Эдвин Мэттисон Макмиллан (18 сентября 1907 – 7 сентября 1991) был американским физиком, которому приписывают то, что он первым произвел трансурановый элемент , нептуний . За это он разделил Нобелевскую премию по химии 1951 года с Гленном Сиборгом .
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 , а затем над гидролокатором в радиозвуковой лаборатории ВМФ . В 1942 году он присоединился к Манхэттенскому проекту , предпринятому во время войны по созданию атомных бомб , и помог создать лабораторию в Лос-Аламосе , где разрабатывались бомбы. Он руководил коллективами, работавшими над конструкцией ядерного оружия пушечного типа , а также участвовал в разработке ядерного оружия имплозивного типа .
Макмиллан изобрел синхротрон вместе с Владимиром Векслером , а после войны вернулся в радиационную лабораторию Беркли, чтобы построить их. Он был назначен заместителем директора радиационной лаборатории в 1954 году и повышен до заместителя директора в 1958 году. Он стал директором после смерти основателя лаборатории Эрнеста Лоуренса позже в том же году и оставался директором до выхода на пенсию в 1973 году.
Макмиллан родился в Редондо-Бич, Калифорния , 18 сентября 1907 года в семье Эдвина Харбо Макмиллана и его жены Анны Мари Макмиллан, урожденной Мэттисон. [1] У него была младшая сестра Кэтрин Хелен, чей сын Джон Клаузер (то есть племянник Макмиллана) получил Нобелевскую премию по физике в 2022 году.
Отец Макмиллана был врачом , как и брат-близнец его отца и трое братьев его матери. 18 октября 1908 года семья переехала в Пасадену, штат Калифорния , где он посещал начальную школу Мак-Кинли с 1913 по 1918 год, грантовую школу с 1918 по 1920 год, а затем среднюю школу Пасадены , которую окончил в 1924 году .
Калифорнийский технологический институт (Калифорнийский технологический институт) находился всего в миле от его дома, и он посетил там несколько публичных лекций. [3] Он поступил в Калифорнийский технологический институт в 1924 году. Будучи студентом, он выполнял исследовательский проект вместе с Лайнусом Полингом и получил степень бакалавра наук в 1928 году и степень магистра наук в 1929 году, [1] написав неопубликованную диссертацию на тему «Улучшенный метод». для определения содержания радия в горных породах». [4] Затем он получил степень доктора философии в Принстонском университете в 1933 году, написав диссертацию на тему «Отклонение пучка молекул HCl в неоднородном электрическом поле» под руководством Эдварда Кондона . [5] [6]
.jpg/1280px-HD.1A.009_(12662188285).jpg)
В 1932 году Макмиллан получил стипендию Национального исследовательского совета , которая позволила ему поступить в университет по своему выбору для получения докторской степени. Получив докторскую степень, хотя она не была официально принята до 12 января 1933 года, [2] он принял предложение Эрнеста Лоуренса из Калифорнийского университета в Беркли присоединиться к Радиационной лаборатории Беркли , которую Лоуренс основал годом ранее. [7] Первоначальная работа Макмиллана заключалась в попытке измерить магнитный момент протона , но Отто Штерн и Иммануэль Эстерманн смогли провести эти измерения первыми. [2] [8]
Основным направлением деятельности радиационной лаборатории в то время была разработка циклотрона , и Макмиллан, назначенный на факультет в Беркли в качестве преподавателя в 1935 году, вскоре включился в эту работу. Его умение обращаться с приборами вышло на первый план, и он внес усовершенствования в циклотрон. В частности, он помог разработать процесс « шиммирования », настроив циклотрон для создания однородного магнитного поля. [6] Работая с М. Стэнли Ливингстоном , он открыл кислород-15 , изотоп кислорода , испускающий позитроны . Чтобы его получить, они бомбардировали газообразный азот дейтронами . Его смешивали с водородом и кислородом для получения воды, которую затем собирали с помощью гигроскопичного хлорида кальция . В нем была обнаружена концентрированная радиоактивность, что доказывает, что она находилась в кислороде. Затем последовало исследование поглощения гамма-лучей, образующихся при бомбардировке фтора протонами. [8]
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 и выбрасывая протон. 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 аспирантка Мельба Филлипс разработали процесс Оппенгеймера-Филлипса для объяснения этого явления. [9] Макмиллан стал доцентом в 1936 году и доцентом в 1941 году . [1] Вместе с Сэмюэлем Рубеном он также открыл изотоп бериллий-10 в 1940 году . [6] Это было одновременно интересно и трудно изолировать из-за его необычайно долгий период полураспада , около 1,39 миллиона лет. [10]
