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哈羅德·克萊頓·尤里

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哈羅德·克萊頓·尤里(HaroldClaytonUrey)美國宇宙化學家、物理學家。1893年4月29日生於美國印第安納州的沃克頓。 1931年年底,發現氘(重氫,氫的同位素),1934年榮獲諾貝爾化學獎。1981年1月6日,87歲高齡的尤里病故。

1人物介紹

哈羅德·克萊頓·尤里

  哈羅德·克萊頓·尤里

哈羅德·克萊頓·尤里(HaroldClaytonUrey)美國宇宙化學家、物理學家。1893年4月29日生於美國印第安納州的沃克頓。 1914年,尤里進了蒙大拿大學,1921年,他進入加利福尼亞大學攻讀博士學位,從1921年到1923年在美國加州大學進修,1931年年底,發現氘(重氫,氫的同位素),1934年榮獲諾貝爾化學獎。1953年和學生米勒(StanleyL.Miller)設計了一套研究生命起源問題的儀器。1968年,被加州大學聘為海洋研究所的高級研究員,提出了太陽系由隕石形成的理論,1981年1月6日,87歲高齡的尤里病故。

2發現氫同位素

同位素這個名詞的西文isotope是英國人索迪於1911年開始使用的。
氫和氘為同位素

  氫和氘為同位素

後來,另一位英國人阿斯頓(F.W.Aston,1877—1945),在1919年製成了質譜儀,可以用來分離不同質量的粒子,並且測定它們的質量。這就把研究同位素的方法提高了一大步。阿斯頓先後利用質譜儀發現了很多元素的同位素,他在71種元素之中,陸續找到了202種同位素之多,這為我們認識同位素,開始積累了大量資料。
最引人關注的是,氫有沒有同位素的問題。為了尋找氫的同位素,人們前後用了十幾年的時間,而沒有得出肯定的結果。1931年初,物理學家伯奇和天體物理學家門澤爾從理論上推導,認為應該有質量數為2的氫同位素存在,提出了有關氫同位素的假說,並且估算出2H:1H=1:4500的比例。
美國哥倫比亞大學的尤里知道這件事的第二天就開始設計尋找氫同位素的實驗,他設計了用分餾的方法來發地找重氫。這一年秋日的某一天,美國標準計量局的布里克維吉把蒸發了大量液態氫之後剩下的最後幾滴氫裝在容器里,送給尤里做實驗。1931年年底,尤里教授和他的助手們,把四升液態氫在三相點14°K下緩慢蒸發,最後只剩下幾立方毫米液氫,然後用光譜分析。結果在氫原子光譜的譜線中,得到一些新譜線,它們的位置正好與預期的質量為2的氫譜線一致,從而發現了重氫。根據尤里的建議,重氫被命名為DEUTERUM(中文譯為氘),符號D,在希臘語中是「第二」的意思。後來英、美的科學家們又發現了質量為3的tritium,中文譯為氚,符號T,是具有放射性的另一重要氫同位素。
1934年,在尤里發現氘之後的第3年,他被授予諾貝爾化學獎。這
諾貝爾化學獎章

  諾貝爾化學獎章

一年他僅41歲。一個發現在短短的3年內就為科學所接受並授予諾貝爾獎,這種情況在歷史上是不多見的。
但是,正當尤里因發現了氘而獲得諾貝爾化學獎的時候,英國傑出的實驗物理學家和化學家阿斯頓發表文章指出,伯奇和門澤爾的測量是有錯誤的,阿斯頓用質譜法測得的氫原子量是1.00881,代替了原來的1.0078。這就等於宣告伯奇和門澤爾原來對氫原子量的爭論和作出的判斷是不正確的。 那麼,尤里是怎樣看待這件事呢?在獲得諾貝爾獎時,尤里的一段話正好表明他的態度:「當我的講演稿已經寫好以後,阿斯頓用新的測量證明,伯奇和門澤爾在1931年的預言是錯誤的。但我不想因此而修改我的講演稿了。因為,伯奇和門澤爾的預言是在發現前就作出的。因此這個預言十分重要,沒有這個預言,我就不會去尋氘了。」

3刻苦求學之路

大學
1914年,尤里進了蒙大拿大學,開始他的專業是動物學,後來改讀化學。上大學之後,困擾尤里的仍然是經濟問題,為此,尤里的確傷透了腦筋。為了節約開支,他沒有租公寓住,而是在學校的一處空地上自己搭了一個帳篷,在裡面學習、生活。他還儘可能的利用假期到外面去做工以解決學費不足。
科學研究
1923年他又得了出國進修的獎學金,去丹麥跟波爾教授專門研究原子結構理論。尤里回國以後,先在約翰·霍普金斯大學擔任講師。1929年到哥倫比亞大學擔任化學系副教授,他在這裡和別人合作,寫了一本專著,書名是《原子、分子和量子(Atoms、MoleculesandQuanta)。這是用英文寫的關於量子力學的名著之一。這說明了尤里對於量子力學和熱力學,以及核結構的成就,本來早已經達到相當高的水平了。在這期間,他用光譜法發現了驚人的氫同位素之一,氘。尤里從此以後,成為同位素化學方面公認的權威。經過他的研究,使同位素的分離開始有了化學方法。由於這種方法的成功,很多同位素才成為化學的、生物學的、地質學等方面的示蹤物。在二次世界大戰時,他利用同位素化學的豐富知識對最後戰勝日本起了重大的作用。過去同位素的分離,只是在極小的範圍內,用實驗室的規模進行的。第二次世界大戰期間,尤里領導了一批助手,使重水分離和鈾同位素的大規模分離,得以實現,這一技術方面的成功,便第一批原子彈的生產,成為可能。

