Edwin McMillan -Edwin McMillan

Edwin McMillan
Edwin McMillan Nobel.jpg
narozený
Edwin Mattison McMillan

( 1907-09-18 )18. září 1907
Redondo Beach, Kalifornie , USA
Zemřel 7. září 1991 (1991-09-07)(83 let)
El Cerrito, Kalifornie , USA
Národnost americký
Alma mater Kalifornský technologický institut
Princetonská univerzita
Známý jako Objev neptunia , prvního transuranového prvku
Synchrocyklotron
Ocenění Nobelova cena za chemii (1951)
, Atoms for Peace Award (1963)
National Medal of Science (1990)
Vědecká kariéra
Pole Chemie
Instituce Kalifornská univerzita, Berkeley
Berkeley Radiation Laboratory
Teze Vychýlení paprsku molekul HCI v nehomogenním elektrickém poli  (1933)
Doktorský poradce Edward Condon

Edwin Mattison McMillan (18. září 1907 – 7. září 1991) byl americký fyzik a laureát Nobelovy ceny, kterému se připisuje jako vůbec první transuranový prvek neptunium . Za to se v roce 1951 podělil s Glennem Seaborgem o Nobelovu cenu za chemii .

Absolvent Kalifornského technologického institutu získal v roce 1933 doktorát na Princetonské univerzitě a nastoupil do Berkeley Radiation Laboratory , kde objevil kyslík-15 a berylium-10 . Během druhé světové války pracoval na mikrovlnném radaru v MIT Radiation Laboratory a na sonaru v Navy Radio and Sound Laboratory . V roce 1942 se připojil k projektu Manhattan , válečnému úsilí vytvořit atomové bomby , a pomohl založit projektovou laboratoř Los Alamos , kde byly bomby navrženy. Vedl týmy pracující na návrhu jaderné zbraně typu děla a podílel se také na vývoji jaderné zbraně implozního typu .

McMillan společně s Vladimirem Vekslerem vynalezl synchrotron . Po válce se vrátil do Berkeley Radiation Laboratory a postavil je. V roce 1954 byl jmenován zástupcem ředitele Radiační laboratoře a v roce 1958 byl povýšen na zástupce ředitele. Po smrti zakladatele laboratoře Ernesta Lawrence v tom roce se stal ředitelem a v této pozici zůstal až do svého odchodu do důchodu v roce 1973.

Raný život

McMillan se narodil v Redondo Beach v Kalifornii 18. září 1907 jako syn Edwina Harbaugha McMillana a jeho manželky Anny Marie McMillanové rozené Mattisonové. Měl mladší sestru, Catherine Helen. Jeho otec byl lékař , stejně jako otcovo dvojče a tři bratři jeho matky. 18. října 1908 se rodina přestěhovala do Pasadeny v Kalifornii , kde v letech 1913 až 1918 navštěvoval základní školu McKinley, v letech 1918 až 1920 Grant School a poté střední školu Pasadena , kterou absolvoval v roce 1924.

California Institute of Technology (Caltech) byl jen kilometr od jeho domova a navštěvoval tam některé veřejné přednášky. Do Caltechu vstoupil v roce 1924. Jako vysokoškolák dělal výzkumný projekt s Linusem Paulingem a v roce 1928 získal titul bakaláře věd a v roce 1929 titul Master of Science , napsal nepublikovanou práci na téma „Vylepšená metoda pro stanovení radia“. obsah kamenů“. Poté v roce 1933 získal doktorát filozofie na Princetonské univerzitě , kde pod vedením Edwarda Condona napsal svou práci na téma „Vychylování paprsku molekul HCI v nehomogenním elektrickém poli“ .

Laboratoř Lawrence Berkeley

McMillan (vlevo) s Ernestem Lawrencem (vpravo) .

V roce 1932 získal McMillan stipendium National Research Council , které mu umožnilo navštěvovat postdoktorandskou univerzitu dle vlastního výběru. S jeho PhD kompletní, ačkoli to nebylo formálně přijato až do 12. ledna 1933, on přijal nabídku od Ernesta Lawrence na University of California, Berkeley , aby se připojil k Berkeley Radiation Laboratory , kterou Lawrence založil rok předtím. Počáteční McMillanova práce tam zahrnovala pokus změřit magnetický moment protonu , ale Otto Stern a Immanuel Estermann  [ de ] byli schopni provést tato měření jako první.

