Віллард Ліббі

Фотографія Віллард Ліббі (photo Willard Libbi)

Willard Libbi

  • День народження: 17.12.1908 року
  • Вік: 71 рік
  • Місце народження: Гранд-Валлі, Колорадо, США
  • Дата смерті: 08.09.1980 року
  • Громадянство: США
  • Оригінальне ім’я: Віллард Френк Ліббі
  • Original name: Willard Frenk Libbi

Біографія

Американський хімік Віллард Френк Ліббі народився в Гранд-Валлі (штат Колорадо), в сім’ї Оура Едварда Ліббі, фермера з трехклассным освітою, і Верби Мей (Ріверс) Ліббі. Крім Уілларда, у подружжя Ліббі було ще два сини й дві дочки. Коли хлопчикові виповнилося 5 років, його сім’я переїхала на ранчо недалеко від Севастополя в північній частині Каліфорнії.

Ліббі відвідував спочатку розмістити в двох кімнатках початкову школу, а в 1926 р. закінчив середню. Він мріяв про кар’єру гірничого інженера і, отримавши батьківське благословення, поступив в Каліфорнійський університет в Берклі, щоб придбати необхідну спеціальність. Почавши навчання в університеті, він, однак, змінив дитячої мрії, вирішивши, що хімія значно цікавіше. Вивчивши хімію, фізику та математику, Л. в 1931 р. отримав ступінь бакалавра з хімії. Два роки потому, після закінчення аспірантури, де він під керівництвом физикохимиков Гілберта Н. Льюїса і Уэнделла М. Латімер досліджував радіоактивні ядра з низькою енергією, Л. була присуджена докторський ступінь і був призначений викладачем хімії.

Ізотопи являють собою різновиди хімічного елемента з одним і тим же атомним номером (оскільки в їх ядрах міститься однакове число протонів), але з різною атомною масою, тобто з різним числом нейтронів. Вони володіють однаковими хімічними властивостями, але трохи відрізняються один від одного по фізичним властивостям. Радіоактивні ізотопи мають нестабільні ядра, які розпадаються, випускаючи альфа-, бета — і гамма-промені. Радіоактивні ядра в якості ізотопних індикаторів хімічних реакцій вперше застосував хімік Георг (Дьордь) де Хевеши. Для точного вимірювання малої кількості радіоактивних ядер радіацію, що випускається цими ядрами в ході аналізу, необхідно ізолювати від фонової космічної радіації, так і від випромінювання радіоактивних ядер в навколишньому середовищі. Німецький фізик Вальтер Боте розробив метод збігів, при якому численні електричні детектори підраховують відбуваються одночасно радіоактивні випромінювання. У створеному Л. методі розбіжностей, який представляє собою варіант методу Боте, у вимірювальній камері знаходяться детектори та внутрішньої та зовнішньої радіації. Цей метод дозволив значно знизити вплив фонової радіації на вимірювання дуже низьких рівнів радіації. Ще будучи аспірантом, Л. зробив приблизно в той же час, що і Хевеши, відкриття, виявивши, що елемент самарій має невеликий радіоактивністю.

У 1941 р. Л., який до цього часу обіймав посаду ад’юнкт-професора, взяв річну відпустку і провів його, ведучи дослідження в Принстонському університеті на стипендію Гуггенхейма. У грудні 1941 р. США вступили в другу світову війну, і Л. як учасник Манхеттенського проекту – зроблених США зусиль по розробці ядерної зброї – приєднався до Гарольду К. Юрі, який тоді працював в Колумбійському університеті. В рамках цього проекту Л. розробляв технологію газової дифузії для поділу ізотопів урану, що було необхідно для створення атомної бомби. В кінці другої світової війни він став повним професором хімічного факультету Чиказького університету, де, крім того, проводив дослідження в університетському Інституті ядерних досліджень.

У 1939 р. Серж Корф, що працює в Нью-Йоркському університеті, виявив, що, коли космічні промені пронизують атоми у верхніх шарах атмосфери, вони викликають потік нейтронів. Інші факти вказували на те, що азот, з якого приблизно на 80 відсотків складається атмосфера, легко поглинає нейтрони і потім розпадається на радіоактивний вуглець, званий також радиоуглеродом, або вуглецем-14. Л. висунув теорію, згідно якої бомбардування космічними променями викликає перетворення атмосферного азоту в радіоактивний вуглець. Він швидко окислюється на повітрі до діоксиду вуглецю (вуглекислого газу) і поглинається рослинами шляхом фотосинтезу. Будь-який організм, що споживає ці рослини, поглинає разом з ними радіоактивні атоми вуглецю. Л. припустив, що радіоактивний вуглець генерується з постійною швидкістю і що, одного разу потрапивши в молекулу, він в ній залишається. Звідси вчений прийшов до висновку, що всі живі істоти володіють постійним рівнем радіоактивності, який падає після смерті організму. Тривалість життя радіоактивного ізотопу визначається періодом його напіврозпаду – відрізком часу, необхідним для розпаду половини цієї кількості речовини. Як встановив в 1940 р. Мартін Кеймен, період напіврозпаду вуглецю-14 дорівнює 5730 років – досить короткий проміжок часу в порівнянні з віком Землі, проте досить довгий для встановлення рівноваги в процесі утворення і розпаду вуглецю-14. Л. прийшов до висновку, що «має існувати можливість шляхом вимірювання залишилася радіоактивності вимірювати час, який минув з моменту смерті, якщо вона сталася в період від 500 до 30 тис. років тому».

