Гарольд Клейтон Юри ForMemRS ( / ˈ j ʊər i / YOOR -ee ; 29 апреля 1893 — 5 января 1981) — американский физико-химик , чьи новаторские работы в области изотопов принесли ему Нобелевскую премию по химии в 1934 году за открытие дейтерия . Он сыграл значительную роль в разработке атомной бомбы , а также внес свой вклад в теории развития органической жизни из неживой материи . [1]
Юри родился в Уокертоне, штат Индиана . Он изучал термодинамику под руководством Гилберта Н. Льюиса в Калифорнийском университете в Беркли . После получения докторской степени в 1923 году он получил стипендию Американо-скандинавского фонда для обучения в Институте Нильса Бора в Копенгагене . Он был научным сотрудником в Университете Джонса Хопкинса , а затем стал доцентом кафедры химии в Колумбийском университете . В 1931 году он начал работы по разделению изотопов, в результате которых был открыт дейтерий.
Во время Второй мировой войны Юри применил свои знания в области разделения изотопов к проблеме обогащения урана . Он возглавлял группу в Колумбийском университете, которая разработала разделение изотопов с помощью газовой диффузии . Метод получил успешное развитие и стал единственным методом, применявшимся 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 , обычно считающихся строительными блоками жизни. Работа с изотопами кислорода привела к открытию новой области палеоклиматических исследований. В 1958 году он принял должность профессора в новом Калифорнийском университете в Сан-Диего (UCSD), где помог создать научный факультет. Он был одним из основателей химической школы UCSD, которая была создана в 1960 году. Он стал все больше интересоваться космической наукой, и когда « Аполлон-11» вернул с Луны образцы лунных пород , Юри исследовал их в Лунной приемной лаборатории . Лунный астронавт Харрисон Шмитт рассказал, что Юри обратился к нему как к добровольцу для миссии на Луну в один конец, заявив: «Я пойду, и меня не волнует, если я не вернусь». [2]
Гарольд Клейтон Юри родился 29 апреля 1893 года в Уокертоне, штат Индиана , в семье Сэмюэля Клейтона Юри, [3] [4] школьного учителя и служителя Церкви Братьев , [5] и его жены Коры. Ребекка, урожденная Рейноэль. [6] В основном немецкое происхождение, фамилия имела английское происхождение. [7] У него был младший брат Кларенс и младшая сестра Марта. Семья переехала в Глендору, Калифорния , после того, как Сэмюэл 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. Сэмюэл умер, когда Гарольду было шесть лет. [8] [4]
Юри получил образование в начальной школе амишей , которую окончил в возрасте 14 лет. Затем он учился в средней школе в Кендалвилле, штат Индиана . [6] После окончания учебы в 1911 году он получил сертификат учителя Эрлхэм-колледжа , [9] и преподавал в небольшой школе в Индиане. Позже он переехал в Монтану, где тогда жила его мать, и продолжил там преподавать. [5]
Осенью 1914 года Юри поступил в Университет Монтаны в Миссуле. [10] В отличие от восточных университетов того времени, в Университете Монтаны было совместное обучение как студентов, так и преподавателей. [4] В 1917 году Юри получил там степень бакалавра наук (BS) в области зоологии . [11]
В результате вступления Соединенных Штатов в Первую мировую войну в том же году возникло сильное давление в пользу поддержки военных усилий. Юри вырос в религиозной секте, выступавшей против войны. Один из его профессоров предложил ему поддержать усилия военного времени, работая химиком. Юри устроился на работу в Barrett Chemical Company в Филадельфии , производя ТНТ , 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 получения докторской степени, поэтому в 1921 году Юри поступил на докторскую программу в Калифорнийский университет в Беркли , где изучал термодинамику под руководством Гилберта Н. Льюиса . [13] Его первая попытка написать диссертацию была посвящена ионизации паров цезия . Он столкнулся с трудностями, и Мегнад Саха опубликовал лучшую статью на ту же тему. [14] [15] Затем Юри написал диссертацию о состояниях ионизации идеального газа , которая впоследствии была опубликована в Астрофизическом журнале . [16] После получения докторской степени в 1923 году Юри получил стипендию Американо-скандинавского фонда для обучения в Институте Нильса Бора в Копенгагене , где он встретил Вернера Гейзенберга , Ганса Крамерса , Вольфганга Паули , Георга фон Хевеши и Джона Слейтер . По завершении своего пребывания он отправился в Германию, где встретил Альберта Эйнштейна и Джеймса Франка . [17]
