הרולד יורי
הרולד קלייטון יורי (Harold Clayton Urey; 29 באפריל 1893 – 5 בינואר 1981) היה כימאי פיזיקלי אמריקאי שערך עבודה חלוצית בתחום האיזוטופים. הוא זכה בפרס נובל לכימיה לשנת 1934 "על גילוי המימן הכבד". הוא מילא תפקיד משמעותי בפיתוח פצצת האטום, וכן תרם לתאוריות על התפתחות חיים אורגניים מחומר דומם.
יורי נולד בווקרטון, אינדיאנה, ולמד תרמודינמיקה אצל גילברט נ. לואיס באוניברסיטת קליפורניה בברקלי. לאחר שקיבל את הדוקטורט שלו ב-1923, הוא זכה במלגה מטעם הקרן האמריקאית-סקנדינבית ללימודים במכון נילס בוהר בקופנהגן. הוא היה עמית מחקר באוניברסיטת ג'ונס הופקינס בין השנים 1924–1929, לפני שהפך לפרופסור חבר לכימיה באוניברסיטת קולומביה. בשנת 1931 החל בעבודה על הפרדת איזוטופים שהובילה לגילוי הדאוטריום.
במהלך מלחמת העולם השנייה, הפנה יורי את הידע שלו בהפרדת איזוטופים לבעיית העשרת האורניום. הוא עמד בראש הקבוצה באוניברסיטת קולומביה שפיתחה את הפרדת האיזוטופים בשיטת דיפוזיה גזית. השיטה פותחה בהצלחה והפכה לשיטה היחידה ששימשה בתקופה שלאחר המלחמה. לאחר המלחמה הפך יורי לפרופסור לכימיה במכון למחקרים גרעיניים, ומאוחר יותר לפרופסור לכימיה על שם ריירסון באוניברסיטת שיקגו.
יורי שיער שהאטמוספירה הארצית הקדומה הורכבה מאמוניה, מתאן ומימן. אחד מסטודנטים לתואר שני שלו בשיקגו היה סטנלי ל. מילר (Stanley L. Miller), שהראה בניסוי מילר-יורי כי אם תערובת כזו נחשפת לניצוצות חשמליים ומים, היא יכולה להגיב ליצירת חומצות אמינו, הנחשבות בדרך כלל לאבני הבניין של החיים. עבודה עם איזוטופים של חמצן הובילה לחלוציות בתחום החדש של מחקר פליאוקלימטי. בשנת 1958 הוא קיבל משרה כפרופסור כללי באוניברסיטת קליפורניה החדשה בסן דייגו (UCSD), שם עזר להקים את הפקולטה למדעים. הוא היה אחד החברים המייסדים של בית הספר לכימיה ב-UCSD שהוקם ב-1960. הוא התעניין יותר ויותר במדעי החלל, וכאשר אפולו 11 החזירה דגימות סלע מהירח, יורי בחן אותן במעבדת הקבלה הירחית. האסטרונאוט הירחי הריסון שמיט (Harrison Schmitt) אמר שיורי ניגש אליו כמתנדב למשימה חד-כיוונית לירח, באומרו: "אני אלך, ולא אכפת לי אם לא אחזור."
חיים מוקדמים
הרולד קלייטון יורי נולד ב-29 באפריל 1893 בווקרטון, אינדיאנה, בנם של סמואל קלייטון יורי, מורה בבית ספר וכומר בכנסיית האחים, ואשתו, קורה רבקה לבית ריינהל. למשפחה, שהייתה ממוצא גרמני ברובה, היה שם משפחה בעל מקורות אנגליים. היה לו אח צעיר, קלרנס, ואחות צעירה, מרתה. המשפחה עברה לגלנדורה, קליפורניה, לאחר שסמואל חלה קשות בשחפת, בתקווה שהאקלים ישפר את בריאותו. כשברור היה שהוא עומד למות, חזרה המשפחה לאינדיאנה כדי לגור עם אמה האלמנה של קורה. סמואל מת כשהרולד היה בן שש.
