Дональд Уильям Керст (1 ноября 1911-19 августа 1993) был американским физиком, который работал над передовыми концепциями ускорителей частиц ( физика ускорителей ) и физикой плазмы . Он наиболее известен разработкой бетатрона , нового типа ускорителя частиц, используемого для ускорения электронов .
Дональд В. Керст | |
---|---|
Родившийся | Дональд Уильям Керст 1 ноября 1911 г. Галена, Иллинойс , США |
Умер | 19 августа 1993 г. Мэдисон, Висконсин , США | (81 год)
Национальность | Американец |
Альма-матер | Университет Висконсина-Мэдисона (бакалавр 1934 г., доктор философии 1937 г.) |
Известен | Бетатрон |
Награды | Премия Комстока по физике (1943) |
Научная карьера | |
Поля | Физика ( физика ускорителей , физика плазмы ) |
Учреждения | Лаборатория Лос-Аламосского университета Иллинойса Висконсинский университет |
Тезис | Разработка электростатических генераторов давления воздуха и их приложения к функциям возбуждения ядерных реакций (1937 г.) |
Выпускник Университета Висконсина , Керст разработал первый бетатрон в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн , где он начал работать 15 июля 1940 года. Во время Второй мировой войны Керст взял отпуск в 1940 и 1941 годах, чтобы поработать над ним. вместе с инженерным персоналом General Electric , и он разработал портативный бетатрон для проверки неразорвавшихся бомб. В 1943 году он вступил в Манхэттенский проект «ы Лос - Аламос лаборатория , где он отвечал за проектирование и строительство котла водой, ядерный реактор , предназначенный для использования в качестве лабораторного прибора.
С 1953 по 1957 год Керст был техническим директором Исследовательской ассоциации университетов Среднего Запада , где он работал над передовыми концепциями ускорителей частиц, в первую очередь над ускорителем FFAG . Затем он работал в лаборатории Джона Джея Хопкинса General Atomics с 1957 по 1962 год, где работал над проблемой физики плазмы. Вместе с Тихиро Окавой он изобрел тороидальные устройства для удержания плазмы с помощью магнитных полей. Их устройства были первыми, которые содержали плазму без нестабильности, которая преследовала предыдущие конструкции, и первыми, которые содержали плазму на время жизни, превышающее диффузионный предел Бома .
Ранний период жизни
Дональд Уильям Керст родился в Галене, штат Иллинойс, 1 ноября 1911 года [1] в семье Германа Сэмюэля Керста и Лилиан Э Ветц. [2] Он поступил в университет Висконсина , где получил степень бакалавра гуманитарных наук (BA) в 1934 году, а затем докторскую степень (PhD) в 1937 году, [3] написав диссертацию на тему «Развитие электростатических генераторов в Давление воздуха и его применение к функциям возбуждения ядерных реакций ». [4] Это включало создание и тестирование генератора на 2,3 МэВ для экспериментов по рассеянию протонов . [3]
Бетатрон
После окончания университета Керст в течение года проработала в компании General Electric , занимаясь разработкой рентгеновских трубок и аппаратов. Он нашел это разочаровывающим, поскольку рентгеновские исследования требовали высоких энергий, которые не могли быть получены в то время. В 1938 году он принял предложение стать преподавателем в Иллинойском университете в Урбана-Шампейн , где глава физического факультета Ф. Уиллер Лумис поддержал Керста в его усилиях по созданию лучшего ускорителя элементарных частиц . [3] Результатом этих усилий стал бетатрон . [5] [6] Когда он начал работать 15 июля 1940 года, Керст стал первым человеком, который ускорил электроны с помощью электромагнитной индукции , достигнув энергии 2,3 МэВ. [7]
На то, чтобы назвать устройство, потребовалось больше времени. Коллеги предложили такие названия, как немецкое «Ausserordentlichhochgeschwindigkeitelektronenentwickelndenschwerarbeitsbeigollitron». В декабре 1941 года Керст остановился на бетатроне, используя греческую букву «бета», которая была символом электронов, и «трон», означающую «инструмент для». [8] Он продолжал строить больше бетатроны увеличивающейся энергии, машина 20 МэВ в 1941 году 80 МэВ в 1948 году, и МэВ машина 340, которая была завершена в 1950 году [7]
Бетатрон повлияет на все последующие ускорители. Его успех был достигнут благодаря глубокому пониманию задействованной физики и кропотливой конструкции магнитов, вакуумных насосов и источника питания. [1] В 1941 году он объединился с Робертом Сербером, чтобы провести первый теоретический анализ колебаний, которые происходят в бетатроне. [1] [9] Оригинальная машина 1940 года была подарена Смитсоновскому институту в 1960 году. [7]
Вторая Мировая Война
Во время Второй мировой войны Керст взял отпуск в Университете Иллинойса, чтобы вместе с инженерным персоналом General Electric в 1940 и 1941 годах работать над разработкой бетатрона . Они разработали версии бетатрона на 20 и 100 МэВ, и он руководил строительством первого, которое он привез с собой в Университет Иллинойса. Он также разработал портативный бетатрон на 4 МэВ для проверки неразорвавшихся бомб. [1]
