Фрэнк Спеддинг
Фрэнк Спеддинг | |
|---|---|
 Фрэнк Спеддинг | |
| Рожденный | 22 октября 1902 г. |
| Умер | 15 декабря 1984 г. (82 года) |
| Образование | Мичиганский университет ( бакалавр , магистр ) Калифорнийский университет в Беркли ( доктор философии ) |
| Известный | Процесс Эймса |
| Награды | Премия ACS в области чистой химии (1933) Премия Ирвинга Ленгмюра (1933) Премия Уильяма Х. Николса (1952) Золотая медаль Джеймса Дугласа (1961) Медаль Фрэнсиса Дж. Кламера (1969) |
| Научная карьера | |
| Учреждения | Корнелльский университет Кавендишская лаборатория Университет штата Айова Металлургическая лаборатория Лаборатория Эймса |
| Диссертация | Линейные спектры поглощения в твердых телах при низких температурах в видимой и ультрафиолетовой областях спектра (1929 г.) |
| Докторантура | Гилберт Н. Льюис |
Фрэнк Гарольд Спеддинг (22 октября 1902 — 15 декабря 1984) — канадско-американский химик . Он был известным специалистом по редкоземельным элементам и извлечению металлов из полезных ископаемых. Процесс добычи урана позволил Манхэттенскому проекту создать первые атомные бомбы .
Выпускник Мичиганского университета и Калифорнийского университета в Беркли , Спеддинг стал доцентом и заведующим кафедрой физической химии в колледже штата Айова в 1937 году. Его усилия по созданию школы были настолько успешными, что он посвятил все остальное свою карьеру там, став профессором химии в 1941 году, профессором физики в 1950 году, профессором металлургии в 1962 году и, наконец, почетным профессором в 1973 году. Вместе с доктором Харли Вильгельмом он стал соучредителем Института атомной энергии. Исследования и Лаборатория Эймса Комиссии по атомной энергии и руководил Лабораторией Эймса с момента ее основания в 1947 по 1968 год.
Спеддинг разработал ионообменный метод разделения и очистки редкоземельных элементов с помощью ионообменных смол , а позже применил ионный обмен для разделения изотопов отдельных элементов, включая сотни граммов почти чистого азота-15 . Он опубликовал более 250 рецензируемых статей и получил 22 патента от своего имени и совместно с другими. Около 88 студентов получили докторскую степень. степень под его руководством.
Молодость образование и
Спеддинг родился 22 октября 1902 года в Гамильтоне, Онтарио , Канада, в семье Говарда Лесли Спеддинга и Мэри Энн Элизабет (Маршалл) Спеддинг. Вскоре после его рождения семья переехала в Мичиган, а затем в Чикаго. [1] Он стал натурализованным гражданином США через своего отца. [2] Семья переехала в Анн-Арбор, штат Мичиган , где его отец работал фотографом, в 1918 году. Он поступил в Мичиганский университет в 1920 году, получив степень бакалавра наук (BS) в области химического машиностроения в 1925 году и степень магистра наук (MS). ) по аналитической химии в следующем году. [1]
Будучи студентом, Спеддинг не согласился с преобладающим объяснением Фридриха Августа Кекуле о том, как шесть углерода атомов в бензоле удерживаются вместе, и предложил альтернативное объяснение. Его профессор Мозес Гомберг признал, что это то же самое, что и (неправильная) модель, предложенная Альбертом Ладенбургом в 1869 году. По предложению Гомберга Спеддинг подал заявление в Калифорнийский университет в Беркли , чтобы получить докторскую степень под руководством Гилберта Н. Льюиса . Гомберг написал рекомендацию, чтобы Спеддинга не только приняли, но и дали ему стипендию преподавателя. [3] Под руководством Льюиса Спеддинг получил степень доктора философии (Ph.D.) в 1929 году. [4] пишет диссертацию на тему «Линейные спектры поглощения в твердых телах при низких температурах в видимой и ультрафиолетовой областях спектра». [1] Оно было опубликовано в том же году в журнале Physical Review . [5]
карьера Ранняя
