Macmillan, Edwin Mattison

Edwin Mattison Macmillan
Navn ved fødslen engelsk  Edwin Mattison McMillan [5]
Fødselsdato 18. september 1907( 1907-09-18 ) [1] [2] [3]
Fødselssted
Dødsdato 7. september 1991( 1991-09-07 ) [1] [2] [4] […] (83 år)
Et dødssted
Land
Videnskabelig sfære fysik , kemi
Arbejdsplads
Alma Mater
videnskabelig rådgiver
Kendt som skaberen af ​​det første transuranium-element, opdager af autofaseprincippet, skaberen af ​​elektronsynkrotronen, synkrocyklotron
Priser og præmier Nobel pris Nobelprisen i kemi (1951)
 Mediefiler på Wikimedia Commons

Edwin Mattison McMillan ( født  Edwin Mattison McMillan ; 18. september 1907 , Redondo Beach , Californien , USA  - 7. september 1991 ) var en amerikansk fysiker og kemiker, en kendt videnskabsmand på sin tid, som arbejdede inden for forskellige vidensområder. Han ydede et væsentligt bidrag til kemien af ​​transuranelementer . Opdagede princippet om autophasing . Skabte den første elektronsynkrotron, synkrocyklotronen. Han ledede Lawrence National Laboratory fra 1958-1973. Nobelprisen i kemi ( 1951 ) (sammen med G. Seaborg ).

Biografi

Edwin M. Macmillan blev født den 18. september 1907 i Redondo Beach ( Californien ) af Edwin H. Macmillan og Anna Maria Mattison fra skotterne. Fra en alder af halvandet år blev han opvokset i Pasadena , Californien . Hans far var fysiker, og som barn deltog Macmillan i nogle forelæsninger på California Institute of Technology . Efter at have forladt skolen, kom Macmillan ind der, og hans succes tillod ham straks at modtage bachelor- og mastergrader efter eksamen . Han afsluttede sin doktorafhandling ( Ph.D. ) ved Princeton University under vejledning af E. Condon og forsvarede den i 1932 . Han vandt også et værdifuldt National Research Council-stipendium. I 1934  flyttede Macmillan til Berkeley på invitation af E. O. Lawrence , hvor et nyt strålingslaboratorium blev etableret på dette tidspunkt . Under Anden Verdenskrig var han, ligesom mange videnskabsmænd, involveret i arbejde med militære emner, arbejdede ved Naval Radar and Acoustic Laboratory i San Diego i 1941 og flyttede siden 1942 til Los Alamos , til laboratoriet af J. af Robert Oppenheimer . I midten af ​​1945 vendte han tilbage til sit tidligere job - i Berkeley. Fra 1946-1954 underviste han ved fysikafdelingen ved University of California i Berkeley og overvågede 15 kandidater for at modtage deres ph.d. . I 1954-1958 blev han inviteret til stillingen som vicedirektør for Strålingslaboratoriet, og blev derefter efter Lawrences død i august 1958 direktør for Lawrence Radiation Laboratory (1958-1970) og efter adskillelsen af ​​dele af laboratoriet i Berkeley og Livermore (1970), ledet National Laboratory Lawrence Berkeley (1970-1973). I slutningen af ​​1973 trak Macmillan sig tilbage fra sin officielle stilling, men fortsatte med at forske indtil 1984. Han døde i en alder af 83 den 7. september 1991 i El Cerrito, Contra Costa County, Californien , USA .

