Donald William Kerst (1 de noviembre de 1911 - 19 de agosto de 1993) fue un físico estadounidense que trabajó en conceptos avanzados de aceleradores de partículas ( física de aceleradores ) y física del plasma . Es más conocido por su desarrollo del betatrón , un nuevo tipo de acelerador de partículas utilizado para acelerar electrones .
Licenciado por la Universidad de Wisconsin-Madison , Kerst desarrolló el primer betatrón en la Universidad de Illinois en Urbana Champaign , donde entró en funcionamiento el 15 de julio de 1940. Durante la Segunda Guerra Mundial , Kerst se ausentó en 1940 y 1941 para trabajar en él con el personal de ingeniería de General Electric , y diseñó un betatrón portátil para inspeccionar bombas fallidas . En 1943 se unió al Laboratorio de Los Álamos del Proyecto Manhattan , donde fue responsable del diseño y la construcción de la caldera de agua, un reactor nuclear destinado a servir como instrumento de laboratorio.
De 1953 a 1957, Kerst fue director técnico de la Asociación de Investigación de Universidades del Medio Oeste , donde trabajó en conceptos avanzados de aceleradores de partículas, en particular el acelerador FFAG . Luego trabajó en el Laboratorio John Jay Hopkins de General Atomics de 1957 a 1962, donde trabajó en el problema de la física del plasma. Con Tihiro Ohkawa inventó dispositivos toroidales para contener el plasma con campos magnéticos. Sus dispositivos fueron los primeros en contener plasma sin las inestabilidades que habían plagado los diseños anteriores, y los primeros en contener plasma durante tiempos de vida superiores al límite de difusión de Bohm .
Donald William Kerst nació en Galena, Illinois el 1 de noviembre de 1911, [1] hijo de Herman Samuel Kerst y Lillian E Wetz. [2] Ingresó en la Universidad de Wisconsin , donde obtuvo una licenciatura en Artes (BA) en 1934, y luego su Doctorado en Filosofía (PhD) en 1937, [3] escribiendo su tesis sobre "El desarrollo de generadores electrostáticos en presión de aire y aplicaciones a funciones de excitación de reacciones nucleares". [4] Esto implicó construir y probar un generador de 2,3 MeV para experimentos con la dispersión de protones . [3]
Después de graduarse, Kerst trabajó en General Electric Company durante un año, trabajando en el desarrollo de tubos y máquinas de rayos X. Esto le resultó frustrante, ya que la investigación con rayos X requería altas energías que no se podían producir en ese momento. En 1938 aceptó una oferta de un puesto de profesor en la Universidad de Illinois en Urbana Champaign , donde el jefe del departamento de física, F. Wheeler Loomis, alentó a Kerst en sus esfuerzos por crear un mejor acelerador de partículas . [3] El resultado de estos esfuerzos fue el betatrón . [5] [6] Cuando comenzó a funcionar el 15 de julio de 1940, Kerst se convirtió en la primera persona en acelerar electrones utilizando inducción electromagnética , alcanzando energías de 2,3 MeV. [7]
En diciembre de 1941, Kerst se decidió por el "betatrón", utilizando la letra griega "beta", que era el símbolo de los electrones, y "tron", que significa "instrumento para". [8] Continuó construyendo más betatrones de energía creciente, una máquina de 20 MeV en 1941, una de 80 MeV en 1948 y una máquina de 340 MeV, que se completó en 1950. [7]
El betatrón influiría en todos los aceleradores posteriores. Su éxito se debió a un profundo conocimiento de la física implicada y a un minucioso diseño de los imanes, las bombas de vacío y la fuente de alimentación. [1] En 1941, se asoció con Robert Serber para proporcionar el primer análisis teórico de las oscilaciones que se producen en un betatrón. [1] [9] La máquina original de 1940 fue donada al Instituto Smithsoniano en 1960. [7]
Durante la Segunda Guerra Mundial , Kerst se ausentó de la Universidad de Illinois para trabajar en el desarrollo del betatrón con el personal de ingeniería de General Electric en 1940 y 1941. Diseñaron versiones de 20 MeV y 100 MeV del betatrón, y él supervisó la construcción del primero, que trajo consigo a la Universidad de Illinois. También diseñó un betatrón portátil de 4 MeV para inspeccionar bombas fallidas . [1]