После открытия ядерного деления урана Отто Ханом и Фрицем Штрассманом в 1939 году Макмиллан начал экспериментировать с ураном . Он бомбардировал его нейтронами , произведенными в 37-дюймовом (94 см) циклотроне Радиационной лаборатории путем бомбардировки бериллия дейтронами. В дополнение к продуктам ядерного деления, о которых сообщили Хан и Штрассман, 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 Хан и Штрассман. Макмиллан подозревал, что другой был изотопом нового, неоткрытого элемента с атомным номером 93. [11]
В то время считалось, что химический состав элемента 93 аналогичен рению , поэтому он начал работать с Эмилио Сегре , экспертом по этому элементу с момента открытия его гомолога технеция . Оба учёных начали свою работу, используя преобладающую теорию, но Сегре быстро определил, что образец Макмиллана совсем не похож на рений. Вместо этого, когда он прореагировал на него с фтористым водородом (HF) в присутствии сильного окислителя , он повел себя как представитель редкоземельных элементов . [12] Поскольку они составляют большой процент продуктов деления, Сегре и Макмиллан решили, что период полураспада, должно быть, был просто еще одним продуктом деления, озаглавив статью «Неудачный поиск трансурановых элементов». [13]
Макмиллан осознал, что в его работе с Сегре в 1939 году не удалось с достаточной строгостью 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 с HF, что окончательно исключило возможность того, что неизвестное вещество было редкоземельным элементом. В мае 1940 года Филип Абельсон из Института Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия , который также самостоятельно пытался выделить 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 редкоземельные элементы. Это позволило изолировать источник и позже, в 1945 году, привело к классификации ряда актинидов . В качестве последнего шага Макмиллан и Абельсон подготовили гораздо больший образец бомбардируемого урана, который имел заметный 23-минутный период полураспада из 239 U, и убедительно продемонстрировали, что неизвестный период полураспада в 2,3 дня увеличивается вместе с уменьшением 23-минутное действие посредством следующей реакции:
Это доказало, что неизвестный радиоактивный источник возник в результате распада урана, а в сочетании с предыдущими наблюдениями о том, что источник химически отличается от всех известных элементов, вне всякого сомнения доказало, 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 года. [12] [14] Они не предложили название элемента в статье, но вскоре остановились на «нептунии». , поскольку уран был назван в честь планеты Уран , а Нептун — следующая планета в нашей солнечной системе. [15] В этот момент Макмиллан внезапно ушел для работы, связанной с войной, оставив Гленну Сиборгу продолжить это направление исследований и открыть второй трансурановый элемент, плутоний . В 1951 году Макмиллан разделил Нобелевскую премию по химии с Сиборгом «за открытия в химии трансурановых элементов». [16]
Внезапный 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 . [7] В апреле 1941 года он провел испытания радара, работающего на старом среднем бомбардировщике Douglas B-18 Bolo . Пролетая над базой подводных лодок ВМС Нью-Лондон вместе с Луисом Вальтером Альваресом и главным маршалом авиации Хью Даудингом , они показали, что радар способен обнаружить боевую рубку частично затопленной подводной лодки. [17] Макмиллан женился на Элси Уолфорд Блумер в Нью-Хейвене, штат Коннектикут , 7 июня 1941 года. [18] [17] Ее отцом был Джордж Блумер, почетный декан Йельской медицинской школы . [1] Ее сестра Мэри была женой Лоуренса. [19] У Макмилланов было трое детей: Энн Брэдфорд, Дэвид Мэттисон и Стивен Уокер. [1] [20]
Макмиллан присоединился к Лаборатории радио и звука ВМФ недалеко от Сан-Диего в августе 1941 года. Там он работал над устройством, называемым полископом. Идея Лоуренса заключалась в том, чтобы использовать гидролокатор для создания визуального изображения окружающей воды. Это оказалось гораздо сложнее, чем с радаром, из-за объектов в воде и изменений температуры воды, которые вызывали изменения 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 завербовал Макмиллана для участия в Манхэттенском проекте — попытке создания атомной бомбы во время войны — в сентябре 1942 года. Первоначально он курсировал туда и обратно между Сан-Диего, где жила его семья, и Беркли. [17] В ноябре он сопровождал Оппенгеймера в поездке в Нью-Мексико , во время которой школа-ранчо Лос-Аламоса была выбрана в качестве места для лаборатории исследования оружия в рамках проекта, которая стала Лабораторией Лос-Аламоса . [22] Вместе с Оппенгеймером и Джоном Х. Мэнли он разработал спецификации для технических зданий новой лаборатории. [23] Он набрал персонал для лаборатории, в том числе Ричарда Фейнмана и Роберта Р. Уилсона , основал испытательную площадку, известную как Анкор-Ранчо, и обыскал страну в поисках технического оборудования от станков до циклотрона. [24]
