哈罗德·克莱顿·尤里（Harold Clayton Urey）是一位美国物理化学家，他在同位素方面的开创性工作使他获得了1934年的诺贝尔化学奖，以表彰他发现了氘的贡献。他在原子弹的发展中起到了重要作用，并为有机生命从非生命物质中发展的理论做出了贡献。尤里出生在印第安纳州的沃克顿，他在加利福尼亚大学伯克利分校师从吉尔伯特·N·刘易斯学习热力学。在1923年获得博士学位后，他获得了美国-斯堪的纳维亚基金会的奖学金，前往哥本哈根的尼尔斯·玻尔研究所学习。之后他在约翰霍普金斯大学担任研究助理，后来成为哥伦比亚大学化学副教授。在1931年，他开始研究同位素分离，从而发现了氘。

    在第二次世界大战期间，尤里将他对同位素分离的知识转向铀浓缩问题。他领导位于哥伦比亚大学的研究小组，开发了使用气体扩散的同位素分离方法。该方法被成功开发，并在战后早期成为唯一的分离方法。战后，尤里成为核学研究所的化学教授，后来成为芝加哥大学的赖尔森化学教授。尤里推测早期的地球大气由氨、甲烷和氢组成。他的一位芝加哥大学研究生斯坦利·L·米勒在米勒-尤里实验中展示，如果这样的混合物暴露在电火花和水下，它可以产生氨基酸，通常被认为是生命的基本构建单元。尤里对氧同位素的研究为古气候研究开辟了新领域。在1958年，他接受了新成立的加利福尼亚大学圣地亚哥分校的大学教授职位，并帮助建立了科学学院。他是该校化学学院的创始成员之一，该学院于1960年成立。他越来越对太空科学产生兴趣，当阿波罗11号从月球返回月球岩石样本时，尤里在月球接收实验室对其进行了检查。登月航天员哈里森·施密特说，尤里主动自愿参加前往月球的单程任务，他说：“我会去的，我不在乎是否能回来。”

早年生活

  哈罗德·克莱顿·尤里于1893年4月29日出生在印第安纳州的沃克顿，他的父亲塞缪尔·克莱顿·尤里是一名学校教师和一个弟兄教会（Church of the Brethren）的牧师，他的妻子是科拉·丽贝卡·莱诺（Cora Rebecca née Reinoehl）。他有一个弟弟克拉伦斯（Clarence）和一个妹妹玛莎（Martha）。尤里在一个阿米什教学校接受教育，并在14岁时毕业。然后，他在印第安纳州的肯德尔维尔高中上学。1911年毕业后，他从厄尔姆学院获得了教师证书，并在印第安纳州的一个小学教书。后来，他搬到蒙大拿州，他的母亲当时住在那里，并在那里继续教学。1914年秋天，尤里进入蒙大拿大学（位于米苏拉）就读。与当时的东部大学不同，蒙大拿大学是学生和教师都是男女合校的。

   1917年，尤里在那里获得了动物学学士学位。由于同一年美国参战，对支持战争努力的压力很大。尤里曾在一个反对战争的宗教派别中长大。他的一位教授建议他以化学家的身份支持战时努力。于是，他在费城的巴雷特化学公司找到了制造三硝基甲苯的工作，而不是参军当士兵。战后，他回到蒙大拿大学担任化学教员。学术生涯需要博士学位，所以1921年，尤里进入加利福尼亚大学伯克利分校攻读博士学位，师从吉尔伯特·N·刘易斯研究热力学。他最初的论文尝试是有关铯蒸气的电离问题。然而遇到了困难，Meghnad Saha发表了一篇更好的论文涉及同一主题。尤里随后改写他的论文，内容是关于理想气体的电离状态，后来发表在天体物理学杂志上。在1923年获得博士学位后，尤里获得了美国-斯堪的纳维亚基金会的奖学金，前往哥本哈根的尼尔斯·玻尔研究所学习，他在那里遇到了维尔纳·海森堡、汉斯·克拉默斯、沃尔夫冈·帕乌利、乔治·冯·赫维西和约翰·斯莱特。

