ハロルド・ユーリー

ハロルド・ユーリー フォーメモリRS
1934年のユーリー
生まれる	ハロルド・クレイトン・ユーリー ( 1893-04-29 )1893年4月29日 ウォーカートン、インディアナ州、米国
死亡	1981年1月5日(1981-01-05)（享年87歳） 米国カリフォルニア州サンディエゴ
母校	アーラムカレッジ モンタナ大学( BSc ) カリフォルニア大学バークレー校（博士号）
知られている	重水素の発見 ミラー・ユーリー実験 炭酸塩-ケイ酸塩サイクル、別名「ユーリー反応」
受賞歴	ノーベル化学賞（1934年） ウィラード・ギブス賞(1934) デイビー賞（1940年） フランクリン勲章（1943年） 功労勲章（1946年） 王立協会外国人会員（1947年） J.ローレンス・スミス賞（1962年） アメリカ科学賞（1964年） 王立天文学会金メダル（1966年） プリーストリーメダル（1973年） VMゴールドシュミット賞（1975年）
科学者としてのキャリア
フィールド	物理化学
機関	コペンハーゲン大学 ジョンズ・ホプキンス大学 コロンビア大学 原子核研究所 シカゴ大学 カリフォルニア大学サンディエゴ校
博士課程の指導教員	ギルバート・N・ルイス
博士課程の学生	スタンリー・ミラー ハーモン・クレイグ ミルドレッド・コーン ジェラルド・ワッサーバーグ
サイン

ハロルド・クレイトン・ユーリー（Harold Clayton Urey ForMemRS、1893年4月29日 - 1981年1月5日）は、アメリカの物理化学者であり、同位体に関する先駆的な研究により、1934年に重水素の発見によりノーベル化学賞を受賞した。彼は原子爆弾の開発に重要な役割を果たしたほか、無生物から有機生命が進化する理論にも貢献した。^[1]

インディアナ州ウォーカートン生まれのユーリーは、カリフォルニア大学バークレー校でギルバート・N・ルイスのもとで熱力学を学んだ。1923年に博士号を取得後、アメリカ・スカンジナビア財団のフェローシップを得てコペンハーゲンのニールス・ボーア研究所で研究した。ジョンズ・ホプキンス大学の研究員を経て、コロンビア大学化学准教授に就任。1931年、同位体の分離に着手し、重水素の発見につながった。

第二次世界大戦中、ユーリーは同位体分離の知識をウラン濃縮の問題に応用した。彼はコロンビア大学で気体拡散による同位体分離を開発したグループを率いた。この方法は開発に成功し、戦後初期に使用された唯一の方法となった。戦後、ユーリーは原子核研究所の化学教授となり、後にシカゴ大学のライアソン化学教授となった。

ユーリーは、初期の地球の大気はアンモニア、メタン、水素で構成されていたと推測した。シカゴの大学院生の一人、スタンレー・L・ミラーは、ミラー・ユーリーの実験で、そのような混合物を電気火花と水にさらすと、相互作用して、一般に生命の構成要素と考えられているアミノ酸を生成できることを示した。酸素同位体の研究は、古気候研究という新しい分野を開拓することにつながった。1958年、彼は新設のカリフォルニア大学サンディエゴ校（UCSD）の特任教授の職を受け入れ、理学部の創設に携わった。彼は、1960年に創設されたUCSDの化学学部の創設メンバーの一人でした。彼は宇宙科学にますます興味を持つようになり、アポロ11号が月から月の岩石サンプルを持ち帰ったとき、ユーリーは月受入研究所でそれらを検査した。月面飛行士ハリソン・シュミットは、ユーリーが月への片道ミッションのボランティアとして彼にアプローチし、「私は行きます。戻ってこなくても構いません」と言ったと語った。^[2]

