Когда я смотрю вокруг этого великого зала, я чувствую, что был перенесен в волшебный мир джинном Альфреда Нобеля. Как получилось, что мы были выбраны, чтобы представлять Науку?
Сэр John Douglas Cockcroft был британским физиком, который разделил с Ernest Walton Нобелевскую премию по физике в 1951 году за расщепление атомного ядра и сыграл важную роль в развитии атомной энергетики.
После службы на Западном фронте в Королевской полевой артиллерии во время Первой мировой войны Cockcroft изучал электротехнику в Manchester Municipal College of Technology, одновременно работая учеником в Metropolitan Vickers Trafford Park и являясь членом их научно-исследовательского отдела. Затем он выиграл стипендию в St. John's College, Cambridge, где сдал экзамен tripos в июне 1924 года, став вранглером. Ernest Rutherford принял Cockcroft в качестве научного сотрудника в Cavendish Laboratory, и Cockcroft завершил свою докторскую диссертацию под руководством Rutherford в 1928 году. Вместе с Ernest Walton и Mark Oliphant он построил то, что стало известно как ускоритель Cockcroft–Walton. Cockcroft и Walton использовали его для проведения первого искусственного расщепления атомного ядра, подвига, получившего популярное название расщепление атома.
Во время Второй мировой войны Cockcroft стал помощником директора научных исследований в Министерстве снабжения, работая над радаром. Он также был членом комитета, созданного для решения вопросов, вытекающих из меморандума Frisch–Peierls, в котором подсчитывалось, что атомная бомба может быть технически осуществима, и комитета MAUD, который его сменил. В 1940 году в рамках Миссии Tizard он поделился британскими технологиями со своими коллегами в Соединенных Штатах. Позже во время войны плоды Миссии Tizard вернулись в Британию в виде радарной установки SCR-584 и взрывателя близости, которые были использованы для защиты от летающей бомбы V-1. В мае 1944 года он стал директором Montreal Laboratory и контролировал разработку реакторов ZEEP и NRX, а также создание Chalk River Laboratories.
После войны Cockcroft стал директором Atomic Energy Research Establishment AERE в Harwell, где низкомощный, графитово-модерируемый GLEEP стал первым ядерным реактором, работавшим в Западной Европе, когда он был запущен 15 августа 1947 года. За ним последовал BEPO в 1948 году. Harwell участвовал в разработке реакторов и завода химического разделения в Windscale. Под его руководством он принимал участие в авангардных исследованиях термоядерного синтеза, включая программу ZETA. Его настояние на оснащении дымовых труб реакторов Windscale фильтрами высмеивалось как безумство Cockcroft до тех пор, пока ядро одного из реакторов не загорелось и не выпустило радионуклиды во время пожара Windscale в 1957 году.
С 1959 по 1967 год он был первым Master из Churchill College, Cambridge. Он также был канцлером Australian National University в Canberra с 1961 по 1965 год.
Ранние годы
John Douglas Cockcroft, также известный как "Johnny W.", родился в Todmorden, West Riding of Yorkshire, Англия, 27 мая 1897 года, старший сын владельца мельницы John Arthur Cockcroft и его жены Annie Maude née Fielden. У него было четыре младших брата: Eric, Philip, Keith и Lionel. Его начальное образование проходило в школе Church of England в Walsden с 1901 по 1908 год, в Todmorden Elementary School с 1908 по 1909 год и в Todmorden Secondary School с 1909 по 1914 год, где он играл в футбол и крикет. Среди девочек в школе была его будущая жена, Eunice Elizabeth Crabtree. В 1914 году он выиграл окружную основную стипендию West Riding of Yorkshire в Victoria University of Manchester, где изучал математику.
Первая мировая война началась в августе 1914 года. Cockcroft завершил свой первый год обучения в Manchester в июне 1915 года. Он присоединился к Officers' Training Corps, но не желал становиться офицером. Во время летних каникул он работал в буфете YMCA в Kinmel Camp в Уэльсе. Он поступил на британскую военную службу 24 ноября 1915 года. 29 марта 1916 года он присоединился к 59-й учебной бригаде Royal Field Artillery, где был подготовлен в качестве сигнальщика. Затем он был назначен в батарею B, 92-ю полевую артиллерийскую бригаду, одну из частей 20-й легкой дивизии на Западном фронте.