   在他的访问结束时，他去了德国，在那里遇到了阿尔伯特·爱因斯坦和詹姆斯·弗兰克。回到美国后，尤里获得了一个去哈佛大学的美国国家研究委员会奖学金，也获得了去约翰霍普金斯大学担任研究助理的机会。他选择了后者。在去哈佛之前，他去西雅图的华盛顿州探望母亲。在途中，他在埃弗雷特停留，他认识了蒙大拿大学的同事凯特·道姆博士。道姆博士把尤里介绍给了她的妹妹弗里达。尤里和弗里达很快订婚。他们于1926年在堪萨斯州劳伦斯的弗里达父亲家结婚。这对夫妇有四个孩子：格特鲁德·贝西（Elizabeth）（1927年出生）、弗里达·丽贝卡（1929年出生）、玛丽·爱丽丝（1934年出生）和约翰·克莱顿·尤里（1939年出生）。

  在约翰霍普金斯大学，尤里和阿瑟·鲁克共同撰写了《原子，量子和分子》（1930），这是最早关于量子力学及其在原子和分子系统中应用的英文教科书之一。1929年，尤里成为哥伦比亚大学化学副教授，他的同事包括鲁道夫·肖恩海默、大卫·里滕贝格和T·I·泰勒。 罗德·克莱顿·尤里（Harold Clayton Urey）是一位美国物理化学家，生于1893年4月29日，逝世于1981年1月5日，享年87岁。他以开创同位素研究领域而闻名，并因发现氘（重氢）而获得1934年的诺贝尔化学奖。

    尤里在印第安纳州沃克顿出生，早年毕业于厄尔汉姆学院和蒙大拿大学。后来他前往加利福尼亚大学伯克利分校攻读博士学位，导师是著名物理化学家吉尔伯特·N·刘易斯。在学术生涯的早期，尤里在欧洲进行研究，包括在哥本哈根的尼尔斯·玻尔研究所学习，并与一些杰出的科学家进行交流。1932年，尤里与同事共同发现了氘（重氢），这一发现为他赢得了诺贝尔化学奖。他还在第二次世界大战期间积极参与了核武器的发展，担任了一些与同位素分离相关的研究工作。战后，尤里将研究重点转向天体化学，并对宇宙化学产生了重要影响。他在氧同位素的应用上取得了突破，开创了古气候研究的新领域。尤里还是一名积极的科学推广者，他参与公共事务，呼吁和平，并支持国际合作与世界政府的理念。

氘（Deuterium）的发现：

    在1920年代，威廉·贾奎和赫里克·约翰斯顿发现了氧的稳定同位素。当时对同位素的理解还不够深入；詹姆斯·查德威克直到1932年才发现中子。有两种系统用于对同位素进行分类，一种是基于化学性质，另一种是使用质谱仪来确定物理性质。后一种方法是通过质谱仪测量的。由于当时已知氧的原子质量几乎是氢的16倍，雷蒙德·伯吉和唐纳德·门兹尔推测氢也可能有不止一种同位素。根据这两种方法的结果之间的差异，他们预测在4500个氢原子中只有一个是重同位素。1931年，尤里着手寻找这个重同位素。尤里和乔治·M·墨菲（1903年-1968年）根据巴尔末系列（Balmer series）计算出重同位素的光谱线应该向蓝移（相应地，轻同位素向红移）1.1至1.8埃（1.1×10^-10至1.8×10^-10米）。尤里可以使用一台21英尺（6.4米）的光栅光谱仪，这是哥伦比亚大学最近安装的一台灵敏设备，可以分辨出巴尔末系列的谱线。该机器每毫米的分辨率为1埃，因此应该产生大约1毫米的差异。然而，由于只有4500个原子中的一个是重同位素，光谱仪上的谱线非常暗淡。因此，尤里决定在他有更确凿证据证明它是重氢之前不公开他们的结果。尤里和墨菲根据德拜模型计算出重同位素的沸点略高于轻同位素。通过小心地加热液态氢，可以将5升液态氢蒸馏成1毫升，其中重同位素富集100到200倍。为了获得5升液态氢，他们前往华盛顿特区国家标准局的低温实验室，寻求约翰斯·霍普金斯大学的友人费迪南德·布里克韦德的帮助。布里克韦德发送的第一个样品在20K（-253.2°C；-423.7°F）的压力下蒸发（1标准大气压）。令他们惊讶的是，这没有显示出富集的证据。然后，布里克韦德准备了第二个样品，它在14K（-259.1°C；-434.5°F）的压力下蒸发（53毫米汞柱，7.1千帕）。在这个样品上，重氢的巴尔末线比轻氢的强度高出七倍。[20] 发表了有关发现重氢（后来被称为氘）的论文，尤里、墨菲和布里克韦德共同发表于1932年。 

