Гарольд Клейтон Юри ForMemRS ( / ˈ j ʊər i / YOOR -ee ; 29 апреля 1893 — 5 января 1981) был американским физико-химиком, чья новаторская работа по изотопам принесла ему Нобелевскую премию по химии в 1934 году за открытие дейтерия . Он сыграл значительную роль в разработке атомной бомбы , а также внес вклад в теории о развитии органической жизни из неживой материи . [1]
Юри родился в Уолкертоне, штат Индиана , и изучал термодинамику у Гилберта Н. Льюиса в Калифорнийском университете в Беркли . После получения докторской степени в 1923 году он получил стипендию от Американо-скандинавского фонда на обучение в Институте Нильса Бора в Копенгагене . Он был научным сотрудником в Университете Джонса Хопкинса , прежде чем стать доцентом химии в Колумбийском университете . В 1931 году он начал работу по разделению изотопов, что привело к открытию дейтерия.
Во время Второй мировой войны Юри направил свои знания по разделению изотопов на проблему обогащения урана . Он возглавил группу, расположенную в Колумбийском университете, которая разработала разделение изотопов с использованием газовой диффузии . Метод был успешно разработан, став единственным методом, используемым в ранний послевоенный период. После войны Юри стал профессором химии в Институте ядерных исследований , а позже профессором химии Райерсона в Чикагском университете .
Юри предположил, что ранняя земная атмосфера состояла из аммиака , метана и водорода. Одним из его аспирантов в Чикаго был Стэнли Л. Миллер , который в эксперименте Миллера-Юри показал , что если такую смесь подвергнуть воздействию электрических искр и воды, она может взаимодействовать с образованием аминокислот , которые обычно считаются строительными блоками жизни. Работа с изотопами кислорода привела к становлению новой области палеоклиматических исследований. В 1958 году он принял должность профессора в новом Калифорнийском университете в Сан-Диего (UCSD), где он помог создать научный факультет. Он был одним из основателей школы химии UCSD, которая была создана в 1960 году. Он все больше интересовался космической наукой, и когда Аполлон-11 вернул образцы лунных пород с Луны, Юри исследовал их в Лунной приемной лаборатории . Астронавт Харрисон Шмитт рассказал, что Юри обратился к нему с предложением поучаствовать в односторонней миссии на Луну, заявив: «Я полечу, и мне все равно, вернусь ли я или нет». [2]
Гарольд Клейтон Юри родился 29 апреля 1893 года в Уокертоне, штат Индиана , в семье Сэмюэля Клейтона Юри, [3] [4] школьного учителя и священника в Церкви братьев , [5] и его жены Коры Ребекки, урожденной Рейноль. [6] В основном немецкого происхождения, фамилия семьи имела английские корни. [7] У него был младший брат Кларенс и младшая сестра Марта. Семья переехала в Глендору, Калифорния , после того, как Сэмюэль серьезно заболел туберкулезом , в надежде, что климат улучшит его здоровье. Когда стало ясно, что он умрет, семья вернулась в Индиану, чтобы жить с овдовевшей матерью Коры. Сэмюэль умер, когда Гарольду было шесть лет. [8] [4]
Юри получил образование в начальной школе амишей , которую он окончил в возрасте 14 лет. Затем он учился в средней школе в Кендалвилле, штат Индиана . [6] После окончания школы в 1911 году он получил сертификат учителя в колледже Эрлхэм , [9] и преподавал в небольшом школьном доме в Индиане. Позже он переехал в Монтану, где тогда жила его мать, и продолжил преподавать там. [5]
Юри поступил в Университет Монтаны в Миссуле осенью 1914 года. [10] В отличие от восточных университетов того времени, Университет Монтаны был совместным для студентов и преподавателей. [4] Юри получил там степень бакалавра наук (BS) по зоологии в 1917 году. [11]
