哈羅德·克萊頓·尤里 - 成功的發(fā)現(xiàn)

1931年，物理學(xué)家伯奇和天體物理學(xué)家門澤爾根據(jù)他們的實驗結(jié)果，首先提出了“氫除含有原子量大約為1的一些原子外，還含有原子量大約為2的一些原子，后者的嘗試約為1/4500”的假說。當(dāng)時在美國哥倫比亞大學(xué)工作的尤里教授對這一假說非常感興趣。因為他對這個問題已經(jīng)思考過很長時間了，他認為，如果讓液態(tài)氫在低溫下蒸發(fā)，很可能使原子量為2的氫得到富集。

1931年秋天，尤里得到幾立方毫米液氫。通過光譜分析，發(fā)現(xiàn)了一些新的譜線，它的位置正好與預(yù)期原子量為2的氫譜線一致，從而發(fā)現(xiàn)了重氫。根據(jù)尤里的建議，重氫被命名為DEUTERUM(中文譯為氘)，在希臘語中是“第二”的意思。但是，正當(dāng)尤里因發(fā)現(xiàn)了氘而獲得諾貝爾化學(xué)獎的時候，英國杰出的實驗物理學(xué)家和化學(xué)家阿斯頓發(fā)表文章指出，伯奇和門澤爾的測量是有錯誤的，阿斯頓用質(zhì)譜法測得的氫原子量是1．00881，代替了原來的1．0078。這就等于宣告伯奇和門澤爾原來對氫原子量的爭論和作出的判斷是不正確的。那么，尤里是怎樣看待這件事呢?在獲得諾貝爾獎時，尤里的一段話正好表明他的態(tài)度：“當(dāng)我的講演稿已經(jīng)寫好以后，阿斯頓用新的測量證明，伯奇和門澤爾在1931年的預(yù)言是錯誤的。但我不想因此而修改我的講演稿了。因為，伯奇和門澤爾的預(yù)言是在發(fā)現(xiàn)前就作出的。因此這個預(yù)言十分重要，沒有這個預(yù)言，我就不會去尋氘了�！�

哈羅德·克萊頓·尤里 - 刻苦求學(xué)之路

哈羅德·克萊頓·尤里出生于美國印第安納州的沃克頓，在他6歲的時候，在鄉(xiāng)間當(dāng)牧師的父親去世了。后來，母親改嫁，繼父也是一位牧師，他幫助尤里完成了幼年的教育，1911年，他中學(xué)畢業(yè)，沒有足夠的學(xué)費，無法繼續(xù)上大學(xué)，只好自己想辦法。碰巧，鄉(xiāng)下的一所學(xué)校缺少一名教師，尤里覺得去當(dāng)一名教師既可以解決目前的生活問題又可以解決目前的生活問題又可以籌集上大學(xué)的費用。于是他成了鄉(xiāng)村學(xué)校的教師，一干就是3年。

1914年，尤里進了蒙大拿大學(xué)，開始他的專業(yè)是動物學(xué)，后來改讀化學(xué)。上大學(xué)之后，困擾尤里的仍然是經(jīng)濟問題，為此，尤里的確傷透了腦筋。為了節(jié)約開支，他沒有租公寓住，而是在學(xué)校的一處空地上自己搭了一個帳篷，在里面學(xué)習(xí)、生活。他還盡可能的利用假期到外面去做工以解決學(xué)費不足。

尤里畢業(yè)的時候，正值第一次世界大戰(zhàn)期間，他先在費城一家化工廠找到了工作，當(dāng)化學(xué)分析員。工作兩年后，他又回到母校當(dāng)起化學(xué)講師。1921年，他進入加利福尼亞大學(xué)攻讀博士學(xué)位，他的指導(dǎo)教師是路易斯。路易斯曾預(yù)方自然界存在著原子量是普通氫原子量兩倍的氫的同位素，這一觀點明顯地影響了尤里，對他發(fā)現(xiàn)重氫起著推動作用。他的博士論文就是研究雙原子氣體性質(zhì)的。他以優(yōu)異的成績?nèi)〉昧瞬┦繉W(xué)位。1923年他得到美國——斯堪的那維亞基金學(xué)會獎學(xué)金的資助。