По мере того, как лаборатория формировалась, Макмиллан стал заместителем руководителя проекта по созданию ядерного оружия артиллерийского типа под руководством капитана ВМС Уильяма С. Парсонса , эксперта по боеприпасам. [24] Плутониевая пушка под кодовым названием « Тонкий человек» [ 25] нуждалась в начальной скорости не менее 3000 футов (910 м) в секунду, чего они надеялись достичь с помощью модифицированной 3-дюймовой зенитной пушки ВМФ . Альтернативой было создание ядерного оружия имплозивного типа . Макмиллан рано заинтересовался этим, наблюдая за испытаниями этой концепции, проводимыми Сетом Неддермейером . Результаты не были обнадеживающими. Простые взрывы приводили к искажению форм. [26] Джон фон Нейман рассмотрел программу имплозии в сентябре 1943 года и предложил радикальное решение, включающее взрывные линзы . Это потребовало бы опыта работы со взрывчатыми веществами, и Макмиллан призвал Оппенгеймера привлечь Джорджа Кистяковского . [27] Кистяковский присоединился к лаборатории 16 февраля 1944 года, и отдел Парсонса E (взрывчатые вещества) был разделен на две части: Макмиллан был заместителем по оружию, а Кистяковский - заместителем по взрывчатке. [28]
Макмиллан услышал тревожные новости в апреле 1944 года и поехал в каньон Пахарито, чтобы посовещаться с Сегре. Группа Сегре проверила образцы плутония, выращенного в ядерных реакторах Манхэттенского проекта, и обнаружила, что он содержит некоторое количество плутония-240 , изотопа, вызывающего самопроизвольное деление, что делает Тонкого Человека непрактичным. [29] В июле 1944 года Оппенгеймер реорганизовал лабораторию, чтобы предпринять все возможные усилия по изучению имплозии. Макмиллан остался ответственным за оружие пушечного типа, [30] которое теперь будет использоваться только с ураном-235 . В этом случае Thin Man был заменен новым, уменьшенным дизайном под названием Little Boy . [31] Макмиллан также принимал участие в имплозии в качестве главы группы G-3 в подразделении G (Гаджетов), которое отвечало за получение измерений и времени имплозии, [32] и служило связующим звеном лаборатории с проектом «Верблюд». , программа воздушных испытаний, проводимая Калифорнийским технологическим институтом. 16 июля 1945 года он присутствовал на ядерных испытаниях «Тринити» , когда была успешно взорвана первая имплозивная бомба. [33]
В июне 1945 года мысли Макмиллана начали 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, можно заставить частицы двигаться по стабильным орбитам, а более высокие энергии можно будет достичь при той же затрате энергии. Он назвал это «принципом фазовой стабильности», а новую конструкцию — « синхротроном ». [34] [35] Макмиллан не знал, что принцип синхротрона уже был изобретен Владимиром Векслером , который опубликовал свое предложение в 1944 году. [36] Макмиллан узнал о статье Векслера в октябре 1945 года. [17] Они начали переписываться, и в конце концов стали друзьями. В 1963 году они разделили премию «Атом ради мира» за изобретение синхротрона. [37] В 1964 году Макмиллан получил премию «Золотая тарелка» Американской академии достижений . [38]
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. [34] [17] 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 Беркли и Ливерморская лаборатория Лоуренса, а Макмиллан стал директором первой. [1] [37] [39]
Макмиллан был избран членом Национальной академии наук в 1947 году и был ее председателем с 1968 по 1971 год. [40] Он был избран в Американское философское общество в 1952 году. [41] Он входил в состав влиятельного Генерального консультативного комитета (GAC) Комиссия по атомной энергии с 1954 по 1958 год и Комиссия по физике высоких энергий Международного союза чистой и прикладной физики с 1960 по 1967 год. [42] Он был избран членом Американской академии искусств и наук в 1962 году . [43] После ухода с факультета в Беркли в 1974 году он провел 1974–75 годы 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. [37] Он умер в своем доме в Эль-Серрито, Калифорния , от осложнений, вызванных диабетом, 7 сентября 1991 года. У него остались жена и трое детей. [20] Его золотая Нобелевская медаль находится в Национальном музее американской истории , отделении Смитсоновского института в Вашингтоне. [44]
![{\displaystyle {\ce {{}^{238}_{92}U + {}^{1}_{0}n -> {}^{239}_{92}U ->[\beta^- ][23\ {\ce {min}}] {\overset {neptunium}{^{239}_{93}Np}}->[\beta^-][2.355\ {\ce {days}}] { }^{239}_{94}Пу}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/be60c5859d1785c7629c53c2f7f04276d8f81004)