Hlavním zaměřením radiační laboratoře byl v této době vývoj cyklotronu a McMillan, který byl v roce 1935 jmenován na fakultu v Berkeley jako instruktor, se brzy zapojil do tohoto úsilí. Do popředí se dostala jeho dovednost s instrumentací a přispěl k vylepšením cyklotronu. Zejména pomohl vyvinout proces " shimming ", upravující cyklotron tak, aby vytvořil homogenní magnetické pole. Ve spolupráci s M. Stanley Livingstonem objevil kyslík-15 , izotop kyslíku , který vydává pozitrony . Aby ho vyrobili, bombardovali plynný dusík deuterony . To bylo smícháno s vodíkem a kyslíkem za vzniku vody, která byla poté shromážděna hygroskopickým chloridem vápenatým . Radioaktivita byla nalezena v ní koncentrovaná, což dokazuje, že byla v kyslíku. Následovalo zkoumání absorpce gama záření produkovaného bombardováním fluoru protony.

V roce 1935 McMillan, Lawrence a Robert Thornton provedli cyklotronové experimenty s deuteronovými paprsky, které přinesly řadu neočekávaných výsledků. Deuterony se spojily s cílovými jádry , přeměnily cíl na těžší izotop a zároveň vypudily proton. Jejich experimenty ukázaly jadernou interakci při nižších energiích, než by se dalo očekávat z jednoduchého výpočtu Coulombovy bariéry mezi deuteronem a cílovým jádrem. Teoretický fyzik z Berkeley Robert Oppenheimer a jeho postgraduální student Melba Phillips vyvinuli proces Oppenheimer-Phillips k vysvětlení tohoto jevu. McMillan se stal odborným asistentem v roce 1936 a mimořádným profesorem v roce 1941. Spolu se Samuelem Rubenem také objevil v roce 1940 izotop beryllium-10 . Tento izotop byl zajímavý a obtížně izolovatelný kvůli jeho mimořádně dlouhému poločasu rozpadu , asi 1,39 milionu let.

Objev neptunia

Po objevu jaderného štěpení v uranu Otto Hahnem a Fritzem Strassmannem v roce 1939 začal McMillan experimentovat s uranem. Bombardoval ji neutrony produkovanými v 37palcovém (94 cm) cyklotronu Radiační laboratoře bombardováním berylia deuterony. Kromě produktů jaderného štěpení hlášených Hahnem a Strassmannem detekovali dva neobvyklé radioaktivní izotopy, jeden s poločasem rozpadu asi 2,3 dne a druhý s asi 23 minutami. McMillan identifikoval krátkotrvající izotop jako uran-239 , o kterém informovali Hahn a Strassmann. McMillan měl podezření, že ten druhý je izotopem nového, neobjeveného prvku s atomovým číslem 93.

V té době se věřilo, že prvek 93 bude mít podobnou chemii jako rhenium , a tak začal pracovat s Emiliem Segrem , expertem na tento prvek z jeho objevu jeho homologu technecia . Oba vědci začali svou práci pomocí převládající teorie, ale Segrè rychle zjistil, že McMillanův vzorek nebyl vůbec podobný rheniu. Místo toho, když jej nechal reagovat s fluorovodíkem (HF) se silným oxidačním činidlem , choval se jako prvky prvků vzácných zemin . Protože tyto obsahují velké procento štěpných produktů, Segrè a McMillan se rozhodli, že poločas rozpadu musel být prostě jiný štěpný produkt, a nazvali článek „Neúspěšné hledání transuraniových prvků“.

McMillan si uvědomil, že jeho práce se Segrem z roku 1939 nedokázala dostatečně důkladně otestovat chemické reakce radioaktivního zdroje. V novém experimentu se McMillan pokusil podrobit neznámou látku HF v přítomnosti redukčního činidla , což předtím neudělal. Tato reakce vedla k vysrážení vzorku s HF, což je akce, která definitivně vyloučila možnost, že by neznámá látka byla vzácná zemina. V květnu 1940 Philip Abelson z Carnegieho institutu ve Washingtonu, DC , který se nezávisle také pokusil oddělit izotop s poločasem rozpadu 2,3 ​​dne, navštívil Berkeley na krátkou dovolenou a začali spolupracovat. Abelson pozoroval, že izotop s 2,3denním poločasem rozpadu neměl chemii jako jakýkoli známý prvek, ale byl více podobný uranu než vzácné zemině. To umožnilo izolovat zdroj a později, v roce 1945, vedlo ke klasifikaci aktinidové řady . Jako poslední krok připravili McMillan a Abelson mnohem větší vzorek bombardovaného uranu, který měl prominentní 23minutový poločas rozpadu z 239 U a přesvědčivě prokázal, že neznámý poločas rozpadu 2,3 ​​dne se zvýšil na síle ve shodě s poklesem 23minutová aktivita prostřednictvím následující reakce:

To prokázalo, že neznámý radioaktivní zdroj pochází z rozpadu uranu, a ve spojení s předchozím pozorováním, že zdroj se chemicky lišil od všech známých prvků, nade vší pochybnost dokázalo, že byl objeven nový prvek. McMillan a Abelson publikovali své výsledky v článku nazvaném Radioaktivní prvek 93 v časopise Physical Review dne 27. května 1940. Nenavrhli název prvku v článku, ale brzy se rozhodli pro „neptunium“, protože uran byl pojmenován po planetě Uran a Neptun je další planetou v naší sluneční soustavě. McMillan v tomto bodě náhle odešel a nechal Glenna Seaborga , aby pokračoval v této linii výzkumu, která vedla k druhému transuranovému prvku, plutoniu . V roce 1951 McMillan sdílel Nobelovu cenu za chemii se Seaborgem „za jejich objevy v chemii prvků transuranu“.

druhá světová válka

McMillanův náhlý odchod byl způsoben vypuknutím druhé světové války v Evropě. V listopadu 1940 začal pracovat v MIT Radiation Laboratory v Cambridge, Massachusetts , kde se podílel na vývoji a testování vzdušného mikrovlnného radaru během druhé světové války . V dubnu 1941 provedl testy s radarem pracujícím ze starého středního bombardéru Douglas B-18 Bolo . Při přeletu nad Naval Submarine Base New London s Luisem Walterem Alvarezem a náčelníkem letectva Hughem Dowdingem ukázali, že radar byl schopen detekovat velitelskou věž částečně ponořené ponorky. McMillan si vzal Elsie Walford Blumer v New Haven, Connecticut , 7. června 1941. Její otec byl George Blumer, emeritní děkan z Yale Medical School . Její sestra Mary byla Lawrenceovou manželkou. McMillans měl tři děti: Ann Bradford, David Mattison a Stephen Walker.

McMillan nastoupil do Navy Radio and Sound Laboratory poblíž San Diega v srpnu 1941. Tam pracoval na zařízení zvaném polyscope. Nápad, který přišel od Lawrence, byl použít sonar k vytvoření vizuálního obrazu okolní vody. Ukázalo se, že je to mnohem obtížnější než u radaru, a to kvůli objektům ve vodě a změnám teploty vody, které způsobovaly změny v rychlosti zvuku. Polyskop se ukázal jako nepraktický a byl opuštěn. Také však vyvinul sonarové cvičné zařízení pro ponorky, na které získal patent.

Oppenheimer naverboval McMillana, aby se připojil k projektu Manhattan , válečnému úsilí o vytvoření atomových bomb , v září 1942. Zpočátku pendloval tam a zpět mezi San Diegem, kde byla jeho rodina, a Berkeley. V listopadu doprovázel Oppenheimera na cestu do Nového Mexika , na které byla vybrána škola ranče v Los Alamos jako místo výzkumné laboratoře zbraní projektu, ze které se stala laboratoř Los Alamos . S Oppenheimerem a Johnem H. Manleyem vypracoval specifikace pro technické budovy nové laboratoře. Najal pro laboratoř personál, včetně Richarda Feynmana a Roberta R. Wilsona , založil testovací oblast známou jako Anchor Ranch a prohledal zemi po technickém vybavení od obráběcích strojů po cyklotron.

Jak se laboratoř formovala, McMillan se stal zástupcem vedoucího nukleárních zbraní typu zbraně pod vedením kapitána námořnictva Williama S. Parsonse , experta na arzenál. Plutoniová zbraň s kódovým označením Thin Man potřebovala úsťovou rychlost alespoň 3 000 stop (910 m) za sekundu, což doufali dosáhnout s upraveným 3palcovým protiletadlovým dělem Navy . Alternativou bylo sestrojit jadernou zbraň typu imploze . McMillan se o to začal zajímat a sledoval testy tohoto konceptu, které provedl Seth Neddermeyer . Výsledky nebyly povzbudivé. Jednoduché exploze měly za následek zdeformované tvary. John von Neumann se podíval na program imploze v září 1943 a navrhl radikální řešení zahrnující výbušné čočky . To by vyžadovalo odborné znalosti v oblasti výbušnin a McMillan naléhal na Oppenheimera, aby přivedl George Kistiakowsky . Kistiakowsky vstoupil do laboratoře 16. února 1944 a Parsonsova divize E (výbušniny) byla rozdělena na dvě části, přičemž McMillan byl zástupcem pro zbraň a Kistiakowsky zástupcem pro implozi.