יורי התחנך בבית ספר יסודי אמישי, שממנו סיים את לימודיו בגיל 14. לאחר מכן למד בתיכון בקנדלוויל, אינדיאנה. לאחר שסיים את לימודיו ב-1911, קיבל תעודת הוראה ממכללת ארלהאם, ולימד בבית ספר קטן באינדיאנה. מאוחר יותר עבר למונטנה, שם חיה אמו באותה עת, והמשיך ללמד שם. יורי נכנס לאוניברסיטת מונטנה במיזולה בסתיו 1914. בניגוד לאוניברסיטאות מזרחיות באותה תקופה, אוניברסיטת מונטנה הייתה משותפת לסטודנטים ולמורים. יורי קיבל שם תואר ראשון במדעים (BS) בזואולוגיה בשנת 1917.
כתוצאה מכניסת ארצות הברית למלחמת העולם הראשונה באותה שנה, הופעל לחץ כבד לתמוך במאמץ המלחמתי. יורי גדל בכת דתית שהתנגדה למלחמה. אחד הפרופסורים שלו הציע לו לתמוך במאמץ המלחמתי על ידי עבודה ככימאי. יורי לקח עבודה בחברת בארט כימיקלים בפילדלפיה, בייצור TNT במקום להצטרף לצבא כחייל. לאחר המלחמה חזר לאוניברסיטת מונטנה כמדריך לכימיה.
קריירה אקדמית דרשה דוקטורט, ולכן ב-1921 נרשם יורי לתוכנית דוקטורט באוניברסיטת קליפורניה בברקלי, שם למד תרמודינמיקה אצל גילברט נ. לואיס. הניסיון הראשוני שלו לתזה היה על יינון אדי צזיום. הוא נתקל בקשיים, ומגנאד סאהה (Meghnad Saha) פרסם מאמר טוב יותר בנושא זה. לאחר מכן כתב יורי את התזה שלו על מצבי יינון של גז אידיאלי, שפורסמה לאחר מכן בכתב העת Astrophysical Journal. לאחר שקיבל את הדוקטורט ב-1923, הוענקה ליורי מלגה מטעם הקרן האמריקאית-סקנדינבית ללימודים במכון נילס בוהר בקופנהגן, שם פגש את ורנר הייזנברג, הנס קרמרס, וולפגנג פאולי, ג'ורג' דה הוושי וג'ון סלייטר. בסיום שהותו נסע לגרמניה, שם פגש את אלברט איינשטיין וג'יימס פרנק.
עם חזרתו לארצות הברית, קיבל יורי הצעה למלגת מועצת המחקר הלאומית לאוניברסיטת הרווארד, וכן קיבל הצעה להיות עמית מחקר באוניברסיטת ג'ונס הופקינס. הוא בחר באחרונה. לפני שהחל בעבודה, נסע לסיאטל, וושינגטון, לבקר את אמו. בדרך עצר באוורט, וושינגטון, שם הכיר את ד"ר קייט דאום, עמיתה מאוניברסיטת מונטנה. ד"ר דאום הציגה את יורי לאחותה פרידה. יורי ופרידה התארסו זמן קצר לאחר מכן. הם נישאו בבית אביה בלורנס, קנזס, בשנת 1926. לזוג נולדו ארבעה ילדים: גרטרוד בסי (אליזבת), שנולדה ב-1927; פרידה רבקה, שנולדה ב-1929; מרי אליס, שנולדה ב-1934; וג'ון קלייטון יורי, שנולד ב-1939.
בג'ונס הופקינס, יורי וארתור רוארק כתבו את הספר "אטומים, קוונטים ומולקולות" (1930), אחד הטקסטים הראשונים באנגלית על מכניקת הקוונטים ויישומה למערכות אטומיות ומולקולריות. בשנת 1929 הפך יורי לפרופסור חבר לכימיה באוניברסיטת קולומביה, שם עמיתיו כללו את רודולף שנריימר, דייוויד ריטנברג וט. י. טיילור.
דאוטריום
בשנות ה-20 של המאה ה-20 גילו ויליאם ג'יוק והריק ל. ג'ונסטון את האיזוטופים היציבים של החמצן. איזוטופים לא היו מובנים היטב באותה תקופה; ג'יימס צ'דוויק גילה את הנייטרון רק ב-1932. שתי שיטות שימשו לסיווגם על סמך תכונותיהם הכימיות והפיזיקליות. האחרונה נקבעה באמצעות ספקטרוגרף מסה. מכיוון שהיה ידוע שהמשקל האטומי של החמצן כבד כמעט פי 16 מזה של המימן, ריימונד בירג ודונלד מנזל שיערו שגם למימן יש יותר מאיזוטופ אחד. על סמך ההבדל בין תוצאות שתי השיטות, הם חזו שרק אטום מימן אחד מתוך 4,500 הוא מהאיזוטופ הכבד.