По возвращении в США Юри получил предложение о стипендии Национального исследовательского совета Гарвардского университета , а также получил предложение стать научным сотрудником в Университете Джонса Хопкинса . Он выбрал последнее. Прежде чем приступить к работе, он отправился в Сиэтл, штат Вашингтон , чтобы навестить свою мать. По дороге он заехал в Эверетт, штат Вашингтон , где был знаком с доктором Кейт Даум, коллегой из Университета Монтаны. [18] Доктор Даум познакомил Юри с ее сестрой Фридой. Вскоре Юри и Фрида 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, 1929 года рождения; Мэри Элис, 1934 года рождения; и Джон Клейтон Юри, 1939 года рождения. [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 адъюнкт-профессором химии в Колумбийском университете , где среди его коллег 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 еще не были хорошо изучены; Джеймс Чедвик не открывал нейтрон до 1932 года. Для их классификации использовались две системы, основанные на химических и физических свойствах. Последнее определялось с помощью масс-спектрографа . Поскольку было известно, что атомный вес кислорода почти в 16 раз тяжелее водорода, Раймонд Бирдж и Дональд Мензель выдвинули гипотезу, что водород также имеет более одного изотопа. Основываясь на разнице между результатами двух методов, они предсказали, что только один атом водорода из 4500 принадлежит к тяжелому изотопу. [21]
В 1931 году Юри решил его найти. Юри и Джордж М. Мерфи (1903–1968) [22] [23] рассчитали на основе ряда Бальмера , что линии тяжелого изотопа должны иметь синее смещение (соответственно , легкое изотопное смещение в красную сторону ) на 1,1–1,8 ангстрем (от 1,1 × 10–10 до 1,8) . × 10−10 метров ) . Юри имел доступ к решеточному спектрографу с длиной 21 фут (6,4 м) , чувствительному устройству, которое было недавно установлено в Колумбии и было способно разрешать серию Бальмера. При разрешении 1 Å на миллиметр машина должна была давать разницу примерно в 1 миллиметр. [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 на основе модели Дебая , что тяжелый изотоп будет иметь немного более высокую температуру кипения, чем легкий. Тщательно нагревая жидкий водород, можно перегнать 5 литров жидкого водорода до 1 миллилитра, который будет 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 заручились помощью Фердинанда Брикведде , которого Юри знал в Университете Джонса Хопкинса. [24]
Первый образец, присланный Брикведде, был выпарен при 20 К (-253,2 ° C; -423,7 ° F) и давлении 1 стандартная атмосфера (100 кПа). К их удивлению, это не выявило никаких доказательств обогащения. Затем Брикведде приготовил второй образец, выпаренный при 14 К (-259,1 ° C; -434,5 ° F) и давлении 53 мм рт. ст. (7,1 кПа). На этом образце бальмеровские линии 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 Алисы. [27] В следующем году он был избран членом Американского философского общества и Национальной академии наук США . [28] [29]
Работая с Эдвардом Уошберном из Бюро стандартов, Юри впоследствии обнаружил причину аномального образца. Водород Брикведде был отделен от воды электролизом , в результате чего образец оказался обедненным. Более того, Фрэнсис Уильям Астон сообщил, что его расчетное значение атомного веса водорода было неправильным, тем самым лишив законной силы первоначальные рассуждения Бирджа и Мензеля. Однако открытие дейтерия осталось в силе. [21]
Юри и Уошберн попытались использовать электролиз для создания чистой тяжелой воды . Их техника была хорошей, 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 обогащение соединений углерода, азота и кислорода. Их можно использовать в качестве индикаторов в биохимии , что приведет к совершенно новому способу изучения химических реакций. [31] Он основал Журнал химической физики в 1932 году и был его первым редактором, работая в этом качестве до 1940 года. [32]
В Колумбии Юри возглавлял Университетскую федерацию демократии и интеллектуальной свободы. Он поддержал предложение атлантиста Кларенса Стрейта о создании федерального союза крупнейших демократических стран мира , а также республиканское дело во время гражданской войны в Испании . Он был одним из первых противников немецкого нацизма и помогал ученым-беженцам, в том числе Энрико Ферми , помогая им найти работу в Соединенных Штатах и приспособиться к жизни в новой стране. [33]