В результате вступления Соединенных Штатов в Первую мировую войну в том же году, возникло сильное давление в пользу поддержки военных усилий. Юри был воспитан в религиозной секте, которая выступала против войны. Один из его профессоров предложил ему поддержать военные усилия, работая химиком. Юри устроился на работу в Barrett Chemical Company в Филадельфии , где занимался производством тротила , вместо того, чтобы пойти в армию в качестве солдата. [4] После войны он вернулся в Университет Монтаны в качестве преподавателя химии . [12] [9]
Академическая карьера требовала докторской степени, поэтому в 1921 году Юри поступил в аспирантуру Калифорнийского университета в Беркли , где изучал термодинамику под руководством Гилберта Н. Льюиса . [13] Его первая попытка защитить диссертацию была посвящена ионизации паров цезия . Он столкнулся с трудностями, и Мегнад Саха опубликовал лучшую работу по той же теме. [14] [15] Затем Юри написал диссертацию по состояниям ионизации идеального газа , которая впоследствии была опубликована в Astrophysical Journal . [16] После получения докторской степени в 1923 году Юри получил стипендию от Американо-скандинавского фонда на обучение в Институте Нильса Бора в Копенгагене , где он встретил Вернера Гейзенберга , Ганса Крамерса , Вольфганга Паули , Георга фон Хевеши и Джона Слейтера . В конце своего пребывания он отправился в Германию, где встретился с Альбертом Эйнштейном и Джеймсом Франком . [17]
Вернувшись в Соединенные Штаты, Юри получил предложение о стипендии Национального исследовательского совета в Гарвардском университете , а также получил предложение стать научным сотрудником в Университете Джонса Хопкинса . Он выбрал последнее. Перед тем как приступить к работе, он отправился в Сиэтл, штат Вашингтон , чтобы навестить свою мать. По дороге он остановился в Эверетте, штат Вашингтон , где познакомился с доктором Кейт Даум, коллегой из Университета Монтаны. [18] Доктор Даум познакомила Юри со своей сестрой Фридой. Юри и Фрида вскоре обручились. Они поженились в доме ее отца в Лоуренсе, штат Канзас , в 1926 году. [12] У пары было четверо детей: Гертруда Бесси (Элизабет) , родившаяся в 1927 году; Фрида Ребекка, родившаяся в 1929 году; Мэри Элис, родившаяся в 1934 году; и Джон Клейтон Юри, родившийся в 1939 году. [19]
В Университете Джонса Хопкинса Юри и Артур Руарк написали «Атомы, кванты и молекулы» (1930), один из первых английских текстов по квантовой механике и ее приложениям к атомным и молекулярным системам. [17] В 1929 году Юри стал доцентом кафедры химии в Колумбийском университете , где его коллегами были Рудольф Шенхаймер , Дэвид Риттенберг и Т.И. Тейлор. [20]
В 1920-х годах Уильям Джиок и Херрик Л. Джонстон открыли стабильные изотопы кислорода . В то время изотопы были недостаточно изучены; Джеймс Чедвик не откроет нейтрон до 1932 года. Для их классификации использовались две системы, основанные на химических и физических свойствах. Последнее было определено с помощью масс-спектрографа . Поскольку было известно, что атомный вес кислорода почти в 16 раз тяжелее водорода, Рэймонд Бирдж и Дональд Мензель выдвинули гипотезу, что у водорода также есть более одного изотопа. Основываясь на разнице между результатами двух методов, они предсказали, что только один атом водорода из 4500 был тяжелым изотопом. [21]
В 1931 году Юри отправился на его поиски. Юри и Джордж М. Мерфи (1903–1968) [22] [23] рассчитали из серии Бальмера , что тяжелый изотоп должен иметь линии, смещенные в синюю сторону (соответственно, легкий изотоп должен иметь красное смещение ) на 1,1–1,8 ангстрем (от 1,1 × 10−10 до 1,8 × 10−10 метров ). У Юри был доступ к 21-футовому (6,4 м) решетчатому спектрографу , чувствительному устройству, которое было недавно установлено в Колумбии и способно было разрешить серию Бальмера. С разрешением 1 Å на миллиметр машина должна была выдавать разницу около 1 миллиметра. [24] Однако, поскольку только один атом из 4500 был тяжелым, линия на спектрографе была очень слабой. Поэтому Юри решил отложить публикацию результатов до тех пор, пока не получит более убедительных доказательств того, что это был тяжелый водород. [21]