Twenty questions, eight minutes on the clock, and a percentile measured against everyone who has taken it. No sign-up.
Take the IQ test →בשנת 1931 יצא יורי למצוא אותו. יורי וג'ורג' מ. מרפי (1903–1968) חישבו מסדרת באלמר שהאיזוטופ הכבד צריך להיות בעל קווים מוסטים לכחול (ובהתאמה האיזוטופ הקל מוסת לאדום) ב-1.1 עד 1.8 אנגסטרם (1.1×10⁻¹⁰ עד 1.8×10⁻¹⁰ מטרים). ליורי הייתה גישה לספקטרוגרף רשת באורך 21 רגל (6.4 מ'), מכשיר רגיש שהותקן לאחרונה בקולומביה והיה מסוגל לפתור את סדרת באלמר. עם רזולוציה של 1 Å למילימטר, המכשיר היה אמור לייצר הבדל של כמילימטר. עם זאת, מכיוון שרק אטום אחד מתוך 4,500 היה כבד, הקו על הספקטרוגרף היה עמום מאוד. לכן החליט יורי לדחות את פרסום תוצאותיהם עד שיהיו בידיו ראיות חותכות יותר לכך שמדובר במימן כבד.
יורי ומרפי חישבו לפי מודל דביי שלאיזוטופ הכבד תהיה נקודת רתיחה גבוהה במעט מזו של הקל. על ידי חימום זהיר של מימן נוזלי, ניתן היה לזקק 5 ליטרים של מימן נוזלי ל-1 מיליליטר, שיהיה מועשר באיזוטופ הכבד פי 100 עד 200. כדי להשיג חמישה ליטרים של מימן נוזלי, הם נסעו למעבדה לקריוגניקה במכון הלאומי לתקנים בוושינגטון די. סי., שם קיבלו את עזרתו של פרדיננד בריקווד, שאותו הכיר יורי בג'ונס הופקינס.
הדגימה הראשונה ששלח בריקווד התאדתה ב-20 קלווין (-253.2 מעלות צלזיוס; -423.7 מעלות פרנהייט) בלחץ של אטמוספירה סטנדרטית אחת (100 קילו-פסקל). להפתעתם, זה לא הראה שום עדות להעשרה. לאחר מכן הכין בריקווד דגימה שנייה שהתאדתה ב-14 קלווין (-259.1 מעלות צלזיוס; -434.5 מעלות פרנהייט) בלחץ של 53 מ"מ כספית (7.1 קילו-פסקל). בדגימה זו, קווי באלמר למימן כבד היו חזקים פי שבעה. המאמר המכריז על גילוי המימן הכבד, שנקרא מאוחר יותר דאוטריום, פורסם במשותף על ידי יורי, מרפי ובריקווד בשנת 1932. יורי זכה בפרס נובל לכימיה בשנת 1934 "על גילוי המימן הכבד". הוא סירב להגיע לטקס בסטוקהולם כדי שיוכל להיות נוכח בלידת בתו מרי אליס. הוא נבחר גם לחברה הפילוסופית האמריקאית וגם לאקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית בשנה שלאחר מכן. יורי גם קיבל את פרס וילארד גיבס ב-1934, ואת מדליית דייווי ב-1940.
בעבודה עם אדוארד ו. וושבורן מהמכון לתקנים, גילה יורי לאחר מכן את הסיבה לדגימה החריגה. המימן של בריקווד הופרד ממים על ידי אלקטרוליזה, מה שהביא לדגימה מדולדלת. יתרה מכך, פרנסיס ויליאם אסטון דיווח שהערך שחישב עבור המשקל האטומי של המימן היה שגוי, ובכך הפריך את ההיגיון המקורי של בירג ומנזל. גילוי הדאוטריום עמד בעינו, עם זאת.
