Hellmuth Hertz. . Fig 1.Hellmuths far Gustaf Hertz

Transkript

1 Hellmuth Hertz Hellmuth föddes i Berlin Hans föräldrar var Gustav Hertz och hans hustru Ellen. Gustav Hertz var brorson till Heinrich Hertz, som gettt namn till frekvensenheten. Vid Hellmuths födelse var Gustav Hertz docent vid Berlins universitet, men flyttade kort därefter till Eindhoven, där han arbetade som ledare för fysiklaboratoriet vid Philips forskningslaboratorium blev han professor i Halle och 1928 i Berlin fick han tillsammans med James Franck nobelpriset i fysik för det s.k. Franck-Hertz försök, som var ett starkt experimentellt stöd för Bohrs teori för atomens byggnad blev Gustav Hertz fråntagen examinationsrätten i sin professur på grund av sin judiska bakgrund. Han arbetade därefter som Honorarprofessor vid Siemens forskningslaboratorium i Berlin, bl.a. med de försök till isotopseparation som han inlett redan under sent 20-tal vid universitetet i Berlin. Fig 1.Hellmuths far Gustaf Hertz Vid krigsslutet 1945 blev Hertz tillfångatagen av ryssarna. Mellan 1945 och 1954 arbetade han tillsammans med andra tillfångatagna tyska fysiker i Suchumi vid Svarta havet. Hans kunskaper om isotopseparation genom gasdiffusion kom att bli en väsentlig del i arbetet med en rysk atombomb kom Gustav Hertz tillbaka till Tyskland och arbetade som professor i Leipzig till 1961, då han blev emeritus. Han avled Hellmuth tillbringade alltså p.g.a. faderns arbete sina första år i Holland. Fig2. Hellmuth i unga år tillsammans med Einstein

2 Han började så småningom studera vid internatskolan Schloss Salem vid Bodensjön och avlade studentexamen där Schloss Salem grundades 1920 av Kurt Hahn, en kraftfull orädd personlighet som på grund av sina uttalanden blev avskedad av flera olika tyska regeringar. Hans skola betonade mera karaktärsdaning än kunskapsinhämtande. Bland eleverna på Schloss Salem fanns bl. a. den blivande hertigen av Edinburgh, Prins Philip. När Kurt Hahn 1933 arresterades av nazisterna flyttade han till Skottland, där han i Gordonstoun grundade en ny skola på samma principer som Schloss Salem. Prinsen fortsatte där sina studier och även hans söner har fått sin utbildning där. Efter åren i Schloss Salem började Hellmuth sina studier vid Tekniska högskolan i Berlin. Studierna avbröts av kriget, då Hellmuth tjänstgjorde i Afrika-kåren. Efter ett par år som krigsfånge i USA kom Hellmuth tack vare insatser av Niels Bohr och Torsten Gustafsson till Lund, där han arbetade som amanuens och assistent vid Lunds Universitet, först vid institutionen för matematisk fysik och senare vid institutionen för fysik, där han ledde uppbyggnaden av institutionens första accelerator, en s.k van de Graaff-generator. Tanken var ursprungligen att vistelsen i Sverige skulle vara en anhalt på vägen till USA och James Franck, som redan under 30-talet flyttat till USA. Två saker kom emellertid i vägen för planerna. Den första var det kalla kriget som gjorde det svårt för sonen till en professor som arbetade i Sovjet att få visum till USA. Den andra och mera väsentliga var en ung småländska, Birgit Nordbring, som kom i Hellmuths väg och gjorde att hans USA-planer snabbt skrinlades.