Videnskabelig forskning

Tidlig førkrigsforskning

Umiddelbart efter at have forsvaret sin doktorafhandling, under vejledning af professor E. W. Condon , viet til dannelsen af ​​en molekylær stråle af hydrochloridkerner i et inhomogent elektrisk felt [6] , publicerede Macmillan en artikel [7] om den isotopiske sammensætning af lithium i Sol baseret på spektroskopiske observationer. Arbejde med hyperfin struktur , opdaget inden for optisk spektroskopi, udgav han artikler om det nukleare magnetiske moment af tantal og om hyperfine strukturer i solens spektrum . Men Macmillan blev gradvist interesseret i at arbejde med Lawrence - cyklotronen , som i begyndelsen af ​​1934 kunne udsende en stråle af deuteroner med en energi på 2,3 MeV . Macmillan brugte i samarbejde med M. Stanley Livingston en deuteronstråle til at bestråle nitrogen for at producere positron - emitterende 15O . Dette arbejde blev efterfulgt af grundlæggende forskning om absorption af gammastråler , som opdagede processen med dannelse af elektromagnetiske par i Coulomb-feltet af kernen. I 1935, sammen med Lawrence og R. L. Thornton, studerede Macmillan radioaktiviteten udsendt af en række forskellige mål, når de blev udsat for en stråle af deuteroner. Ved deuteron-energier under 2 MeV øges aktiviteten hurtigt med energi, som forventet fra kvantemekanisk penetration gennem Coulomb-barrieren , som først blev brugt af Georgy Gamow til at forklare alfa-radioaktive kerners levetid . Efter dette arbejde studerede Macmillan egenskaberne af 10 Be, dets ekstremt lange halveringstid for et let element (ca. 2,5 millioner år). Sideløbende udførte Macmillan flere yderligere eksperimenter inden for kernekemi . Samtidig skrev han en fascinerende artikel [8] om at opnå røntgenstråler ved at accelerere meget hurtige elektroner. Macmillan skrev adskillige artikler om emnet cyklotronen, især om dens strålefokuseringsegenskaber, stråleudvinding og vakuummålere . I 1937-1938 arbejdede han sammen med Hans Bethe og M. I. Rose om problemet med energigrænsen i cyklotronen, og skrev et fælles papir i midten af ​​1938 .

Undersøgelse af transuranelementer

Opdagelsen af ​​uranfission af Hahn og Strassmann i 1939 satte stor opmærksomhed på disse spørgsmål i hele verden. Ved Berkeley var Macmillan banebrydende for et simpelt eksperiment for at måle energiområdet for fissionsprodukter ved at udsætte et tyndt lag uraniumoxid i en aluminiumsandwich for neutroner afledt af 8-MeV deuteroner , der rammer et berylliummål i en 37-tommer cyklotron . Han brugte også silkepapir i stedet for aluminiumsfolie i en anden sandwich og fulgte radioaktiviteten på forskellige papirtyper efter bombardementet og fandt den samme tidsafhængighed. Ud over fragmenteringsaktivitet var der en anden komponent med en halveringstid på 22 minutter og en anden med en halveringstid på ca. 2 dage. Macmillan antog, at aktivitetskomponenten med en halveringstid på 22 minutter er relateret til 239 U, tidligere identificeret af Hahn og kolleger som produktet af resonant neutronfangst i uran [9] . Den to-dages, hidtil ukendte, radioaktivitet fascinerede Macmillan. Derfor bombarderede han tynde lag af ammoniumuranat aflejret på et bakelitsubstrat og dækket med cellofan for at fange radioaktive fissionsprodukter. I lange perioder var 2,3-dages radioaktivitet dominerende; på korte var 239 U- isotopen med en halveringstid på 23 minutter fremherskende. Da stoffet med ny radioaktivitet blev fysisk adskilt, blev det muligt at begynde at studere dets kemiske egenskaber . Formentlig skulle dette være et nyt grundstof ved siden af ​​uran , og som det viste sig, havde det kemiske egenskaber tæt på rheniums . Som et resultat indgik Macmillan et samarbejde med Emilio Segre , som var bekendt med rheniums kemi gennem opdagelsen af ​​dets homolog, technetium , i 1937 . Segre fandt ud af, at egenskaberne af 2,3-dages radioaktivitet svarede til grundstoffet sjældne jordarter , ikke rhenium. I begyndelsen af ​​1940 blev Macmillan overbevist om, at den ukendte 2,3-dages radioaktivitet ikke blot kunne være resultatet af et spaltningsprodukts henfald . Han udførte en række eksperimenter med den nye 60-tommer cyklotron og dens 16 MeV deuteroner . De udførte eksperimenter bekræftede, at beta-henfaldet af 239 U danner atomer af et nyt grundstof med Z=93! Macmillan fandt kemisk, at 2,3-dages aktivitet havde nogle, men ikke alle, karakteristika af et sjældent jordarters grundstof.