    1934年，尤里因“发现重氢”而获得诺贝尔化学奖。 他拒绝参加斯德哥尔摩的颁奖仪式，以便能在他的女儿玛丽·爱丽丝的出生时在场。随后的一年，他被选入美国哲学学会和美国国家科学院。随后，尤里与国家标准局的爱德华·W·沃什本（Edward W. Washburn）一起发现了样品异常的原因。布里克韦德的氢气是通过电解水分离出来的，导致样品贫化。此外，弗朗西斯·威廉·阿斯顿曾报告他对氢的原子质量的计算值是错误的，从而使伯吉和门兹尔的原始推理无效。然而，氘的发现依然成立。随后，尤里和沃什本尝试使用电解法制备纯重水。他们的技术是正确的，但1933年被加利福尼亚大学的刘易斯打败了，后者有大学的资源可以支持他。采用伯恩-奥本海默近似法，尤里和大卫·里滕伯格计算了含氢和氘的气体的性质。他们将这一方法扩展到了碳、氮和氧的化合物。这些化合物可以用作生物化学中的示踪剂，从而为检查化学反应提供了一种全新的方法。他于1932年创办了《化学物理杂志》（Journal of Chemical Physics），并担任第一任编辑，一直在此职位上服务到1940年。

   在哥伦比亚大学，尤里担任了大学民主和知识自由联盟的主席。他支持克拉伦斯·斯特赖特提出的世界主要民主国家的联邦结合方案，以及西班牙内战期间的共和党事业。他是纳粹德国的早期反对者，并通过帮助难民科学家（包括恩里科·费米）找到在美国的工作并适应新生活来支持他们。

     到1939年欧洲爆发第二次世界大战时，尤里已被公认为同位素分离的世界专家。迄今为止，分离只涉及轻元素。1939年和1940年，尤里发表了两篇关于重同位素分离的论文，其中提出了离心分离方法。由于尼尔斯·玻尔猜测铀-235是可裂变的，这一方法变得非常重要。因为人们认为，“在没有将铀-235与其他铀分离的情况下，是否能建立链式反应是非常值得怀疑的。”于是，尤里开始密集研究如何实现铀浓缩的方法。除了离心分离，乔治·基斯特科夫斯基提出了气体扩散可能是一种可行的方法。第三种可能性是热扩散。尤里协调了所有同位素分离的研究工作，包括生产重水的努力，重水可用作核反应堆中的中子调节剂。