得到了獎學(xué)金后，從1921年到1923年在美國加州大學(xué)進修。成績優(yōu)異，三十歲時，取得了博士學(xué)位。1923年他又得了出國進修的獎學(xué)金，去丹麥跟波爾教授專門研究原子結(jié)構(gòu)理論。尤里回國以后，先在約翰·霍普金斯大學(xué)擔(dān)任講師。1929年到哥倫比亞大學(xué)擔(dān)任化學(xué)系副教授，他在這里和別人合作，寫了一本專著，書名是《原子、分子和量子（Atoms、MoleculesandQuanta)。這是用英文寫的關(guān)于量子力學(xué)的名著之一。這說明了尤里對于量子力學(xué)和熱力學(xué)，以及核結(jié)構(gòu)的成就，本來早已經(jīng)達到相當(dāng)高的水平了。在這期間，他用光譜法發(fā)現(xiàn)了驚人的氫同位素之一，氘。尤里從此以后，成為同位素化學(xué)方面公認的權(quán)威。經(jīng)過他的研究，使同位素的分離開始有了化學(xué)方法。由于這種方法的成功，很多同位素才成為化學(xué)的、生物學(xué)的、地質(zhì)學(xué)等方面的示蹤物。在二次世界大戰(zhàn)時，他利用同位素化學(xué)的豐富知識對最后戰(zhàn)勝日本起了重大的作用。過去同位素的分離，只是在極小的范圍內(nèi)，用實驗室的規(guī)模進行的。第二次世界大戰(zhàn)期間，尤里領(lǐng)導(dǎo)了一批助手，使重水分離和鈾同位素的大規(guī)模分離，得以實現(xiàn)，這一技術(shù)方面的成功，便第一批原子彈的生產(chǎn)，成為可能。

哈羅德·克萊頓·尤里 - 發(fā)現(xiàn)氫同位素

同位素這個名詞的西文isotope是英國人索迪于1911年開始使用的。后來，另一位英國人阿斯頓（F.W.Aston，1877—1945），在1919年制成了質(zhì)譜儀，可以用來分離不同質(zhì)量的粒子，并且測定它們的質(zhì)量。這就把研究同位素的方法提高了一大步。阿斯頓先后利用質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)了很多元素的同位素，他在71種元素之中，陸續(xù)找到了202種同位素之多，這為我們認識同位素，開始積累了大量資料。最引人關(guān)注的是，氫有沒有同位素的問題。為了尋找氫的同位素，人們前后用了十幾年的時間，而沒有得出肯定的結(jié)果。1931年初，有人從理論上推導(dǎo)，認為應(yīng)該有質(zhì)量數(shù)為2的氫同位素存在，并且估算出2H:1H=1:4500的比例。

1931年年底，美國哥倫比亞大學(xué)的尤里教授和他的助手們，把四升液態(tài)氫在三相點14°K下緩慢蒸發(fā)，最后只剩下幾立方毫米液氫，然后用光譜分析。結(jié)果在氫原子光譜的譜線中，得到一些新譜線，它們的位置正好與預(yù)期的質(zhì)量為2的氫譜線一致，從而發(fā)現(xiàn)了重氫。尤里對它定了一個專門名，稱deuterium，中文譯氘，符號D。后來英、美的科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量為3的tritium，中文譯為氚，符號T,是具有放射性的另一重要氫同位素。

1931年，物理學(xué)家伯奇和天體物理學(xué)家門澤爾提出了有關(guān)氫同位素的假說。尤里知道這件事的第二天就開始設(shè)計尋找氫同位素的實驗，他設(shè)計了用分餾的方法來發(fā)地找重氫。這一年秋日的某一天，美國標(biāo)準(zhǔn)計量局的布里克維吉把蒸發(fā)了大量液態(tài)氫之后剩下的最后幾滴氫裝在容器里，送給尤里做實驗。尤里通過光譜分析，終于分辯出兩種不同的氫來。

大約5千個氫原子中有一個重氫。普通氫原子含有一個質(zhì)子和一個電子，原子量為1。重氫則多了一個中子，原子量為2。如果重氫與氧原子結(jié)合，就生成重水。它比普通水重10%左右，比重是1：108，最大密度溫度是11.22℃。重水在許多性質(zhì)上與一般水不同。

重水的冰點是3.8℃，沸點是101.42℃。一些動物，如蝌蚪不能在重水中生存。一些植物種子澆了重水之后也不能生長發(fā)芽。但重水在原子核反應(yīng)堆里能降低中子速度，又幾乎不吸收中子，因而在原子核反應(yīng)堆里是最好的中子減速劑。世界上最早的純重水是尤里的教師路易斯在實驗室中制得的。

1934年，在尤里發(fā)現(xiàn)氘之后的第3年，他被授予諾貝爾化學(xué)獎。這一年他僅41歲。一個發(fā)現(xiàn)在短短的3年內(nèi)就為科學(xué)所接受并授予諾貝爾獎，這種情況在歷史上是不多見的。

哈羅德·克萊頓·尤里 - 反法西斯戰(zhàn)斗

第二次世界大戰(zhàn)期間，尤里參加了美國政府研制原子彈的“曼哈頓計劃”。尤里利用他掌握的同位素化學(xué)方面豐富的知識，對于生產(chǎn)第一顆原子彈起了很大作用。

