Фрэнк Спеддинг - Frank Spedding

Фрэнк Спеддинг
Фрэнк Спеддинг.jpg
Фрэнк Спеддинг
Родившийся(1902-10-22)22 октября 1902 г.
Гамильтон, Онтарио
Умер15 декабря 1984 г.(1984-12-15) (82 года)
Эймс, Айова
НациональностьСоединенные Штаты
Альма-матеруниверситет Мичигана (Б.С. 1925, М.С. 1926)
Калифорнийский университет в Беркли (Доктор философии, 1929 г.)
ИзвестенПроцесс Эймса
НаградыПремия 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
УчрежденияКорнелл Университет
Кавендишская лаборатория
Государственный университет Айовы
Металлургическая лаборатория
Лаборатория Эймса
ТезисСпектры линейного поглощения в твердых телах при низких температурах в видимой и ультрафиолетовой областях спектра (1929)
ДокторантГилберт Н. Льюис

Фрэнк Гарольд Спеддинг (22 октября 1902 - 15 декабря 1984) был канадским американцем. химик. Он был известным специалистом по редкоземельные элементы, и по извлечению металлов из полезных ископаемых. В процесс добычи урана помог сделать возможным Манхэттенский проект построить первый атомные бомбы.

Выпускник университет Мичигана и Калифорнийский университет в Беркли, Спеддинг стал доцентом и заведующим кафедрой физической химии в Государственный колледж Айовы в 1937 году. Его усилия по созданию школы были настолько успешными, что он провел там остаток своей карьеры, став профессором химии в 1941 году, профессором физики в 1950 году, профессором металлургии в 1962 году и, наконец, заслуженным профессором. в 1973 году. Вместе с доктором Харли Вильгельмом он основал Институт атомных исследований и Лаборатория Эймса из Комиссия по атомной энергии, и руководил лабораторией Эймса с момента ее основания в 1947 году до 1968 года.

Спеддинг разработал ионный обмен метод разделения и очистки редкоземельных элементов с использованием ионообменные смолы, а позже использовали ионный обмен для разделения изотопы отдельных элементов, в том числе сотни граммов почти чистого азот-15. Он опубликовал более 250 рецензируемых статей и получил 22 патента на свое имя и совместно с другими. Около 88 студентов получили степень доктора философии. степень под его руководством.

ранняя жизнь и образование

Спеддинг родился 22 октября 1902 г. в г. Гамильтон, Онтарио, Канада, сын 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, Мичиган, где его отец работал фотографом, в 1918 году. университет Мичигана в 1920 году, получив степень бакалавра наук (B.S.) в области химического машиностроения в 1925 году и степень магистра наук (MS) в области аналитической химии в следующем году.[1]

Будучи студентом, Спеддинг не согласился с преобладающим объяснением Фридрих Август Кекуле о том, как шесть углерод атомы в бензол держаться вместе и предложил альтернативное объяснение. Его профессор, Моисей Гомберг, признал, что это то же самое, что (неверная) модель, продвинутая Альберт Ладенбург в 1869 г. По предложению Гомберга Спеддинг применил Калифорнийский университет в Беркли, чтобы получить докторскую степень в Гилберт Н. Льюис. Гомберг написал рекомендацию, чтобы Спеддинг был не только принят, но и получил стипендию для преподавания.[3] Под руководством Льюиса Спеддинг получил степень доктора философии (Ph.D.) в 1929 году.[4] написание диссертации на тему «Линейные спектры поглощения в твердых телах при низких температурах в видимой и ультрафиолетовой областях спектра».[1] Он был опубликован в том году в Физический обзор.[5]

Ранняя карьера

Выпуск Спеддинга совпал с началом Великая депрессия, и работу стало трудно найти. С 1930 по 1932 год Спеддинг получил национальную исследовательскую стипендию, что позволило ему остаться в Беркли и продолжить свои исследования спектров твердых тел.[3] Во время похода по северной Калифорнии он встретил Этель Энни Макфарлейн, которая поделилась его страстью к походам, походам и альпинизму. Она родилась в Виннипеге, Манитоба, окончила Университет Саскачевана и Университет Торонто, где она получила степень магистра истории. Когда они встретились, она преподавала в Виктория средней школы в Виктория, Британская Колумбия. Они поженились 21 июня 1931 года. У них родилась дочь Мэри Энн 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 редкие земли.[10][3] Они были дорогими, их трудно было найти и, как правило, можно было купить в небольших количествах. В 1933 году он выиграл Премия Ирвинга Ленгмюра для выдающегося молодого химика. В награду был вручен денежный приз в размере 1000 долларов. Он занял деньги, чтобы поехать в Чикаго и забрать их. Пока он был там, к нему подошел мужчина, предлагающий несколько фунтов европий и самарий. Его благодетель был Герберт Ньюби Маккой, профессор химии на пенсии из Чикагский университет, который получил поставку этих элементов от Lindsay Light and Chemical Company, где они были побочным продуктом торий производство. Через несколько недель Спеддинг получил по почте пакет с банками с металлами.[11]