Окончание учебы Спеддинга совпало с началом Великой депрессии , и работу стало трудно найти. Спеддинг получил Национальную исследовательскую стипендию с 1930 по 1932 год, что позволило ему остаться в Беркли и продолжить исследования спектров твердых тел. [3] Во время похода по северной Калифорнии он встретил Этель Энни Макфарлейн, которая разделяла его страсть к кемпингу, походам и альпинизму. Она родилась в Виннипеге, Манитоба, окончила Университеты Саскачевана и Университета Торонто , где получила степень магистра истории. Когда они встретились, она преподавала в средней школе Виктории в Виктории, Британская Колумбия . Они поженились 21 июня 1931 года. У них родилась дочь Элизабет, родившаяся в 1939 году. [6] [7] [8] [9]
С 1932 по 1934 год Спеддинг работал у Льюиса преподавателем химии. Примерно в это же время он заинтересовался химией редких земель . [10] [3] Они были дорогими, их трудно было найти, и обычно их можно было купить только в небольших количествах. В 1933 году он получил премию Ирвинга Ленгмюра как самый выдающийся молодой химик. Награда сопровождалась денежной премией в размере 1000 долларов США. Он занял деньги, чтобы поехать в Чикаго и забрать их. Пока он был там, к нему подошел мужчина и предложил несколько фунтов европия и самария . Его благодетелем был Герберт Ньюби Маккой , профессор химии на пенсии из Чикагского университета , который получил поставки этих элементов от Lindsay Light and Chemical Company, где они были побочным продуктом производства тория . Несколько недель спустя Спеддинг получил по почте посылку с банками с металлами. [11]
В 1934 году Спеддинг получил стипендию Гуггенхайма . [12] разрешив ему учиться в Европе. Чтобы сэкономить деньги, Спеддинг и его жена отправились в Европу, направившись на запад через Тихий океан. Его намерением было учиться в Германии у Джеймса Франка и Фрэнсиса Саймона , но они бежали из Германии после того, как Адольф Гитлер пришел к власти в марте 1933 года. Вместо этого он отправился в Кавендишскую лабораторию в Кембриджского университета Англии, где его приветствовал Ральф Х. Фаулер . Спеддинг работал с Джоном Леннардом-Джонсом и посещал лекции Макса Борна . Он нанес визит Нильсу Бору в Копенгагене и прочитал лекцию в Ленинграде . [13]
Когда Спеддинг вернулся в Соединенные Штаты в 1935 году, страна все еще находилась во власти Великой депрессии, а рынок труда не улучшился. Он был доцентом Джорджа Фишера Бейкера в Корнельском университете с 1935 по 1937 год. Это была еще одна временная должность, но она позволила ему работать с Гансом Бете . [14] [15] В какой-то момент он поехал в Университет штата Огайо в надежде найти постоянную должность. Должность уже была занята, но профессор химии У.Л. Эванс знал, что у Уинфреда Ф. (Бака) Кувера в Колледже штата Айова в Эймсе, штат Айова , есть должность. «Обычно я бы не выбрал это место, — вспоминал позже Спеддинг, — но я был в отчаянии. Я подумал: я могу пойти туда и заняться физической химией, а когда действительно появятся вакансии, я смогу пойти в другую школу». [15]
Спеддинг занял должность доцента и заведующего кафедрой физической химии в Колледже штата Айова в 1937 году. Его усилия по созданию школы были настолько успешными, что он провёл там остаток своей карьеры, став профессором химии в Университете штата Айова. 1941 г., профессор физики в 1950 г., профессор металлургии в 1962 г. и, наконец, почетный профессор в 1973 г. [4]
Манхэттенский проект [ править ]
К февралю 1942 года Соединенные Штаты вступили во Вторую мировую войну, и Манхэттенский проект начал развиваться. В Чикагском университете Артур Х. Комптон основал металлургическую лабораторию . Ее задачей было построить ядерные реакторы для производства плутония , который будет использоваться в атомных бомбах . [16] За советом по созданию химического отдела лаборатории физик Комптон обратился к Герберту Маккою. [17] имевший значительный опыт работы с изотопами и радиоактивными элементами. Маккой рекомендовал Спеддинга как эксперта по редкоземельным элементам, которые по химическому составу были похожи на ряд актинидов , включающий уран и плутоний. [18] Комптон попросил Спеддинга возглавить химический отдел металлургической лаборатории. [19]