制造原子彈必須把鈾235和鈾238分離開來。尤里負責(zé)研究分離方法。他的辦法是，首先使鈾變成鈾的氯化物，使它以氣態(tài)存在。然后使這些氣體通過鉆有許多細孔的板，當(dāng)它們通過細孔時，較輕的鈾235分子擴散的速度要比較重的鈾238銷快一些。這樣一來，在通過多孔板之后，氣體中鈾235的含量就會提高，連續(xù)通過約5000道多孔板，鈾235的含量就達到所需要的標(biāo)準(zhǔn)了。

第一顆原子彈就是用這種方法分離出來的鈾制成的。尤里當(dāng)初是懷著對德意日法西斯強烈的憤恨參加到“曼哈頓計劃”中。他和其他科學(xué)家一道努力制造出了原子彈。但是原子彈的巨大破壞力給和平的居民帶來了可怕的災(zāi)難。

因此，尤里堅決反對使用原子武器。特別是他一生最后十多年里，通過公開講演和發(fā)表文章呼吁禁止核武器，他在臨終之前還一再強調(diào)，原子能只能用于和平目的。戰(zhàn)后，尤里相當(dāng)一部分精力從事宇宙化學(xué)方面的研究。他研究了地球、隕石、太陽及其他恒星的元素豐度及同位素豐度。1953年他與學(xué)生米勒設(shè)訐了一套儀器，模擬原始地球大氣的成分和條件，在甲烷、氨、氫和水蒸氣混合物中，連續(xù)進行了一星期的火花放電后，形成了十多種氨基酸。這說明在原始大氣中產(chǎn)生蛋白質(zhì)是可能的。這為生命起源的研究提供了一個方向。

1981年1月6日，87歲高齡的尤里病故。

哈羅德·克萊頓·尤里 - 學(xué)術(shù)成果

他發(fā)表了一篇極重要的論文，這篇論文的題目是《同位素物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)》。此后，尤里利用了高度精確的質(zhì)譜儀，來檢驗地質(zhì)和海洋中的氧同位素的百分比。由于這項技術(shù)的成功，他能相當(dāng)準(zhǔn)確地計算出七千萬年前海洋的溫度。他在1952年發(fā)表了宇宙間元素豐度的數(shù)據(jù)，發(fā)展了元素起源和宇宙學(xué)理論。地的專著行星：其起源和發(fā)展》(ThePlanets：TheirOriginandDevelopment）一書中，從化學(xué)過程來討論太陽系演化的學(xué)說，指出行星是由圍繞在原始太陽周圍的塵埃聚集成的。地球的原始大氣應(yīng)當(dāng)和現(xiàn)在的木星大氣相似，主要由甲烷、氨和氫所組成。地球現(xiàn)在的大氣是經(jīng)幾個長期階段的變化形成的。

1953年尤里和學(xué)生米勒（StanleyL.Miller）設(shè)計了一套儀器，模擬原始地球大氣的成份和條件，在甲烷、氨、氫和水蒸氣混合物中，連續(xù)進行了一星期的火花放電后，形成了十多種氨基酸。這說明了原始大氣產(chǎn)生蛋白質(zhì)的可能。這為研究生命起源問題開展了重要途徑。

1968年他六十五歲時，被加州大學(xué)聘為海洋研究所的高級研究員，他又提出了太陽系由隕石形成的理論，并認為在別的行星上也可能產(chǎn)生生命。尤里還是研究月球表面的專家。阿波羅登月取回月巖的樣品，就是由尤里主持參加研究的。在海盜號火箭探索火星計劃中，尤里又擔(dān)任重要顧問。尤里在四十一歲時榮獲諾貝爾化學(xué)獎外，他還先后得到各國政府、學(xué)術(shù)團體和科學(xué)組織授予的三十多種獎?wù)潞酮勂�，美國一些大學(xué)授給他十六個榮譽博士學(xué)位，其他國家的大學(xué)也曾授予他九個榮譽學(xué)位。這說明了世界上學(xué)術(shù)界對他的科學(xué)成就之重視。

在尤里一生的最后十年中，他把很我精力放在反對原子武器的破壞作用上。他早就認為美國不可能獨占核武器，他主張美國和蘇聯(lián)都應(yīng)當(dāng)減少原子武器，使世界長期和平可能達到。他在臨終之前，還一再強調(diào)，原子能只能用于和平目的。他多年來所做的大量公開講演講和文字呼吁，曾經(jīng)得到美國好此知識分子的同情，盡管有人不同意尤里的一些觀點,但沒有人懷疑，他的主張是真誠的和發(fā)自內(nèi)心的。