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Percy Williams Bridgman (1882 - 1961), USA

Nobelpreis für Physik 1946

Porträtbild
Bild: Percy Williams Bridgman [1]

für die Erfindung eines Apparates zur Erzeugung extrem hoher Drücke und für seine Entdeckungen, die er damit auf dem Gebiet der Hochdruck-Physik machte

Percy Williams Bridgman begann im Jahre 1900 sein Studium der Physik an der Harvard Universität in seiner Geburtsstadt Cambridge, Massachusetts, USA. Er schloss 1908 mit dem Doktortitel ab und verbrachte seine gesamte berufliche Karriere in Harvard.[2]
Bridgman war insbesondere auf experimenteller Seite einer der bedeutendsten Forscher seiner Generation, während er für alltägliche Pflichten die Fakultät betreffend und auch für seine Lehrtätigkeit weniger Geduld aufbrachte. Er glänzte mit Erfindungsreichtum, gepaart mit einer außergewöhnlichen handwerklichen Geschicklichkeit und einem fundierten praktischen Wissen über Metallbearbeitung und Werkzeugmaschinen.[3] Mit dem von ihm konzipierten Druckapparat war er erstmalig in der Lage, verschiedene physikalische Eigenschaften wie die Kompressibilität, die elektrische und thermische Leitfähigkeit und die Viskosität zahlreicher Materialien bei Drücken bis zu 100 000 Atmosphären (ca. 10 GPa = 10 Milliarden Pascal) zu untersuchen.

Hochdruckapparatur

Die über die Jahre vielfach verbesserte Hochdruckapparatur, mit der Bridgman seine grundlegenden Experimente durchführte, besaß einen vom Prinzip her relativ einfachen Aufbau. Er basierte auf zwei gegenüberliegenden, schräg zulaufenden Ambossen aus einem speziellen Wolframkarbid, die sich in einer hydraulischen Presse schraubstockartig zusammenführen ließen.

PatentzeichnungBild vergrößert anzeigenFigur 1: Apparatur zur Erzeugung hoher Drücke und Temperaturen (aus US 2 483 803 A )


Daneben verfolgte Bridgman auch Wege zur Erzeugung hoher Drücke bei gleichzeitiger Bereitstellung hoher Temperaturen, wie eine Patentanmeldung (pdf- Datei US 2 483 803 A ) aus dem Jahre 1946 zeigt. So ist die aus der Figur 1 (links) ersichtliche Apparatur ebenfalls für den Einsatz in einer hydraulischen Presse vorgesehen, welche mittels verschiedener Druckstempel 26, 20 und 16, 15 aus Stahl einen aufwärts gerichteten, starken Axialdruck auf eine sich in einem Hohlraum eines massiven Stahlblocks 12 befindliche Probenkapsel 60 überträgt. Auf der rechten Seite der Figur 1 ist ein Ausschnitt des Innenraums dieser Probenkapsel 60 dargestellt, wobei die Probe 90 in einer Bohrung 81 eines Behälters 80 platziert ist. Oberhalb hiervon befindet sich ein weiterer Behälter 68 aus Stahl mit einer Bohrung 69, in der sich ein Sprengstoff 71 befindet, der durch Druckeinwirkung ausgelöst wird. Durch die Explosion wird ein benachbarter Zünder 78, 79 in Gang gesetzt, welcher eine Hauptzündladung 86 aktiviert. Dies führt schließlich zu einer starken Hitzeentwicklung an der Probe in der Probenkapsel, welche auf diese Weise Temperaturen von über 2000 °C bei Drücken von bis zu 3 GPa ausgesetzt wird.

Apparatur zur Kristallzüchtung

Bridgman machte sich ebenfalls einen Namen auf dem Gebiet der Kristallographie, indem er ein bis heute wichtiges, nach ihm benanntes Verfahren zur Herstellung von Einkristallen entwickelte. Eine hierfür vorgesehene Apparatur zeigt die Figur 2 (linke Seite) aus pdf- Datei (1,18 MB) US 1 793 672 A . Sie umfasst eine Ampulle 2, wobei das Ampullenmaterial abhängig vom in der Ampulle enthaltenen Ausgangsmaterial gewählt wird (z.B. Glas für relativ niedrig schmelzende Metalle). Nachdem ein mit konstanter Heizleistung betriebener zylindrischer Heizofen 4 das Ausgangsmaterial vollständig aufgeschmolzen hat, wird die Ampulle allmählich durch eine Öffnung 12 im Heizofen in die kühlere Außenluft abgesenkt, woraufhin das geschmolzene Ausgangsmaterial im unteren Bereich der Ampulle Schicht für Schicht auskristallisiert. Die konisch geformte Spitze 18 der Ampulle erhöht hierbei die Wahrscheinlichkeit, dass der Kristallisationsprozess von einem einzigen Keim Ausgang nimmt, wodurch das Wachstum eines großen Einkristalls begünstigt wird.

PatentzeichnungBild vergrößert anzeigenFigur 2: Apparatur zur Kristallzüchtung (aus US 1 793 672 A )

Zusätzlich ist in der Figur 2 eine durch eine Engstelle 76 in eine Hauptkammer 74 und eine Kristallisationskammer 78 unterteilte, alternative Ampullenform dargestellt. Auch wenn der Kristallisationsprozess von mehreren Keimkristallen starten sollte, ist in aller Regel nur einer davon für ein Wachstum durch die Engstelle geeignet positioniert, sodass die Kristallisation in der Hauptkammer ausgehend von einem einzigen Keim erfolgen kann.

An einer unheilbaren Knochenkrebs-Krankheit leidend, beschloss Bridgman 1961 sein Schicksal selbst zu bestimmen, indem er sich das Leben nahm. Häufig zitiert werden seine zuvor hinterlassenen Worte: "Es ist nicht schicklich für eine Gesellschaft, einen Menschen dazu zu zwingen, dies selbst zu tun. Wahrscheinlich ist dies der letzte Tag, an dem ich fähig sein werde, dies selbst zu tun".[3]

Patentdokumente zu Percy Williams Bridgman
PublikationsnummerJahrTitel
pdf-Datei US 1 377 569 A   1915  Method of and Apparatus for Rapid Weighing in Analytical Balance 
pdf-Datei US 1 793 672 A   1926  Crystals and Their Manufacture 
pdf-Datei US 2 483 803 A   1946  High-Pressure and High-Temperature Test Apparatus 
pdf-Datei US 2 544 414 A   1946  High-Pressure Apparatus 

Quellen:

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/File:Bridgman.jpg [recherchiert am 16.02.2012]
[2] http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1946/bridgman-bio.html [recherchiert am 17.02.2012]
[3] HAZEN, R. M.: The diamond makers. Cambridge: Cambridge University Press, 1999. S. 39-60. - ISBN 0-521-65474-2

© 2016 Deutsches Patent- und Markenamt | 29.02.2016