在煉金術之後:諾貝爾化學獎獲得者100年圖說:全彩視圖本

第47章 1949年度 威廉·吉奧克

　　因對超低溫狀態下物質性質研究的傑出貢獻而榮獲1949年諾貝爾化學獎

　　威廉·弗·吉奧克（美國，1895～1982年），1895年5月12日生於加拿大尼亞的加拉。1916年進入美國加利福尼亞大學伯克利分校化學係學習，1920年獲理學學士學位，1922年獲化學博士學位，後一直留任加州大學直至1962年退休。

　　吉奧克長期從事化學熱力學的研究，尤其致力於對熱力學第三定律和超低溫狀態下有關變化的平衡條件和反應特性的研究，最重要的貢獻是創造了接近於絕對溫標零度（-273.15℃）的理想環境，從而為研究物質在超低溫狀態下的性質、反應和製備各種新材料提供了極為有利的條件，因而他被譽為是製造“極冷反應”的發明家。

　　卡莫林最先利用節流膨脹的焦耳-湯姆孫效應，製成空氣液化機（空氣中氮的臨界溫度為126.2K，氧的臨界溫度為154.8K），並於1895年創辦了大型液化空氣工廠。1898年，卡莫林和昂內斯以液態空氣預冷氫，並利用焦耳-湯姆孫效應使氫氣液化（氫的臨界溫度為33.3K）。1908年，昂內斯用液氫作預冷使最難液化的氦液化（氦的臨界溫度為5.3K）。

　　1926年，吉奧克和德拜獨立地提出“順磁絕熱去磁法”。順磁鹽中磁性離子周圍是非磁性離子和結晶水，磁距間的作用很小，在絕熱去磁的起始溫度（0～1K）下各磁矩的取向呈無規律分布。加外磁場後，順磁鹽被磁化，各磁矩呈有序排列，從而熵減小。在絕熱條件下撤去外磁場，磁矩恢複混亂排列，磁矩的熵增加，但絕熱過程總熵不變，故晶格振動的熵減小，表現為溫度下降。絕熱去磁時先將順磁鹽用液氦預冷，加外磁場使之磁化，磁化熱被液氦吸收，然後在絕熱條件下去磁，可產生明顯的致冷效果。吉奧克認為，磁場可使順磁物質的熵值降低，順磁物質絕熱退磁可以獲得超低溫。基於這一理論，吉奧克於1933年首次獲得0.25K的超低溫，使超低溫技術獲得空前發展（前人用液氦真空蒸發，僅達到1K）。吉奧克利用此法發現了氧的同位素17O和18O（質譜分析結果認為氧的同位素隻有18O）。在此基礎之上，前蘇聯物理學家卡皮察於1934年製成了不需液氫隻用液氮預冷的氦液化機。因為，液氦在1個大氣壓的沸點為4.2K，用減壓蒸發法可得0.5K以下的低溫。也就是說吉奧克的發明為後繼者提供了一個可靠的理論平台。直到20世紀60年代以前，該方法一直是獲得mK級低溫的唯一方法。但該方法也有其缺點，即不能連續工作，致冷能力較低。由於吉奧克在化學熱力學領域，特別是在極低溫下物質性質方麵的研究成就而榮獲1949年化學領域的最高榮譽。

　　1982年3月28日，吉奧克病逝於加利福尼亞伯克利。