В 1934 году Спеддинг был награжден Guggenheim Fellowship,[12] позволяя 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 под Джеймс Франк и Фрэнсис Саймон, но они бежали из Германии после Адольф Гитлер пришел к власти в марте 1933 года. Вместо этого он ушел в Кавендишская лаборатория на Кембриджский университет в Англии, где его приветствовали Ральф Х. Фаулер. Спеддинг работал с Джон Леннард-Джонс, и посещал лекции, прочитанные Макс Борн. Он посетил Нильс Бор в Копенгагене и прочитал лекцию в Ленинград.[13]

Когда Спеддинг вернулся в Соединенные Штаты в 1935 году, страна все еще находилась в тисках Великой депрессии, и рынок труда не улучшился. Он был Джордж Фишер Бейкер доцент Корнельского университета с 1935 по 1937 год. Это была еще одна временная должность, но она позволяла ему работать с Ганс Бете.[14][15] В какой-то момент он поехал в Государственный университет Огайо в надежде найти место на треке. Эта должность уже была занята, но профессор химии У. Л. Эванс знал, что Уинфред Ф. (Бак) Кувер в Государственный колледж Айовы в Эймс, Айова, имел позицию. «Обычно я бы не выбрал это место, - вспоминал позже Спеддинг, - но я был в отчаянии. Я подумал: я могу пойти туда и развить физическую химию, а когда действительно откроются рабочие места, я могу пойти в другую школу».[15]

Спеддинг занял должность доцента и заведующего кафедрой физической химии в Государственном колледже штата Айова в 1937 году. Его усилия по созданию школы были настолько успешными, что он провел там остаток своей карьеры, став профессором химии в университете. 1941 г., профессор физики в 1950 г., профессор металлургии в 1962 г. и, наконец, почетный профессор в 1973 г.[4]

Манхэттенский проект

К февралю 1942 года Соединенные Штаты вступили во Вторую мировую войну, и Манхэттенский проект наращивал. В Чикагском университете Артур Х. Комптон учредил свой Металлургическая лаборатория. Его задачей было построить ядерные реакторы создавать плутоний что будет использоваться в атомные бомбы.[16] За советом по созданию химического отдела лаборатории физик Комптон обратился к Герберту Маккою:[17] который имел значительный опыт работы с изотопы и радиоактивные элементы. Маккой рекомендовал Спеддинга как эксперта по редкоземельным элементам, которые были химически похожи на актинид серия, которая включала уран и плутоний.[18] Комптон попросил Спеддинга возглавить химический отдел металлургической лаборатории.[19]

Из-за нехватки места 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 каждой недели в Эймсе, а половину - в Чикаго.[20] Первой задачей на повестке дня было найти уран для ядерного реактора, который Энрико Ферми предлагал построить. Единственный коммерчески доступный металлический уран был произведен Электрическая и производственная компания Westinghouse, используя фотохимический процесс, в результате которого были получены слитки размером с четверть которые продавались по цене около 20 долларов за грамм. Эдвард Кройц, руководитель группы, ответственной за изготовление урана, хотел металлическую сферу размером с апельсин для своих экспериментов. С технологией Westinghouse это стоило бы 200 000 долларов, а на производство ушел бы год.[21]

Другой серьезной проблемой была чистота урана. Примеси могут действовать как нейтронные яды и предотвратить работу ядерного реактора, но оксид урана, который Ферми хотел использовать для своего экспериментального реактора, содержал неприемлемо большое количество примесей. В результате в ссылках, опубликованных до 1942 года, обычно указывалась его температура плавления около 1800 ° C (3270 ° F), когда чистый металлический уран фактически плавится при 1132 ° C (2070 ° F).[22] Самым эффективным способом очистки оксида урана в лаборатории было использование того факта, что нитрат урана растворим в эфир. Масштабирование этого процесса для промышленного производства было опасным предложением; эфир был взрывоопасен, и фабрика, использующая большие количества, могла взорваться или сгореть. Комптон и Спеддинг обратились к Mallinckrodt в Сент-Луис, штат Миссури, который имел опыт работы с эфиром. Спеддинг обсудил детали с инженерами-химиками Маллинкродта, Генри В. Фарром и Джоном Р. Рухоффом, 17 апреля 1942 года. В течение нескольких месяцев было произведено шестьдесят тонн оксида урана высокой чистоты.[23][24]

