이 큰 홀을 둘러볼 때, 나는 Alfred Nobel의 정령에 의해 마법의 세계로 이동된 것 같은 느낌을 받습니다. 우리가 과학을 대표하도록 선택되었을까요?
Sir John Douglas Cockcroft는 1951년 원자핵 분열로 Ernest Walton과 함께 노벨 물리학상을 수상한 영국 물리학자이며, 원자력 개발에 중요한 역할을 했습니다.
제1차 세계대전 중 Royal Field Artillery의 Western Front에서 복무한 후, Cockcroft는 Metropolitan Vickers Trafford Park의 견습생이면서 Manchester Municipal College of Technology에서 전기 공학을 공부했으며 그들의 연구원으로도 일했습니다. 그 후 Cambridge의 St. John's College에 장학금을 받았으며, 1924년 6월 tripos 시험에 합격하여 wrangler가 되었습니다. Ernest Rutherford는 Cockcroft를 Cavendish Laboratory의 연구생으로 받아들였고, Cockcroft는 Rutherford의 감독 아래 1928년 박사 학위를 완료했습니다. Ernest Walton과 Mark Oliphant와 함께 그는 Cockcroft–Walton 가속기로 알려지게 된 장치를 만들었습니다. Cockcroft와 Walton은 이를 사용하여 원자핵의 최초의 인공 붕괴를 수행했으며, 이는 대중적으로 원자 분열로 알려져 있습니다.
제2차 세계대전 중 Cockcroft는 Ministry of Supply의 과학 연구 부국장이 되어 레이더 작업에 종사했습니다. 그는 또한 Frisch–Peierls 메모랑덤에서 발생하는 문제를 처리하기 위해 구성된 위원회의 일원이었으며, 이는 원자폭탄이 기술적으로 실행 가능할 수 있다고 계산했고, 그 뒤를 이은 MAUD Committee의 위원이기도 했습니다. 1940년에는 Tizard Mission의 일환으로 미국의 동료들과 영국 기술을 공유했습니다. 전쟁 후기에 Tizard Mission의 성과가 SCR-584 레이더 세트와 근접 신관 형태로 영국으로 돌아왔으며, 이는 V-1 비행폭탄을 격퇴하는 데 사용되었습니다. 1944년 5월, 그는 Montreal Laboratory의 국장이 되어 ZEEP와 NRX 원자로의 개발과 Chalk River Laboratories의 창설을 감독했습니다.
전쟁 후 Cockcroft는 Harwell의 Atomic Energy Research Establishment AERE 국장이 되었으며, 저전력 흑연 감속 GLEEP은 1947년 8월 15일에 시작되었을 때 서유럽에서 운영된 최초의 원자로가 되었습니다. 이어 1948년 BEPO가 뒤를 이었습니다. Harwell은 원자로 설계와 Windscale의 화학 분리 시설 설계에 참여했습니다. 그의 지휘 아래 ZETA 프로그램을 포함한 최첨단 핵융합 연구에 참여했습니다. Windscale 원자로의 굴뚝 필터 장착에 대한 그의 주장은 Cockcroft's Folly로 조롱받았으나, 1957년 Windscale 화재에서 원자로 중 하나의 노심이 점화되어 방사성 핵종을 방출할 때까지 계속되었습니다.
1959년부터 1967년까지 그는 Cambridge의 Churchill College의 첫 번째 Master였습니다. 1961년부터 1965년까지 Canberra의 Australian National University 총장이기도 했습니다.