Cockcroft участвовал в наступлении на линию Гинденбурга и в третьей битве при Ypres. Он подал заявку на офицерскую комиссию и был принят. Он был отправлен в Brighton в феврале 1918 года для обучения артиллерийской подготовке, а в апреле 1918 года в Officer Candidate School в Weedon Bec в Northamptonshire, где был подготовлен в качестве офицера полевой артиллерии. Он был произведен в офицеры в звании лейтенанта Royal Field Artillery 17 октября 1918 года.
После окончания войны Cockcroft был уволен из армии в январе 1919 года. Он решил не возвращаться в Victoria University of Manchester, а изучать электротехнику в Manchester Municipal College of Technology. Поскольку он завершил один год в Victoria University of Manchester, ему было разрешено пропустить первый год курса. Он получил свою степень BSc в июне 1920 года. Miles Walker, профессор электротехники там, убедил его пройти стажировку в Metropolitan Vickers. Он получил стипендию 1851 Exhibition Scholarship из Royal Commission for the Exhibition of 1851 и представил свою магистерскую диссертацию на тему "Harmonic Analysis for Alternating Currents" в июне 1922 года.
Затем Walker предложил Cockcroft сдать экзамен на стипендию в St. John's College, Cambridge, альма-матер Walker. Cockcroft был успешен, выиграв стипендию в размере £30 и стипендию в размере £20, присуждаемую студентам с ограниченными средствами. Metropolitan Vickers дал ему £50 при условии возвращения после завершения его степени. Walker и тетя составили остаток от £316 комиссии. Как выпускник другого университета, ему было разрешено пропустить первый год tripos. Он сдал экзамен tripos в июне 1924 года, получил B* в качестве вранглера и был награжден степенью BA.
Cockcroft женился на Elizabeth Crabtree 26 августа 1925 года на церемонии в Bridge Street United Methodist Church в Todmorden. У них было шесть детей. Первый, мальчик по имени Timothy, умер в младенчестве. Затем у них было четыре дочери, Joan Dorothea Thea, Jocelyn, Elisabeth Fielden и Catherine Helena; и еще один сын, Christopher Hugh John.
Ядерные исследования
Ernest Rutherford принял Cockcroft в качестве научного сотрудника в Cavendish Laboratory по рекомендации Miles Walker и директора исследований в Metropolitan Vickers. Cockcroft поступил в качестве аспиранта в 1924 году со стипендией Foundation Scholarship в St John's College и государственной стипендией. Под руководством Rutherford он написал свою докторскую диссертацию "On phenomena occurring in the condensation of molecular streams on surfaces", которая была опубликована в Proceedings of the Royal Society. Ему была присуждена докторская степень 6 сентября 1925 года. В это время он был ассистентом русского физика Peter Kapitza, который работал над физикой магнитных полей при экстремально низких температурах. Cockcroft помогал с разработкой и конструкцией сжижителей гелия.
В 1919 году Rutherford успешно расщепил атомы азота с помощью альфа-частиц, испускаемых разлагающимися атомами радия. Это и последующие эксперименты намекали на структуру атомных ядер. Чтобы изучить это дальше, ему нужен был искусственный способ создания частиц с достаточно высокой скоростью, чтобы преодолеть заряд ядра. Это открыло новое направление исследований в Cavendish Laboratory. Он назначил Cockcroft, Thomas Allibone и Ernest Walton над этой проблемой. Они построили то, что стало известно как ускоритель Cockcroft–Walton. Mark Oliphant разработал для них источник протонов. Критический момент наступил, когда Cockcroft прочитал статью George Gamow о квантовом туннелировании. Cockcroft понял, что в результате этого явления желаемый эффект можно было бы достичь при гораздо более низких напряжениях, чем первоначально предполагалось. Фактически, он рассчитал, что протоны с энергией всего 300 000 электронвольт смогут проникнуть в ядро бора. Cockcroft и Walton работали над своим ускорителем в течение следующих двух лет. Rutherford получил грант в размере £1000 от University of Cambridge, чтобы они могли купить трансформатор и другое необходимое оборудование.
