Уильям Дэвид Кулидж

Уильям Дэвид Кулидж (англ. William David Coolidge; 23 октября 1873, Хадсон, штат Массачусетс, США — 3 февраля 1975, Скенектади, штат Нью-Йорк, США) — американский физик-экспериментатор и инженер, наиболее известный как создатель рентгеновской трубки с вольфрамовым анодом (трубка Кулиджа), а также разработчик технологии производства пластичного вольфрама и его применения в электрических лампах накаливания. Член Национальной академии наук США (1925) и Американской академии искусств и наук (1930). Лауреат медали Эдисона (1927) и медали Фарадея (1939).

Биография

Ранние годы и образование

Уильям Дэвид Кулидж родился в семье фермеров в небольшом городке Хадсон, штат Массачусетс. В 1896 году он окончил Массачусетский технологический институт (MIT) со степенью бакалавра по электротехнике. В 1899 году получил степень доктора философии (PhD) по физике в Лейпцигском университете, где занимался исследованиями под руководством Пауля Друде. После возвращения в США Кулидж некоторое время работал ассистентом в MIT, а затем, в 1905 году, перешёл в исследовательскую лабораторию компании General Electric (GE) в Скенектади.

Работа в General Electric

В лаборатории GE Кулидж начал заниматься проблемами материаловедения, в частности, поиском методов обработки тугоплавких металлов. Его исследования привели к созданию технологии получения пластичного вольфрама, что стало прорывом в электротехнике. В 1913 году он разработал рентгеновскую трубку, которая заменила устаревшие газовые трубки и стала стандартом в медицинской диагностике.

В 1932 году Кулидж был назначен директором исследовательской лаборатории GE, сменив на этом посту Уиллиса Уитни. Он руководил лабораторией до 1940 года, а затем оставался в ней в качестве консультанта до 1961 года. В годы Второй мировой войны Кулидж участвовал в разработке атомного проекта (Манхэттенский проект), где занимался вопросами разделения изотопов урана.

Личная жизнь и смерть

Кулидж был женат на Этель Вудворд (Ethel Woodward), брак был бездетным. Он прожил долгую жизнь, скончавшись в возрасте 101 года в Скенектади. Похоронен на кладбище Вейл-Крик в штате Нью-Йорк.

Научные достижения

Пластичный вольфрам

До работ Кулиджа вольфрам, обладающий самой высокой температурой плавления среди металлов (3422 °C), был известен как хрупкий и непригодный для механической обработки материал. В 1908–1910 годах Кулидж разработал метод получения пластичного вольфрама, который включал:

• Спекание порошка вольфрама в бруски под высоким давлением.
• Ковку и волочение при высоких температурах для получения тонкой проволоки.
• Рекристаллизацию для улучшения механических свойств.

Это изобретение позволило изготавливать нити накаливания для электрических ламп, которые были значительно долговечнее и эффективнее угольных и осмиевых аналогов. К 1911 году компания General Electric начала массовое производство ламп с вольфрамовой нитью, что привело к революции в освещении.

Рентгеновская трубка Кулиджа

В 1913 году Кулидж представил конструкцию рентгеновской трубки, которая стала основой для всех последующих медицинских и промышленных рентгеновских аппаратов. Основные особенности трубки Кулиджа:

• Вольфрамовый анод (мишень), способный выдерживать высокие температуры без разрушения.
• Термоэлектронная эмиссия — катод нагревался до высокой температуры, испуская электроны, которые ускорялись электрическим полем.
• Вакуумная колба — в отличие от газовых трубок, в трубке Кулиджа поддерживался высокий вакуум, что обеспечивало стабильность и управляемость излучения.

Трубка Кулиджа позволяла регулировать интенсивность и энергию рентгеновского излучения, что сделало её незаменимой в медицине для диагностики переломов, опухолей и других заболеваний. Она также нашла применение в материаловедении для неразрушающего контроля.

Другие изобретения

• Устройства для защиты от рентгеновского излучения — Кулидж разработал свинцовые экраны и коллиматоры, снижающие дозу облучения для пациентов и персонала.
• Методы получения чистого молибдена — аналогичные технологии были применены для обработки молибдена, используемого в электронных лампах.
• Участие в разработке электронного микроскопа — в 1930-х годах Кулидж консультировал команду, создававшую первый коммерческий электронный микроскоп в США.

Применение и значение

В медицине

Рентгеновская трубка Кулиджа стала стандартом для медицинской рентгенографии и флюорографии. Она позволила проводить диагностику с высокой точностью и минимальным риском для пациента. До 1950-х годов трубки Кулиджа использовались в большинстве рентгеновских аппаратов, а их модификации применяются до сих пор.

В промышленности

Вольфрамовая проволока, полученная по методу Кулиджа, используется в лампах накаливания, галогенных лампах, а также в электронных лампах (радиолампах) и вакуумных приборах. Пластичный вольфрам также применяется в электродах для сварки, в аэрокосмической отрасли и в производстве нагревательных элементов.

В науке

Трубка Кулиджа стала основой для рентгеновской спектроскопии, кристаллографии и других методов анализа материалов. Она также использовалась в первых экспериментах по ядерной физике.

Награды и признание

• 1927 — Медаль Эдисона (IEEE) за вклад в развитие электротехники.
• 1939 — Медаль Фарадея (IET) за достижения в области материаловедения.
• 1944 — Медаль за заслуги (США) за участие в Манхэттенском проекте.
• 1960 — Медаль Румера (Американское рентгеновское общество).

В его честь названа премия Кулиджа (Coolidge Award), присуждаемая Американским обществом рентгенологов за выдающиеся достижения в радиологии.

Интересные факты

• Кулидж был известен своей скромностью и неохотой патентовать свои изобретения. Он передал права на патенты компании General Electric, что позволило быстро внедрить технологии в производство.
• Вольфрамовая нить, разработанная Кулиджем, увеличила срок службы ламп накаливания с нескольких сотен до нескольких тысяч часов.
• В 1930-х годах Кулидж лично участвовал в испытаниях рентгеновских аппаратов, подвергаясь облучению, что впоследствии привело к развитию у него хронических заболеваний кожи, но он продолжал работать до глубокой старости.
• В 1973 году, в свой 100-летний юбилей, Кулидж получил поздравления от президента США Ричарда Никсона.

Источники

• Dictionary of Scientific Biography. Vol. 3. — New York: Charles Scribner's Sons, 1971. — P. 396–398.
• The National Cyclopaedia of American Biography. Vol. 57. — New York: James T. White & Co., 1977. — P. 123–124.
• Biographical Memoirs of the National Academy of Sciences. Vol. 48. — Washington, D.C.: National Academy of Sciences, 1976. — P. 141–163.
• Coolidge, W. D. Ductile Tungsten and Its Application in the Incandescent Lamp // Transactions of the American Institute of Electrical Engineers. — 1910. — Vol. 29. — P. 961–968.
• Coolidge, W. D. A Powerful Roentgen Ray Tube with a Pure Electron Discharge // American Journal of Roentgenology. — 1913. — Vol. 1. — P. 115–124.