초기 생애
John Douglas Cockcroft는 "Johnny W."로도 알려져 있으며, 1897년 5월 27일 영국 Yorkshire의 West Riding, Todmorden에서 태어났습니다. 그는 제분소 소유주인 John Arthur Cockcroft와 그의 아내 Annie Maude née Fielden의 장남이었습니다. 그는 네 명의 어린 형제가 있었습니다: Eric, Philip, Keith, Lionel입니다. 초기 교육은 1901년부터 1908년까지 Walsden의 Church of England 학교, 1908년부터 1909년까지 Todmorden Elementary School, 1909년부터 1914년까지 Todmorden Secondary School에서 받았으며, 여기서 축구와 크리켓을 했습니다. 학교의 소녀들 중에는 그의 미래 아내인 Eunice Elizabeth Crabtree가 있었습니다. 1914년 그는 West Riding of Yorkshire 카운티 주요 장학금을 획득하여 Manchester의 Victoria University에 입학했으며, 여기서 수학을 공부했습니다.
제1차 세계대전은 1914년 8월에 발발했습니다. Cockcroft는 1915년 6월 Manchester에서 1학년을 마쳤습니다. 그는 거기서 Officer Training Corps에 입단했으나 장교가 되기를 원하지 않았습니다. 여름 방학 중 그는 Wales의 Kinmel Camp의 YMCA 카페에서 일했습니다. 그는 1915년 11월 24일 영국군에 입대했습니다. 1916년 3월 29일 그는 59th Training Brigade, Royal Field Artillery에 입대했으며, 여기서 신호병으로 훈련받았습니다. 그 후 Western Front의 20th Light Division 부대 중 하나인 B Battery, 92nd Field Artillery Brigade에 배치되었습니다.
Cockcroft는 Hindenburg Line 진격과 Ypres 제3차 전투에 참전했습니다. 그는 장교 임관을 신청했으며 승인되었습니다. 그는 1918년 2월 Brighton으로 포병학을 배우러 가고, 1918년 4월에는 Northamptonshire의 Weedon Bec의 Officer Candidate School로 가서 야전포병 장교로 훈련받았습니다. 그는 1918년 10월 17일 Royal Field Artillery의 중위로 임관되었습니다.
전쟁이 끝난 후 Cockcroft는 1919년 1월 군대에서 제대했습니다. 그는 Manchester의 Victoria University로 돌아가지 않고 Manchester Municipal College of Technology에서 전기 공학을 공부하기로 결정했습니다. Victoria University of Manchester에서 1년을 완료했기 때문에 그는 과정의 첫 해를 건너뛸 수 있었습니다. 그는 1920년 6월 BSc를 받았습니다. 그곳의 전기 공학 교수인 Miles Walker는 그에게 Metropolitan Vickers와의 견습을 권유했습니다. 그는 1851 Exhibition Scholarship을 Royal Commission for the Exhibition of 1851에서 받았으며, 1922년 6월 "Harmonic Analysis for Alternating Currents"에 대한 MSc 논문을 제출했습니다.
Walker는 그 후 Cockcroft이 Walker의 모교인 Cambridge의 St. John's College의 장학금 시험을 보도록 제안했습니다. Cockcroft는 성공하여 £30 장학금과 제한된 수단의 학부생에게 수여되는 £20 보조금을 받았습니다. Metropolitan Vickers는 학위를 완료한 후 돌아올 조건으로 그에게 £50을 주었습니다. Walker와 한 이모가 £316 학비의 균형을 맞추었습니다. 다른 대학의 졸업생으로서 그는 tripos의 첫 해를 건너뛸 수 있었습니다. 그는 1924년 6월 tripos 시험에 합격했으며, wrangler로 B*를 획득했고, BA 학위를 받았습니다.
Cockcroft는 1925년 8월 26일 Todmorden의 Bridge Street United Methodist Church에서 Elizabeth Crabtree와 결혼했습니다. 그들은 6명의 자녀를 두었습니다. 첫째는 Timothy로 알려진 소년이었으며 유아기에 사망했습니다. 그 후 그들은 Joan Dorothea Thea, Jocelyn, Elisabeth Fielden, Catherine Helena의 4명의 딸과 Christopher Hugh John이라는 다른 아들을 두었습니다.