    1941年5月，尤里被任命为铀委员会委员，该委员会是国家防御研究委员会（NDRC）下的铀项目监督机构。1941年，尤里和乔治·B·佩格拉姆领导了一次外交使命前往英国，以建立原子弹开发的合作关系。英国对气体扩散持乐观态度，但明显气体扩散和离心方法都面临巨大的技术障碍。1943年5月，随着曼哈顿计划势头的增强，尤里成为哥伦比亚大学战时代用合金材料实验室（SAM实验室）的负责人，该实验室负责重水和除厄内斯特·劳伦斯的电磁过程外的所有同位素浓缩过程。离心分离方法的早期报告表明，其效率不如预期。尤里建议使用更高效但技术更复杂的逆流系统，而不是之前的流动方法。到了1941年11月，技术障碍似乎非常严峻，以至于这一过程被放弃。逆流离心机在战后得到发展，如今在许多国家中是首选方法。气体扩散过程仍然更具有希望，尽管它也有技术障碍需要克服。到1943年底，尤里有700多人从事气体扩散的工作。该过程涉及数百个级联，腐蚀性的六氟化铀通过气体屏障进行扩散，在每个阶段逐渐富集。一个主要问题是找到合适的泵密封，但迄今最大的困难在于构建适当的扩散屏障。巨大的K-25气体扩散工厂的建设在1944年获得了适量的合适屏障之前已经进展良好。作为备份，尤里支持热扩散。由于努力过度，尤里于1945年2月离开该项目，将职责移交给R·H·克里斯特。K-25工厂于1945年3月开始运营，并且随着问题的解决，该工厂运营效率和经济效益显著。一段时间内，铀被输入S50液体热扩散工厂，然后是K-25气体扩散工厂，最后是Y-12电磁分离工厂；但是战争结束后不久，热扩散和电磁分离工厂被关闭，分离仅由K-25进行。该工厂在战后早期成为主要的同位素分离工厂。

战后岁月

   二战后，尤里成为核学研究所的化学教授，后来于1952年成为芝加哥大学的赖尔森化学教授。他没有继续进行战前的同位素研究。然而，他将在氢同位素方面获得的知识应用到氧同位素，他认识到氧-18和氧-16之间的碳酸盐和水的分馏将在0摄氏度到25摄氏度之间减少1.04倍。然后可以利用同位素比来确定平均温度，前提是测量设备足够敏感。团队中包括他的同事拉尔夫·布克斯鲍姆。对一块1亿年前的化石的研究表明，它在四年的时间里经历了夏季和冬季的温度。因为这项开创性的古气候研究，尤里获得了美国地质学会的阿瑟·L·戴奖章和地球化学学会的戈尔德斯密特奖章。

   在晚年，尤里协助发展了宇宙化学领域，并被认为是这一领域的创始人。他的氧-18研究引发了对地球化学元素丰度及其在恒星中的演化的理论探讨。尤里在《行星：它们的起源与发展》（1952年）一书中总结了他的工作。他推测早期地球大气由氨、甲烷和氢组成。他的芝加哥研究生斯坦利·L·米勒在米勒-尤里实验中展示，如果将这样的混合物暴露在电火花和水中，它们可以相互作用产生氨基酸，通常被视为生命的构建基块。

L·米勒在米勒-尤里实验

   1956年和1957年，尤里在英国牛津大学担任访问教授一年。1958年，他到达芝加哥大学退休年龄65岁，但他接受了加利福尼亚大学圣地亚哥分校（UCSD）新设立的大学教授职位，并搬到加利福尼亚州拉霍亚。此后，他在UCSD担任名誉教授，任职期从1970年持续到1981年。尤里在那里帮助建立了科学学院，是UCSD化学学院的创始成员之一，该学院于1960年成立，与斯坦利·米勒、汉斯·苏斯和吉姆·阿诺德一起。在20世纪50年代末和60年代初，随着苏联发射“斯普特尼克1号”，太空科学成为研究的热点。尤里协助说服美国宇航局将对月球进行无人探测列为优先事项。阿波罗11号从月球带回的月球岩石样品在月球接收实验室经过尤里检验后，证实了尤里的观点，即月球与地球有共同的起源。在UCSD期间，尤里发表了105篇科学论文，其中47篇与月球相关。当被问及为什么仍然如此努力工作时，他开玩笑说：“你知道，我不再是终身聘用了。”