Из-за нехватки мест в Чикагском университете Спеддинг предложил организовать часть химического отделения в колледже штата Айова в Эймсе, где у него были коллеги, готовые помочь. Было решено, что Спеддинг будет проводить половину недели в Эймсе, а половину — в Чикаго. [20] Первой проблемой на повестке дня был поиск урана для ядерного реактора, который Энрико Ферми предлагал построить . Единственный коммерчески доступный металлический уран был произведен компанией Westinghouse Electric and Manufacturing Company с использованием фотохимического процесса, в ходе которого производились слитки размером с четвертак , которые продавались примерно по 20 долларов за грамм. Эдвард Крейц , руководитель группы, ответственной за производство урана, хотел для своих экспериментов металлический шар размером с апельсин. При использовании технологии Westinghouse это стоило бы 200 000 долларов, а производство заняло бы год. [21]
Другой серьезной проблемой была чистота урана. Примеси могли действовать как нейтронные яды и препятствовать работе ядерного реактора, но оксид урана, который Ферми хотел использовать в своем экспериментальном реакторе, содержал неприемлемо большое количество примесей. В результате в источниках, опубликованных до 1942 года, температура плавления обычно указывалась на уровне около 1800 °C (3270 °F), тогда как чистый металлический уран фактически плавится при 1132 °C (2070 °F). [22] Наиболее эффективным способом очистки оксида урана в лаборатории было использование того факта, что нитрат урана растворим в эфире . Масштабирование этого процесса для промышленного производства было опасной затеей; эфир был взрывоопасным, и фабрика, использующая его в больших количествах, могла взорваться или сгореть. Комптон и Спеддинг обратились к Маллинкродту в Сент-Луисе, штат Миссури , у которого был опыт работы с эфиром. 17 апреля 1942 года Спеддинг обсудил детали с инженерами-химиками Маллинкродта Генри В. Фарром и Джоном Р. Рухоффом. За несколько месяцев было произведено шестьдесят тонн оксида урана высокой чистоты. [23] [24]
Спеддинг нанял в свою группу двух профессоров химии из Эймса: Харли Вильгельма и И. Б. Джонса. Спеддинг и Вильгельм начали искать способы создания металлического урана. В то время он производился в виде порошка и обладал высокой пирофорностью . Его можно было прессовать, спекать и хранить в консервных банках, но чтобы он приносил пользу, его нужно было расплавить и отлить. Команда Эймса обнаружила, что расплавленный уран можно залить в графитовый контейнер. Хотя было известно, что графит реагирует с ураном, с этим можно было справиться, поскольку карбид образовывался только там, где они соприкасались. [25]
Для получения металлического урана пытались восстановить оксид урана водородом, но это не помогло. Затем они исследовали процесс (теперь известный как процесс Эймса ), первоначально разработанный Дж. К. Гоггинсом и другими в Университете Нью-Гэмпшира в 1926 году. Он включал смешивание тетрахлорида урана и металлического кальция в стальном сосуде высокого давления, покрытом оксидом кальция (известном как «бомба») и нагрев его. Им удалось воспроизвести результаты Гоггина в августе 1942 года, и к сентябрю в рамках проекта Эймса был произведен слиток массой 4,980 кг (10,98 фунта). [25] [26] [27] Начиная с июля 1943 года Маллинкродт, Юнион Карбид и Дюпон начали производить уран по процессу Эймса, а Эймс прекратил собственное производство к началу 1945 года. В результате лаборатория Эймса так и не переехала в Чикаго, но Спеддинг присутствовал в университете. Чикаго 2 декабря 1942 года, чтобы стать свидетелем первой контролируемой цепной ядерной реакции Ферми в реакторе в Чикаго . [28]
На протяжении всей войны в лаборатории проводились регулярные информационные сессии, известные как «Спеддинары». Помимо работы с ураном, лаборатория Эймса произвела 437 фунтов (198 кг) чрезвычайно чистого церия для тиглей из сульфида церия, используемых металлургами по плутонию. Опасения, что мировые запасы урана ограничены, привели к экспериментам с торием, который можно облучать для получения делящегося урана-233 . Для тория был разработан процесс восстановления кальция, и было произведено около 4500 фунтов (2000 кг). [29]