핵 연구
Ernest Rutherford는 Miles Walker의 추천과 Metropolitan Vickers의 연구 국장의 추천으로 Cockcroft을 Cavendish Laboratory의 연구생으로 받아들였습니다. Cockcroft은 1924년 St John's College의 Foundation Scholarship과 State Scholarship을 받으며 박사 과정 학생으로 등록했습니다. Rutherford의 감독 아래 그는 박사 논문 "On phenomena occurring in the condensation of molecular streams on surfaces"를 작성했으며, 이는 Royal Society의 Proceedings에 출판되었습니다. 그는 1925년 9월 6일 박사 학위를 받았습니다. 이 기간 동안 그는 극저온의 자기장 물리학에 연구하고 있던 러시아 물리학자 Peter Kapitza의 조수였습니다. Cockcroft은 헬륨 액화기의 설계와 건설을 도왔습니다.
1919년에 Rutherford는 방사성 라듐에서 방출된 알파 입자로 질소 원자의 붕괴에 성공했습니다. 이것과 그 이후의 실험들은 원자핵의 구조를 시사했습니다. 이를 더 탐구하기 위해 그는 원자핵의 전하를 극복하기에 충분한 속도로 입자를 생성하기 위한 인공적인 수단이 필요했습니다. 이것은 Cavendish Laboratory에서 새로운 연구 라인을 열었습니다. 그는 Cockcroft, Thomas Allibone, Ernest Walton을 이 문제에 할당했습니다. 그들은 Cockcroft–Walton 가속기로 알려지게 된 장치를 만들었습니다. Mark Oliphant는 그들을 위한 양성자 공급원을 설계했습니다. 결정적인 순간은 Cockcroft이 George Gamow의 양자 터널링에 관한 논문을 읽었을 때 왔습니다. Cockcroft은 이 현상의 결과로 원하는 효과가 처음 생각했던 것보다 훨씬 낮은 전압으로 달성될 수 있음을 깨달았습니다. 실제로 그는 에너지가 300,000 전자볼트인 양성자가 붕소 핵을 관통할 수 있다고 계산했습니다. Cockcroft과 Walton은 다음 2년 동안 그들의 가속기에서 일했습니다. Rutherford는 필요한 변압기 및 기타 장비를 구입하기 위해 Cambridge 대학에서 £1,000 보조금을 받았습니다.
Cockcroft는 1928년 11월 5일 St. John's College의 Fellow로 선출되었습니다. 그와 Walton은 1932년 3월부터 그들의 가속기를 운영하기 시작하여 리튬과 베릴륨을 고에너지 양성자로 폭격했습니다. 그들은 프랑스 과학자들이 보고한 감마선을 볼 것으로 예상했지만 아무것도 발견되지 않았습니다. 1932년 2월 James Chadwick은 관찰된 것이 실제로는 중성자임을 입증했습니다. Cockcroft과 Walton은 그 후 대신 알파 입자를 찾는 것으로 전환했습니다. 1932년 4월 14일 Walton은 리튬 표적을 폭격했고 알파 입자일 수 있다고 생각되는 것을 발견했습니다. Cockcroft과 그 다음 Rutherford가 소환되었으며, 실제로 그렇다는 것을 확인했습니다. 그 저녁 Cockcroft과 Walton은 Rutherford의 집에서 만나 Nature에 편지를 작성했으며, 그들의 결과인 원자핵의 최초의 인공 붕괴를 발표했습니다:
이 업적은 대중적으로 원자 분열로 알려져 있습니다. 이 업적으로 Cockcroft과 Walton은 1938년 Hughes Medal을, 1951년 노벨 물리학상을 수상했습니다. 그들은 양성자, 중수소, 알파 입자를 사용하여 탄소, 질소, 산소를 붕괴시키는 것을 계속했습니다. 그들은 탄소-11과 질소-13을 포함한 방사성 동위원소를 생성했음을 입증했습니다.
