземельным элементом. В мае 1940 г. Филип Абельсон от Институт Карнеги в Вашингтон, округ Колумбия, которые независимо друг от друга также пытались разделить изотоп с периодом полураспада 2,3 дня, посетили Беркли в течение короткого отпуска, и они начали сотрудничать. Абельсон заметил, что изотоп с периодом полураспада 2,3 дня не имел химического состава, как любой известный элемент, но был больше похож на уран, чем на редкоземельный элемент. Это позволило изолировать источник, а позже, в 1945 году, привело к классификации актинидный ряд. В качестве последнего шага Макмиллан и Абельсон приготовили гораздо больший образец бомбардируемого урана, у которого был заметный период полураспада 23 минуты от 239U и убедительно продемонстрировали, что неизвестный 2,3-дневный период полувыведения увеличивается в силе вместе с уменьшением 23-минутной активности в результате следующей реакции:

Это доказало, что неизвестный радиоактивный источник возник в результате распада урана, и в сочетании с предыдущим наблюдением о том, что источник химически отличался от всех известных элементов, вне всяких сомнений доказало, что был открыт новый элемент. Макмиллан и Абельсон опубликовали свои результаты в статье под названием Радиоактивный элемент 93 в Физический обзор 27 мая 1940 г.[12][14] Они не предложили название для элемента в статье, но вскоре остановили свой выбор на «нептунии», поскольку уран был назван в честь планеты. Уран, и Нептун это следующая планета за пределами нашей солнечной системы.[15] В этот момент Макмиллан внезапно ушел, оставив Гленн Сиборг продолжить это направление исследований, которое привело ко второму трансурановому элементу, плутоний. В 1951 году Макмиллан поделился Нобелевская премия по химии с Сиборгом «за открытия в химии трансурановых элементов».[16]

Вторая Мировая Война

Внезапный уход Макмиллана был вызван вспышкой Вторая Мировая Война в Европе. В ноябре 1940 года он начал работать в Радиационная лаборатория Массачусетского технологического института в Кембридж, Массачусетс, где участвовал в разработке и испытаниях бортового микроволновый радар в течение Вторая Мировая Война.[7] В апреле 1941 года он провел испытания радара, работающего от старого Дуглас Б-18 Боло средний бомбардировщик. Пролетая над База морских подводных лодок Нью-Лондон с Луис Вальтер Альварес и Главный маршал авиации Хью Даудинг, они показали, что радар может обнаружить боевая рубка частично затопленной подводной лодки.[17] Макмиллан женился на Элси Уолфорд Блумер в Нью-Хейвен, Коннектикут, 7 июня 1941 г.[18][17] Ее отцом был Джордж Блумер, заслуженный декан Йельская медицинская школа.[1] Ее сестра Мэри была женой Лоуренса.[19] У Макмилланцев было трое детей: Энн Брэдфорд, Дэвид Мэттисон и Стивен Уокер.[1][20]

Макмиллан присоединился к Лаборатория радио и звука ВМФ возле Сан Диего в августе 1941 года. Там он работал над прибором, названным полископом. Идея, исходившая от Лоуренса, заключалась в том, чтобы использовать сонар для построения визуального образа окружающей воды. Это оказалось намного сложнее, чем с помощью радара, из-за объектов в воде и колебаний температуры воды, вызывающих колебания скорости звука. Полископ оказался непрактичным, и от него отказались. Однако он также разработал гидроакустический тренажер для подводников, на который получил патент.[17][21][15]

Оппенгеймер пригласил Макмиллана присоединиться к Манхэттенский проект, усилия военного времени по созданию атомные бомбы, в сентябре 1942 года. Сначала он ездил туда и обратно между Сан-Диего, где была его семья, и Беркли.[17] В ноябре он сопровождал Оппенгеймера в поездке в Нью-Мексико на котором Лос-Аламосская школа-ранчо был выбран в качестве места расположения лаборатории исследования оружия проекта, которая стала Лос-Аламосская лаборатория.[22] С Оппенгеймером и Джон Х. Мэнли, он составил спецификацию технических зданий новой лаборатории.[23] Он набрал персонал для лаборатории, в том числе Ричард Фейнман и Роберт Р. Уилсон, основал испытательную площадку, известную как ранчо якоря, и обследовал всю страну в поисках технического оборудования от станков до циклотрона.[24]

