دونالد ويليام كيرست

كان دونالد ويليام كيرست (1 نوفمبر 1911 - 19 أغسطس 1993) فيزيائيًا أمريكيًا عمل على مفاهيم متقدمة لمسرعات الجسيمات ( فيزياء المسرعات ) وفيزياء البلازما . ويُعرف بشكل خاص بتطويره لـ" بيتاثرون" ، وهو نوع جديد من مسرعات الجسيمات يُستخدم لتسريع الإلكترونات .

بعد تخرجه من جامعة ويسكونسن-ماديسون ، طوّر كيرست أول جهاز بيتاثرون في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين ، حيث بدأ تشغيله في 15 يوليو 1940. وخلال الحرب العالمية الثانية ، حصل كيرست على إجازة في عامي 1940 و1941 للعمل عليه مع الطاقم الهندسي في شركة جنرال إلكتريك ، وصمّم جهاز بيتاثرون محمولًا لفحص القنابل غير المنفجرة . وفي عام 1943، انضم إلى مختبر لوس ألاموس التابع لمشروع مانهاتن ، حيث كان مسؤولًا عن تصميم وبناء مفاعل الماء، وهو مفاعل نووي مصمم ليكون أداة مختبرية.

من عام 1953 إلى عام 1957، شغل كيرست منصب المدير التقني لرابطة أبحاث جامعات الغرب الأوسط ، حيث عمل على مفاهيم متقدمة لمسرعات الجسيمات، ولا سيما مسرع FFAG . ثم عمل في مختبر جون جاي هوبكنز التابع لشركة جنرال أتوميكس من عام 1957 إلى عام 1962، حيث ركز على فيزياء البلازما. وبالتعاون مع تيهيرو أوكاوا، ابتكر أجهزة حلقية لاحتواء البلازما باستخدام المجالات المغناطيسية. وكانت أجهزتهما الأولى من نوعها التي تحصر البلازما دون حدوث حالات عدم الاستقرار التي عانت منها التصاميم السابقة، والأولى التي تحصر البلازما لفترات تتجاوز حد انتشار بوم .

وُلد دونالد ويليام كيرست في غالينا، إلينوي، في الأول من نوفمبر عام 1911، ^{[ 1 ]} وهو ابن هيرمان صموئيل كيرست وليليان إي ويتز. ^{[ 2 ]} التحق بجامعة ويسكونسن ، حيث حصل على درجة البكالوريوس في الآداب عام 1934، ثم على درجة الدكتوراه في الفلسفة عام 1937، ^{[ 3 ]} حيث كتب أطروحته بعنوان "تطوير المولدات الكهروستاتيكية في ضغط الهواء وتطبيقاتها على دوال الإثارة للتفاعلات النووية". ^{[ 4 ]} وقد تضمن ذلك بناء واختبار مولد طاقة 2.3 ميغا إلكترون فولت لإجراء تجارب على تشتت البروتونات . ^{[ 3 ]}

بعد تخرجه، عمل كيرست في شركة جنرال إلكتريك لمدة عام، حيث ساهم في تطوير أنابيب وأجهزة الأشعة السينية . وجد هذا العمل محبطًا، إذ كانت أبحاث الأشعة السينية تتطلب طاقات عالية لم يكن من الممكن إنتاجها آنذاك. في عام 1938، قبل عرضًا للتدريس في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين ، حيث شجعه رئيس قسم الفيزياء، إف. ويلر لوميس، على جهوده لإنشاء مُسرِّع جسيمات أفضل . ^{[ 3 ]} وكانت نتيجة هذه الجهود هي البيتاثرون . ^{[ 5 ] [ 6 ]} وعندما بدأ تشغيله في 15 يوليو 1940، أصبح كيرست أول شخص يُسرِّع الإلكترونات باستخدام الحث الكهرومغناطيسي ، ليصل إلى طاقات تبلغ 2.3 ميغا إلكترون فولت. ^{[ 7 ]}

في ديسمبر 1941، استقر كيرست على اسم "بيتاترون"، مستخدمًا الحرف اليوناني "بيتا" الذي يرمز إلى الإلكترونات، وكلمة "ترون" التي تعني "أداة لـ". ^{[ 8 ]} وواصل بناء المزيد من أجهزة البيتاترون ذات طاقات متزايدة، جهاز بقوة 20 ميغا إلكترون فولت في عام 1941، وآخر بقوة 80 ميغا إلكترون فولت في عام 1948، وجهاز بقوة 340 ميغا إلكترون فولت، والذي اكتمل بناؤه في عام 1950. ^{[ 7 ]}