ハロルド・クレイトン・ユーリーは1893年4月29日、インディアナ州ウォーカートンで、サミュエル・クレイトン・ユーリー^{[3] [4]}と、その妻コーラ・レベッカ（旧姓ライノエル）^[5]の息子として生まれた。主にドイツ系の祖先を持つが、姓は英語に由来する。^{[ 7]}彼には弟のクラレンスと妹のマーサがいた。サミュエルが結核で重病になった後、家族は気候が彼の健康を改善することを期待してカリフォルニア州グレンドラに引っ越した。彼の死が明らかになると、家族はコーラの未亡人の母親と一緒に暮らすためにインディアナに戻った。サミュエルはハロルドが6歳のときに亡くなった。^{[8] [4]}

ユーリーはアーミッシュの小学校で教育を受け、14歳で卒業した。その後、インディアナ州ケンダルビルの高校に通った。^{[6] 1911年に卒業後、}アーラム大学で教員免許を取得し、^[9]インディアナ州の小さな学校で教えた。その後、母親が住んでいたモンタナ州に移り、そこで教師を続けた。^[5]

ユーリーは1914年の秋にミズーラのモンタナ大学に入学した。^[10]当時の東部の大学とは異なり、モンタナ大学は学生と教師の両方が男女共学だった。^[4]ユーリーは1917年にそこで動物学の理学士号を取得した^。[11]

同年、米国が第一次世界大戦に参戦したため、戦争支援への強い圧力がかかった。ユーリーは戦争に反対する宗派で育った。教授の一人が、化学者として働いて戦時支援に協力するよう提案した。ユーリーは兵士として軍に入隊する代わりに、フィラデルフィアのバレット化学会社でTNT製造の仕事に就いた。 ^[4]戦後、彼は化学の講師としてモンタナ大学に戻った。^{[12] [9]}

学術的なキャリアには博士号が必要だったため、ユーリーは1921年にカリフォルニア大学バークレー校の博士課程に入学し、ギルバート・N・ルイスの下で熱力学を学んだ。^[13]彼が最初に論文に取り組んだのはセシウム蒸気の電離に関するものだった。彼は困難に直面し、メグナド・サハが同じ主題でより優れた論文を発表した。^{[14] [15]ユーリーはその後、}理想気体の電離状態に関する論文を書き、これは後に天体物理学ジャーナルに掲載された。^[16]ユーリーは1923年に博士号を取得した後、アメリカ・スカンジナビア財団からコペンハーゲンのニールス・ボーア研究所で研究するためのフェローシップを授与され、そこでヴェルナー・ハイゼンベルク、ハンス・クラマース、ヴォルフガング・パウリ、ゲオルク・フォン・ヘヴェシー、ジョン・スレーターと出会った。滞在の最後に彼はドイツを訪れ、そこでアルベルト・アインシュタインとジェームズ・フランクと会った。^[17]

アメリカに帰国後、ユーリーはハーバード大学での全米研究会議フェローシップのオファーを受け、またジョンズ・ホプキンス大学で研究員にならないかというオファーも受けた。彼は後者を選んだ。仕事に就く前に、彼は母親を訪ねるためにワシントン州シアトルへ行った。その途中、ワシントン州エバレットに立ち寄り、そこでモンタナ大学の同僚であるケイト・ダウム博士と知り合った。^[18]ダウム博士はユーリーを彼女の妹フリーダに紹介した。ユーリーとフリーダはすぐに婚約した。二人は1926年にカンザス州ローレンスにある彼女の父親の家で結婚した。 ^[12]夫婦には4人の子供がいた。 1927年生まれのガートルード・ベッシー（エリザベス）、1929年生まれのフリーダ・レベッカ、1934年生まれのメアリー・アリス、ジョン・クレイトン・ユーリーは1939年生まれ。^[19]

ジョンズ・ホプキンス大学で、ユーリーとアーサー・ルアークは「原子・量子・分​​子（1930年）」を執筆した。これは量子力学と原子・分子系へのその応用に関する最初の英語のテキストの一つである。 ^{[17] 1929年、ユーリーは}コロンビア大学の化学の准教授となり、同僚にはルドルフ・シェーンハイマー、デイヴィッド・リッテンバーグ、TIテイラーなどがいた。^[20]