Дальнейшая жизнь [ править ]
После Второй мировой войны Спеддинг основал Институт атомных исследований и Лабораторию Эймса Комиссии по атомной энергии . Он руководил лабораторией Эймса с момента ее основания в 1947 году до 1968 года. [4] Первоначально он был основан на территории Колледжа штата Айова. Были построены постоянные здания, открытые в 1948 и 1950 годах и впоследствии названные Вильгельм-холлом и Спеддинг-холлом. [30] Спеддинг был «всеобще признан как один из ведущих мировых экспертов по идентификации и разделению редкоземельных элементов». [4] Он разработал ионообменный метод разделения и очистки редкоземельных элементов с помощью ионообменных смол . [31] [32] Позже он использовал ионный обмен для разделения изотопов отдельных элементов, в том числе сотен граммов почти чистого азота-15 . [33]
За свою карьеру Спеддинг опубликовал более 260 рецензируемых статей. [4] и получил 22 патента на свое имя и совместно с другими. Около 88 студентов получили докторскую степень. степень под его руководством. [34] После выхода на пенсию в 1972 году он написал 60 книг. [6] Он получил премию Уильяма Х. Николса от Американского химического общества в 1952 году, золотую медаль Джеймса Дугласа от Американского института горных, металлургических и нефтяных инженеров в 1961 году и медаль Фрэнсиса Дж. Кламера от Института Франклина в 1969 году. [34] Его несколько раз номинировали на Нобелевскую премию по химии, но так и не выиграли. [8] Награда под названием Премия Фрэнка Х. Спеддинга вручается на ежегодной конференции по исследованию редких земель. [35]
В ноябре 1984 года у Спеддинга случился инсульт, он был госпитализирован, но отправлен домой. Он внезапно скончался 15 декабря 1984 года. [6] [8] и был похоронен на кладбище Университета штата Айова. [36] У него остались жена, дочь и трое внуков. [8] Его документы хранятся в Отделе специальных коллекций Университета штата Айова. [4]
Примечания [ править ]
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Корбетт 2001 , с. 3.
- ^ Хансен, Роберт С. (1 мая 1986 г.). «Фрэнк Х. Спеддинг» . Физика сегодня . 39 (5): 106–107. дои : 10.1063/1.2815016 . ISSN 0031-9228 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Корбетт 2001 , с. 4.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж «Документы Фрэнка Спеддинга» (PDF) . Университет штата Айова . Проверено 30 октября 2013 г.
- ^ Фрид, Саймон; Спеддинг, Фрэнк Х. (сентябрь 1929 г.). «Линейные спектры поглощения твердых тел при низких температурах в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Предварительное исследование GdCl 3 ·6H 2 O от комнатной температуры до температуры жидкого водорода». Физический обзор . 34 (6). Американское физическое общество: 945–953. Бибкод : 1929PhRv...34..945F . дои : 10.1103/PhysRev.34.945 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Гедекен, Эдвард А. (2009). «Спеддинг, Фрэнк Гарольд (22 октября 1902 г. - 15 декабря 1984 г.)». Биографический словарь Айовы . Издательство Университета Айовы . Проверено 6 июня 2015 г.
- ^ Корбетт 2001 , с. 6.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д «Фрэнк Спеддинг, ключевая фигура в разработке атомной бомбы» . Нью-Йорк Таймс . 17 декабря 1984 года . Проверено 7 июня 2015 г.
- ^ «Документы Элизабет Спеддинг Кальчано» . Интернет-архив Калифорнии . Проверено 27 августа 2015 г.
- ^ Спеддинг, Фрэнк Х. (март 1931 г.). «Интерпретация спектров редкоземельных кристаллов». Физический обзор . 37 (6). Американское физическое общество: 777–779. Бибкод : 1931PhRv...37..777S . дои : 10.1103/PhysRev.37.777 .
- ^ Корбетт 2001 , с. 7.
- ^ «Фрэнк Х. Спеддинг» . Фонд Джона Саймона Гуггенхайма . Проверено 6 июня 2015 г.
- ^ Корбетт 2001 , стр. 8–9.
- ^ Бете, HA ; Спеддинг, FH (сентябрь 1937 г.). «Спектр поглощения Tm 2 (SO 4 ) 3 • 8H 2 O». Физический обзор . 52 (5). Американское физическое общество: 454–455. Бибкод : 1937PhRv...52..454B . дои : 10.1103/PhysRev.52.454 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Корбетт 2001 , стр. 10–11.
