Macmillan, Edwin Mattison

Edwin Mattison Macmillan
Namn vid födseln engelsk  Edwin Mattison McMillan [5]
Födelsedatum 18 september 1907( 1907-09-18 ) [1] [2] [3]
Födelseort
Dödsdatum 7 september 1991( 1991-09-07 ) [1] [2] [4] […] (83 år)
En plats för döden
Land
Vetenskaplig sfär fysik , kemi
Arbetsplats
Alma mater
vetenskaplig rådgivare
Känd som skapare av det första transuranelementet, upptäckare av autofasningsprincipen, skapare av elektronsynkrotronen, synkrocyklotron
Utmärkelser och priser Nobelpriset Nobelpriset i kemi (1951)
 Mediafiler på Wikimedia Commons

Edwin Mattison McMillan ( född  Edwin Mattison McMillan ; 18 september 1907 , Redondo Beach , Kalifornien , USA  - 7 september 1991 ) var en amerikansk fysiker och kemist, en välkänd vetenskapsman på sin tid, som arbetade inom olika kunskapsområden. Han gjorde ett betydande bidrag till kemin av transuranelement . Upptäckte principen om autofasning . Skapade den första elektronsynkrotronen, synkrocyklotronen. Han ledde Lawrence National Laboratory 1958-1973. Nobelpriset i kemi ( 1951 ) (tillsammans med G. Seaborg ).

Biografi

Edwin M. Macmillan föddes den 18 september 1907 i Redondo Beach ( Kalifornien ) till Edwin H. Macmillan och Anna Maria Mattison från Skottland. Från ett och ett halvt års ålder växte han upp i Pasadena , Kalifornien . Hans far var fysiker, och som barn deltog Macmillan i några föreläsningar vid California Institute of Technology . Efter att ha lämnat skolan gick Macmillan in där, och hans framgång tillät honom att omedelbart få kandidat- och magisterexamen efter examen . Han avslutade sin doktorsavhandling ( Ph.D. ) vid Princeton University under ledning av E. Condon och försvarade den 1932 . Han vann också ett värdefullt National Research Council-stipendium. År 1934  flyttade Macmillan till Berkeley på inbjudan av E. O. Lawrence , där ett nytt strålningslaboratorium höll på att etableras vid denna tid . Under andra världskriget var han, liksom många vetenskapsmän, involverad i arbete med militära ämnen, arbetade vid Naval Radar and Acoustic Laboratory i San Diego 1941 , och sedan 1942 flyttade han till Los Alamos , till laboratoriet av J. av Robert Oppenheimer . I mitten av 1945 återvände han till sitt tidigare jobb - i Berkeley. Från 1946-1954 undervisade han vid fysikavdelningen vid University of California i Berkeley och övervakade 15 studenter för att få sin doktorsexamen. . 1954-1958 blev han inbjuden till posten som biträdande direktör för strålningslaboratoriet, och efter Lawrences död i augusti 1958 blev han direktör för Lawrence strålningslaboratoriet (1958-1970) och efter separationen av delar av laboratoriet vid Berkeley och Livermore (1970), ledde National Laboratory Lawrence Berkeley (1970-1973). I slutet av 1973 gick Macmillan i pension från sin officiella tjänst, men fortsatte att forska fram till 1984. Han dog vid 83 års ålder den 7 september 1991 i El Cerrito, Contra Costa County, Kalifornien , USA .

Vetenskaplig forskning

Tidig förkrigsforskning

Omedelbart efter att ha försvarat sin doktorsavhandling, under ledning av professor E. W. Condon , ägnad åt bildandet av en molekylstråle av hydrokloridkärnor i ett inhomogent elektriskt fält [6] , publicerade Macmillan en artikel [7] om den isotopiska sammansättningen av litium i Sol baserad på spektroskopiska observationer. Arbeta med hyperfin struktur , upptäckt inom optisk spektroskopi, publicerade han artiklar om det nukleära magnetiska momentet av tantal och om hyperfina strukturer i solens spektrum . Men Macmillan blev gradvis intresserad av att arbeta med Lawrence -cyklotronen , som i början av 1934 kunde sända ut en stråle av deuteroner med en energi på 2,3 MeV . Macmillan, i samarbete med M. Stanley Livingston , använde en deuteronstråle för att bestråla kväve för att producera positronemitterande 15O . Detta arbete följdes av grundläggande forskning om absorptionen av gammastrålar , som upptäckte processen för bildandet av elektromagnetiska par i Coulomb-fältet i kärnan. 1935, tillsammans med Lawrence och R. L. Thornton, studerade Macmillan radioaktiviteten som sänds ut av en mängd olika mål när de exponerades för en stråle av deuteroner. Vid deuteronenergier under 2 MeV ökar aktiviteten snabbt med energi, som förväntat från kvantmekanisk penetration genom Coulomb-barriären , som först användes av Georgy Gamow för att förklara livslängden för alfa-radioaktiva kärnor . Efter detta arbete studerade Macmillan egenskaperna hos 10 Be, dess extremt långa halveringstid för ett lätt element (cirka 2,5 miljoner år). Parallellt genomförde Macmillan flera ytterligare experiment inom kärnkemi . Samtidigt skrev han en fascinerande artikel [8] om att få röntgenstrålar genom att accelerera mycket snabba elektroner. Macmillan skrev många artiklar om ämnet cyklotronen, särskilt om dess strålfokuseringsegenskaper, strålextraktion och vakuummätare . Åren 1937-1938 arbetade han tillsammans med Hans Bethe och M. I. Rose på problemet med energigränsen i cyklotronen och skrev en gemensam uppsats i mitten av 1938 .

