フランク・スペディング
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フランク・スペディング
フランク・スペディング
生まれる（1902年10月22日）1902年10月22日
オンタリオ州ハミルトン
死亡1984年12月15日（1984年12月15日）（82歳）
アイオワ州エイムズ
教育ミシガン大学（学士、修士）カリフォルニア大学バークレー校（博士）
知られているエイムズ法
受賞歴ACS純粋化学賞（1933年）アーヴィング・ラングミュア賞（1933年）ウィリアム・H・ニコルズ賞（1952年）ジェームズ・ダグラス金メダル（1961年）フランシス・J・クレイマー賞（1969年）
科学者としてのキャリア
機関コーネル大学キャベンディッシュ研究所アイオワ州立大学冶金研究所エイムズ研究所
論文低温における固体の可視および紫外線領域における線吸収スペクトル （1929）
博士課程の指導教員ギルバート・N・ルイス

フランク・ハロルド・スペディング（1902年10月22日 - 1984年12月15日）は、カナダ系アメリカ人の化学者でした。彼は希土類元素と鉱物からの金属抽出に関する著名な専門家でした。ウラン抽出プロセスは、マンハッタン計画における最初の原子爆弾の製造を可能にしました。

ミシガン大学とカリフォルニア大学バークレー校を卒業したスペディングは、1937年にアイオワ州立大学の物理化学科の助教授兼学科長となった。大学設立への尽力が非常に奏功し、スペディングはそこで残りのキャリアを過ごし、1941年に化学教授、1950年に物理学教授、1962年に冶金学教授となり、最終的に1973年に名誉教授となった。スペディングは、ハーレー・ウィルヘルム博士とともに、原子力研究所および原子力委員会のエイムズ研究所を共同設立し、エイムズ研究所では1947年の設立から1968年まで所長を務めた。

スペディングは、イオン交換樹脂を用いて希土類元素を分離・精製するイオン交換法を開発し、後にイオン交換を用いて個々の元素の同位体を分離しました。これには数百グラムのほぼ純粋な窒素15も含まれていました。彼は250本以上の査読付き論文を発表し、自身および共同で22件の特許を保有していました。彼の指導の下、約88名の学生が博士号を取得しました。

幼少期と教育

スペディングは1902年10月22日、カナダのオンタリオ州ハミルトンで、ハワード・レスリー・スペディングとメアリー・アン・エリザベス（マーシャル）・スペディングの息子として生まれた。生後まもなく、家族はミシガン州、そしてシカゴに移住した。[ 1 ]彼は父親を通じてアメリカ市民権を取得した。[ 2 ] 1918年、家族は父親が写真家として働いていたミシガン州アナーバーに移住した。彼は1920年にミシガン大学に入学し、1925年に化学工学の理学士号（BS）、翌年には分析化学の理学修士号（MS）を取得した。[ 1 ]

学部生だったスペディングは、ベンゼンの6つの炭素原子がどのように結合しているかについてのフリードリヒ・アウグスト・ケクレによる当時の一般的な説明に異議を唱え、別の説明を提唱した。彼の教授であるモーゼス・ゴンバーグは、これが1869年にアルバート・ラデンバーグが提唱した（誤った）モデルと同じであると認識した。ゴンバーグの勧めで、スペディングはカリフォルニア大学バークレー校に出願し、ギルバート・N・ルイスの指導の下で博士号取得を目指した。ゴンバーグは推薦状を書き、スペディングは合格しただけでなく、教員としてのフェローシップも与えられた。[ 3 ]ルイスの指導の下、スペディングは1929年に博士号（Ph.D.）を取得し、[ 4 ]「低温における固体の可視光線および紫外線領域における線吸収スペクトル」という論文を執筆した。[ 1 ]この論文は同年、Physical Review誌に掲載された。[ 5 ]