I maj 1940, da Macmillan indledte et samarbejde med Phillip H. Abelson , som uden held forsøgte (uafhængigt af Macmillan) at isolere 2,3-dages radioaktivitet i den indledende fase ved hjælp af sjældne jordarters kemi. Nøglen til vellykket kemisk forskning, fandt Abelson, var at kontrollere materialets oxidationstilstand . I reduceret tilstand blev stoffet med denne aktivitet udfældet sammen med fluorider af sjældne jordarters grundstoffer; men ikke i oxideret tilstand. Således var Abelson og Macmillan i stand til at bruge " redox-cyklussen " til at skabe en serie af udfældning af et grundstof med 2,3 dages radioaktivitet fra en opløsning af uranyl og etablere dets dannelse fra 23 minutter af 239 U, hvilket bekræftede, at det er isotop 93- element . De undersøgte alfa-aktiviteten forbundet med henfaldet af 2,3-dages isotopproduktet (en isotop af grundstof 94 ) og bemærkede, at det skulle være langtidsholdbart. Værket blev indsendt til Physical Review den 27. maj 1940 [10] . Redoxcyklusteknikken blev grundlaget for al forskning i transurankemi .

Macmillan vendte tilbage til forskning i alfa-aktiviteten af ​​239 Np - datteren . Med håbet om at opnå en anden isotop af neptunium og også dets henfaldsprodukt, bombarderede Macmillan uranmålet direkte med 16 MeV deuteroner. Han forsøgte at isolere det alfa-aktive stof kemisk, udelukket protactinium , uran og neptunium som urenheder, mens han viste, at det opfører sig på samme måde som thorium og 4-valent uran.

I november 1940 forbedrede Glenn T. Seaborg sammen med kollegaen J. W. Kennedy og alumnen A. C. Wahl redoxteknikken til isolering af neptunium og fortsatte arbejdet med elementerne 93 og 94 i fravær af Macmillan, som havde forladt Berkeley for at arbejde på militæret. ordrer hos MIT .

Som tilhængere af Macmillan gjorde Seaborg, Kennedy og Wahl i slutningen af ​​februar 1941 en omfattende opdagelse af den 92 år gamle isotop af grundstof 94 ( 238 Pu). En kort artikel om det fælles arbejde med Macmillan blev indsendt til Physical Review den 28. januar 1941, men blev først offentliggjort i 1946 [11] . For opdagelsen af ​​neptunium (med Abelson) og plutonium (med Kennedy, Seaborg og Wahl) delte Macmillan 1951 Nobelprisen i kemi med Glenn Seaborg .

Krigsår

Macmillans første opgave i november 1940 var at arbejde på en luftbåren mikrobølgeradar på det nyligt organiserede Radiation Laboratory ved MIT . Mens han arbejdede på U.S. Naval Radar and Acoustic Laboratory i San Diego , opfandt og udviklede han undervands-ekko - repeateren , som i høj grad udvidede detektionsområdet for militære undervandsanordninger. Macmillans arbejde med atomvåben under J. Robert Oppenheimer begyndte med valget af en byggeplads ved Los Alamos . Han ledede derefter udviklingen af ​​våbentypen, en anordning, hvor 235 U -partikler blev eksploderet på en kædemåde med en pistol, der udgjorde et kritisk aggregat. Macmillans arbejde fortsatte, indtil det blev fastslået, at våbnet ville virke. Han deltog ikke i selve "bevæbningen". Sprænghovedet til Hiroshima var baseret på hans resultater uden en atomprøve [12] .