Спеддинг нанял двух профессоров химии из Эймса в свою группу, Харлей Вильгельм и И. Б. Джонс. Спеддинг и Вильгельм начали искать способы создания металлического урана. В то время он производился в виде порошка и имел высокую пирофорный. Его можно было нажать и спеченный и хранится в банках, но чтобы быть полезным, его нужно было расплавить и отлить. Команда Эймса обнаружила, что расплавленный уран можно отлить в графит контейнер. Хотя было известно, что графит реагирует с ураном, с этим можно было справиться, потому что карбид образовывался только там, где они соприкасались.[25]

Чтобы получить металлический уран, они пытались восстановить оксид урана водородом, но это не сработало. Затем они исследовали процесс (теперь известный как Процесс Эймса ), первоначально разработанная Дж. К. Гоггинсом и другими в Университет Нью-Гэмпшира в 1926 году. Это включало смешение тетрахлорид урана и кальций металл в оксид кальция стальной сосуд высокого давления (известный как «бомба») и его нагрев. Им удалось воспроизвести результаты Гоггина в августе 1942 года, а к сентябрю в рамках проекта Эймса был произведен слиток весом 4,980 кг (10,98 фунта).[25][26][27] Начиная с июля 1943 г., Маллинкродт, Union Carbide, и DuPont начала производство урана по методу Эймса, и к началу 1945 года компания Ames свернула собственное производство. В результате лаборатория Эймса так и не переехала в Чикаго, но Спеддинг присутствовал при Чикагский университет 2 декабря 1942 г., чтобы засвидетельствовать первый контролируемый ядерная цепная реакция в Ферми Чикаго Пайл-1.[28]

На протяжении всей войны лаборатория регулярно проводила информационные сессии, известные как «Спеддинары». Помимо работы с ураном, лаборатория Эймса произвела 437 фунтов (198 кг) чрезвычайно чистого церий для тиглей из сульфида церия, используемых плутониевыми металлургами. Опасения, что мировые запасы урана ограничены, привели к экспериментам с торием, который можно было облучить для получения делящийся уран-233. Для тория был разработан процесс восстановления кальция, и было произведено около 4500 фунтов (2000 кг).[29]

Более поздняя жизнь

После Второй мировой войны Спеддинг основал Институт атомных исследований и Лаборатория Эймса из Комиссия по атомной энергии. Он руководил лабораторией Эймса с момента ее основания в 1947 году до 1968 года.[4] Первоначально он был основан на территории Государственного колледжа Айовы. Были построены постоянные здания, открытые в 1948 и 1950 годах, впоследствии названные Зал Вильгельма и Зал Спеддинг.[30] Спеддинг был «общепризнан как один из ведущих мировых экспертов по идентификации и разделению редкоземельных элементов».[4] Он разработал ионный обмен метод разделения и очистки редкоземельных элементов с использованием ионообменные смолы.[31][32] Позже он использовал ионный обмен для разделения изотопы отдельных элементов, в том числе сотни граммов почти чистого азот-15.[33]

За свою карьеру Спеддинг опубликовал более 260 рецензируемых статей,[4] и обладатель 22 патентов от своего имени и совместно с другими. Около 88 студентов получили степень доктора философии. степень под его руководством.[34] После выхода на пенсию в 1972 году он написал 60 книг.[6] Он получил Уильям Х. Николс Премия от Американское химическое общество в 1952 г. Джеймс Дуглас Золотая медаль от Американский институт инженеров горной, металлургической и нефтяной промышленности в 1961 г. и Медаль Фрэнсиса Дж. Кламера от Институт Франклина в 1969 г.[34] Его несколько раз номинировали на Нобелевскую премию по химии, но так и не выиграли.[8] Премия под названием «Премия Фрэнка Х. Спеддинга» вручается на ежегодной конференции по исследованию редких земель.[35]

В ноябре 1984 года Спеддинг перенес инсульт, был госпитализирован, но отправлен домой. Он внезапно скончался 15 декабря 1984 г.[6][8] и был похоронен на кладбище в Университете штата Айова.[36] У него остались жена, дочь и трое внуков.[8] Его документы хранятся в Отделе специальных коллекций Университета штата Айова.[4]