Юри и Мерфи рассчитали по модели Дебая , что тяжелый изотоп будет иметь немного более высокую температуру кипения, чем легкий. Осторожно нагревая жидкий водород, 5 литров жидкого водорода можно было перегнать до 1 миллилитра, который был бы обогащен тяжелым изотопом в 100-200 раз. Чтобы получить пять литров жидкого водорода, они отправились в криогенную лабораторию Национального бюро стандартов в Вашингтоне, округ Колумбия, где они получили помощь Фердинанда Брикведда , которого Юри знал по Университету Джонса Хопкинса. [24]
Первый образец, который послал Брикведде, был выпарен при 20 К (−253,2 °C; −423,7 °F) при давлении 1 стандартная атмосфера (100 кПа). К их удивлению, это не показало никаких признаков обогащения. Затем Брикведде приготовил второй образец, выпаренный при 14 К (−259,1 °C; −434,5 °F) при давлении 53 мм рт. ст. (7,1 кПа). На этом образце линии Бальмера для тяжелого водорода были в семь раз интенсивнее. [21] Статья, объявляющая об открытии тяжелого водорода, позже названного дейтерием , была совместно опубликована Юри, Мерфи и Брикведде в 1932 году. [25] Юри был удостоен Нобелевской премии по химии в 1934 году «за открытие тяжелого водорода». [26] Он отказался присутствовать на церемонии в Стокгольме, чтобы присутствовать при рождении своей дочери Мэри Элис. [27] В следующем году он был избран в Американское философское общество и Национальную академию наук США . [28] [29]
Работая с Эдвардом У. Уошберном из Бюро стандартов, Юри впоследствии обнаружил причину аномального образца. Водород Брикведда был отделен от воды электролизом , что привело к обеднению образца. Более того, Фрэнсис Уильям Астон сообщил, что его расчетное значение атомного веса водорода было неверным, тем самым опровергнув первоначальные рассуждения Бирджа и Менцеля. Однако открытие дейтерия осталось в силе. [21]
Юри и Уошберн попытались использовать электролиз для создания чистой тяжелой воды . Их метод был надежным, но в 1933 году их опередил Льюис, в распоряжении которого были ресурсы Калифорнийского университета. [30] Используя приближение Борна-Оппенгеймера , Юри и Дэвид Риттенберг рассчитали свойства газов, содержащих водород и дейтерий. Они распространили это на обогащенные соединения углерода, азота и кислорода. Их можно было использовать в качестве трассеров в биохимии , что привело к совершенно новому способу изучения химических реакций. [31] Он основал Журнал химической физики в 1932 году и был его первым редактором, работая в этой должности до 1940 года. [32]
В Колумбийском университете Юри возглавлял Университетскую федерацию за демократию и интеллектуальную свободу. Он поддерживал предложение атлантиста Кларенса Стрейта о федеральном союзе крупнейших мировых демократий и республиканское дело во время гражданской войны в Испании . Он был одним из первых противников немецкого нацизма и помогал ученым-беженцам, включая Энрико Ферми , помогая им найти работу в Соединенных Штатах и приспособиться к жизни в новой стране. [33]
К тому времени, как в 1939 году в Европе началась Вторая мировая война, Юри был признан мировым экспертом по разделению изотопов. До сих пор разделение касалось только легких элементов. В 1939 и 1940 годах Юри опубликовал две статьи по разделению более тяжелых изотопов, в которых он предложил центробежное разделение. Это приобрело большое значение из-за предположения Нильса Бора о том, что уран 235 является делящимся . [34] Поскольку считалось «весьма сомнительным, что цепная реакция может быть установлена без отделения 235 от остального урана», [35] Юри начал интенсивные исследования того, как можно было бы достичь обогащения урана. [36] Помимо центробежного разделения, Джордж Кистяковски предположил, что возможным методом может быть газовая диффузия . Третьей возможностью была термодиффузия . [37] Юри координировал все исследовательские работы по разделению изотопов, включая усилия по производству тяжелой воды, которая могла бы использоваться в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах . [38] [39]