Когда лаборатория обрела форму, Макмиллан стал заместителем руководителя ядерное оружие пушечного типа усилия под флотом Капитан Уильям С. Парсонс, эксперт по боеприпасам.[24] Плутониевая пушка под кодовым названием Тонкий человек,[25] нужен был Начальная скорость не менее 3000 футов (910 м) в секунду, чего они надеялись достичь с помощью модифицированного ВМФ 3-дюймовая зенитная установка. Альтернативой было создание ядерное оружие имплозивного типа. Макмиллан рано заинтересовался этим, наблюдая за испытаниями этой концепции, проведенными Сет Неддермейер. Результаты не обнадеживают. Простые взрывы приводили к искажению форм.[26] Джон фон Нейман рассмотрел программу взрыва в сентябре 1943 г. и предложил радикальное решение, включающее взрывные линзы. Это потребовало бы опыта во взрывчатых веществах, и Макмиллан призвал Оппенгеймера привлечь Георгий Кистяковский.[27] Кистяковский присоединился к лаборатории 16 февраля 1944 года, и подразделение Парсонса E (взрывчатые вещества) было разделено на две части: Макмиллан был заместителем по оружию, а Кистяковский - заместителем по взрыву.[28]

В апреле 1944 года Макмиллан услышал тревожные новости и поехал в каньон Пахарито, чтобы посовещаться с Сегре. Группа Сегре проверила образцы плутония, выращенного в ядерных реакторах Манхэттенского проекта, и обнаружила, что в нем содержится большое количество плутоний-240, изотоп, который вызвал спонтанное деление, что сделало Тонкого Человека непрактичным.[29] В июле 1944 года Оппенгеймер реорганизовал лабораторию, чтобы предпринять все возможные усилия по взрыву. Макмиллан оставался ответственным за огнестрельное оружие,[30] который теперь будет использоваться только с уран-235. В этом случае Thin Man был заменен новым уменьшенным дизайном под названием Маленький мальчик.[31] Макмиллан также участвовал во взрыве в качестве главы группы G-3 в подразделении G (гаджеты), который отвечал за получение измерений и таймингов взрыва,[32] и служил связующим звеном лаборатории с Проект Camel, программа воздушных испытаний, выполняемая Caltech. 16 июля 1945 г. он присутствовал на Ядерное испытание троицы, когда была успешно взорвана первая имплозивная бомба.[33]

Более поздняя жизнь

В июне 1945 года мысли Макмиллана начали возвращаться к циклотронам. Со временем они становились все больше и больше. 184-дюймовый циклотрон строился в Радиационной лаборатории, но он понял, что можно более эффективно использовать энергию, используемую для ускорения частиц. Изменяя используемое магнитное поле, частицы можно было заставить двигаться по стабильным орбитам, а более высокие энергии были достигнуты при том же вложении энергии. Он назвал это «принципом фазовой стабильности», а новый дизайн «синхротрон ".[34][35] Неизвестный Макмиллану, принцип синхротрона уже был изобретен Владимир Векслер, опубликовавший свое предложение в 1944 г.[36] Макмиллан узнал о работе Векслера в октябре 1945 года.[17] Эти двое начали переписку и в конце концов стали друзьями. В 1963 году они разделили Премия "Атом во имя мира" за изобретение синхротрона.[37] В 1964 году Макмиллан получил премию «Золотая тарелка» Американская академия достижений.[38]

Принцип фазовой стабильности был протестирован на старом 37-дюймовом циклотроне в Беркли после того, как Макмиллан вернулся в Радиационную лабораторию в сентябре 1945 года. Когда выяснилось, что он работает, 184-дюймовый циклотрон был аналогичным образом модифицирован.[34][17] В 1946 году он стал профессором. 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 Беркли и Лаборатория Лоуренса Ливермора, и Макмиллан стал директором первой.[1][37][39]

Макмиллан был избран в Национальная Академия Наук в 1947 году, занимая пост его председателя с 1968 по 1971 год. Он работал во влиятельном Генеральном консультативном комитете (GAC) Комиссия по атомной энергии с 1954 по 1958 год, а Комиссия по физике высоких энергий Международный союз теоретической и прикладной физики с 1960 по 1967 гг.[40] После ухода с факультета в Беркли в 1974 году он провел 1974–75 в ЦЕРН, где он работал над экспериментом g минус 2 для измерения магнитный момент из мюон. Он был награжден Национальная медаль науки в 1990 г.[37]

Макмиллан перенес первый из серии инсультов в 1984 году.[37] Он умер в своем доме в Эль-Черрито, Калифорния, от осложнений диабета 7 сентября 1991 года. У него остались жена и трое детей.[20] Его золотая медаль Нобелевской премии находится в Национальный музей американской истории, подразделение Смитсоновский институт, в Вашингтоне.[41]