La formación en ingeniería y física de Kerst lo situó cerca de la cima de la lista de científicos que Robert Oppenheimer reclutó para el Laboratorio de Los Álamos del Proyecto Manhattan , que se creó para diseñar la bomba atómica . [10] En agosto de 1943, Kerst fue puesto a cargo del Grupo P-7 del Laboratorio, que era responsable del diseño y la construcción de la caldera de agua, [11] [3] un reactor nuclear destinado a servir como instrumento de laboratorio para probar los cálculos de masa crítica y el efecto de varios materiales de manipulación . Su grupo, formado principalmente por miembros de la Universidad de Purdue , incluía a Charles P. Baker, Gerhart Friedlander , Lindsay Helmholtz, Marshall Holloway y Raemer Schreiber . Robert F. Christy proporcionó ayuda con los cálculos teóricos. [12]
Kerst diseñó un reactor acuoso homogéneo en el que se disolvía uranio enriquecido en forma de sulfato de uranio soluble en agua y se rodeaba de un reflector de neutrones de óxido de berilio . Fue el primer reactor que empleó uranio enriquecido como combustible y requirió la mayor parte del escaso suministro mundial en ese momento. Una cantidad suficiente de uranio enriquecido llegó a Los Álamos en abril de 1944 y la caldera de agua comenzó a funcionar en mayo. A fines de junio había alcanzado todos sus objetivos de diseño. [12]
El Laboratorio de Los Álamos se reorganizó en agosto de 1944 para concentrarse en la creación de un arma nuclear de tipo implosión . [13] Estudiar la implosión a gran escala, o incluso a escala completa, requería métodos de diagnóstico especiales. Ya en noviembre de 1943, Kerst sugirió utilizar un betatrón que empleara rayos gamma de 20 MeV en lugar de rayos X para estudiar la implosión. [14] En la reorganización de agosto de 1944, se convirtió en codirector, junto con Seth Neddermeyer , del Grupo G-5, parte de la División G (Gadget) de Robert Bacher , encargada específicamente de las pruebas de betatrones. Oppenheimer hizo que el betatrón de 20 MeV de la Universidad de Illinois se enviara a Los Álamos, donde llegó en diciembre. El 15 de enero de 1945, el Grupo G-5 tomó sus primeras fotografías de una implosión con betatrón. [15]
Kerst regresó a la Universidad de Illinois después de la guerra. De 1953 a 1957 fue director técnico de la Asociación de Investigación de Universidades del Medio Oeste , donde trabajó en conceptos avanzados de aceleradores de partículas, en particular el acelerador FFAG . [16] Desarrolló el principio de enfoque de sectores espirales, que se encuentra en el corazón de muchos ciclotrones de cresta espiral que ahora están en funcionamiento en todo el mundo. Su equipo ideó y analizó el apilamiento de haces, un proceso de aceleración de radiofrecuencia en máquinas de campo fijo que condujo al desarrollo de los aceleradores de haces en colisión. [3]
De 1957 a 1962, Kerst trabajó en la división General Atomics del Laboratorio John Jay Hopkins para Ciencias Pura y Aplicada de General Dynamics en La Jolla, California , donde trabajó en física del plasma , que se esperaba que fuera la puerta de entrada al control de la energía termonuclear . [1] Con Tihiro Ohkawa inventó dispositivos toroidales para contener el plasma con campos magnéticos. Los dos completaron este trabajo en la Universidad de Wisconsin, [3] donde Kerst fue profesor desde 1962 hasta su jubilación en 1980. [17] Sus dispositivos fueron los primeros en contener plasma sin las inestabilidades que habían plagado los diseños anteriores, y los primeros en contener plasma durante tiempos de vida superiores al límite de difusión de Bohm . [1] De 1972 a 1973 también fue presidente de la División de Física del Plasma de la Sociedad Estadounidense de Física. [1]
Kerst se casó con Dorothy Birkett Kerst. Tuvieron dos hijos, [1] una hija, Marilyn, y un hijo, Stephen. Después de jubilarse, Kerst y Dorothy se mudaron a Fort Myers, Florida . [17] Murió el 19 de agosto de 1993, en el Hospital Universitario y Clínicas de Madison, Wisconsin , a causa de un tumor cerebral. Le sobrevivieron su esposa e hijos. [17] Sus documentos se encuentran en los Archivos de la Universidad de Illinois. [18]