Studie av transuranelement

Upptäckten av uranklyvning av Hahn och Strassmann 1939 väckte stor uppmärksamhet kring dessa frågor över hela världen. I Berkeley var Macmillan banbrytande för ett enkelt experiment för att mäta energiomfånget för fissionsprodukter genom att exponera ett tunt lager av uranoxid i en aluminiumsandwich för neutroner som härrör från 8-MeV deuteroner som träffar ett berylliummål i en 37-tums cyklotron . Han använde också silkespapper istället för aluminiumfolie i en annan smörgås och följde radioaktiviteten på olika typer av papper efter bombardementet och fann samma tidsberoende. Utöver fragmenteringsaktivitet fanns en annan komponent med en halveringstid på 22 minuter och en annan med en halveringstid på cirka 2 dagar. Macmillan antog att aktivitetskomponenten med en halveringstid på 22 minuter är relaterad till 239 U, tidigare identifierad av Hahn och kollegor som produkten av resonant neutroninfångning i uran [9] . Den två dagar långa, tidigare okända, radioaktiviteten fascinerade Macmillan. Följaktligen bombarderade han tunna lager av ammoniumuranat avsatt på ett bakelitsubstrat och täckt med cellofan för att fånga in radioaktiva fissionsprodukter. Under långa tidsperioder var 2,3 dagars radioaktivitet dominerande; på korta rådde isotopen 239 U med en halveringstid på 23 minuter. Med tanke på att ämnet med ny radioaktivitet separerades fysiskt, blev det möjligt att börja studera dess kemiska egenskaper . Förmodligen var detta tänkt att vara ett nytt grundämne bredvid uran , och som det visade sig hade det kemiska egenskaper nära dem för rhenium . Som ett resultat ingick Macmillan ett samarbete med Emilio Segre , som var bekant med rheniums kemi genom upptäckten av dess homolog, teknetium , 1937 . Segre fann att egenskaperna hos radioaktiviteten på 2,3 dagar liknade den sällsynta jordartsmetallen , inte rhenium. I början av 1940 blev Macmillan övertygad om att den okända 2,3-dagars radioaktiviteten inte bara kunde vara resultatet av sönderfallet av en klyvningsprodukt . Han genomförde en serie experiment med den nya 60-tums cyklotronen och dess 16 MeV deuteroner . De utförda experimenten bekräftade att beta-sönderfallet av 239 U bildar atomer av ett nytt grundämne med Z=93! Macmillan fann kemiskt att 2,3-dagarsaktiviteten hade några, men inte alla, egenskaperna hos ett sällsynt jordartsmetall.

I maj 1940, när Macmillan inledde ett samarbete med Phillip H. Abelson , som utan framgång försökte (oberoende av Macmillan) att isolera 2,3-dagars radioaktiviteten i det inledande skedet med hjälp av sällsynt jordartsmetallkemi. Nyckeln till framgångsrik kemisk forskning, fann Abelson, var att kontrollera materialets oxidationstillstånd . I reducerat tillstånd samutfälldes ämnet med denna aktivitet med fluorider av sällsynta jordartsmetaller; men inte i oxiderat tillstånd. Således kunde Abelson och Macmillan använda " redoxcykeln " för att skapa en serie av utfällning av ett grundämne med 2,3 dagars radioaktivitet från en lösning av uranyl och fastställa dess bildning från 23 minuter av 239 U, vilket bekräftar att det är isotop 93- element . De studerade alfaaktiviteten associerad med sönderfallet av 2,3-dagars isotopprodukten (en isotop av element 94 ) och noterade att den borde vara långlivad. Verket lämnades till Physical Review den 27 maj 1940 [10] . Redoxcykeltekniken blev grunden för all forskning inom transurankemi .

