Donald William Kerst - Donald William Kerst

Donald W. Kerst
Donald W. Kerst Los Alamos ID.png
Donald Kersts Los Alamos ID
Født
Donald William Kerst

( 1911-11-01 ) 1. november 1911
Galena, Illinois , USA
Døde 19. august 1993 (1993-08-19) (81 år)
Madison, Wisconsin , USA
Nasjonalitet amerikansk
Alma mater University of Wisconsin – Madison (BA 1934, PhD 1937)
Kjent for Betatron
Utmerkelser Comstock-prisen i fysikk (1943)
Vitenskapelig karriere
Enger Fysikk ( akseleratorfysikk , plasmafysikk )
Institusjoner University of Illinois
Los Alamos Laboratory
University of Wisconsin
Avhandling Utviklingen av elektrostatiske generatorer i lufttrykk og applikasjoner til eksitasjonsfunksjoner av kjernereaksjoner   (1937)

Donald William Kerst (1. november 1911 - 19. august 1993) var en amerikansk fysiker som arbeidet med avanserte partikkelakselererkonsepter ( akseleratorfysikk ) og plasmafysikk . Han er mest kjent for sin utvikling av betatronen , en ny type partikkelakselerator som brukes til å akselerere elektroner .

Kerst utdannet ved University of Wisconsin , og utviklet den første betatronen ved University of Illinois i Urbana Champaign , hvor den ble operativ 15. juli 1940. Under andre verdenskrig tok Kerst permisjon i 1940 og 1941 for å jobbe med det med ingeniørpersonalet i General Electric , og han designet en bærbar betatron for inspeksjon av dudbomber . I 1943 sluttet han seg til Manhattan Project 's Los Alamos Laboratory , der han var ansvarlig for å designe og bygge vannkoker, en atomreaktor ment å tjene som et laboratorium instrument.

Fra 1953 til 1957 var Kerst teknisk direktør for Midwestern Universities Research Association , hvor han jobbet med avanserte partikkelakselerator-konsepter, spesielt FFAG-akseleratoren . Han ble deretter ansatt ved General Atomics 'John Jay Hopkins Laboratory fra 1957 til 1962, hvor han jobbet med problemet med plasmafysikk. Med Tihiro Ohkawa oppfunnet han toroidale anordninger for inneholdende plasma med magnetiske felt. Enhetene deres var de første som inneholdt plasma uten ustabilitet som hadde plaget tidligere design, og de første som inneholdt plasma i levetider som oversteg Bohm-diffusjonsgrensen .

Tidlig liv

Donald William Kerst ble født i Galena, Illinois 1. november 1911, sønn av Herman Samuel Kerst og Lillian E Wetz. Han gikk inn på University of Wisconsin , hvor han oppnådde en Bachelor of Arts (BA) grad i 1934, og deretter sin doktor i filosofi (PhD) i 1937, og skrev sin avhandling om "The Development of Electrostatic Generators in Air Pressure and Applications to Excitation" Funksjoner av kjernereaksjoner ". Dette innebar å bygge og teste en 2.3 MeV generator for eksperimenter med spredning av protoner .

Betatron

Etter endt utdannelse jobbet Kerst i General Electric Company i et år og jobbet med utvikling av røntgenrør og maskiner. Han syntes dette var frustrerende, ettersom røntgenforskning krevde høye energier som ikke kunne produseres på den tiden. I 1938 aksepterte han et tilbud om et instruktørskap ved University of Illinois i Urbana Champaign , der sjefen for fysikkavdelingen, F. Wheeler Loomis oppmuntret Kerst i sitt forsøk på å skape en bedre partikkelakselerator . Resultatet av denne innsatsen var betatronen . Da den ble operativt 15. juli 1940, ble Kerst den første personen som akselererte elektroner ved hjelp av elektromagnetisk induksjon , og nådde energier på 2,3 MeV.

Det tok lengre tid å navngi enheten. Kollegaer foreslo navn som den tyske "Ausserordentlichhochgeschwindigkeitelektronenentwickelndenschwerarbeitsbeigollitron". I desember 1941 bestemte Kerst seg for "betatron", ved hjelp av den greske bokstaven "beta", som var symbolet for elektroner, og "tron" som betyr "instrument for". Han fortsatte med å bygge flere betatroner med økende energi, en 20 MeV-maskin i 1941, en 80 MeV i 1948 og en 340 MeV-maskin, som ble ferdigstilt i 1950.

Betatronen ville påvirke alle påfølgende akseleratorer. Suksessen skyldtes en grundig forståelse av fysikken som var involvert, og en møysommelig design av magneter, vakuumpumper og strømforsyning. I 1941 gikk han sammen med Robert Serber for å gi den første teoretiske analysen av svingningene som forekommer i en betatron. Den opprinnelige 1940-maskinen ble donert til Smithsonian Institution i 1960.