Публикации

Примечания

  1. ^ а б c d е ж Нобелевский фонд. "Эдвин М. Макмиллан - Биографический". Получено 16 июля, 2015.
  2. ^ а б c "Эдвин Макмиллан - Сессия I". Американский институт физики. Получено 16 июля, 2015.
  3. ^ Сиборг 1993, п. 287.
  4. ^ Макмиллан, Эдвин. «Усовершенствованный метод определения содержания радия в горных породах». Калифорнийский технологический институт. Получено 16 июля, 2015.
  5. ^ Макмиллан, Эдвин Мэттисокс (1933). Отклонение пучка молекул хлористого водорода в неоднородном электрическом поле (Кандидатская диссертация). Университет Принстона. OCLC  77699392 - через ProQuest.
  6. ^ а б c Сиборг 1993, п. 288.
  7. ^ а б Лофгрен, Абельсон и Гельмольц 1992 С. 118–119.
  8. ^ а б Джексон и Панофски 1996 С. 217–218.
  9. ^ Джексон и Панофски 1996 С. 218–219.
  10. ^ «Таблица нуклидов: 10Будьте информацией ". Национальный центр ядерных данных, Брукхейвенская национальная лаборатория. Получено 18 июля, 2015.
  11. ^ Джексон и Панофски 1996 С. 221–222.
  12. ^ а б Джексон и Панофски 1996 С. 221–223.
  13. ^ Сегре, Эмилио (1939). «Неудачный поиск трансурановых элементов». Физический обзор. 55 (11): 1104–5. Bibcode:1939ПхРв ... 55.1104С. Дои:10.1103 / PhysRev.55.1104.
  14. ^ Макмиллан, Эдвин; Абельсон, Филипп (1940). «Радиоактивный элемент 93». Физический обзор. 57 (12): 1185–1186. Bibcode:1940ПхРв ... 57.1185М. Дои:10.1103 / PhysRev.57.1185.2.
  15. ^ а б Сиборг 1993, п. 289.
  16. ^ Нобелевский фонд. "Нобелевская премия по химии 1951 г.". Получено 16 июля, 2015.
  17. ^ а б c d е ж "Эдвин Макмиллан - Сессия IIII". Американский институт физики. Получено 16 июля, 2015.
  18. ^ Сиборг 1993, п. 291.
  19. ^ Джексон и Панофски 1996, п. 216.
  20. ^ а б Ламберт, Брюс (9 сентября 1991 г.). «Эдвин Макмиллан, лауреат Нобелевской премии и пионер химии, умер в возрасте 83 лет». Нью-Йорк Таймс. Получено 16 июля, 2015.
  21. ^ Патент США 2694868
  22. ^ Родос 1986 С. 449–451.
  23. ^ Hoddeson et al. 1993 г., п. 62.
  24. ^ а б Hoddeson et al. 1993 г., п. 84.
  25. ^ Hoddeson et al. 1993 г., п. 114.
  26. ^ Родос 1986, стр. 477–479, 541.
  27. ^ Hoddeson et al. 1993 г. С. 130–133.
  28. ^ Hoddeson et al. 1993 г., п. 139.
  29. ^ Hoddeson et al. 1993 г. С. 238–239.
  30. ^ Hoddeson et al. 1993 г., п. 245.
  31. ^ Hoddeson et al. 1993 г. С. 256–257.
  32. ^ Hoddeson et al. 1993 г. С. 272–273.
  33. ^ Джексон и Панофски 1996, п. 225.
  34. ^ а б Джексон и Панофски 1996 С. 226–227.
  35. ^ Макмиллан, Эдвин М. (1 сентября 1945 г.). «Синхротрон - предлагаемый ускоритель частиц высокой энергии». Физический обзор. 68 (5–6): 143. Bibcode:1945ПхРв ... 68..143М. Дои:10.1103 / PhysRev.68.143.
  36. ^ Векслер, В. И. (1944). «Новый метод ускорения релятивистских частиц». Comptes Rendus de l'Académie des Sciences de l'URSS. 43 (8): 329–331.
  37. ^ а б c d Лофгрен, Эдвард Дж. "Эдвин Макмиллан, биографический очерк" (PDF). Лаборатория Лоуренса Беркли. Архивировано из оригинал (PDF) 23 июля 2015 г.. Получено 18 июля, 2015.
  38. ^ "Золотые медали Американской академии достижений". www.achievement.org. Американская академия достижений.
  39. ^ Джексон и Панофски 1996, п. 230.
  40. ^ Сиборг 1993 С. 290–291.
  41. ^ "Медаль Нобелевской премии по химии Эдвину Макмиллану". Национальный музей американской истории, Смитсоновский институт. Получено 18 июля, 2015.

Рекомендации

внешняя ссылка