Керста инженерии и физики фон поместил его в верхней части списка ученых , которые Роберт Оппенгеймер , набираемых для Манхэттенского проекта «s Лос - Аламосской лаборатории , которая была создана для разработки атомной бомбы . [10] В августе 1943, Kerst был помещен в заряде лаборатория Р-7 группы, которая несет ответственность за проектирование и строительство котельной воды, [11] [3] ядерный реактор предназначен для использования в качестве лабораторного прибора для проверки критических массовые расчеты и влияние различных тамперных материалов. В его группу входили, в первую очередь, из Университета Пердью , Чарльз П. Бейкер, Герхарт Фридлендер , Линдси Гельмгольц, Маршалл Холлоуэй и Ремер Шрайбер . Роберт Ф. Кристи помог с теоретическими расчетами. [12]
Керст разработал водный гомогенный реактор, в котором обогащенный уран в форме растворимого сульфата урана растворялся в воде и окружен отражателем нейтронов из оксида бериллия . Это был первый реактор, в котором в качестве топлива использовался обогащенный уран, и в то время он требовал большей части скудных запасов в мире. К апрелю 1944 года в Лос-Аламос прибыло достаточное количество обогащенного урана, и в мае водогрейный котел начал работу. К концу июня он достиг всех своих проектных целей. [12]
Лос-Аламосская лаборатория была реорганизована в августе 1944 года, чтобы сосредоточиться на создании ядерного оружия имплозивного типа . [13] Изучение имплозии в крупном масштабе или даже в полном объеме требовало специальных диагностических методов. Еще в ноябре 1943 года Керст предложил использовать бетатрон, использующий гамма-лучи с энергией 20 МэВ вместо рентгеновских лучей, для изучения имплозии. [14] В ходе реорганизации в августе 1944 года он вместе с Сетом Неддермейером стал руководителем группы G-5, входящей в подразделение G (Gadget) Роберта Бахера, которому было поручено проводить испытания бетатронов. Оппенгеймер отправил бетатрон на 20 МэВ из Университета Иллинойса в Лос-Аламос, куда он прибыл в декабре. 15 января 1945 года группа G-5 сделала первые бетатронные фотографии взрыва. [15]
Более поздняя жизнь
Керст вернулся в Иллинойсский университет после войны. С 1953 по 1957 год он был техническим директором Исследовательской ассоциации университетов Среднего Запада , где работал над передовыми концепциями ускорителей частиц, в первую очередь над ускорителем FFAG . [16] Он разработал принцип фокусировки спирального сектора, который лежит в основе многих циклотронов со спиральным гребнем, которые сейчас используются по всему миру. Его команда разработала и проанализировала суммирование пучков, процесс радиочастотного ускорения в машинах с фиксированным полем, что привело к разработке ускорителей на встречных пучках. [3]
С 1957 по 1962 год Kerst работал в General Atomics разделение General Dynamics Джон Джей Хопкинса Лаборатория «с теоретической и прикладной науки в Ла - Хойя, Калифорния , где он работал по физике плазмы , которую он надеялся был дверной проем под контроль термоядерная энергия . [1] Вместе с Тихиро Окавой он изобрел тороидальные устройства для удержания плазмы с помощью магнитных полей. Эти двое завершили эту работу в Университете Висконсина [3], где Керст был профессором с 1962 года до своего выхода на пенсию в 1980 году. [17] Их устройства были первыми, которые содержали плазму без нестабильности, которая преследовала предыдущие разработки, и первые удерживать плазму на время жизни, превышающее диффузионный предел Бома . [1] С 1972 по 1973 год он также был председателем Отделения физики плазмы Американского физического общества. [1]
Керст был женат на Дороти Биркетт Керст. У них было двое детей, [1] дочь Мэрилин и сын Стивен. После того, как он вышел на пенсию, Керст и Дороти переехали в Форт Майерс, Флорида . [17] Он умер 19 августа 1993 года в университетской больнице и клиниках в Мэдисоне, штат Висконсин , от опухоли мозга. У него остались жена и дети. [17] Его документы хранятся в архивах Иллинойского университета. [18]
Награды и почести
- Почетная степень, Лоуренс-колледж , 1942 год. [1]
- Награжден Комсток премия в области физики , Национальная академия наук , 1943 г. [19]
- Награжден премией Джона Скотта , город Филадельфия, 1946 г. [1]
- Награжден медалью Джона Прайса Уэзерилла , Институт Франклина , 1950 г. [1]
- Избран в Национальную академию наук в 1951 г. [20]
- Почетная степень, Университет Сан-Паулу , 1953 г. [1]
- Почетная степень, Университет Висконсона, 1961 год. [1]
- Член-основатель Всемирного культурного совета , 1981 г. [21]
- Награжден премией Джеймса Клерка Максвелла в области физики плазмы Американского физического общества , 1984 г. [1]
- Удостоен премии Роберта Р. Вильсона в области физики ускорителей, 1988 г. [1]
- Почетная степень, Университет Иллинойса, 1989 г. [1]
Заметки
- ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р Сесслер, Эндрю М. ; Саймон, Кейт Р. "Дональд Уильям Керст" (PDF) . Национальная академия наук . Проверено 28 мая 2008 года .