1929년 Cockcroft는 St John's College의 Mechanical Sciences 감독으로 임명되었습니다. 1931년 Physics 감독으로 임명되었으며, 1933년에는 junior bursar가 되어 많은 건물이 방치로 인해 고통받고 있는 건물 유지 관리를 담당하게 되었습니다. 대학 게이트하우스는 데드워치 딱정벌레가 입힌 손상을 수리하기 위해 부분적으로 철거해야 했으며, Cockcroft은 전기 배선을 감독했습니다. 1935년 Rutherford는 그를 Soviet Union으로 돌아간 Kapitza의 대리인으로 Mond Laboratory의 연구 국장으로 임명했습니다. 그는 새로운 극저온 장비의 설치를 감독했으며, 저온 연구를 감독했습니다. 그는 1936년 Royal Society의 Fellow로 선출되었으며, 1939년에는 Jacksonian Professor of Natural Philosophy로 선출되어 1939년 10월 1일부터 효력을 발휘했습니다.
Cockcroft과 Walton은 그들의 가속기의 한계를 잘 알고 있었습니다. 미국의 Ernest Lawrence에 의해 훨씬 더 나은 설계가 개발되었으며, 그는 이를 사이클로트론이라고 불렀습니다. Cavendish Laboratory는 열등한 가속기를 가졌음에도 불구하고 영리한 물리학으로 미국인들보다 앞설 수 있었지만, Cockcroft은 Rutherford에게 Cavendish 연구소를 위한 사이클로트론을 얻도록 촉구했습니다. Rutherford는 가격에 놀랐지만, Lord Austin의 £250,000 선물은 Lawrence의 설계를 기반으로 한 36인치 910 mm 사이클로트론과 이를 수용할 새로운 날개의 건설을 가능하게 했습니다. Cockcroft은 이 작업을 감독했습니다. 사이클로트론은 1938년 10월까지 운영되었으며, 새로운 날개는 1940년에 완성되었습니다. Oliphant는 사이클로트론이 충분히 크지 않다고 생각했으며, University of Birmingham에서 더 큰 60인치 사이클로트론의 건설을 시작했습니다. 그 건설은 1939년 유럽에서 제2차 세계대전이 발발하면서 지연되었으며, 전쟁 후 완성되었을 때도 낡은 것이 되었을 것입니다.
제2차 세계대전
제2차 세계대전 발발 시 Cockcroft는 Ministry of Supply의 과학 연구 부국장으로 근무하여 레이더 작업을 했습니다. 1938년 Sir Henry Tizard는 Cockcroft에게 Chain Home을 보여주었으며, 이는 항공기를 탐지하고 추적하기 위해 Royal Air Force RAF가 구축한 해안 조기 경보 레이더 역할을 했습니다. 이제 그는 과학자들을 배치하여 시스템을 완전히 운영되도록 하는 것을 도왔습니다. 1940년에 그는 Scientific Research and Technical Development를 위한 Advisory Council의 일원이 되었습니다. 1940년 4월, 그는 Frisch–Peierls 메모랑덤에서 발생하는 문제를 처리하기 위해 구성된 Air Warfare의 Scientific Study 위원회의 일원이 되었으며, 이는 원자폭탄이 기술적으로 실행 가능할 수 있다고 계산했습니다. 이 위원회는 1940년 6월 Cockcroft도 회원이었던 MAUD Committee로 인계되었습니다. 이 위원회는 영국에서 획기적인 초기 연구를 지시했습니다.
1940년 8월 Cockcroft는 Tizard Mission의 일환으로 미국으로 여행했습니다. 영국은 많은 새로운 기술을 개발했지만 이를 완전히 활용할 산업 용량이 부족했기 때문에, 아직 전쟁 상태가 아닌 미국과 이를 공유하기로 결정했습니다. Tizard Mission이 제공한 정보는 전쟁 중에 이루어진 가장 위대한 과학적 진보 중 일부를 포함했습니다. 공유된 기술에는 레이더 기술, 특히 American historian James Phinney Baxter III가 "우리 해안에 가져온 가장 가치 있는 화물"이라고 설명한 Birmingham의 Oliphant 그룹이 설계한 크게 개선된 공동 자기 방식,