Macmillan återvände till forskning om alfaaktiviteten hos dottern 239 Np . Med hopp om att få en annan isotop av neptunium och även dess sönderfallsprodukt, bombarderade Macmillan uranmålet direkt med 16 MeV deuteroner. Han försökte isolera det alfaaktiva ämnet kemiskt, uteslutande protactinium , uran och neptunium som föroreningar, samtidigt som han visade att det beter sig på samma sätt som torium och 4-valent uran.

I november 1940 förbättrade Glenn T. Seaborg , tillsammans med kollegan J. W. Kennedy och alumnen A. C. Wahl, redoxtekniken för att isolera neptunium och fortsatte arbetet med elementen 93 och 94 i frånvaro av Macmillan, som hade lämnat Berkeley för att arbeta med militären. beställningar på MIT .

Som anhängare av Macmillan gjorde Seaborg, Kennedy och Wahl i slutet av februari 1941 en omfattande upptäckt av den 92-åriga isotopen av element 94 ( 238 Pu). En kort artikel om det gemensamma arbetet med Macmillan skickades till Physical Review den 28 januari 1941, men publicerades inte förrän 1946 [11] . För upptäckten av neptunium (med Abelson) och plutonium (med Kennedy, Seaborg och Wahl) delade Macmillan 1951 års Nobelpris i kemi med Glenn Seaborg .

Krigsår

Macmillans första uppdrag i november 1940 var att arbeta på en luftburen mikrovågsradar vid det nyligen organiserade strålningslaboratoriet vid MIT . Medan han arbetade vid U.S. Naval Radar and Acoustic Laboratory i San Diego , uppfann och utvecklade han undervattensechorepeatern , som kraftigt utökade detektionsområdet för militära undervattensanordningar. Macmillans arbete med kärnvapen under J. Robert Oppenheimer började med valet av en byggarbetsplats i Los Alamos . Han ledde sedan utvecklingen av vapnet av pistoltyp, en anordning där 235 U -partiklar exploderade på ett kedjesätt med en pistol, vilket utgjorde ett kritiskt aggregat. Macmillans arbete fortsatte tills det var bestämt att vapnet skulle fungera. Han deltog inte i själva "beväpningen". Stridsspetsen för Hiroshima baserades på hans resultat utan ett kärnvapenprov [12] .

Acceleratorernas fysik

I mitten av 1945 var många forskare vid Los Alamos , inklusive Macmillan, på väg att återvända hem. Innan kriget började började Lawrence bygga en enorm klassisk cyklotron . Det var stolpe, med en diameter på 184 tum och ett magnetgap på 5 fot. Macmillan konstruerade flera kraftkällor för en sådan maskin. Men han gillade inte tanken på att färdigställa den 184-tums cyklotronen. Efter att ha övervägt detta problem fick Macmillan idén om autofasningsprincipen i juni 1945 , vilket gjorde cyklotronen föråldrad direkt efter dess uppfinning. Macmillan insåg att när partiklar accelereras i ett RF-fält inte vid toppen av RF-området utan vid lutningen av signalkurvan, kan partiklarna stabilt låsas i någon fas. Idén visade sig vara universell och användes för många typer av acceleratorer, inklusive cykliska tunga partikel- och elektronacceleratorer och linjära tunga partikelacceleratorer. Macmillan uttryckte dessa fakta i form av differentialekvationer som beskriver en stabil "stråle" av partiklar som oscillerar kring den synkrona fasen inuti brunnen med en frekvens som bestäms av acceleratorns parametrar.

Macmillan övervägde fullt ut det breda utbudet av tillämpningar av denna princip. Han publicerade [13] sin upptäckt i Physical Review i september 1945. Efter publiceringen upptäckte Macmillan att den ryske fysikern Vladimir I. Veksler hade uppnått samma idé och hade redan publicerat den tidigare i en rysk tidskrift som inte nått USA under kriget. Macmillan erkände [14] företrädet i tiden för Wexlers upptäckt. Båda grupperna var överens om att deras handlingar var oberoende, och idén om autofasningsprincipen skulle oundvikligen komma upp. Forskare delade Atoms for Peace-priset för att de upptäckte principen om autofasning 1963 .

Principen om autofasning har revolutionerat designen och konstruktionen av acceleratorer runt om i världen. Detta har lett till förslag på nya acceleratorer i Frankrike och det nya europeiska laboratoriet vid CERN , Storbritannien och Australien, och det har också lett till starka förslag i Ryssland och USA.