初期のキャリア

スペディングの卒業は大恐慌の始まりと重なり、仕事を見つけるのが難しくなった。スペディングは1930年から1932年まで国家研究フェローシップを受け取り、バークレーに留まり固体のスペクトルの研究を続けることができた。[ 3 ]北カリフォルニアでハイキング中に、キャンプ、ハイキング、登山への情熱を共有するエセル・アニー・マクファーレンと出会った。彼女はマニトバ州ウィニペグで生まれ、サスカチュワン大学とトロント大学を卒業し、大学では歴史学の修士号を取得していた。彼らが出会ったとき、彼女はブリティッシュコロンビア州ビクトリアのビクトリア高校で教師をしていた。彼らは1931年6月21日に結婚した。1939年にエリザベスという娘が生まれた。[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]

スペディングは1932年から1934年まで、ルイスのもとで化学講師として働いていた。この頃、彼は希土類元素の化学に興味を持つようになった。[ 10 ] [ 3 ]これらは高価で入手困難で、一般に微量しか入手できなかった。1933年、彼は最も優秀な若手化学者に贈られるアーヴィング・ラングミュア賞を受賞した。賞には1,000ドルの賞金が付いていた。彼は賞金を受け取るためにシカゴまで行くため借金をした。シカゴ滞在中、数ポンドのユーロピウムとサマリウムを提供するという男が彼に近づいてきた。彼の恩人は、シカゴ大学を退職した化学教授ハーバート・ニュービー・マッコイで、彼はリンゼイ・ライト・アンド・ケミカル社からこれらの元素の供給を受けていた。これらの元素は同社でトリウム生産の副産物として生産されていた。数週間後、スペディングはこれらの金属の瓶が入った小包を郵便で受け取った。[ 11 ]

1934年、スペディングはグッゲンハイム・フェローシップを受賞し[ 12 ]、ヨーロッパで研究することができた。費用を節約するため、スペディングと妻は太平洋を西に渡りヨーロッパへ渡った。ドイツでジェームズ・フランクとフランシス・サイモンのもとで学ぶつもりだったが、 1933年3月にアドルフ・ヒトラーが政権を握ると、彼らはドイツから逃亡した。代わりに、イギリスのケンブリッジ大学キャベンディッシュ研究所に行き、ラルフ・H・ファウラーに迎えられた。スペディングはジョン・レナード＝ジョーンズと研究し、マックス・ボルンの講義に出席した。コペンハーゲンではニールス・ボーアを訪ね、レニングラードでは講義を行った[ 13 ]。

スペディングが1935年にアメリカに戻ったとき、アメリカは依然として大恐慌の渦中にあり、雇用市場は改善していなかった。彼は1935年から1937年までコーネル大学でジョージ・フィッシャー・ベイカー助教授を務めた。これもまた一時的な職であったが、ハンス・ベーテと共に研究することができた。[ 14 ] [ 15 ]ある時、彼は終身在職権トラックのポストを探してオハイオ州立大学まで車で出かけた。そのポストはすでに埋まっていたが、同大学の化学教授であるWLエバンスは、アイオワ州エイムズにあるアイオワ州立大学のウィンフレッド・F・（バック）・クーバーのポストがあることを知っていた。「普通ならあそこを選ばなかっただろう」とスペディングは後に回想している。「でも、私は必死だった。そこで物理化学の知識を蓄えて、仕事が本当に増えたら他の大学に進学できると思ったんだ。」[ 15 ]

スペディングは1937年にアイオワ州立大学の物理化学科の助教授兼学科長に就任した。大学設立に向けた彼の努力は非常に成功し、彼はそこで残りのキャリアを過ごし、1941年に化学教授、1950年に物理学教授、1962年に冶金学教授となり、最終的に1973年に名誉教授となった。[ 4 ]