Andre verdenskrig

Water Boiler, en vandig homogen reaktor ved Los Alamos Laboratory, var den første reaktoren som brukte beriket uran som drivstoff

Under andre verdenskrig tok Kerst permisjon fra University of Illinois for å jobbe med utviklingen av betatronen med ingeniørpersonalet ved General Electric i 1940 og 1941. De designet 20 MeV og 100 MeV versjoner av betatronen, og han overvåket byggingen av førstnevnte, som han hadde med seg tilbake til University of Illinois. Han designet også en bærbar 4 MeV betatron for inspeksjon av dudbomber .

Kerst prosjektering og fysikk bakgrunn plasserte ham nær toppen av listen over forskere som Robert Oppenheimer rekruttert til Manhattan Project 's Los Alamos Laboratory , som ble satt opp for å designe atombomben . I august 1943 ble Kerst plassert i ladning av laboratoriets P-7-gruppen, som var ansvarlig for å utforme og bygge kannen, en atomreaktor ment å tjene som et laboratorieinstrument for å teste kritiske masse beregningene og virkningen av forskjellige sabotasje materialene . Primært hentet fra Purdue University , inkluderte hans gruppe Charles P. Baker, Gerhart Friedlander , Lindsay Helmholtz, Marshall Holloway og Raemer Schreiber . Robert F. Christy ga hjelp til de teoretiske beregningene.

Kerst designet en vandig homogen reaktor der beriket uran i form av løselig uransulfat ble oppløst i vann og omgitt av en berylliumoksid- nøytronreflektor. Det var den første reaktoren som brukte beriket uran som drivstoff, og krevde mesteparten av verdens magre forsyning på den tiden. En tilstrekkelig mengde beriket uran ankom Los Alamos i april 1944, og vannkokeren startet i mai. Mot slutten av juni hadde selskapet nådd alle designmålene.

Los Alamos-laboratoriet ble omorganisert i august 1944 for å konsentrere seg om å skape et atomvåpen av implosjonstypen . Å studere implosjon i stor skala, eller til og med i full skala, krevde spesielle diagnostiske metoder. Allerede i november 1943 foreslo Kerst å bruke en betatron som bruker 20 MeV gammastråler i stedet for røntgen for å studere implosjon. I omorganiseringen i august 1944 ble han felles leder, med Seth Neddermeyer , fra G-5 Group, en del av Robert Bachers G (Gadget) Division spesielt siktet for betatron testing. Oppenheimer fikk sendt 20 MeV-betatronen ved University of Illinois til Los Alamos, hvor den ankom i desember. 15. januar 1945 tok G-5-gruppen sine første betatronbilder av en implosjon.

Senere liv

Kerst kom tilbake til University of Illinois etter krigen. Fra 1953 til 1957 var han teknisk direktør for Midwestern Universities Research Association , hvor han jobbet med avanserte konsentrasjoner av partikkelakseleratorer, særlig FFAG-akseleratoren . Han utviklet spiralsektorens fokuseringsprinsipp, som ligger i hjertet av mange spiralryggsyklotroner som nå er i drift over hele verden. Teamet hans utviklet og analyserte bjelkelagring, en prosess med radiofrekvensakselerasjon i maskiner med fast felt som førte til utviklingen av kolliderende stråleakseleratorer.

Fra 1957 til 1962 var Kerst ansatt ved General Atomics- avdelingen i General Dynamics John Jay Hopkins Laboratory for Pure and Applied Science i La Jolla, California , hvor han jobbet med plasmafysikk , som man håpet var døren til kontrollen av termonuklear energi . Med Tihiro Ohkawa oppfunnet han toroidale anordninger for inneholdende plasma med magnetiske felt. De to fullførte dette arbeidet ved University of Wisconsin, hvor Kerst var professor fra 1962 til han ble pensjonist i 1980. Deres enheter var de første som inneholdt plasma uten ustabilitet som hadde plaget tidligere design, og de første som inneholdt plasma i levetider som oversteg den Bohm diffusjon grense. Fra 1972 til 1973 var han også styreleder for Plasma Physics Division i American Physical Society.

Kerst var gift med Dorothy Birkett Kerst. De hadde to barn, datteren Marilyn og sønnen Stephen. Etter at han ble pensjonist, flyttet Kerst og Dorothy til Fort Myers, Florida . Han døde 19. august 1993 ved University Hospital and Clinics i Madison, Wisconsin , fra en hjernesvulst. Han ble etterlatt av kona og barna. Hans papirer er i University of Illinois Archives.

Utmerkelser og utmerkelser

Merknader

Referanser

Eksterne linker