Cockcroft был избран Fellow в St. John's College 5 ноября 1928 года. Он и Walton начали эксплуатировать свой ускоритель в марте 1932 года, бомбардируя литий и бериллий высокоэнергетическими протонами. Они ожидали увидеть гамма-лучи, которые сообщали французские ученые, но ничего не было обнаружено. В феврале 1932 года James Chadwick продемонстрировал, что то, что было наблюдено, были фактически нейтроны. Cockcroft и Walton затем переключились на поиск альфа-частиц. 14 апреля 1932 года Walton бомбардировал мишень из лития и заметил то, что он считал альфа-частицами. Cockcroft и затем Rutherford были вызваны и подтвердили, что это действительно было так. В тот вечер Cockcroft и Walton встретились в доме Rutherford и подготовили письмо для Nature, в котором они объявили о своих результатах, первом искусственном расщеплении атомного ядра, которое может быть описано следующим образом:
Этот подвиг получил популярное название расщепление атома. За это достижение Cockcroft и Walton были награждены медалью Hughes в 1938 году и Нобелевской премией по физике в 1951 году. Они продолжили расщеплять углерод, азот и кислород, используя протоны, дейтероны и альфа-частицы. Они продемонстрировали, что создали радиоактивные изотопы, включая углерод-11 и азот-13.
В 1929 году Cockcroft был назначен Supervisor в Mechanical Sciences в St John's College. Он был назначен Supervisor в Physics в 1931 году и в 1933 году стал младшим казначеем, сделав его ответственным за содержание зданий, многие из которых страдали от безнадзорности. Ворота колледжа пришлось частично разобрать, чтобы отремонтировать повреждения, нанесенные жуками-древоточцами, и Cockcroft контролировал переоборудование электропроводки. В 1935 году Rutherford назначил его директором исследований в Mond Laboratory вместо Kapitza, который вернулся в Советский Союз. Он контролировал установку нового криогенного оборудования и контролировал исследования при низких температурах. Он был избран Fellow в Royal Society в 1936 году и в 1939 году был избран профессором Jacksonian of Natural Philosophy, вступивший в должность 1 октября 1939 года.
Cockcroft и Walton хорошо осознавали ограничения своего ускорителя. Гораздо лучшая конструкция была разработана в Соединенных Штатах Ernest Lawrence, которую он назвал циклотроном. Cavendish Laboratory смогла опередить американцев, несмотря на наличие худшего ускорителя с проницательной физикой, но Cockcroft настаивал, чтобы Rutherford получил циклотрон для Cavendish laboratory. Rutherford отступил перед ценой, но подарок в размере £250 000 от Lord Austin позволил построить 36-дюймовый циклотрон 910 мм, основанный на конструкции Lawrence, вместе с новым крылом для его размещения. Cockcroft контролировал работу. Циклотрон был введен в эксплуатацию в октябре 1938 года, а новое крыло было завершено в 1940 году. Oliphant считал, что циклотрон недостаточно велик, и начал строительство большего 60-дюймового циклотрона в University of Birmingham. Его строительство было задержано началом Второй мировой войны в Европе в 1939 году, и он также был бы устаревшим, когда был завершен после войны.
Вторая мировая война
При начале Второй мировой войны Cockcroft занял должность помощника директора научных исследований в Министерстве снабжения, работая над радаром. В 1938 году сэр Henry Tizard показал Cockcroft Chain Home, кольцо прибрежных станций раннего предупреждения, построенных Royal Air Force RAF для обнаружения и отслеживания самолетов. Теперь он помогал развертывать ученых, чтобы полностью ввести систему в эксплуатацию. В 1940 году он стал частью Advisory Council for Scientific Research and Technical Development. В апреле 1940 года он стал членом Committee for the Scientific Study of Air Warfare, созданного для решения вопросов, вытекающих из меморандума Frisch–Peierls, в котором подсчитывалось, что атомная бомба может быть технически осуществима. Этот комитет был заменен MAUD Committee, членом которого был и Cockcroft, в июне 1940 года. Этот комитет направлял новаторские ранние исследования в Британии.
В августе 1940 года Cockcroft отправился в Соединенные Штаты в составе Миссии Tizard. Поскольку Британия разработала много новых технологий, но не имела промышленной мощности для их полного использования, было решено поделиться ими с Соединенными Штатами, хотя эта страна еще не участвовала в войне. Информация, предоставленная Миссией Tizard, содержала некоторые из величайших научных достижений, сделанных во время войны. Обмененные технологии включали технологии радара, в частности значительно улучшенный cavity magnetron, разработанный группой Oliphant в Birmingham, который американский историк James Phinney Baxter III назвал "наиболее ценным грузом, когда-либо доставленным на наши берега", конструкцию взрывателя близости, детали реактивного двигателя Frank Whittle и меморандум Frisch–Peierls, описывающий осуществимость атомной бомбы. Хотя они могут рассматриваться как наиболее значительные, многие другие предметы также были транспортированы, включая конструкции ракет, нагнетателей, прицелов и устройств обнаружения подводных лодок. Он вернулся