マンハッタン計画

1942年2月までに、米国は第二次世界大戦に参戦し、マンハッタン計画が本格化しました。シカゴ大学で、アーサー・H・コンプトンが冶金研究所を設立しました。その使命は、原子爆弾に使用するプルトニウムを製造するための原子炉を建設することでした。[ 16 ]研究所の化学部門の編成について助言を得るために、物理学者のコンプトンは、同位体と放射性元素についてかなりの経験を持つハーバート・マッコイに助言を求めました。 [ 17 ]マッコイは、ウランやプルトニウムを含むアクチノイド系列に化学的に類似している希土類元素の専門家としてスペディングを推薦しました。[ 18 ]コンプトンはスペディングに冶金研究所の化学部門長になるよう依頼しました。[ 19 ]

シカゴ大学にスペースがなかったため、スペディングは協力してくれる同僚のいるアイオワ州立大学エイムズの化学部門の一部を組織することを提案した。スペディングは毎週半分をエイムズで、残りの半分をシカゴで過ごすことで合意した。[ 20 ]議題の最初の問題は、エンリコ・フェルミが建設を提案していた原子炉用のウランを見つけることだった。商業的に入手可能な唯一のウラン金属は、ウェスティングハウス・エレクトリック・アンド・マニュファクチャリング・カンパニーが光化学プロセスを使用して製造したもので、25セント硬貨大のインゴットを製造し、1グラムあたり約20ドルで販売していた。ウラン製造を担当するグループの責任者であるエドワード・クロイツは、実験用にオレンジ大の金属球が欲しかった。ウェスティングハウスのプロセスでは、製造に20万ドルの費用がかかり、1年かかっただろう。[ 21 ]

もう一つの大きな問題はウランの純度だった。不純物は中性子毒として作用して原子炉の作動を妨げる可能性があるが、フェルミが実験用原子炉に求めていた酸化ウランには容認できないほど大量の不純物が含まれていた。その結果、1942年以前に出版された文献ではその融点が典型的には1,800 °C (3,270 °F) 前後と記載されていたが、純粋な金属ウランの実際の融点は1,132 °C (2,070 °F) であった。[ 22 ]実験室で酸化ウランを精製する最も効果的な方法は、硝酸ウランがエーテルに溶けるという事実を利用することだった。このプロセスを工業生産用にスケールアップすることは危険な提案であった。エーテルは爆発性があり、大量に使用する工場は爆発するか焼失する可能性があった。コンプトンとスペディングはエーテルの経験があるミズーリ州セントルイスのマリンクロットに目を向けた。スペディングは1942年4月17日にマリンクロット社の化学技術者ヘンリー・V・ファーとジョン・R・ルホフと詳細を検討した。数ヶ月のうちに60トンの高純度ウラン酸化物が生産された。[ 23 ] [ 24 ]

スペディングはエイムズ研究所の化学教授2人、ハーレー・ウィルヘルムとIB・ジョンズを自身のグループに迎え入れました。スペディングとウィルヘルムは、ウラン金属の製造方法を模索し始めました。当時、ウランは粉末状で製造されており、非常に自然発火性でした。圧縮・焼結して缶に保管することは可能でしたが、実際に使用するには溶かして鋳造する必要がありました。エイムズ研究所のチームは、溶融ウランをグラファイト容器で鋳造できることを発見しました。グラファイトはウランと反応することが知られていましたが、炭化物は両者が接触した部分にのみ形成されるため、反応を抑えることができました。[ 25 ]

金属ウランを製造するため、彼らは酸化ウランを水素で還元しようとしたが、うまくいかなかった。そこで彼らは、 1926年にニューハンプシャー大学のJ・C・ゴギンズらが開発したプロセス（現在ではエイムズプロセスとして知られている）を研究した。このプロセスでは、四塩化ウランと金属カルシウムを酸化カルシウムで裏打ちした鋼鉄製の圧力容器（いわゆる「ボンベ」）で混合し、加熱する。彼らは1942年8月にゴギンズの結果を再現することに成功し、9月までにエイムズプロジェクトは4.980キログラム（10.98ポンド）のインゴットを生産した。[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] 1943年7月から、マリンクロット、ユニオンカーバイド、デュポンがエイムズ法によるウラン生産を開始し、エイムズは1945年初頭までに自社生産を段階的に廃止した。その結果、エイムズ研究所はシカゴに移転することはなかったが、スペディングは1942年12月2日にシカゴ大学を訪れ、フェルミのシカゴパイル1で初めて制御された核連鎖反応を目撃した。[ 28 ]