Acceleratorers fysik

I midten af ​​1945 var mange videnskabsmænd ved Los Alamos , inklusive Macmillan, ved at vende hjem. Før krigens start begyndte Lawrence at bygge en enorm klassisk cyklotron . Det var stang med en diameter på 184 tommer og et magnetgab på 5 fod. Macmillan designede flere strømkilder til sådan en maskine. Men han kunne ikke lide ideen om at færdiggøre den 184-tommer cyklotron. Efter at have overvejet dette problem fik Macmillan ideen om autophasing-princippet i juni 1945 , hvilket gjorde cyklotronen forældet umiddelbart efter dens opfindelse. Macmillan erkendte, at når partikler accelereres i et RF-felt, ikke ved toppen af ​​RF-området, men ved hældningen af ​​signalkurven, kan partiklerne låses stabilt i en eller anden fase. Ideen viste sig at være universel og blev adopteret til mange typer acceleratorer, herunder cykliske tunge partikel- og elektronacceleratorer og lineære tunge partikelacceleratorer. Macmillan udtrykte disse fakta i form af differentialligninger, der beskriver en stabil "stråle" af partikler, der oscillerer omkring den synkrone fase inde i brønden med en frekvens bestemt af acceleratorens parametre.

Macmillan overvejede fuldt ud den brede vifte af anvendelser af dette princip. Han offentliggjorde [13] sin opdagelse i Physical Review i september 1945. Efter offentliggørelsen opdagede Macmillan, at den russiske fysiker Vladimir I. Veksler havde opnået den samme idé og allerede havde publiceret den tidligere i et russisk tidsskrift, som ikke var nået til USA under krigen. Macmillan anerkendte [14] forrangen i tiden af ​​Wexlers opdagelse. Begge grupper var enige om, at deres handlinger var uafhængige, og ideen om autophasing-princippet ville uundgåeligt komme op. Forskere delte Atoms for Peace Prize for at opdage princippet om autophasing i 1963 .

Princippet om autophasing har revolutioneret design og konstruktion af acceleratorer rundt om i verden. Dette har ført til forslag til nye acceleratorer i Frankrig og det nye europæiske laboratorium ved CERN , Storbritannien og Australien, og det har også ført til stærke forslag i Rusland og USA.

De oprindelige planer for den "klassiske" 184-tommer cyklotron blev aflyst. Magneten er blevet redesignet til at producere et større magnetfelt med et mindre mellemrum. Denne transformation gjorde den til en " synkrocyklotron ". Modellen blev bygget på rekordtid i en lille 37-tommer cyklotron på Berkeley campus. Succesen med denne model førte til en fuldstændig snak om at bygge en 184-tommer maskine i 1948 . En imponerende række af opdagelser blev gjort ved en sådan accelerator, herunder mange vigtige eksperimenter på de første kunstige pioner . Macmillan var involveret i udviklingen af ​​neutronstrålen , produceret af højenergi-deuteroner på interne mål, og var en rådgivende deltager i utallige eksperimenter. Imidlertid skiftede hans interesse til en anden anvendelse af autofase-princippet, ¬300-MeV elektronsynkrotronen .

Før opfindelsen af ​​auto-faseprincippet blev den maksimale energi opnået af en elektronaccelerator opnået ved hjælp af en betatron med en energigrænse - omkring 100 MeV - begrænset på grund af udsendelse af elektromagnetisk stråling fra elektroner. I Macmillan-acceleratoren er elektroner begrænset til et ringformet kammer og accelereret på samme måde som en traditionel betatron op til 2 MeV. Den efterfølgende gevinst i energi på grund af princippet om autophasing blev opnået ved hjælp af det elektriske felt i den elektromagnetiske brønd, da det førende magnetfelt steg. Macmillan- acceleratoren havde en radius på 1 meter og nåede en energi på 300 MeV. Macmillan overvågede personligt konstruktionen af ​​alle faser af dette innovative apparat.

Arbejdet blev gjort, og acceleratoren førte ligesom den 184-tommer cyklotron til vigtige nye opdagelser. Macmillan deltog personligt i de første eksperimenter med dannelsen af ​​pioner fra fotoner [15] . Mange andre eksperimenter er blevet udført, herunder demonstrationen af ​​eksistensen af ​​den neutrale pion og den detaljerede undersøgelse af højenergiske elektromagnetiske kaskader.

