Loading article…
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よる最初の原子爆弾製造を可能にした要因の一つです。
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助教授兼物理化学科長に就任した。同大学の発展に尽力した彼は、その後も同大学でキャリアを積み、1941年に化学教授、1950年に物理学教授、1962年に冶金学教授、そして1973年には名誉教授となった。彼はハーレー・ウィルヘルム博士とともに原子力研究所と原子力委員会のエイムズ研究所を共同設立し、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。
スペディングは、イオン交換樹脂を用いた希土類元素の分離・精製法を開発し、後にイオン交換法を用いて、数百グラムのほぼ純粋な窒素15を含む、個々の元素の同位体を分離した。彼は250以上の査読付き論文を発表し、単独または共同で22件の特許を取得した。彼の指導の下、約88名の学生が博士号を取得した。
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。生まれて間もなく、一家はミシガン州、そしてシカゴへと移り住んだ。[ 1 ]彼は父親を通じて米国市民権を取得した。[ 2 ] 1918年、一家はミシガン州アナーバーに移り住み、そこで父親は写真家として働いていた。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）を、翌年には分析化学の理学修士号（MS）を取得した。[ 1 ]
学部生の頃、スペディングはフリードリヒ・アウグスト・ケクレによるベンゼンの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一般的な説明に異議を唱え、別の説明を提案した。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・ラー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ギルバート・N・ルイスの下で博士号取得のために応募した。ゴンバーグは推薦状を書いたため、スペディングは入学を許可されただけでなく、ティーチング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年に哲学博士号（Ph.D.）を取得し、[ 4 ]論文のテーマは「低温における可視光および紫外光領域の固体中の線吸収スペクトル」であった。[ 1 ]この論文は同年、Physical Reviewに掲載された。[ 5 ]
スペディングの卒業は世界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年まで国立研究フェローシップを受け、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・マクファーレンに出会った。マニトバ州ウィニペグ生まれの彼女は、サスカチュワン大学とトロント大学を卒業し、トロント大学で歴史学の修士号を取得していた。二人が出会ったとき、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えていた。二人は1931年6月21日に結婚した。二人の間には1939年に娘のエリザベスが生まれた。[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
1932年から1934年にかけて、スペディングはルイスのもとで化学講師として働いた。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あり、一般的には微量しか入手できなかった。1933年、彼は最も優れた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。この賞には1,000ドルの賞金が伴った。彼はそれを受け取るためにシカゴへ旅行するための資金を借りた。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男に声をかけられた。彼の恩人は、シカゴ大学の退職した化学教授であるハーバート・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を入手していた。リンゼイ・ライト・アンド・ケミカル社では、これらはトリウム製造の副産物だった。数週間後、スペディングは金属の入った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奨学金を授与され[ 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へ横断してヨーロッパへ向かった。彼はドイツでジェームズ・フランクとフランシス・サイモンの下で研究するつもりだったが、 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、彼はイギリスのケンブリッジ大学のキャベンディッシュ研究所に行き、そこでラルフ・H・ファウラーに歓迎された。スペディングはジョン・レナード＝ジョーンズと共同研究を行い、マックス・ボルンの講義に出席した。彼はコペンハーゲンでニールス・ボーアを訪ね、レニングラードで講演を行った。[ 13 ]
スペディングが1935年にアメリカに戻ったとき、国はまだ大恐慌の真っ只中にあり、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のジョージ・フィッシャー・ベイカー助教授を務めた。これも一時的な職だったが、ハンス・ベーテと共同研究する機会を得た。[ 14 ] [ 15 ]ある時、彼は終身雇用の職を求めてオハイオ州立大学まで車を走らせた。その職はすでに埋まっていたが、同大学の化学教授であるWL・エヴァンスは、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）・クーバーが職を持っていることを知っていた。「普段なら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、私は切羽詰まっていた。そこで物理化学を学んで、本当に仕事が見つかったら別の大学に行けばいいと思ったんだ。」[ 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。同大学の発展に尽力した結果、彼は残りのキャリアを同大学で過ごし、1941年に化学教授、1950年に物理学教授、1962年に冶金学教授、そして最終的には1973年に名誉教授となった。[ 4 ]