戦時中、研究所は「スペディナール」として知られる定期的な情報提供会を開催していた。ウランの研究に加え、エイムズ研究所はプルトニウム冶金学者が使用する硫化セリウムるつぼ用の極めて純度の高いセリウムを437ポンド（198kg）製造した。世界のウラン供給が限られているという懸念から、照射によって核分裂性ウラン233を生成できるトリウムを用いた実験が行われた。トリウム用のカルシウム還元プロセスが開発され、約4,500ポンド（2,000kg）が製造された。[ 29 ]

晩年

第二次世界大戦後、スペディングは原子力研究所と原子力委員会のエイムズ研究所を設立した。彼は1947年の設立から1968年までエイムズ研究所の所長を務めた。 [ 4 ]当初はアイオワ州立大学の敷地内に設立された。恒久的な建物が建設され、1948年と1950年に開館し、後にウィルヘルム・ホールとスペディング・ホールと名付けられた。[ 30 ]スペディングは「希土類元素の識別と分離における世界有数の専門家の一人として広く認められていた」。[ 4 ]彼はイオン交換樹脂を用いて希土類元素を分離・精製するイオン交換法を開発した。[ 31 ] [ 32 ]彼は後にイオン交換法を用いて個々の元素の同位体を分離し、その中には数百グラムのほぼ純粋な窒素15も含まれていた。[ 33 ]

スペディングは、そのキャリアを通じて260本以上の査読付き論文を発表し、[ 4 ]、自身および共同で22件の特許を保有しています。彼の指導の下で88名ほどの学生が博士号を取得しました。[ 34 ] 1972年に引退した後、彼は60冊の本を執筆しました。[ 6 ]彼は1952年にアメリカ化学会からウィリアム・H・ニコルズ賞、 1961年に アメリカ鉱業冶金石油技術者協会からジェームズ・ダグラス金メダル、 1969年にフランクリン研究所からフランシス・J・クレーマーメダルを受賞しました。 [ 34 ]彼はノーベル化学賞に数回ノミネートされましたが、受賞することはありませんでした。[ 8 ] フランク・H・スペディング賞と呼ばれる賞が、毎年開催される希土類元素研究会議で授与されます。[ 35 ]

スペディングは1984年11月に脳卒中を起こし、入院したが退院した。1984年12月15日に急死し[ 6 ] [ 8 ]、アイオワ州立大学の墓地に埋葬された。[ 36 ]妻、娘、そして3人の孫が残された。[ 8 ]彼の文書はアイオワ州立大学の特別収集部門に保管されている。[ 4 ]