أثّر جهاز البيتاثرون على جميع المسرعات اللاحقة. ويعود نجاحه إلى فهم دقيق للفيزياء المتعلقة به، والتصميم الدقيق للمغناطيسات ومضخات التفريغ ومصدر الطاقة. ^{[ 1 ]} في عام 1941، تعاون مع روبرت سيربر لتقديم أول تحليل نظري للتذبذبات التي تحدث في البيتاثرون. ^{[ 1 ] [ 9 ]} تم التبرع بالجهاز الأصلي الذي يعود تاريخه إلى عام 1940 إلى مؤسسة سميثسونيان في عام 1960. ^{[ 7 ]}

خلال الحرب العالمية الثانية ، حصل كيرست على إجازة من جامعة إلينوي للعمل على تطوير جهاز البيتاثرون مع فريق المهندسين في شركة جنرال إلكتريك في عامي 1940 و1941. صمموا نسختين من البيتاثرون، إحداهما بقدرة 20 ميغا إلكترون فولت والأخرى بقدرة 100 ميغا إلكترون فولت، وأشرف كيرست على بناء النسخة الأولى التي أحضرها معه إلى جامعة إلينوي. كما صمم جهاز بيتاثرون محمول بقدرة 4 ميغا إلكترون فولت لفحص القنابل غير المنفجرة . ^{[ 1 ]}

بفضل خلفيته في الهندسة والفيزياء، كان كيرست من أبرز العلماء الذين استقطبهم روبرت أوبنهايمر لمختبر لوس ألاموس التابع لمشروع مانهاتن ، والذي أُنشئ لتصميم القنبلة الذرية . ^{[ 10 ]} في أغسطس 1943، عُيّن كيرست مسؤولاً عن المجموعة P-7 في المختبر، المسؤولة عن تصميم وبناء مفاعل الماء ^{[ 11 ] [ 3 ]،} وهو مفاعل نووي مصمم ليكون أداة مختبرية لاختبار حسابات الكتلة الحرجة وتأثير مواد التلاعب المختلفة . ضمت مجموعته، التي كانت في معظمها من جامعة بيردو ، تشارلز ب. بيكر، وجيرهارت فريدلاندر ، وليندسي هيلمهولتز، ومارشال هولواي ، ورايمر شرايبر . وقدّم روبرت ف. كريستي المساعدة في الحسابات النظرية. ^{[ 12 ]}

صمّم كيرست مفاعلاً متجانساً مائياً، حيث تم إذابة اليورانيوم المخصب ، على شكل كبريتات اليورانيوم القابلة للذوبان ، في الماء، وأُحيط بعاكس نيوتروني من أكسيد البريليوم . كان هذا المفاعل الأول الذي يستخدم اليورانيوم المخصب كوقود، واستهلك معظم الإمدادات العالمية الشحيحة آنذاك. وصلت كمية كافية من اليورانيوم المخصب إلى لوس ألاموس بحلول أبريل 1944، وبدأ تشغيل المفاعل المائي في مايو. وبحلول نهاية يونيو، كان قد حقق جميع أهدافه التصميمية. ^{[ 12 ]}

أُعيد تنظيم مختبر لوس ألاموس في أغسطس 1944 للتركيز على تطوير سلاح نووي من نوع الانفجار الداخلي . ^{[ 13 ]} تطلّب دراسة الانفجار الداخلي على نطاق واسع، أو حتى على نطاق كامل، أساليب تشخيصية خاصة. في وقت مبكر من نوفمبر 1943، اقترح كيرست استخدام جهاز بيتاثرون يعمل بأشعة غاما طاقة 20 ميغا إلكترون فولت بدلاً من الأشعة السينية لدراسة الانفجار الداخلي. ^{[ 14 ]} في إعادة التنظيم التي جرت في أغسطس 1944، أصبح رئيسًا مشاركًا، مع سيث نيدرمير ، لمجموعة G-5، وهي جزء من قسم G (الأدوات) التابع لروبرت باخر، والمُكلّف تحديدًا باختبارات البيتاثرون. قام أوبنهايمر بشحن جهاز البيتاثرون ذي طاقة 20 ميغا إلكترون فولت من جامعة إلينوي إلى لوس ألاموس، حيث وصل في ديسمبر. في 15 يناير 1945، التقطت مجموعة G-5 أولى صورها للانفجار الداخلي باستخدام البيتاثرون. ^{[ 15 ]}