В мае 1941 года Юри был назначен в Комитет по урану , который курировал урановый проект в рамках Национального комитета по оборонным исследованиям (NDRC). [40] В 1941 году Юри и Джордж Б. Пеграм возглавили дипломатическую миссию в Англию для установления сотрудничества в разработке атомной бомбы. Британцы с оптимизмом относились к газовой диффузии, [41] но было ясно, что как газовые, так и центробежные методы сталкиваются с серьезными техническими препятствиями. [42] В мае 1943 года, когда Манхэттенский проект набирал обороты, Юри стал главой Лабораторий по материалам для замены сплавов ( SAM Laboratories ) военного времени в Колумбии, которая отвечала за тяжелую воду и все процессы изотопного обогащения, за исключением электромагнитного процесса Эрнеста Лоуренса . [43]
Ранние отчеты о центробежном методе показали, что он не был таким эффективным, как предсказывалось. Юри предложил использовать более эффективную, но технически более сложную противоточную систему вместо прежнего проточного метода. К ноябрю 1941 года технические препятствия казались достаточно серьезными, чтобы отказаться от этого процесса. [44] Противоточные центрифуги были разработаны после войны и сегодня являются предпочтительным методом во многих странах. [45]
Газодиффузионный процесс оставался более обнадеживающим, хотя и ему приходилось преодолевать технические препятствия. [46] К концу 1943 года у Юри было более 700 человек, работающих на него над газовой диффузией. [47] Процесс включал сотни каскадов, в которых едкий гексафторид урана диффундировал через газовые барьеры, становясь все более обогащенным на каждой стадии. [46] Основной проблемой был поиск надлежащих уплотнений для насосов, но наибольшая трудность заключалась в создании подходящего диффузионного барьера. [48] Строительство огромного газодиффузионного завода K-25 шло полным ходом, прежде чем подходящий барьер стал доступен в большом количестве в 1944 году. В качестве резерва Юри отстаивал термодиффузию. [49]
Измотанный усилиями, Юри покинул проект в феврале 1945 года, передав свои обязанности Р. Х. Кристу. [50] Завод K-25 начал работу в марте 1945 года, и по мере устранения ошибок завод работал с замечательной эффективностью и экономичностью. Некоторое время уран подавался на жидкостную термодиффузионную установку S50 , затем на газообразную установку K-25 и, наконец, на установку электромагнитного разделения Y-12 ; но вскоре после окончания войны установки термического и электромагнитного разделения были закрыты, и разделение выполнялось только на установке K-25. Вместе со своим близнецом, K-27, построенной в 1946 году, она стала основной установкой разделения изотопов в ранний послевоенный период. [51] [49] За свою работу над Манхэттенским проектом Юри был награжден Медалью за заслуги директором проекта генерал-майором Лесли Р. Гроувсом-младшим . [50]
После войны Юри стал профессором химии в Институте ядерных исследований , а затем в 1952 году стал профессором химии Райерсона в Чикагском университете. [9] Он не продолжил свои довоенные исследования с изотопами. Однако, применив знания, полученные с водородом, к кислороду, он понял, что фракционирование между карбонатом и водой для кислорода-18 и кислорода-16 уменьшится в 1,04 раза между 0 и 25 °C (32 и 77 °F). Затем соотношение изотопов можно было использовать для определения средних температур, предполагая, что измерительное оборудование было достаточно чувствительным. В команду входил его коллега Ральф Буксбаум . Затем исследование белемнита возрастом 100 миллионов лет показало летние и зимние температуры, которые он пережил в течение четырех лет. За это новаторское палеоклиматическое исследование Юри был награжден медалью Артура Л. Дэя Геологическим обществом Америки и медалью Гольдшмидта Геохимическим обществом . [52] Во время работы в Чикагском университете Юри внес вклад в уравнение Юри–Бигелейзена–Майера , модель фракционирования стабильных изотопов.