注記

  1. ^ a b cコーベット 2001、p.3。
  2. ^ハンセン、ロバート・S. (1986年5月1日). 「フランク・H・スペッディング」 . Physics Today . 39 (5​​): 106–107 . doi : 10.1063/1.2815016 . ISSN  0031-9228 .
  3. ^ a b cコーベット 2001、p.4。
  4. ^ a b c d e f「フランク・スペディング論文」(PDF)。アイオワ州立大学。2013 年10 月 30 日に取得。
  5. ^フリード、サイモン；スペッディング、フランク・H.（1929年9月）「低温における固体の線吸収スペクトル：可視光線および紫外線領域におけるスペクトル：GdCl 3 •6H 2 Oの室温から液体水素温度までの予備的研究」フィジカル・レビュー、 34（6）、アメリカ物理学会：945–953。Bibcode：1929PhRv...34..945F。doi：10.1103/PhysRev.34.945。
  6. ^ a b c Goedeken, Edward A. (2009). 「Spedding, Fr​​ank Harold (October 22, 1902 – December 15, 1984)」.アイオワ州人名辞典. アイオワ大学出版局. 2015年6月6日閲覧。
  7. ^コーベット 2001、6ページ。
  8. ^ a b c d「フランク・スペディング、原子爆弾開発の重要人物」ニューヨーク・タイムズ、1984年12月17日。 2015年6月7日閲覧。
  9. ^ 「エリザベス・スペディング・カルチャーノ文書」カリフォルニア州オンラインアーカイブ2015年8月27日閲覧。
  10. ^ Spedding, Fr​​ank H. (1931年3月). 「希土類結晶のスペクトルの解釈」 . Physical Review . 37 (6). American Physical Society: 777– 779. Bibcode : 1931PhRv...37..777S . doi : 10.1103/PhysRev.37.777 .
  11. ^コーベット 2001、7ページ。
  12. ^ 「Frank H. Spedding」ジョン・サイモン・グッゲンハイム財団。 2015年6月6日閲覧。
  13. ^コーベット 2001、8～9頁。
  14. ^ Bethe, HA ; Spedding, FH (1937年9月). 「Tm 2 (SO 4 ) 3 • 8H 2 Oの吸収スペクトル」 . Physical Review . 52 (5). American Physical Society: 454–455 . Bibcode : 1937PhRv...52..454B . doi : 10.1103/PhysRev.52.454 .
  15. ^ a bコーベット 2001、pp.10–11。
  16. ^コンプトン 1956、82～83ページ。
  17. ^コンプトン 1956、92～93ページ。
  18. ^ *シーボーグ、グレン・T. (1967年9月10日). 「プルトニウム初計量25周年記念の回想録と回想録」(PDF) . シカゴ大学. 2015年6月7日閲覧。
  19. ^コーベット 2001、12ページ。
  20. ^コーベット 2001、13ページ。
  21. ^コンプトン 1956、90～91ページ。
  22. ^コーベット 2001、14ページ。
  23. ^コンプトン 1956、93–95ページ。
  24. ^ヒューレット＆アンダーソン 1962年、86～87頁。
  25. ^ a bコーベット 2001、pp.15–16。
  26. ^ヒューレット＆アンダーソン 1962年、87～88頁。
  27. ^ペイン 1992、70ページ。
  28. ^コーベット 2001、16～17ページ。
  29. ^コーベット 2001、17～18頁。
  30. ^コーベット 2001、19ページ。
  31. ^ Spedding, FH; Fulmer, EI; Butler, TA; Powell, JE (1950年6月). 「イオン交換による希土類元素の分離. IV. サマリウム、ネオジム、プラセオジムの分離に関与する変数に関する更なる研究」.アメリカ化学会誌. 72 (6): 2349– 2354. doi : 10.1021/ja01162a003 .
  32. ^ Spedding, FH; Fulmer, EI; Powell, JE; Butler, TA (1950年6月). 「イオン交換による希土類元素の分離. V. 10分の1パーセントクエン酸-クエン酸アンモニウム溶液を用いた研究」.アメリカ化学会誌. 72 (6): 2354– 2361. doi : 10.1021/ja01162a004 .
  33. ^ Spedding, FH; Powell, JE; Svec, HJ (1955年12月). 「イオン交換による窒素同位体の分離のための実験室的方法」 .アメリカ化学会誌. 77 (23): 6125– 6132. doi : 10.1021/ja01628a010 .
  34. ^ a bコーベット 2001、23～24頁。
  35. ^ 「スペディング賞」 .レアアース研究会議. 2013年11月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年10月30日閲覧。
  36. ^コーベット 2001、25ページ。

参考文献

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