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ていた。シカゴ大学では、アーサー・H・コンプトンが冶金研究所を設立した。その使命は、原子爆弾に使用されるプルトニウムを生成するための原子炉を建設することであった。[ 16 ]研究所の化学部門の編成について助言を求めるため、物理学者であるコンプトンは、同位体と放射性元素に関して豊富な経験を持つハーバート・マッコイに頼った。 [ 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と化学的に類似した希土類元素の専門家としてスペディングを推薦した。[ 18 ]コンプトンはスペディングに冶金研究所の化学部門の責任者になるよう依頼した。[ 19 ]
シカゴ大学にスペースがなかったため、スペディングはアイオワ州立大学エイムズ校に化学部門の一部を組織することを提案した。そこには協力してくれる同僚がいた。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。市販されている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社が光化学プロセスを用いて製造したもので、25セント硬貨ほどの大きさのインゴットが1グラムあたり約20ドルで販売されていた。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、実験用にオレンジほどの大きさの金属球を欲しがっていた。ウェスティングハウス社のプロセスでは、製造に20万ドルかかり、1年かかることになっていた。[ 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働き、原子炉の運転を妨げる可能性があるが、フェルミが実験用原子炉に必要としていた酸化ウランには許容できないほど多くの不純物が含まれていた。そのため、1942年以前に発表された文献では、純粋な金属ウランの実際の融点は1,132 ℃（2,070 °F）であるにもかかわらず、その融点は通常1,800 ℃（3,270 °F ）前後と記載されていた。[ 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にスケールアップするのは危険な提案だった。エーテルは爆発性があり、大量に使用する工場は爆発したり燃えたりする可能性が高かった。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社に目を向けた。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であるヘンリー・V・ファーとジョン・R・ルーホフと詳細について話し合った。数ヶ月以内に、60トンの高純度酸化ウランが生産された。[ 23 ] [ 24 ]
スペディングは、エイムズ研究所の化学教授ハーレー・ウィルヘルムとIB・ジョンズの2人を研究グループに招き入れた。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探し始めた。当時、ウランは粉末状で製造されており、非常に自然発火性があった。圧縮して焼結し、缶に保管することはできたが、実用化するには溶かして鋳造する必要があった。エイムズのチームは、溶融ウランをグラファイト容器に鋳造できることを発見した。グラファイトはウランと反応することが知られていたが、炭化物は両者が接触した部分のみに形成されるため、この反応は制御可能であった。[ 25 ]
ウラン金属を製造するために、彼らは酸化ウランを水素で還元しようと試みたが、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JC・ゴギンズらが開発したプロセス（現在ではエイムズ法として知られている）を研究した。このプロセスは、四塩化ウランとカルシウム金属を酸化カルシウムで内張りした鋼鉄製の圧力容器（「爆弾」と呼ばれる）内で混合し、加熱するというものだった。彼らは1942年8月にゴギンズの研究結果を再現することに成功し、9月までにエイムズ計画は4.980キログラム（10.98ポンド）のインゴットを製造した。[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] 1943 年 7 月より、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、エイムズ研究所は 1945 年初頭までに自社の生産を段階的に終了した。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 日にシカゴ大学にいて、フェルミのシカゴ パイル 1での最初の制御された核連鎖反応を目撃した。[ 28 ]
戦争中、研究所は「スペディナー」と呼ばれる定期的な情報セッションを開催した。ウランの研究に加えて、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に、極めて純度の高いセリウムを437ポンド（198kg ）生産した。世界のウラン供給量が限られているという懸念から、核分裂性ウラン233を生成するために照射できるトリウムの実験が行われた。トリウム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）が生産された。[ 29 ]
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関する世界有数の専門家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、数百グラムのほぼ純粋な窒素15を含む個々の元素の同位体を分離した。[ 33 ]
スペディングは、そのキャリアを通じて260以上の査読付き論文を発表し[ 4 ]、自身の名義および他者との共同名義で22の特許を保有した。約88人の学生が彼の指導の下で博士号を取得した[ 34 ] 。 1972年に退職後、彼は60冊の本を執筆した[ 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・クラマー・メダルを受賞した[ 34 ]。彼は化学分野のノーベル賞に何度かノミネートされたが、受賞はしなかった[ 8 ] 。 毎年開催される希土類研究会議では、フランク・H・スペディング賞という賞が授与されている[ 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。彼は1984年12月15日に急逝し[ 6 ] [ 8 ]、アイオワ州立大学の墓地に埋葬された[ 36 ] 。妻、娘、3人の孫が遺された[ 8 ] 。彼の文書はアイオワ州立大学の特別コレクション部門に保管されている[ 4 ] 。
{{cite book}}ISBN /日付の不一致（ヘルプ）