יורי ווושבורן ניסו להשתמש באלקטרוליזה כדי ליצור מים כבדים טהורים. הטכניקה שלהם הייתה נכונה, אך הם הוקדמו ב-1933 על ידי לואיס, שהיו לו המשאבים של אוניברסיטת קליפורניה לרשותו. באמצעות קירוב בורן-אופנהיימר, יורי ודייוויד ריטנברג חישבו את התכונות של גזים המכילים מימן ודאוטריום. הם הרחיבו זאת להעשרת תרכובות של פחמן, חנקן וחמצן. אלה יכלו לשמש כסמנים בביוכימיה, מה שהוביל לדרך חדשה לגמרי לבחינת תגובות כימיות. הוא הקים את כתב העת Journal of Chemical Physics בשנת 1932, והיה העורך הראשון שלו, בתפקיד זה עד 1940.
בקולומביה, יורי עמד בראש פדרציית האוניברסיטאות לדמוקרטיה וחופש אינטלקטואלי. הוא תמך בהצעתו של האטלנטיסט קלרנס סטרייט לאיחוד פדרלי של הדמוקרטיות העיקריות בעולם, ובצד הרפובליקני במהלך מלחמת האזרחים בספרד. הוא היה מתנגד מוקדם לנאציזם הגרמני וסייע למדענים פליטים, בהם אנריקו פרמי, על ידי עזרה להם למצוא עבודה בארצות הברית ולהסתגל לחיים במדינה חדשה.
פרויקט מנהטן
עד שפרצה מלחמת העולם השנייה באירופה ב-1939, יורי הוכר כמומחה עולמי להפרדת איזוטופים. עד כה, הפרדה כללה רק את היסודות הקלים. ב-1939 וב-1940 פרסם יורי שני מאמרים על הפרדת איזוטופים כבדים יותר, שבהם הציע הפרדה צנטריפוגלית. זה קיבל חשיבות רבה בשל השערתו של נילס בוהר שאורניום-235 הוא ביקועי. מכיוון שנחשב ל"ספק רב אם ניתן להקים תגובת שרשרת מבלי להפריד את 235 משאר האורניום", החל יורי במחקרים אינטנסיביים על האופן שבו ניתן להשיג העשרת אורניום. מלבד הפרדה צנטריפוגלית, ג'ורג' קיסטיאקובסקי הציע שדיפוזיה גזית עשויה להיות שיטה אפשרית. אפשרות שלישית הייתה דיפוזיה תרמית. יורי תיאם את כל מאמצי המחקר להפרדת איזוטופים, כולל המאמץ לייצור מים כבדים, שיכולים לשמש כממתן נייטרונים בכורים גרעיניים.
במאי 1941 מונה יורי לוועדת האורניום, שפיקחה על פרויקט האורניום כחלק מהוועדה הלאומית למחקר הגנה (NDRC). בשנת 1941 הובילו יורי וג'ורג' ב. פגראם משלחת דיפלומטית לאנגליה כדי ליצור שיתוף פעולה בפיתוח פצצת האטום. הבריטים היו אופטימיים לגבי דיפוזיה גזית, אך היה ברור שגם לשיטות הגזיות וגם לצנטריפוגליות יש מכשולים טכניים אדירים. במאי 1943, ככל שפרויקט מנהטן צבר תאוצה, הפך יורי לראש מעבדות חומרי התחליף בזמן מלחמה (מעבדות SAM) בקולומביה. SAM הייתה אחראית על המים הכבדים ועל כל תהליכי העשרת האיזוטופים מלבד התהליך האלקטרומגנטי של ארנסט לורנס.
דיווחים מוקדמים על השיטה הצנטריפוגלית הצביעו על כך שהיא לא הייתה יעילה כפי שנחזה. יורי הציע להשתמש במערכת זרם נגדי יעילה יותר אך מסובכת טכנית במקום שיטת הזרימה הקודמת. עד נובמבר 1941, נראו המכשולים הטכניים כגדולים מספיק כדי לנטוש את התהליך. צנטריפוגות זרם נגדי פותחו לאחר המלחמה, והן כיום השיטה המועדפת במדינות רבות.