De ursprungliga planerna för den "klassiska" 184-tums cyklotronen avbröts. Magneten har designats om för att producera ett större magnetfält med ett mindre gap. Denna transformation gjorde den till en " synkrocyklotron ". Modellen byggdes på rekordtid i en liten 37-tums cyklotron på Berkeley campus. Framgången för den här modellen ledde till ett fullskaligt tal om att bygga en 184-tumsmaskin 1948 . En imponerande serie upptäckter gjordes vid en sådan accelerator, inklusive många viktiga experiment på de första konstgjorda pionerna . Macmillan var involverad i utvecklingen av neutronstrålen , producerad av högenergi-deuteroner på inre mål, och var en rådgivande deltagare i otaliga experiment. Men hans intresse skiftade till en annan tillämpning av autofasningsprincipen, ¬300-MeV elektronsynkrotron .

Före uppfinningen av autofasningsprincipen uppnåddes den maximala energin som erhölls av en elektronaccelerator med hjälp av en betatron med en energigräns - cirka 100 MeV - begränsad på grund av emission av elektromagnetisk strålning från elektroner. I Macmillan-acceleratorn är elektroner begränsade till en ringformig kammare och accelereras på samma sätt som en traditionell betatron upp till 2 MeV. Den efterföljande vinsten i energi på grund av principen om autofasning erhölls med hjälp av det elektriska fältet i den elektromagnetiska brunnen, eftersom det ledande magnetfältet ökade. Macmillan- acceleratorn hade en radie på 1 meter och nådde en energi på 300 MeV. Macmillan övervakade personligen konstruktionen av alla faser av denna innovativa apparat.

Arbetet var gjort, och acceleratorn, liksom 184-tums cyklotron , ledde till viktiga nya upptäckter. Macmillan deltog personligen i de första experimenten om bildandet av pioner från fotoner [15] . Många andra experiment har utförts, inklusive demonstrationen av den neutrala pionens existens och den detaljerade studien av högenergielektromagnetiska kaskader.

Framgången med 184-tums synkrocyklotron och 300 MeV elektronsynkrotron säkerställde hastigheten på ett nytt steg i byggandet av acceleratorer vid Berkeley - the Bevatron . Macmillan bidrog till de första designidéerna för en sådan accelerator, inklusive beräkningar som visade att maskinen lätt skulle behöva nå 6 GeV för att producera proton-antiprotonpar.

Idag kan i princip alla högenergiacceleratorer, för elektroner, protoner eller tunga joner, inte fungera om de inte är autofasade. Explosionen i högenergiacceleratorer, som har lett till dussintals gånger mer tillgänglig energi, är till stor del en konsekvens av uppfinningen av Macmillan och Wexler.

Macmillans bidrag till acceleratorernas fysik är inte begränsat till detta. Han publicerade [16] "McMillan's theorem", ett matematiskt bevis på att i en linac är radiell fokusering och autofasning ömsesidigt inkompatibla om externa fokuseringsanordningar (magnetiska linser eller modulatorer) inte passar strålen. Han gjorde också beräkningar för spinnrörelse i en elektronlinjäraccelerator, och under ett kreativt besök på CERN 1975 undersökte han den mystiska förlusten av myoner i en lagringsring när polerna på en magnet misslyckas [12] . Han bidrog mycket till analysen av orbital dynamik vid Berkeley Laboratory .

Leder Berkeley Lab

1958 fanns det 2 000 arbetare vid Lawrence Berkeley National Laboratory och omkring 3 300 vid Livermore Laboratory . Berkeleysektionen var tvärvetenskaplig med stort fokus på fysik , otaliga acceleratorer , men det fanns också avdelningar för kärnkemi , biologi och medicin samt bioorganisk kemi . Det kraftfulla forskningsprogrammet för partikelfysik vid Bevatron , med en 72-tums bubbelkammare och flera partikeldetektorer, lockade fysiker från hela världen och etablerade Berkeley Laboratory som centrum för högenergifysik från slutet av 1950 -talet till mitten av 1960 -talet. . Arbetet fortsatte med både 184-tums cyklotron och 300-MeV Macmillan synkrotron.

Den första hälften av Macmillans tid som direktör var kanske Lawrence Berkeley National Laboratorys mest framgångsrika tid, åtminstone inom högenergifysik. Den sista delen av hans mandatperiod medförde förändringar både i laboratoriets vetenskapliga arbete och i ekonomiskt stöd från Washington. Macmillan var avgörande i grundandet av Enrico Fermi National Accelerator Laboratory , som tjänstgjorde som styrelsemedlem i Association of Research Universities i USA under dess uppväxtår.