1920年代、ウィリアム・ジャウクとヘリック・L・ジョンストンが酸素の安定同位体を発見した。当時、同位体はよく理解されておらず、ジェームズ・チャドウィックが中性子を発見したのは1932年になってからだった。同位体を分類するために、化学的性質と物理的性質に基づく2つのシステムが使用されていた。後者は質量分析計を使用して決定された。酸素の原子量は水素のほぼ16倍重いことがわかっていたため、レイモンド・バージとドナルド・メンゼルは水素にも複数の同位体があるという仮説を立てた。2つの方法の結果の差に基づいて、彼らは4,500個の水素原子のうち1個だけが重い同位体であると予測した。^[21]

1931年、ユーリーはそれを探し始めた。ユーリーとジョージ・M・マーフィー（1903-1968）^{[22] [23]は}バルマー系列から、重い同位体の線は1.1～1.8オングストローム（1.1 × 10-10 ～1.8 × 10-10メートル）青方偏移（それに応じて軽い同位体は赤方偏移）するはずであると計算した。ユーリー^{は、21フィート（6.4メートル）の}格子分光器を使用することができた。これはコロンビアに最近設置されたばかりの高感度装置で^、バルマー系列を分解することができた。1ミリメートルあたり1Åの分解能で、機械は約1ミリメートルの差を生み出すはずだった。^[24]しかし、4,500個の原子のうち重い原子は1個だけだったので、分光器上の線は非常にかすかだった。そのためユーリーは、それが重水素であるというより決定的な証拠が得られるまで、結果の発表を延期することにした。^[21]

ユーリーとマーフィーはデバイモデルから、重い同位体の沸点は軽い同位体よりわずかに高いと計算した。液体水素を注意深く温めると、5リットルの液体水素を1ミリリットルに蒸留することができ、重い同位体が100～200倍に濃縮される。5リットルの液体水素を得るために、彼らはワシントンDCにある国立標準局の極低温研究所に行き、そこでユーリーがジョンズホプキンス大学で知り合ったフェルディナンド・ブリックウェッデの助けを得た。^[24]

ブリックウェッデが送った最初のサンプルは、1標準気圧（100 kPa）の圧力で20 K（-253.2 °C; -423.7 °F）で蒸発させたものだった。驚いたことに、濃縮の証拠は見られなかった。次にブリックウェッデは、53 mmHg（7.1 kPa）の圧力で14 K（-259.1 °C; -434.5 °F）で蒸発させた2番目のサンプルを準備した。このサンプルでは、​​重水素のバルマー線が7倍も強かった。^{[21]後に重水素と名付けられた}重水素の発見を発表する論文は、1932年にユーリー、マーフィー、ブリックウェッデの3人が共同で発表した。 ^[25]ユーリーは1934年に「重水素の発見」によりノーベル化学賞を受賞した。 ^[26]彼は娘メアリー・アリスの誕生に立ち会うため、ストックホルムでの式典への出席を辞退した。^[27]彼は翌年、アメリカ哲学協会と米国科学アカデミーの両方に選出された。 ^{[28] [29]}

その後、ユーリーは標準局のエドワード・W・ウォッシュバーンと協力して、異常なサンプルの原因を発見した。ブリックウェッデの水素は電気分解によって水から分離され、サンプルの水素含有量が減少していた。さらに、フランシス・ウィリアム・アストンは水素の原子量の計算値が間違っていたと報告し、バージとメンツェルの当初の推論は無効になった。しかし、重水素の発見は有効であった。^[21]

ユーリーとウォッシュバーンは電気分解を利用して純粋な重水を作り出そうとした。彼らの技術はしっかりしていたが、1933年にカリフォルニア大学の資源を自由に使えるルイスに先を越された。^[30]ボルン・オッペンハイマー近似を用いて、ユーリーとデイヴィッド・リッテンバーグは水素と重水素を含むガスの特性を計算した。彼らはこれを炭素、窒素、酸素の濃縮化合物にまで拡張した。これらは生化学のトレーサーとして使用でき、化学反応を調べるまったく新しい方法が生まれた。^[31] 彼は1932年にJournal of Chemical Physicsを創刊し、1940年までその初代編集者を務めた。^[32]