- ^ Комптон 1956 , стр. 82–83.
- ^ Комптон 1956 , стр. 92–93.
- ^ * Сиборг, Гленн Т. (10 сентября 1967 г.). «Воспоминания и воспоминания к 25-летию первого взвешивания плутония» (PDF) . Чикагский университет . Проверено 7 июня 2015 г.
- ^ Корбетт 2001 , с. 12.
- ^ Корбетт 2001 , с. 13.
- ^ Комптон 1956 , стр. 90–91.
- ^ Корбетт 2001 , с. 14.
- ^ Комптон 1956 , стр. 93–95.
- ^ Хьюлетт и Андерсон 1962 , стр. 86–87.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Корбетт 2001 , стр. 15–16.
- ^ Хьюлетт и Андерсон 1962 , стр. 87–88.
- ^ Пейн 1992 , с. 70.
- ^ Корбетт 2001 , стр. 16–17.
- ^ Корбетт 2001 , стр. 17–18.
- ^ Корбетт 2001 , с. 19.
- ^ Спеддинг, штат Хембриль; Фулмер, Э.И.; Батлер, штат Калифорния; Пауэлл, Дж. Э. (июнь 1950 г.). «Разделение редких земель ионным обменом. IV. Дальнейшие исследования переменных, участвующих в разделении самария, неодима и празеодима». Журнал Американского химического общества . 72 (6): 2349–2354. дои : 10.1021/ja01162a003 .
- ^ Спеддинг, штат Хембриль; Фулмер, Э.И.; Пауэлл, Дж. Э.; Батлер, Т. А. (июнь 1950 г.). «Разделение редких земель ионным обменом. V. Исследования с 1/10-процентными растворами лимонной кислоты и цитрата аммония». Журнал Американского химического общества . 72 (6): 2354–2361. дои : 10.1021/ja01162a004 .
- ^ Спеддинг, штат Хембриль; Пауэлл, Дж. Э.; Свец, HJ (декабрь 1955 г.). «Лабораторный метод разделения изотопов азота ионным обменом» . Журнал Американского химического общества . 77 (23): 6125–6132. дои : 10.1021/ja01628a010 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Корбетт 2001 , стр. 23–24.
- ^ «Премия Спеддинга» . Конференция по исследованию редких земель . Архивировано из оригинала 6 ноября 2013 года . Проверено 30 октября 2013 г.
- ^ Корбетт 2001 , с. 25.
Ссылки [ править ]
- Фонд атомного наследия . Фрэнк Спеддинг . Профили, база данных ветеранов Манхэттенского проекта.
- Комптон, Артур (1956). Атомный квест . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. OCLC 173307 .
- Корбетт, Джон Д. (2001). «Фрэнк Гарольд Спеддинг 1902–1982» . Биографические мемуары Национальной академии наук . 80 . Национальная академия наук. ISBN 978-0-309-08281-5 . Проверено 6 июня 2015 г.
- Хьюлетт, Ричард Г .; Андерсон, Оскар Э. (1962). Новый Свет, 1939–1946 (PDF) . Университетский парк: Издательство Пенсильванского государственного университета. ISBN 0-520-07186-7 . OCLC 637004643 . Проверено 26 марта 2013 г.
- Пейн, Кэролайн Стилс (1992). Проект Эймса: проведение секретных исследований в рамках Манхэттенского проекта в колледже штата Айова, 1942–1945 годы (докторская диссертация). Университет штата Айова . Бумага 10338 . Проверено 29 мая 2016 г.
Внешние ссылки [ править ]
- История лаборатории Эймса в Wayback Machine (архивировано 27 мая 2010 г.)
- 1902 рождения
- 1984 смертей
- Ученые из Анн-Арбора, штат Мичиган
- Выпускники Мичиганского университета
- Выпускники Калифорнийского университета в Беркли
- Канадские химики
- Люди Манхэттенского проекта
- Преподаватели Корнеллского университета
- Преподаватели Университета штата Айова
- Ученые из Гамильтона, Онтарио
- Канадские металлурги
- Члены Национальной академии наук США
- Ученые по редкоземельным элементам
- Члены Американского физического общества
- Канадские эмигранты в США