4反法西斯戰鬥

第二次世界大戰期間,尤里參加了美國政府研製原子彈的「曼哈頓計劃」。尤里利用他掌握的同位素化學方面豐富的知識,對於生產第一顆原子彈起了很大作用。
哈羅德·克萊頓·尤里

  哈羅德·克萊頓·尤里

製造原子彈必須把鈾235和鈾238分離開來。尤里負責研究分離方法。他的辦法是,首先使鈾變成鈾的氯化物,使它以氣態存在。然後使這些氣體通過鑽有許多細孔的板,當它們通過細孔時,較輕的鈾235分子擴散的速度要比較重的鈾238銷快一些。這樣一來,在通過多孔板之後,氣體中鈾235的含量就會提高,連續通過約5000道多孔板,鈾235的含量就達到所需要的標準了。
第一顆原子彈就是用這種方法分離出來的鈾製成的。
尤里當初是懷著對德意日法西斯強烈的憤恨參加到「曼哈頓計劃」中。他和其他科學家一道努力製造出了原子彈。但是原子彈的巨大破壞力給和平的居民帶來了可怕的災難。
因此,尤里堅決反對使用原子武器。特別是他一生最後十多年裡,通過公開講演和發表文章呼籲禁止核武器,他在臨終之前還一再強調,原子能只能用於和平目的。
戰後,尤里相當一部分精力從事宇宙化學方面的研究。他研究了地球、隕石、太陽及其他恆星的元素丰度及同位素丰度。1953年他與學生米勒設訐了一套儀器,模擬原始地球大氣的成分和條件,在甲烷、氨、氫和水蒸氣混合物中,連續進行了一星期的火花放電后,形成了十多種氨基酸。這說明在原始大氣中產生蛋白質是可能的。這為生命起源的研究提供了一個方向。
1981年1月6日,87歲高齡的尤里病故。

5學術成果

他發表了一篇極重要的論文,這篇論文的題目是《同位素物質的熱力學性質》。此後,尤里利用了高度精確的質譜儀,來檢驗地質和海洋中的氧同位素的百分比。由於這項技術的成功,他能相當準確地計算出七千萬年前海洋的溫度。他在1952年發表了宇宙間元素丰度的數據,發展了元素起源和宇宙學理論。地的專著行星:其起源和發展》(ThePlanets:TheirOriginandDevelopment)一書中,從化學過程來討論太陽系演化的學說,指出行星是由圍繞在原始太陽周圍的塵埃聚集成的。地球的原始大氣應當和現在的木星大氣相似,主要由甲烷、氨和氫所組成。地球現在的大氣是經幾個長期階段的變化形成的。
1953年尤里和學生米勒(StanleyL.Miller)設計了一套儀器,模擬原始地球大氣的成份和條件,在甲烷、氨、氫和水蒸氣混合物中,連續進行了一星期的火花放電后,形成了十多種氨基酸。這說明了原始大氣產生蛋白質的可能。這為研究生命起源問題開展了重要途徑。
同位素質譜

  同位素質譜

1968年他六十五歲時,被加州大學聘為海洋研究所的高級研究員,他又提出了太陽系由隕石形成的理論,並認為在別的行星上也可能產生生命。尤里還是研究月球表面的專家。阿波羅登月取回月岩的樣品,就是由尤里主持參加研究的。在海盜號火箭探索火星計劃中,尤里又擔任重要顧問。尤里在四十一歲時榮獲諾貝爾化學獎外,他還先後得到各國政府、學術團體和科學組織授予的三十多種獎章和獎品,美國一些大學授給他十六個榮譽博士學位,其他國家的大學也曾授予他九個榮譽學位。這說明了世界上學術界對他的科學成就之重視。
在尤里一生的最後十年中,他把很我精力放在反對原子武器的破壞作用上。他早就認為美國不可能獨佔核武器,他主張美國和蘇聯都應當減少原子武器,使世界長期和平可能達到。他在臨終之前,還一再強調,原子能只能用於和平目的。他多年來所做的大量公開講演講和文字呼籲,曾經得到美國好此知識分子的同情,儘管有人不同意尤里的一些觀點,但沒有人懷疑,他的主張就是真誠的和發自內心的。
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