コロンビア大学では、ユーリーは民主主義と知的自由のための大学連盟の議長を務めた。彼は大西洋主義者 クラレンス・ストライトの世界の主要民主主義国の連邦制の提案を支持し、スペイン内戦では共和主義を支持した。彼はドイツのナチズムに早くから反対し、エンリコ・フェルミを含む難民科学者が米国で仕事を見つけ、新しい国での生活に適応するのを手助けした。^[33]

1939年にヨーロッパで第二次世界大戦が勃発した頃には、ユーリーは同位体分離の世界的専門家として認められていた。それまでの分離は軽い元素のみを対象としていた。1939年と1940年に、ユーリーは重い同位体の分離に関する2つの論文を発表し、その中で遠心分離を提案した。これは、ニールス・ボーアがウラン235は核分裂性であると推測したことにより、非常に重要になった。^[34]「235を残りのウランから分離せずに連鎖反応を確立できるかどうかは非常に疑わしい」と考えられていたため、^[35]ユーリーはウラン濃縮をどのように達成できるかについて集中的な研究を開始した。^[36]遠心分離とは別に、ジョージ・キスティアコフスキーは気体拡散が可能な方法かもしれないと示唆した。3番目の可能性は熱拡散であった。^{[37]ユーリーは、}原子炉の中性子減速材として使用できる重水の製造を含む、すべての同位体分離研究の取り組みを調整しました。^{[38] [39]}

1941年5月、ユーリーは国防研究委員会（NDRC）の一部としてウラン計画を監督するウラン委員会に任命された。 ^[40] 1941年、ユーリーとジョージ・B・ペグラムは、原子爆弾開発の協力関係を確立するために外交使節団を率いてイギリスに向かった。イギリスは気体拡散については楽観的だったが、^[41]気体法と遠心法の両方が大きな技術的障害に直面していることは明らかだった。^[42] 1943年5月、マンハッタン計画が勢いを増すと、ユーリーはコロンビアの戦時中の代替合金材料研究所（SAM研究所）の所長に就任し、アーネスト・ローレンスの電磁プロセスを除く重水とすべての同位体濃縮プロセスを担当した。 ^[43]

遠心分離法に関する初期の報告では、予想ほど効率的ではないことが示されていた。ユーリーは、従来のフロースルー方式の代わりに、より効率的だが技術的に複雑な逆流システムを使用することを提案した。1941年11月までに、技術的な障害が十分に困難になり、この方法は放棄された。^[44]逆流遠心分離機は戦後に開発され、今日では多くの国で好まれる方法となっている。^[45]

ガス拡散法は、やはり克服すべき技術的障害があったものの、より有望であった。^[46] 1943年末までに、ユーリーは700人以上の人々をガス拡散に携わらせた。^[47]このプロセスには数百のカスケードが含まれ、腐食性の六フッ化ウランがガスバリアを通して拡散し、各段階で徐々に濃縮されていった。^[46]大きな問題はポンプの適切なシールを見つけることだったが、はるかに大きな困難は適切な拡散バリアの構築にあった。^[48] 1944年に適切なバリアが大量に利用可能になる前に、巨大なK-25ガス拡散プラントの建設が順調に進んでいた。バックアップとして、ユーリーは熱拡散を推進した。^[49]