Для перевірки своєї гіпотези Л. сконструював лічильник Гейгера, стінки якого були потовщені двадцатисантиметровым шаром заліза для поглинання земної радіації. Такий лічильник Гейгера реєструє космічні промені, проникаючі через потовщені стінки. Як і при проведенні досліджень в ході підготовки докторської дисертації, гейгерівський лічильник з потовщеними стінками реєстрував проникають частинки, центральний ж лічильник для вимірювання радіоактивності аналізованого зразка включався на одну тисячну частку секунди. Максимальна чутливість до радіоактивності, испускаемой датованим зразком, досягається шляхом приміщення чистого вуглецю (у вигляді сажі) на внутрішню стінку чутливого детектора. Пізніше Л. виявив, що чутливість детектора при цьому методі ще більше підвищується, якщо вуглець береться у вигляді газу або вуглекислого газу, або ацетилену. В одному трильйоні атомів вуглецю виявляється приблизно один радіоактивний атом. Л. перевірив точність цього методу, вимірявши радіоактивність зразків червоного дерева і ялиці, точний вік яких був встановлений шляхом підрахунку річних кілець. Він також піддав експериментального аналізу витягнуті при археологічних розкопках предмети, вік яких був вже відомий, – такі, як шматок дерева від похоронної човни єгипетського фараона, взятий в Чиказькому музеї природної історії. Л. отримав блискуче підтвердження своєї теорії, і винайдений ним метод датування став широко застосовуватися в археології та геології.

Перевіряючи на радіоактивність останки тварин та рослин, одержувані зі всього світу – від Північного полюса до Південного, Л. виявив деяку розбіжність у даних, пов’язане з географічною широтою, на якій були знайдені зразки. Серед археологічних знахідок, вже ретельно датованих з допомогою методу Л., були: шматочки лляної тканини, якими були перев’язані манускрипти, знайдені в районі Мертвого моря, хліб з дому в Помпеях, похованих під вулканічним попелом у 79 р. н. е., деревне вугілля зі стоянки древніх людей в Стоунхенджі (Англія) і качан кукурудзяного качана з печери в Нью-Мехіко. Л. також встановив, що останній льодовиковий період в Північній Америці закінчився 10 тис. років тому, а не 25 тис., як було раніше підраховано геологами. Радіовуглецевий Метод швидко отримав визнання в якості основного способу встановлення дат подій, які відбулися в останні 70 тис. років.

Вплив космічних променів на верхні шари атмосфери веде також до утворення невеликої кількості тритію – радіоактивного ізотопу водню, ядро атома якого містить 1 протон і 2 нейтрона, а період напіврозпаду дорівнює 12 рокам. Таким чином, концентрація тритію може використовуватися в якості ізотопних індикатора атмосферної вологості і гідрологічної системи Землі. З допомогою тритію Л. дослідив колообіг води в природі, склад океанічних вод і вік вин.

Вчений був включений президентом Дуайтом Д. Ейзенхауером до складу Комісії з атомної енергії США. В ній з 1954 по 1959 р. Л. займався проблемами випадання радіоактивних осадів в результаті вибуху атомних бомб і брав участь в здійсненні міжнародних програм використання ядерної технології в мирних цілях, таких, як «За мирний атом». Після відходу з Комісії з ядерної енергії в 1959 р. він став працювати на хімічному факультеті Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, а 3 роки тому був призначений директором Інституту геофізики і фізики планет. Цю посаду вчений поєднував з роботою в Каліфорнійському університеті аж до відходу у відставку в 1976 р. Сфера його наукових інтересів розширилася, включивши геохімію, проблеми атмосфери планет, дослідження місячної поверхні, контроль над станом навколишнього середовища, захист від землетрусів і цивільну оборону.

У 1960 р. Л. була присуджена Нобелівська премія з хімії «за введення методу використання вуглецю-14 для визначення віку в археології, геології, геофізиці та інших галузях науки». У своїй Нобелівській лекції Л. сказав: «Сам по собі запропонований мною метод датування вимагає обережності, але його може застосовувати ретельно навчений персонал, який дотримується чистоту, акуратність, серйозний підхід і володіє відповідними практичними навичками». «При таких умовах метод радіовуглецевого датування… дійсно може допомогти перегорнути назад сторінки історії і розповісти людству дещо більше про його попередників, а отже, – уклав він, – і про його майбутнє».

У 1940 р. К. одружився на вчительці Леоноре Льюсинде Хікі. У подружжя народилися дві доньки-двійнята. У 1966 р. цей шлюб розпався, і Л. поєднав свою долю з Леоне Вудс Маршалл, професором з проблем навколишнього середовища Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі. Вчений був людиною високого зросту, міцно складний. Гленн Т. Сиборг описував його як «копіткої, терплячого і здатного викладача», чия «професійна кар’єра внаслідок його величезною допитливості відрізнялася надзвичайної многосторонностью і широтою інтересів». Л. помер в Лос-Анджелесі 8 вересня 1980 р. від пневмонії і тромбу у легкому. Крім Нобелівської премії, Л. був нагороджений медаллю Чарльза Фредеріка Чендлера Колумбійського університету (1954), медаллю Еліота Крессона Франклиновского інституту (1957), медаль Уілларда Гібба Американського хімічного товариства (1958) і медаллю Дея Американського геологічного товариства (1961). Він був членом американської Національної академії наук, Американської академії наук і мистецтв, Американського філософського товариства, Гейдельберзькій академії наук, Болівійського антропологічного товариства та Шведської королівської академії наук.