Succesen med 184-tommer synkrocyklotron og 300-MeV elektronsynkrotron sikrede hastigheden af ​​et nyt trin i konstruktionen af ​​acceleratorer ved Berkeley - Bevatronen . Macmillan bidrog til de indledende designideer for en sådan accelerator, inklusive beregninger, der viste, at maskinen nemt skulle nå 6 GeV for at producere proton-antiproton-par.

I dag kan stort set alle højenergiacceleratorer, til elektroner, protoner eller tunge ioner, ikke fungere, medmindre de er autofasede. Eksplosionen i højenergiacceleratorer, som har ført til snesevis af gange mere tilgængelig energi, er i høj grad en konsekvens af opfindelsen af ​​Macmillan og Wexler.

Macmillans bidrag til acceleratorernes fysik er ikke begrænset til dette. Han udgav [16] "McMillan's theorem", et matematisk bevis på, at radial fokusering og autophasing i en linac er gensidigt inkompatible, hvis eksterne fokuseringsenheder (magnetiske linser eller modulatorer) ikke passer til strålen. Han lavede også beregninger for spin-bevægelse i en lineær elektronaccelerator, og under et kreativt besøg på CERN i 1975 undersøgte han det mystiske tab af myoner i en lagerring, når polerne på en magnet svigter [12] . Han bidrog i høj grad til analysen af ​​orbital dynamik på Berkeley Laboratory .

Leading the Berkeley Lab

I 1958 var der 2.000 arbejdere på Lawrence Berkeley National Laboratory og omkring 3.300 på Livermore Laboratory . Berkeley-afsnittet var tværfagligt med stort fokus på fysik , utallige acceleratorer , men der var også afdelinger for nuklear kemi , biologi og medicin og bioorganisk kemi . Det kraftfulde forskningsprogram for partikelfysik på Bevatron med et 72-tommer boblekammer og flere partikeldetektorer tiltrak fysikere fra hele verden og etablerede Berkeley Laboratory som centrum for højenergifysik fra slutningen af ​​1950'erne til midten af ​​1960'erne. . Arbejdet fortsatte på både 184-tommer cyclotron og 300-MeV Macmillan synkrotron.

Den første halvdel af Macmillans embedsperiode som direktør var måske Lawrence Berkeley National Laboratorys mest succesrige tid, i det mindste inden for højenergifysik. Den sidste del af hans embedsperiode medførte ændringer både i laboratoriets videnskabelige arbejde og i økonomisk støtte fra Washington. Macmillan var medvirkende til grundlæggelsen af ​​Enrico Fermi National Accelerator Laboratory , der tjente som bestyrelsesmedlem i Association of Research Universities i USA i dets formative år.

Macmillan gav laboratoriets videnskabelige og administrative ledelse i udfordrende tider med faldende partikelfysikfinansiering og på et tidspunkt, hvor Livermore-delen af ​​laboratoriet begyndte at formørke Berkeley. Det har været vanskeligt at opretholde et stærkt og mangfoldigt forskningsprogram inden for fysik og andre områder med begrænsede ressourcer. Han har formået at opretholde et stærkt tværfagligt laboratorium, der har udvidet sig til nye områder som energibesparelse og miljø.

I de senere år var strålingslaboratoriet underlagt interne og ydre modsætninger: internt - når der ikke var tilstrækkelige midler til alternative projekter, der var mindre tæt knyttet til laboratoriets specialisering; eksternt - da partnerskabet mellem laboratoriet og Energy Research and Development Administration og den amerikanske kongres begyndte at trævle ud. Desuden øgede situationen i Vietnam spændingerne, især på campus.

Et eksempel på Macmillans klare forståelse af situationen var beslutningen om at adskille Livermore fra Berkeley. Uroen i landet, hovedsagelig på grund af Vietnamkrigen , anti-krigsstemning og åbenlyse sikkerhedsspørgsmål krævede adskillelse. Macmillan anbefalede adskillelse og blev derfor direktør for det mindre Lawrence Berkeley National Laboratory. Finansieringen har ændret sig, men ikke på grund af opdelingen og ikke til det værre. Yderligere dybtgående ændringer på Lawrence Berkeley National Laboratory, hvor partikelfysik spillede en stadigt faldende rolle, skete under successive direktører.