Юри активно выступал против законопроекта Мэя-Джонсона 1946 года , поскольку он боялся, что он приведет к военному контролю над ядерной энергией, но поддерживал и боролся за законопроект Мак-Магона, который заменил его, и в конечном итоге создал Комиссию по атомной энергии . Приверженность Юри идеалу мирового правительства возникла еще до войны, но возможность ядерной войны сделала ее только более актуальной в его сознании. Он ездил с лекциями против войны и принимал участие в дебатах Конгресса по ядерным вопросам. Он публично выступал в защиту Этель и Юлиуса Розенберг и был вызван в Комитет Палаты представителей по расследованию антиамериканской деятельности . [53]
В более позднем возрасте Юри помог развить область космохимии и ему приписывают создание этого термина. Его работа над кислородом-18 привела его к разработке теорий об изобилии химических элементов на Земле, а также об их изобилии и эволюции в звездах. Юри подвел итог своей работе в книге «Планеты: их происхождение и развитие» (1952). Юри предположил, что ранняя земная атмосфера состояла из аммиака , метана и водорода. Один из его аспирантов из Чикаго, Стэнли Л. Миллер , показал в эксперименте Миллера-Юри , что если такую смесь подвергнуть воздействию электрических искр и воды, она может взаимодействовать с образованием аминокислот , которые обычно считаются строительными блоками жизни. [54]
Юри провел год в Соединенном Королевстве в качестве приглашенного профессора в Оксфордском университете в 1956 и 1957 годах. [55] В 1958 году он достиг пенсионного возраста Чикагского университета в 65 лет, но он принял должность профессора в новом Калифорнийском университете в Сан-Диего (UCSD) и переехал в Ла-Хойю, Калифорния . Впоследствии он был назначен почетным профессором там с 1970 по 1981 год. [56] [57] [9] Юри помог создать там научный факультет. Он был одним из основателей школы химии UCSD, которая была создана в 1960 году, вместе со Стэнли Миллером, Гансом Зюссом и Джимом Арнольдом . [56] [58]
В конце 1950-х и начале 1960-х годов космическая наука стала темой исследований в результате запуска Спутника-1 . Юри помог убедить NASA сделать беспилотные зонды на Луну приоритетными. Когда Apollo 11 вернул образцы лунных пород с Луны, Юри изучил их в Лунной приемной лаборатории . Образцы подтвердили утверждение Юри о том, что Луна и Земля имеют общее происхождение. [56] [58] Во время учебы в Калифорнийском университете в Сан-Диего Юри опубликовал 105 научных работ, 47 из которых были посвящены лунной тематике. Когда его спросили, почему он продолжает так усердно работать, он пошутил: «Ну, вы же знаете, что я больше не на постоянной основе». [59]
Юри любил заниматься садоводством и выращивать каттлеи , цимбидиумы и другие орхидеи . [60] Он умер в Ла-Хойе, Калифорния, и похоронен на кладбище Фэрфилд в округе Декалб, штат Индиана . [9]
Помимо Нобелевской премии, он также получил медаль Франклина в 1943 году, медаль Дж. Лоуренса Смита в 1962 году, Золотую медаль Королевского астрономического общества в 1966 году, премию «Золотая пластина» Американской академии достижений в 1966 году [61] и медаль Пристли Американского химического общества в 1973 году. В 1964 году он получил Национальную медаль науки . [62] Он стал членом Королевского общества в 1947 году. [63] В его честь названы лунный ударный кратер Юри [9] , астероид 4716 Юри [ 64] и премия имени Х. К. Юри , присуждаемая за достижения в области планетарных наук Американским астрономическим обществом . [65] Средняя школа Гарольда К. Юри в Уолкертоне, штат Индиана, также названа в его честь, [66] как и Юри-холл, здание химического факультета в колледже Ревелл, Калифорнийский университет в Сан-Диего, в Ла-Хойе [67] и лекционный зал Гарольда К. Юри в Университете Монтаны. [68] Калифорнийский университет в Сан-Диего также учредил кафедру Гарольда К. Юри, первым заведующим которой был Джеймс Арнольд. [69]
Дочь Юри, Элизабет Баранжер , также стала известным физиком. [70]
Все остальные мои бабушки и дедушки — немцы. Их фамилия — Хофштеттлер. Хофштеттлер — это искажение. Это было Хохштеттлер или что-то в этом роде. А Экхарт и Рейноль, очень немецкие, понимаете.
Urey Hall был назван в честь выпускника и преподавателя UM Гарольда К. Юри, который был удостоен Нобелевской премии по химии в 1934 году за открытие дейтерия, тяжелой формы водорода.