عاد كيرست إلى جامعة إلينوي بعد الحرب. ومن عام ١٩٥٣ إلى عام ١٩٥٧، شغل منصب المدير التقني لرابطة أبحاث جامعات الغرب الأوسط ، حيث عمل على مفاهيم متقدمة لمسرعات الجسيمات، ولا سيما مسرع FFAG . ^{[ ١٦ ]} وقد طور مبدأ التركيز القطاعي الحلزوني، الذي يُعدّ أساس العديد من مسرعات السيكلوترون ذات الحافة الحلزونية العاملة حاليًا في جميع أنحاء العالم. كما ابتكر فريقه وحلل تقنية تكديس الحزم، وهي عملية تسريع بترددات الراديو في آلات المجال الثابت، والتي أدت إلى تطوير مسرعات الحزم المتصادمة. ^{[ ٣ ]}

من عام 1957 إلى عام 1962، عمل كيرست في قسم جنرال أتوميكس التابع لمختبر جون جاي هوبكنز للعلوم البحتة والتطبيقية في شركة جنرال دايناميكس في لا جولا، كاليفورنيا ، حيث انصبّ اهتمامه على فيزياء البلازما ، التي كان يُؤمل أن تكون بوابةً للتحكم في الطاقة النووية الحرارية . ^{[ 1 ]} وقد ابتكر، بالتعاون مع تيهيرو أوكاوا، أجهزةً حلقيةً لاحتواء البلازما باستخدام المجالات المغناطيسية. وأتمّ الاثنان هذا العمل في جامعة ويسكونسن، ^{[ 3 ]} حيث شغل كيرست منصب أستاذ من عام 1962 حتى تقاعده عام 1980. ^{[ 17 ]} وكانت أجهزتهما الأولى من نوعها التي تحصر البلازما دون حالات عدم الاستقرار التي عانت منها التصاميم السابقة، والأولى التي تحصر البلازما لفترات تتجاوز حدّ انتشار بوم . ^{[ 1 ]} كما شغل منصب رئيس قسم فيزياء البلازما في الجمعية الفيزيائية الأمريكية من عام 1972 إلى عام 1973. ^{[ 1 ]}

كان كيرست متزوجًا من دوروثي بيركيت كيرست، وأنجبا طفلين: ^{ابنة تُدعى} مارلين، وابن يُدعى ستيفن. بعد تقاعده، انتقل كيرست ودوروثي إلى فورت مايرز، فلوريدا . ^{[ 17 ]} توفي في 19 أغسطس 1993 في مستشفى وعيادات جامعة ^{ماديسون} ، ويسكونسن ، إثر إصابته بورم في الدماغ. وخلف وراءه زوجته وأبناءه. ^{[ 17 ]} وتُحفظ أوراقه في أرشيف جامعة إلينوي. ^{[ 18 ]}

• درجة فخرية، كلية لورانس ، 1942. ^{[ 1 ]}
• حصل على جائزة كومستوك في الفيزياء من الأكاديمية الوطنية للعلوم عام 1943. ^{[ 19 ]}
• حصل على جائزة جون سكوت ، مدينة فيلادلفيا، 1946. ^{[ 1 ]}
• حصل على ميدالية جون برايس ويذرل من معهد فرانكلين عام 1950. ^{[ 1 ]}
• انتُخب لعضوية الأكاديمية الوطنية للعلوم عام 1951. ^{[ 20 ]}
• درجة فخرية من جامعة ساو باولو 1953. ^{[ 1 ]}
• درجة فخرية، جامعة ويسكونسن، 1961. ^{[ 1 ]}
• عضو مؤسس في المجلس الثقافي العالمي ، 1981. ^{[ 21 ]}
• حصل على جائزة جيمس كليرك ماكسويل في فيزياء البلازما، الجمعية الفيزيائية الأمريكية ، 1984. ^{[ 1 ]}
• حصل على جائزة روبرت ر. ويلسون في فيزياء المسرعات، عام 1988. ^{[ 1 ]}
• درجة فخرية، جامعة إلينوي، 1989. ^{[ 1 ]}

• هوديسون، ليليان ؛ هنريكسن، بول دبليو؛ ميد، روجر أ؛ ويستفال، كاثرين ل. (1993). التجميع الحرج: تاريخ تقني لمختبر لوس ألاموس خلال سنوات أوبنهايمر، 1943-1945 . نيويورك: مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 0-521-44132-3. OCLC 26764320 . 

• "حياة دونالد دبليو كيرست" . موقع Historypin. مؤرشف من الأصل في 5 مارس 2016. تم الاطلاع عليه في 2 أكتوبر 2014 .
• "منشورات دونالد دبليو كيرست" . نظام معلومات فيزياء الطاقة العالية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 مايو 2016 .