К тому времени, когда в 1939 году в Европе разразилась Вторая мировая война, Юри был признан мировым экспертом в области разделения изотопов. До сих пор разделение затрагивало только легкие элементы. В 1939 и 1940 годах Юри опубликовал две статьи о разделении более тяжелых изотопов, в которых предложил центробежное разделение. Это приобрело большое значение из-за предположений Нильса Бора о том, что уран-235 расщепляется . [34] Поскольку считалось «очень сомнительным, что цепная реакция может быть установлена без отделения 235 от остального урана», [35] Юри начал интенсивные исследования того, как можно достичь обогащения урана. [36] Помимо центробежного разделения, Джордж Кистяковский предположил, что возможным методом может быть газовая диффузия . Третьей возможностью была термодиффузия . [37] Юри координировал все исследовательские усилия 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 Комитета национальных оборонных исследований (NDRC). [40] В 1941 году Юри и Джордж Б. Пеграм возглавили дипломатическую миссию в Англию, чтобы наладить сотрудничество в разработке атомной бомбы. Британцы с оптимизмом относились к газовой диффузии, [41] , но было ясно, что как газовый, так и центробежный методы сталкиваются с огромными техническими препятствиями. [42] В мае 1943 года, когда Манхэттенский проект набрал обороты. Юри стал руководителем лаборатории материалов-заменителей сплавов военного времени ( SAM Laboratories ) в Колумбии, которая отвечала за тяжелую воду и все процессы обогащения изотопов, за исключением электромагнитного процесса Эрнеста Лоуренса . [43]
Ранние сообщения о центробежном методе показали, что он оказался не таким эффективным, как предполагалось. Юри предложил использовать вместо прежнего проточного метода более эффективную, но технически более сложную противоточную систему. К ноябрю 1941 года технические препятствия казались достаточно серьезными, чтобы от процесса пришлось отказаться. [44] Противоточные центрифуги были разработаны после войны и сегодня являются предпочтительным методом во многих странах. [45]
Процесс газовой диффузии оставался более обнадеживающим, хотя и ему приходилось преодолевать технические препятствия. [46] К концу 1943 года над газовой диффузией у Юри работало более 700 человек. [47] Этот процесс включал сотни каскадов, в которых коррозионный гексафторид урана диффундировал через газовые барьеры, становясь все более обогащенным на каждом этапе. [46] Основная проблема заключалась в поиске подходящих уплотнений для насосов, но самая большая трудность заключалась в построении соответствующего диффузионного барьера. [48] Строительство огромного газодиффузионного завода К-25 уже шло полным ходом, прежде чем в 1944 году в большом количестве появился подходящий барьер. В качестве резерва Юри выступал за термодиффузию. [49]
Утомленный усилиями, Юри покинул проект в феврале 1945 года, передав свои обязанности Р. Х. Кристу. [50] Завод К-25 начал работу в марте 1945 года, и по мере устранения ошибок завод работал с поразительной эффективностью и экономичностью. Некоторое время уран подавался в установку жидкостной термодиффузии С50 , затем в газообразную К-25 и, наконец, в установку электромагнитной сепарации Я-12 ; но вскоре после окончания войны установки термической и электромагнитной сепарации были закрыты, и разделение осуществлялось только К-25. Вместе со своим близнецом К-27, построенным в 1946 году, он стал основным заводом по разделению изотопов в начале послевоенного периода. [51] [49] За работу над Манхэттенским проектом Юри был награжден медалью « За заслуги» от директора проекта генерал -майора Лесли Р. Гроувса-младшего [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 изотопов. Однако, применив знания, полученные от водорода 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 (от 32 до 77 ° F). Соотношение изотопов затем можно было бы использовать для определения средних температур, при условии, что измерительное оборудование достаточно чувствительно. В команду входил его коллега Ральф Буксбаум . Затем исследование белемнита возрастом 100 миллионов лет выявило летние и зимние температуры, которые он пережил в течение четырех лет. За это новаторское палеоклиматическое исследование Юри был награжден медалью Артура Л. Дэя от Геологического общества Америки и медалью Гольдшмидта от Геохимического общества . [52] Во время работы в Чикагском университете Юри внес вклад в уравнение Юри-Бигелайзена-Майера , модель фракционирования стабильных изотопов.