Macmillan gav labbets vetenskapliga och administrativa ledning under utmanande tider med minskande partikelfysikfinansiering och vid en tidpunkt då Livermore-delen av labbet började förmörka Berkeley. Att upprätthålla ett starkt och mångsidigt forskningsprogram inom fysik och andra områden med begränsade resurser har varit svårt. Han har lyckats upprätthålla ett starkt tvärvetenskapligt laboratorium som har expanderat till nya områden som energibesparing och miljö.

Under senare år var strålningslaboratoriet utsatt för interna och externa motsättningar: interna - när det inte fanns tillräckligt med medel för alternativa projekt som var mindre nära relaterade till laboratoriets specialisering; externt – när partnerskapet mellan laboratoriet och Energy Research and Development Administration och USA:s kongress började rivas upp. Dessutom ökade situationen i Vietnam spänningarna, särskilt på campus.

Ett exempel på Macmillans tydliga förståelse av situationen var beslutet att skilja Livermore från Berkeley. Oron i landet främst på grund av Vietnamkriget , antikrigskänsla och uppenbara säkerhetsfrågor krävde separation. Macmillan rekommenderade separation och blev därför chef för det mindre Lawrence Berkeley National Laboratory. Finansieringen har förändrats, men inte på grund av splittringen och inte till det sämre. Ytterligare djupgående förändringar vid Lawrence Berkeley National Laboratory, där partikelfysik spelade en ständigt minskande roll, inträffade under på varandra följande regissörer.

Andra aktiviteter

Macmillan tjänstgjorde också i Chief Review Board för Atomic Energy Commission från 1954 till 1958 och fungerade som medlem av vetenskapspolitiska grupper och programrådgivande kommittéer i flera laboratorier. 1959 tillkännagav president Eisenhower sitt beslut att bygga Stanford Linear Accelerator Center , med hänvisning till Ed MacMillans ord. Många rapporter har namngett Ed Macmillan som upptäckaren av atombomben . Men medan upptäckten av själva plutonium och hans efterföljande arbete i Los Alamos var enorma bidrag till kärnvapenprogrammet , ändrade han sig efter kriget i detta problem [12] .

Familj, hobbyer

I sitt personliga liv var Macmillan en respektabel familjefar, och hans fru Elsie och deras tre barn (Anne Bradford Chaikin, David Mattison Macmillan och Stephen Walker Macmillan) stöttade honom i allt han gjorde. Han tyckte om att gå och utforska. Hans speciella tycke var ökenregionen Anza Boggero, där han samlade stenar och mineralinneslutningar som fanns överallt på hans kontor, hem och trädgård. Han var intresserad av växter och odlade orkidéer och den insektsätande flugsnapparen . [12]

Heder och utmärkelser

Publikationer

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Notable Names Database  (engelska) - 2002.
  2. ↑ 1 2 Brockhaus Encyclopedia  (tyska) / Hrsg.: Bibliographisches Institut & FA Brockhaus , Wissen Media Verlag
  3. ↑ Munzinger  Personen
  4. ↑ Gran Enciclopèdia Catalana  (kat.) - Grup Enciclopèdia Catalana , 1968.
  5. ↑ Deutsche Nationalbibliothek , Staatsbibliothek zu Berlin , Bayerische Staatsbibliothek , Österreichische Nationalbibliothek Record #138352232 // General Regulatory Control (GND)  (tyskt) - 2012-2016.
  6. ↑ McMillan, Edwin M. . Avböjning av en stråle av HCL-molekyler i ett icke-homogent elektriskt fält , Phys. Rev., s. 905.  (ej tillgänglig länk)
  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.  (ej tillgänglig länk)
  9. ↑ McMillan, Edwin M. . Radioactive Recolis from Uranium Activated by Neutrons , Phys. Rev., s. 510.
  10. ↑ Abelson, P.H. Radioactive element 93 , Phys. Rev., s. 1185.  (inte tillgänglig länk)
  11. ↑ Wahl, AC . Radioaktivt element 94 från Deuterons on Uranium , Phys. Rev., s. 366.
  12. ↑ 1 2 3 4 Panofsky, WKH A Biographical 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 av Mesons av X-Rays , s. 579. Arkiverad från originalet den 24 september 2015. Hämtad 21 november 2013.
  16. ↑ McMillan, Edwin M. . Relationen mellan fasstabilitet och första ordningens fokusering i linjäracceleratorer , Phys. Rev., s. 493.
  17. ↑ McMillan, Edwin Mattison på US National Academy of Sciences  webbplats

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Tematiska platser
Ordböcker och uppslagsverk
Släktforskning och nekropol