简历：

1. 1893年4月29日出生于印第安纳州沃克顿，美国。

2. 1911年毕业于肯德尔维尔高中后，获得厄尔汉姆学院的教师证书。
   

3. 1914年进入蒙大拿大学学习动物学，并于1917年获得学士学位。

4. 1921年获得加利福尼亚大学伯克利分校的物理化学博士学位，导师为吉尔伯特·N·刘易斯。

5. 1923年获得美国-斯堪的纳维亚基金会的奖学金，前往哥本哈根的尼尔斯·玻尔研究所学习。

6. 1929年成为哥伦比亚大学化学系的副教授，后与阿瑟·鲁阿克共同撰写了《原子、量子与分子》一书。

7. 1932年与乔治·M·墨菲及费迪南德·布里克韦特共同发现了氘（重氢）。

8. 1934年因发现重氢而获得诺贝尔化学奖，并成为美国国家科学院及美国哲学学会的会员。

9. 第二次世界大战期间，参与了铀同位素分离的相关研究，为核武器的发展做出了贡献。

10. 战后，继续研究天体化学，提出了宇宙化学的概念，并发展了氧同位素的应用于古气候研究。

11. 1958年受聘于加州大学圣地亚哥分校，并帮助建立了该校的科学学院。

12. 1981年1月5日在加州洛加去世。

贡献与荣誉

1. 以发现重氢而获得1934年诺贝尔化学奖，并获得多个其他国际科学奖项。

2. 提出了氧同位素在古气候研究中的应用，对化学反应研究产生重要影响。

3. 在第二次世界大战期间，为核武器的发展做出了重要贡献。

4. 开创了天体化学领域，并在宇宙化学方面有深远影响。

5. 享有美国科学院及美国哲学学会的会员资格。

6. 月球上有以他名字命名的撞击坑“Urey”。
   

7. 小行星4716以他的名字命名。

8. 美国天文学会设立了以他名字命名的“H. C. Urey奖”，表彰在行星科学方面取得的成就。

9. 印第安纳州沃克顿的哈罗德·C·尤里中学以他的名字命名。

10. 加州大学圣地亚哥分校的化学楼“Urey Hall”以他的名字命名。

11. 蒙大拿大学设有以他名字命名的“哈罗德·C·尤里讲堂”。

12. 他的女儿伊丽莎白·巴兰格也成为一名著名的物理学家，延续了家族的科学传统。

    （ 译自英文维基百科，由博主翻译整理：Wikipedia contributors. Harold Urey. In Wikipedia. Retrieved  from https://en.wikipedia.org/wiki/Harold_Urey）

参考资料：

1. Urey, H. C. (1952). The planets: Their origin and development. Mrs. Hepsa Ely Silliman Memorial Lectures. Document in which Urey describes the carbonate–silicate geochemical cycle controlling the long-term climate on Earth during the geological ages (see Berner, Lasaga and Garrels (1983) on the subject).

2. Berner, Robert; Lasaga, Antonio; Garrels, Robert (1983). "The carbonate-silicate geochemical cycle and its effect on atmospheric carbon dioxide over the past 100 million years". American Journal of Science. 283 (7): 641–683. Bibcode:1983AmJS..283..641B. doi:10.2475/ajs.283.7.641.
   

3. Arnold, James R; Bigeleisen, Jacob; Hutchison, Clyde A., Jr (1995). "Harold Clayton Urey 1893–1981". Biographical Memoirs: 363–411. Retrieved August 7, 2013.

4. Hewlett, Richard G.; Anderson, Oscar E. (1962). The New World, 1939–1946 (PDF). University Park: Pennsylvania State University Press. ISBN 978-0-520-07186-5. OCLC 637004643. Retrieved March 26, 2013.

5. Shindell, Matthew (2019). The Life and Science of Harold C. Urey. Chicago, Illinois: University of Chicago Press. ISBN 9780226662084.

6. Silverstein, Alvin; Silverstein, Virginia B. (1970). Harold Urey: the Man who Explored from Earth to Moon. New York: J. Day. OCLC 115279.