Юри активно выступал против законопроекта Мэй-Джонсона 1946 года , поскольку опасался, что он приведет к военному контролю над ядерной энергией, но поддерживал и боролся за пришедший на смену закон МакМагона и в конечном итоге создал Комиссию по атомной энергии . Приверженность Юри идеалу мирового правительства возникла еще до войны, но возможность ядерной войны сделала этот вопрос для него еще более актуальным. Он ездил с лекциями против войны и принимал участие в дебатах в Конгрессе по ядерным вопросам. Он публично выступал от имени Этель и Джулиуса Розенбергов и был вызван в Комитет Палаты представителей по расследованию антиамериканской деятельности . [53]
В более позднем возрасте Юри участвовал в развитии области космохимии , и ему приписывают создание этого термина. Его работа над кислородом-18 привела его к разработке теорий о распространенности химических элементов на Земле, а также об их распространении и эволюции в звездах. Юри резюмировал свою работу 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 такая смесь подвергается воздействию электрических искр и воды, она может взаимодействовать с образованием аминокислот , которые обычно считаются строительными блоками жизни. [54]
Юри провел год в Великобритании в качестве приглашенного профессора в Оксфордском университете в 1956 и 1957 годах. [55] В 1958 году он достиг пенсионного возраста Чикагского университета (65 лет), но принял должность профессора по особым поручениям в новом университете. Калифорнийский университет в Сан-Диего (UCSD) и переехал в Ла-Хойю, Калифорния . Впоследствии с 1970 по 1981 год он стал там почетным профессором . [56] [57] [9] Юри помог создать там научный факультет. Он был одним из основателей химической школы UCSD, которая была создана в 1960 году вместе со Стэнли Миллером, Хансом Зюссом и Джимом Арнольдом . [56] [58]
В конце 1950-х — начале 1960-х годов космическая наука стала предметом исследований после запуска « Спутника-1» . Юри помог убедить НАСА сделать беспилотные зонды на Луну приоритетной задачей. Когда «Аполлон-11» вернул с Луны образцы лунных пород , Юри исследовал их в Лунной приемной лаборатории . Образцы подтвердили утверждение Юри о том, что Луна и Земля имеют общее происхождение. [56] [58] Находясь в Калифорнийском университете в Сан-Франциско, Юри опубликовал 105 научных статей, 47 из них на лунные темы. Когда его спросили, почему он продолжает так усердно работать, он пошутил: «Ну, вы знаете, я больше не на посту». [59]
Юри любил заниматься садоводством и выращивать каттлеи , цимбидиумы и другие орхидеи . [60] Он умер в Ла-Хойе, штат 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 Х. К. Юри , присуждаемая за достижения в планетарных науках Американское астрономическое общество . [65] Средняя школа Гарольда К. Юри в Уокертоне, штат Индиана, также названа в его честь, [66] как и Юри-Холл, химический корпус в колледже Ревелл, Калифорнийский университет в Ла-Хойе [67] и Гарольд К. Юри. Лекционный зал Университета Монтаны. [68] UCSD также учредил кафедру Гарольда К. Юри, первым держателем которой был Джеймс Арнольд. [69]
Дочь Юри, Элизабет Барангер , также стала известным физиком. [70]
Имя английское.
Все остальные мои бабушка и дедушка немцы.
Их зовут Хофштеттлер.
Хофштеттлер – это коррупция.
Это был Хохштеттлер или что-то в этом роде.
А Экхарт и Рейноль, видите ли, очень немцы.
Юри-холл был назван в честь выпускника UM и преподавателя Гарольда К. Юри, который был удостоен Нобелевской премии по химии в 1934 году за открытие дейтерия, тяжелой формы водорода.
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