Примечания

  1. ^ а б c Корбетт 2001, п. 3.
  2. ^ Хансен, Роберт С. (1 мая 1986 г.). "Фрэнк Х. Спеддинг". Физика сегодня. 39 (5): 106–107. Дои:10.1063/1.2815016. ISSN  0031-9228.
  3. ^ а б c Корбетт 2001, п. 4.
  4. ^ а б c d е ж "Газеты Фрэнка Спеддинга" (PDF). Государственный университет Айовы. Получено 30 октября 2013.
  5. ^ 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• 6H2O от комнатной температуры до температуры жидкого водорода ». Физический обзор. Американское физическое общество. 34 (6): 945–953. Дои:10.1103 / PhysRev.34.945.
  6. ^ а б c Годекен, Эдвард А. (2009). «Спеддинг, Фрэнк Гарольд (22 октября 1902 - 15 декабря 1984)». Биографический словарь Айовы. Университет Айовы Пресс. Получено 6 июн 2015.
  7. ^ Корбетт 2001, п. 6.
  8. ^ а б c d «Фрэнк Спеддинг, ключевая фигура в разработке атомной бомбы». Нью-Йорк Таймс. 17 декабря 1984 г.. Получено 7 июн 2015.
  9. ^ "Бумаги Элизабет Спеддинг Кальчано". Интернет-архив Калифорнии. Получено 27 августа 2015.
  10. ^ Спеддинг, Фрэнк Х. (март 1931 г.). «Интерпретация спектров кристаллов редкоземельных элементов». Физический обзор. Американское физическое общество. 37 (6): 777–779. Дои:10.1103 / PhysRev.37.777.
  11. ^ Корбетт 2001, п. 7.
  12. ^ "Фрэнк Х. Спеддинг". Фонд Джона Саймона Гуггенхайма. Получено 6 июн 2015.
  13. ^ Корбетт 2001, стр. 8–9.
  14. ^ Бете, Х.А.; Спеддинг, Ф. Х. (сентябрь 1937 г.). «Спектр поглощения Tm.2(ТАК4)3 • 8H2О ". Физический обзор. Американское физическое общество. 52 (5): 454–455. Дои:10.1103 / PhysRev.52.454.
  15. ^ а б Корбетт 2001 С. 10–11.
  16. ^ Комптон 1956 С. 82–83.
  17. ^ Комптон 1956 С. 92–93.
  18. ^ * Сиборг, Гленн Т. (10 сентября 1967 г.). «Воспоминания и воспоминания о 25-летии первого взвешивания плутония» (PDF). Чикагский университет. Получено 7 июн 2015.
  19. ^ Корбетт 2001, п. 12.
  20. ^ Корбетт 2001, п. 13.
  21. ^ Комптон 1956 С. 90–91.
  22. ^ Корбетт 2001, п. 14.
  23. ^ Комптон 1956 С. 93–95.
  24. ^ Хьюлетт и Андерсон, 1962 г. С. 86–87.
  25. ^ а б Корбетт 2001 С. 15–16.
  26. ^ Хьюлетт и Андерсон, 1962 г. С. 87–88.
  27. ^ Пейн 1992, п. 70.
  28. ^ Корбетт 2001 С. 16–17.
  29. ^ Корбетт 2001 С. 17–18.
  30. ^ Корбетт 2001, п. 19.
  31. ^ Spedding, F.H .; Фулмер, Э. И .; Батлер, Т. А .; Пауэлл, Дж. Э. (июнь 1950 г.). «Разделение редкоземельных элементов 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.
  32. ^ Spedding, F.H .; Фулмер, Э. И .; Powell, J.E .; Батлер, Т. А. (июнь 1950 г.). «Разделение редкоземельных элементов ионным обменом. V. Исследования с использованием одной десятой процента. Растворы лимонной кислоты и цитрата аммония». Журнал Американского химического общества. 72 (6): 2354–2361. Дои:10.1021 / ja01162a004.
  33. ^ Spedding, F.H .; Powell, J.E .; Свец, Х. Дж. (Декабрь 1955 г.). «Лабораторный метод разделения изотопов азота ионным обменом». Журнал Американского химического общества. 77 (23): 6125–6132. Дои:10.1021 / ja01628a010.
  34. ^ а б Корбетт 2001 С. 23–24.
  35. ^ "Премия Спеддинг". Конференция по исследованию редкой земли. Архивировано из оригинал 6 ноября 2013 г.. Получено 30 октября 2013.
  36. ^ Корбетт 2001, п. 25.

Рекомендации

внешняя ссылка