作業に疲れ果てたユーリーは、1945年2月にプロジェクトを離れ、RHクリストに責任を引き継いだ。^[50] K-25プラントは1945年3月に稼働を開始し、バグが修正されると、プラントは驚くほど効率的かつ経済的に稼働した。しばらくの間、ウランはS50液体熱拡散プラント、次にK-25ガス、最後にY-12電磁分離プラントに供給されたが、戦争が終わるとすぐに熱および電磁分離プラントは閉鎖され、分離はK-25だけで行われた。1946年に建設された双子のK-27とともに、戦後初期の主要な同位体分離プラントとなった。^{[51] [49]}マンハッタン計画での功績により、ユーリーはプロジェクト責任者のレスリー・R・グローブス・ジュニア少将から功労勲章を授与された^。[50]

戦後、ユーリーは原子核研究所の化学教授となり、1952年にシカゴ大学のライアソン化学教授となった。 ^[9]彼は戦前の同位体の研究を続けなかった。しかし、水素で得た知識を酸素に応用し、炭酸塩と水の間の酸素18と酸素16の分別は、0〜25℃（32〜77℉）の間で1.04倍減少することに気づいた。測定機器の感度が十分であれば、同位体の比率を使用して平均気温を決定できる。チームには同僚のラルフ・ブックスバウムも含まれていた。1億年前のベレムナイトを調べたところ、4年間にわたってそのベレムナイトが生きてきた夏と冬の気温が示された。この先駆的な古気候研究により、ユーリーはアメリカ地質学会からアーサー・L・デイ賞、地球化学会からゴールドシュミット賞を受賞した。^[52]シカゴ大学在学中、ユーリーは安定同位体分別のモデルであるユーリー・ビゲライゼン・マイヤー方程式の考案に貢献した。

ユーリーは1946年のメイ＝ジョンソン法案が核エネルギーの軍事管理につながることを恐れて積極的に反対運動を展開したが、この法案に代わるマクマホン法案を支持して闘い、最終的に原子力委員会を設立した。ユーリーの世界政府理想への傾倒は戦前からのものだが、核戦争の可能性によってそれがさらに切迫したものとなった。彼は戦争反対の講演旅行に出かけ、核問題に関する議会の議論に加わった。彼はエセルとジュリアス・ローゼンバーグのために公に弁論し、下院非米活動委員会に召喚された。^[53]

ユーリーは晩年、宇宙化学の分野の発展に貢献し、この用語の造語者として知られている。酸素18に関する研究から、地球上の化学元素の存在量、および恒星におけるその存在量と進化についての理論が生まれた。ユーリーは、その研究を『惑星の起源と発達』（1952年）にまとめた。ユーリーは、初期の地球の大気はアンモニア、メタン、水素で構成されていたと推測した。シカゴ大学の大学院生スタンレー・L・ミラーは、ミラー・ユーリーの実験で、そのような混合物を電気火花と水にさらすと、相互作用してアミノ酸が生成されることを示した。アミノ酸は一般に生命の構成要素と考えられている。^[54]

ユーリーは1956年と1957年にオックスフォード大学の客員教授として1年間イギリスに滞在した。^{[55] 1958年、シカゴ大学の定年退職年齢である65歳に達したが、新設の}カリフォルニア大学サンディエゴ校（UCSD）の教授職を引き受け、カリフォルニア州ラホヤに移住した。その後、 1970年から1981年まで同校の名誉教授となった。 ^{[56] [57] [9]ユーリーは同校の理学部の設立に貢献した。1960年にスタンレー・ミラー、}ハンス・スース、ジム・アーノルドとともに設立されたUCSDの化学学部の創設メンバーの一人であった。[ ^{56] [58]}

1950年代後半から1960年代前半にかけて、スプートニク1号の打ち上げをきっかけに宇宙科学が研究対象となった。ユーリーはNASAを説得して無人月探査を優先させた。アポロ11号が月から月の岩石サンプルを持ち帰ったとき、ユーリーは月受入研究所でそれらを検査した。サンプルは月と地球が共通の起源を持つというユーリーの主張を裏付けた。^{[56] [58]} UCSD在籍中、ユーリーは105本の科学論文を発表し、そのうち47本は月に関するものだった。なぜそんなに一生懸命働き続けるのかと聞かれると、彼は冗談を言った。「もう終身在職権がないのはご存じでしょうから」^[59]