Andre aktiviteter

Macmillan tjente også i Chief Review Board for Atomic Energy Commission fra 1954 til 1958 og tjente som medlem af videnskabspolitiske grupper og programrådgivende udvalg i flere laboratorier. I 1959 annoncerede præsident Eisenhower sin beslutning om at bygge Stanford Linear Accelerator Center , med henvisning til Ed MacMillans ord. Mange rapporter har navngivet Ed Macmillan som opdageren af ​​atombomben . Men mens opdagelsen af ​​selve plutonium og hans efterfølgende arbejde i Los Alamos var enorme bidrag til atomvåbenprogrammet , skiftede han efter krigen sin mening om dette problem [12] .

Familie, hobbyer

I sit personlige liv var Macmillan en respektabel familiefar, og hans kone Elsie og deres tre børn (Anne Bradford Chaikin, David Mattison Macmillan og Stephen Walker Macmillan) støttede ham i alt, hvad han gjorde. Han nød at gå og gå på opdagelse. Hans særlige smag var ørkenregionen Anza Boggero, hvor han samlede sten og mineralske indeslutninger, der var overalt på hans kontor, hjem og have. Han var interesseret i planter og dyrkede orkideer og den insektædende fluesnapper . [12]

Hæder og priser

Publikationer

Noter

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Notable Names Database  (engelsk) - 2002.
  2. ↑ 1 2 Brockhaus Encyclopedia  (tysk) / Hrsg.: Bibliographisches Institut & FA Brockhaus , Wissen Media Verlag
  3. ↑ Munzinger  Personen
  4. ↑ Gran Enciclopèdia Catalana  (kat.) - Grup Enciclopedia Catalana , 1968.
  5. ↑ Deutsche Nationalbibliothek , Staatsbibliothek zu Berlin , Bayerische Staatsbibliothek , Österreichische Nationalbibliothek Record #138352232 // General Regulatory Control (GND)  (tysk) - 2012-2016.
  6. ↑ McMillan, Edwin M. . Afbøjning af en stråle af HCL-molekyler i et ikke-homogent elektrisk felt , Phys. Rev., s. 905.  (utilgængeligt link)
  7. ↑ McMillan, Edwin M. . The Isotopic Constitution of Lithium in the Sun , Phys. Rev., s. 240.
  8. ↑ McMillan, Edwin M. . The Production of X-Radiation by Very Fast Electrons , Phys. Rev., s. 801.  (utilgængeligt link)
  9. ↑ McMillan, Edwin M. . Radioactive Recolis from Uranium Activated by Neutrons , Phys. Rev., s. 510.
  10. ↑ Abelson, P.H. Radioaktivt grundstof 93 , Phys. Rev., s. 1185.  (ikke tilgængeligt link)
  11. ↑ Wahl, AC . Radioaktivt element 94 fra Deuterons on Uranium , Phys. Rev., s. 366.
  12. ↑ 1 2 3 4 Panofsky, WKH A Biografisk Memoir  . - NAS, 1996.
  13. ↑ McMillan, Edwin M. . The Synchrotron - A Proposed High Energy Particle Accelerator , Phys. Rev., s. 143.
  14. ↑ McMillan, Edwin M. . The Origin of the Synchrotron , Phys. Rev., s. 534.
  15. ↑ M. McMillan , Jack M. Peterson, R. Stephen White. Produktion af Mesons af X-Rays , s. 579. Arkiveret fra originalen den 24. september 2015. Hentet 21. november 2013.
  16. ↑ McMillan, Edwin M. . Forholdet mellem fasestabilitet og førsteordensfokusering i lineære acceleratorer , Phys. Rev., s. 493.
  17. ↑ McMillan, Edwin Mattison på US National Academy of Sciences  hjemmeside

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Tematiske steder
Ordbøger og encyklopædier
Slægtsforskning og nekropolis