McMillan se v dubnu 1944 dozvěděl znepokojivé zprávy a odjel do kaňonu Pajarito, aby se poradil se Segrem. Segrèho skupina testovala vzorky plutonia vypěstovaného v jaderných reaktorech projektu Manhattan a zjistila, že obsahuje množství plutonia-240 , izotopu, který způsoboval spontánní štěpení, takže Thin Man byl nepraktický. V červenci 1944, Oppenheimer reorganizoval laboratoř, aby vyvinula totální úsilí na implozi. McMillan zůstal ve vedení zbraně typu zbraň, která by se nyní používala pouze s uranem-235 . V tomto případě byl Thin Man nahrazen novým, zmenšeným designem s názvem Little Boy . McMillan byl také zapojen do imploze jako vedoucí skupiny G-3 v rámci divize G (Gadget), která byla zodpovědná za získávání měření a načasování imploze, a sloužila jako prostředník laboratoře s Project Camel , programem leteckých testů. provádí Caltech. 16. července 1945 byl přítomen jadernému testu Trinity , kdy byla úspěšně odpálena první implozní bomba.

Pozdější život

V červnu 1945 se McMillanovy myšlenky začaly vracet k cyklotronům. Postupem času byly větší a větší. V Radiation Laboratory byl ve výstavbě 184palcový cyklotron, ale uvědomil si, že by bylo možné efektivněji využít energii používanou k urychlení částic. Změnou použitého magnetického pole by se částice mohly pohybovat po stabilních drahách a dosáhnout vyšších energií při stejném energetickém vstupu. Nazval to "princip stability fáze" a nový design " synchrotron ". McMillan nevěděl, že princip synchrotronu již vynalezl Vladimir Veksler , který zveřejnil svůj návrh v roce 1944. McMillan se dozvěděl o Vekslerově článku v říjnu 1945. Ti dva si začali dopisovat a nakonec se stali přáteli. V roce 1963 se podělili o cenu Atoms for Peace Award za vynález synchrotronu. V roce 1964 obdržel McMillan cenu Golden Plate Award od Americké akademie úspěchu .

Princip fázové stability byl testován se starým 37palcovým cyklotronem v Berkeley poté, co se McMillan vrátil do Radiation Laboratory v září 1945. Když bylo zjištěno, že funguje, byl podobně upraven 184palcový cyklotron. Řádným profesorem se stal v roce 1946. V roce 1954 byl jmenován mimořádným ředitelem Radiační laboratoře. V roce 1958 byl povýšen na zástupce ředitele. Po smrti Lawrence toho roku se stal ředitelem a v této pozici setrval až do svého odchodu do důchodu v roce 1973. Laboratoř byla v roce 1958 přejmenována na Lawrence Radiation Laboratory. V roce 1970 se rozdělila na Lawrence Berkeley Laboratory a Lawrence Livermore Laboratory a McMillan se stal ředitelem první.

McMillan byl zvolen do Národní akademie věd v roce 1947, sloužil jako její předseda v letech 1968 až 1971. V letech 1954 až 1958 působil ve vlivném Generálním poradním výboru (GAC) Komise pro atomovou energii a v Komisi pro fyziku vysokých energií International Union of Pure and Applied Physics od roku 1960 do roku 1967. Po jeho odchodu z fakulty v Berkeley v roce 1974 strávil 1974–75 v CERNu , kde pracoval na experimentu g minus 2 k měření magnetického momentu mionu . V roce 1990 mu byla udělena National Medal of Science .

McMillan utrpěl první ze série mrtvice v roce 1984. Zemřel ve svém domě v El Cerrito v Kalifornii na komplikace spojené s cukrovkou 7. září 1991. Zůstala po něm manželka a tři děti. Jeho zlatá medaile Nobelovy ceny je v Národním muzeu americké historie , divize The Smithsonian , ve Washingtonu DC.

Publikace

Poznámky

Reference

externí odkazy