ユーリーはガーデニングを楽しみ、カトレアやシンビジューム、その他の蘭を育てていた。[ 60 ]彼は^{カリフォルニア}州ラホヤで亡くなり、インディアナ州ディカルブ郡のフェアフィールド墓地に埋葬されている。^[9]

ノーベル賞以外にも、 1943年にフランクリンメダル、 1962年にJ・ローレンス・スミスメダル、 1966年に王立天文学会ゴールドメダル、 1966年にアメリカ業績アカデミーのゴールデンプレート賞、 ^[61]、 1973年にアメリカ化学会のプリーストリーメダルを受賞した。 1964年にはアメリカ国家科学賞を受賞した。^[62] 1947年に王立協会フェローになった。 ^[63]彼の名を冠したものには、月の衝突クレーターユーリー^[9]、小惑星ユーリー4716 ^[64]、そしてアメリカ天文学会が惑星科学の業績に対して授与するHCユーリー賞がある。^[65]インディアナ州ウォーカートンのハロルド・C・ユーリー中学校も彼の名を冠しています。^[66]ラホヤにあるカリフォルニア大学サンディエゴ校（UCSD）のレベル・カレッジの化学棟ユーリー・ホール^[67]モンタナ大学のハロルド・C・ユーリー講堂も彼の名を冠しています。^[68] UCSDはハロルド・C・ユーリー教授職も設立しており、初代教授はジェームズ・アーノルドでした。^[69]

ユーリーの娘エリザベス・バランジャーも著名な物理学者となった。^[70]

• 炭酸塩-ケイ酸塩サイクル

• アーノルド、ジェームズ・R、ビゲライゼン、ジェイコブ、ハッチソン、クライド・A・ジュニア（1995年）。「ハロルド・クレイトン・ユーリー 1893-1981」。伝記回想録：363-411 。 2013年8月7日閲覧。
• ヒューレット、リチャード G. ; アンダーソン、オスカー E. (1962)。新世界 1939-1946 ( PDF)。ユニバーシティ パーク: ペンシルベニア州立大学出版局。ISBN 978-0-520-07186-5. OCLC  637004643 . 2013年3月26日閲覧。
• シンデル、マシュー（2019）。ハロルド・C・ユーリーの生涯と科学。イリノイ州シカゴ：シカゴ大学出版局。ISBN 978-0-226-66208-4。
• シルバースタイン、アルビン; シルバースタイン、ヴァージニア B. (1970)。ハロルド・ユーリー: 地球から月まで探検した男。ニューヨーク: J. デイ。OCLC  115279。

• Harold Clayton Urey 文書 MSS 44。カリフォルニア大学サンディエゴ校図書館の特別コレクションおよびアーカイブ。
• 1965年 ステファン・グルエフによるハロルド・ユーリーの音声インタビュー マンハッタン計画の声
• 米国科学アカデミーの略歴
• ハロルド・ユーリー – 月が地球から離れるという考えを否定する理由を説明 – 1972
• Nobelprize.org の Harold Urey1935年2月14日のノーベル賞受賞講演を含む水素と重水素の熱力学的性質
• シカゴ大学特別コレクション研究センター所蔵のハロルド C. ユーリー文書 1932-1953 ガイド
• 惑星：その起源と発展。ヘプサ・エリー・シリマン夫人記念講演。ユーリーは、地質時代の地球の長期的気候をコントロールする炭酸塩-ケイ酸塩の地球化学サイクルについて説明しています（この件については、バーナー、ラサガ、ガレルズ（1983）を参照）。
• バーナー、ロバート; ラサガ、アントニオ; ガレルズ、ロバート (1983)。「炭酸塩-ケイ酸塩地球化学サイクルと過去 1 億年間の大気中の二酸化炭素への影響」。アメリカ科学ジャーナル283 ( 7): 641–683。Bibcode :1983AmJS..283..641B。doi : 10.2475/ ajs.283.7.641。