תהליך הדיפוזיה הגזית נותר מעודד יותר, אם כי גם לו היו מכשולים טכניים שיש להתגבר עליהם. עד סוף 1943 היו ליורי מעל 700 איש שעבדו עבורו על דיפוזיה גזית. התהליך כלל מאות קסקדות, שבהן אורניום הקסה-פלואוריד קורוזיבי התפזר דרך מחסומים גזיים, והפך מועשר בהדרגה בכל שלב. בעיה מרכזית הייתה מציאת אטמים מתאימים למשאבות, אך הקושי הגדול ביותר טמון בבניית מחסום דיפוזיה מתאים. בניית מפעל הדיפוזיה הגזית העצום K-25 הייתה בעיצומה לפני שמחסום מתאים הפך זמין בכמות ב-1944. כגיבוי, יורי דגל בדיפוזיה תרמית.
מותש מהמאמץ, עזב יורי את הפרויקט בפברואר 1945, כשהוא מעביר את אחריותו ל-ר. ה. קריסט. מפעל K-25 החל לפעול במרץ 1945, וכאשר הבאגים תוקנו, המפעל פעל ביעילות ובכלכליות יוצאת דופן. למשך זמן מה הוזן אורניום למפעל הדיפוזיה התרמית הנוזלית S50, לאחר מכן למפעל הגזי K-25, ולבסוף למפעל ההפרדה האלקטרומגנטית Y-12; אך זמן קצר לאחר סיום המלחמה נסגרו מפעלי ההפרדה התרמית והאלקטרומגנטית, וההפרדה בוצעה על ידי K-25 בלבד. יחד עם התאום שלו K-27, שנבנה ב-1946, הוא הפך למפעל העיקרי להפרדת איזוטופים בתקופה שלאחר המלחמה. על עבודתו בפרויקט מנהטן זכה יורי במדליית הכבוד על ידי מנהל הפרויקט, מייג'ור גנרל לסלי ר. גרובס הבן.
שנות שלאחר המלחמה
לאחר המלחמה הפך יורי לפרופסור לכימיה במכון למחקרים גרעיניים, ולאחר מכן הפך לפרופסור לכימיה על שם ריירסון באוניברסיטת שיקגו ב-1952. הוא לא המשיך במחקריו שלפני המלחמה עם איזוטופים. עם זאת, ביישום הידע שנצבר עם מימן על חמצן, הוא הבין שהפרקציה בין פחמתי למים עבור חמצן-18 וחמצן-16 תפחת בפקטור של 1.04 בין 0 ל-25 מעלות צלזיוס (32 ו-77 מעלות פרנהייט). לאחר מכן ניתן היה להשתמש ביחס האיזוטופים כדי לקבוע טמפרטורות ממוצעות, בהנחה שציוד המדידה היה רגיש מספיק. הצוות כלל את עמיתו ראלף בוכסבאום. בדיקה של בלמניט בן 100 מיליון שנה הצביעה אז על טמפרטורות הקיץ והחורף שבהן חי לאורך תקופה של ארבע שנים. על מחקר פליאוקלימטי חלוצי זה זכה יורי במדליית ארתור ל. דיי מהחברה הגיאולוגית של אמריקה, ובפרס ו. מ. גולדשמידט של החברה הגיאוכימית. באוניברסיטת שיקגו, תרם יורי למשוואת יורי-ביגליסן-מאייר, מודל של פרקציית איזוטופים יציבים.
יורי ניהל קמפיין פעיל נגד הצעת החוק מיי-ג'ונסון ב-1946 כי חשש שהיא תוביל לשליטה צבאית באנרגיה גרעינית, אך תמך ונלחם למען הצעת החוק של מקמהון שהחליפה אותה, ויצרה בסופו של דבר את הוועדה לאנרגיה אטומית. מחויבותו של יורי לאידיאל של ממשלת עולם נבעה מלפני המלחמה, אך האפשרות למלחמה גרעינית הפכה אותה לדחופה עוד יותר בעיניו. הוא יצא לסיורי הרצאות נגד מלחמה, והיה מעורב בוויכוחים בקונגרס בנוגע לסוגיות גרעיניות. הוא טען בפומבי למען אתל וג'וליוס רוזנברג, וזומן להופיע בפני ועדת בית הנבחרים לפעילות אנטי-אמריקאית.