- ^ «Некролог - доктор Дональд Уильям КЕРСТ 1911–1993» . Ancestry.com . Проверено 2 октября 2014 года .
- ^ а б в г д е Саймон, Кейт Р .; Кох, Х. Уильям (январь 1994 г.). «Некролог: Дональд Керст» . Физика сегодня . 47 (1): 58–59. Bibcode : 1994PhT .... 47a..58S . DOI : 10.1063 / 1.2808381 . Архивировано из оригинала на 6 октября 2013 года .
- ^ «Публикации Дональда В. Керста» . Система астрофизических данных (ADS) САО / НАСА . Проверено 17 мая, 2016 .
- ^ Керст, DW (1940). «Ускорение электронов магнитной индукцией». Физический обзор . 58 (9): 841. Полномочный код : 1940PhRv ... 58..841K . DOI : 10.1103 / PhysRev.58.841 . S2CID 120616002 .
- ^ Керст, DW (1941). «Ускорение электронов с помощью магнитной индукции» (PDF) . Физический обзор . 60 (1): 47–53. Bibcode : 1941PhRv ... 60 ... 47К . DOI : 10.1103 / PhysRev.60.47 .
- ^ а б в «Смитсоновский институт получает бетатрон» . Daily Illini . 20 октября 1960 г. с. 12 . Проверено 2 октября 2014 года .
- ^ Андерсон, Бетани (11 июня 2013 г.). « « Очень смелое и оригинальное устройство »: Дональд Керст и Бетатрон» . Университет Иллинойса . Проверено 2 октября 2014 года .
- ^ Керст, DW ; Сербер Р. (июль 1941 г.). «Электронные орбиты в индукционном ускорителе». Физический обзор . 60 (1): 53–58. Полномочный код : 1941PhRv ... 60 ... 53K . DOI : 10.1103 / PhysRev.60.53 .
- ^ Hoddeson et al. 1993 , стр. 82.
- ^ Hoddeson et al. 1993 , стр. 185.
- ^ a b Hoddeson et al. 1993 , с. 199–203.
- ^ Hoddeson et al. 1993 , с. 245–247.
- ^ Hoddeson et al. 1993. С. 154–157.
- ^ Hoddeson et al. 1993 , с. 274–277.
- ^ Патент США 2932798 , Керсто и Кит Р. Сымон «придающая Энергия заряженных частиц», выданный 1960-04-12
- ^ а б в Браун, Малкольм Л. (20 августа 1993 г.). «Дональд Уильям Керст умер в возрасте 81 года; построил ускорители частиц в 40-х годах» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 28 мая 2008 года .
- ^ «Документы Дональда В. Керста, 1937–1959, 1983–85, 1987» . Университет Иллинойса . Проверено 2 октября 2014 года .
- ^ «Премия Комстока по физике» . Национальная академия наук. Архивировано из оригинального 29 декабря 2010 года . Проверено 13 февраля 2011 года .
- ^ «Дональд Керст» . Массив современных американских физиков. Архивировано из оригинала на 6 октября 2014 года . Проверено 2 октября 2014 года .
- ^ «О нас» . Всемирный культурный совет . Проверено 8 ноября 2016 года .
Рекомендации
- Ходдесон, Лилиан ; Хенриксен, Пол В .; Мид, Роджер А .; Вестфол, Кэтрин Л. (1993). Критическая сборка: техническая история Лос-Аламоса в годы Оппенгеймера, 1943–1945 . Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-44132-3. OCLC 26764320 .
Внешние ссылки
- «Жизнь Дональда В. Керста» . Historypin . Проверено 2 октября 2014 года .
- «Публикации Дональда В. Керста» . Информационная система по физике высоких энергий . Проверено 16 мая 2016 года .