קוסמוכימיה וניסוי מילר-יורי
בחיים המאוחרים, יורי עזר לפתח את תחום הקוסמוכימיה והוא נחשב למי שטבע את המונח. עבודתו על חמצן-18 הובילה אותו לפתח תאוריות על שפע היסודות הכימיים על פני כדור הארץ, ועל שפעיהם והתפתחותם בכוכבים. יורי סיכם את עבודתו בספר "הכוכבים: מקורם והתפתחותם" (1952). יורי שיער שהאטמוספירה הארצית הקדומה הורכבה מאמוניה, מתאן ומימן. אחד מסטודנטים לתואר שני שלו בשיקגו, סטנלי ל. מילר, הראה בניסוי מילר-יורי כי אם תערובת כזו נחשפת לניצוצות חשמליים ומים, היא יכולה להגיב ליצירת חומצות אמינו, הנחשבות בדרך כלל לאבני הבניין של החיים.
יורי גם חקר את השפע האיזוטופי של גופים קוסמיים, במיוחד את תרומת הרדיואיזוטופים לחימום פנימי. כמחווה לתרומתו, מדענים מתייחסים ליחס שבין יצירת החום הפנימי של כוכב הלכת לשטף החום על פני השטח כיחס יורי. יורי בילה שנה בבריטניה כפרופסור אורח באוניברסיטת אוקספורד ב-1956 וב-1957. בשנת 1958 הוא הגיע לגיל הפרישה של אוניברסיטת שיקגו, 65, אך קיבל משרה כפרופסור כללי באוניברסיטת קליפורניה החדשה בסן דייגו (UCSD), ועבר ללה הויה, קליפורניה. לאחר מכן הוא הפך שם לפרופסור אמריטוס בין השנים 1970–1981. יורי עזר להקים את הפקולטה למדעים שם. הוא היה אחד החברים המייסדים של בית הספר לכימיה ב-UCSD, שהוקם ב-1960, יחד עם סטנלי מילר, הנס סוס וג'ים ארנולד.
בסוף שנות ה-50 ותחילת שנות ה-60, מדעי החלל הפכו לנושא מחקר בעקבות שיגור ספוטניק 1. יורי עזר לשכנע את נאס"א להפוך גשושיות לא מאוישות לירח לעדיפות. כאשר אפולו 11 החזירה דגימות סלע מהירח, יורי בחן אותן במעבדת הקבלה הירחית. הדגימות תמכו בטענתו של יורי שלירח ולכדור הארץ היה מקור משותף. בזמן שהותו ב-UCSD, פרסם יורי 105 מאמרים מדעיים, 47 מהם על נושאים ירחיים. כשנשאל מדוע הוא ממשיך לעבוד כל כך קשה, הוא התבדח: "ובכן, אתה יודע שאני כבר לא במעמד קביעות."
מוות ומורשת
יורי נהנה מגינון ומגידול סחלבי קטליה, סימבידיום וסחלבים אחרים. הוא מת בלה הויה, קליפורניה, ב-5 בינואר 1981, וקבור בבית הקברות פיירפילד במחוז דקאלב, אינדיאנה.
מלבד פרס נובל שלו, הוא זכה גם במדליית פרנקלין ב-1943, במדליית ג'. לורנס סמית' ב-1962, במדליית הזהב של החברה המלכותית לאסטרונומיה ב-1966, בפרס פלטת הזהב של האקדמיה האמריקאית להישגים ב-1966, ובמדליית פריסטלי של החברה הכימית האמריקאית ב-1973. בשנת 1964 קיבל את המדליה הלאומית למדעים. הוא הפך לעמית בחברה המלכותית ב-1947. על שמו קרויים מכתש הפגיעה הירחי יורי, אסטרואיד 4716 יורי, ופרס ה. ס. יורי, המוענק על הישגים במדעי הפלנטות על ידי האגודה האמריקאית לאסטרונומיה. בית הספר התיכון הרולד ס. יורי בווקרטון, אינדיאנה, קרוי גם הוא על שמו, וכך גם היכל יורי, בניין הכימיה במכללת רוול, UCSD, בלה הויה, ואולם ההרצאות הרולד ס. יורי באוניברסיטת מונטנה. UCSD הקימה גם קתדרה על שם הרולד ס. יורי שהמחזיק הראשון בה היה ג'יימס ארנולד.
בתו של יורי, אליזבת ברנגר, הפכה גם היא לפיזיקאית בולטת.