3 Fig 3.Birgit Hertz Teoretisk fysik, van de Graaff,scaler, gasurladdningsfysik 1951 kom Hellmuths första publikation som blev hans lic-avhandling. Den behandlade en s.k ferromagnetic scaler. D.v.s en anordning baserad på ferromagnetism, med vars hjälp man kunde räkna pulser. Vid denna tid låg kärnfysiken ännu i sin linda och man hade inga kommersiella räknare som kunde räkna pulser från radioaktiva sönderfall. Framför allt inte räknare som klarade att räkna till 10 och som kunde kaskadkopplas för att räkna i ett decimalsystem. Arbetet med van de Graaff-generatorn ledde in Hellmuths intresse på gasurladdningar och 1955 disputerade han för doktorsgraden på en avhandling om gasurladdningar. Hellmuth hade nu fått sin första doktorand, Elvir Andersson, som även han arbetade inom gasurladdningsfysiken. Deras arbeten behandlade framför allt s.k. coronaurladdningar, urladdningar som kan ske från en positiv trådspets mot ett ledande plan om spänningsskillnaden är tillräckligt hög. En speciell typ av corona, s.k. streamer visade sig vara känslig för luftfuktigheten. Gasurladdningar Arbetet med van de Graaff-generatorn var förbundet med många problem. Till skillnad från de flesta andra var den liggande, d.v.s. jonkälla och target låg på samma nivå. Detta ledde till bekymmersamma mekaniska problem jonkällan måste tillsammans med den ena bandvalsen hängas upp på en nästan 5 meter lång horisontell hållare av isolerande material. Man hade länge problem att nå upp till den spänning som kunde förväntas med hänsyn till den gas under övertryck som fanns i tanken och de geometriska dimensionerna av tanken. Man fick alltså överslag vid mycket lägre spänningar än man hade väntat. Olika lösningar prövades en var att lackera tankens insida med en isolerande lack med mycket negativt resultat. Hellmuth upptäckte då att små porer i lackskiktet fungerade ungefär som små spetsar, d.v.s. genererade lokalt en så hög elektrisk fältstyrka att man fick ett överslag en s.k. coronaurladdning startade. Denna erfarenhet ledde snabbt fram till en konstruktion av en mätanordning med vars hjälp man kunde mäta antalet porer i en lackerad yta, vilket är ett intressant kvalitetsmått för lack-och målningsindustrin. Den ovan nämnda coronahygrometern var en annan biprodukt liksom en högspänningstriod. Patentet för den senare såldes till Philips och blev grundplåten för Hellmuths första bil en milt ljusblå VW1200 Biofysik -botanik Genom Birgit, som då arbetade på växtfysiologiska institutionen, fick Hellmuth klart för sig behovet av en snabb fuktighetsmätare för att studera växternas reglering av sin

4 transpiration till omgivningen. Med hjälp av sina kunskaper i gasurladdningsfysik konstruerade han en s.k.coronahygrometer. Med denna utrustning lyckades man studera växternas reglering av sitt vatteninnehåll. Transpirationen styrs dels av de s.k. klyvöppningarna på bladen, men påverkas även av det hydromekaniska motståndet i stammens rörsystem. När man klipper av ett tomatblad ökar först transpirationen p.g.a. det minskade motståndet och minskar därefter p.g.a. att klyvöppningarna stänger. Detta förlopp är så snabbt att det inte tidigare kunde studeras p.g.a. tidigare hygrometrars långsamhet. Ultraljudkardiografi Redan i början av 1950-talet arbetade Hellmuth tillsammans med Inge Edler för att ta fram en metod att bedöma tillståndet hos det mänskliga hjärtat med ultraljud.

5 Fig 4.Inge Edler och Hellmuth på Ekokariogarfidagen (Foto Sydsvenska Medicinhistoriska sällskapet) Edler arbetade vid kirurgkliniken och hade som uppgift att bedöma vilka hjärtpatienter som lämpade sig för ett kirurgiskt ingrepp för att förbättra funktionen hos mitralisklaffen mellan vänster förmak och vänster kammare. Användbar operationsteknik var då ganska primitiv vidga klaffen med hjälp av en finger efter att ha öppnat hjärtat. Hellmuth hade redan i Berlin fått kännedom om ultraljudets egenskaper och fick låna en materialprovningsapparat av Kockums. Med hjälp av denna fick man fram de första endimensionella rörelserna hos mitralisklaffen. Fig 5. Historiens första endimensionella ekokardiogram. (Foto: Sydsvenska Medicinhistoriska Sällskapet) 1956 fick Hellmuth en anställning som Scientific advisor vid Siemens Medical i Erlangen, där han vistades ett år. Han arbetade här bl.a. med ultraljud för hjärtdiagnostik. För att registrera klaffrörelserna använde han den av den av Rune Elmquist utvecklade s.k mingografen- en bläckstråleskrivare vars teknik skulle följa Hellmuth under de följande decennierna. Vidare fick Hellmuth under Erlangentiden en första kontakt med den då nya halvledartekniken vilket så småningom ledde fram till en dosmätare för radioaktiv strålning baserad på en pn-övergång. Biofysik-botanik Efter disputationen och året som gästforskare vid Siemens i Erlangen fick Hellmuth en docenttjänst vid fysikinstitutionen vid Lunds universitet. Hans intresseområde var nu biofysik, speciellt växternas biofysik. Hellmuths doktorsavhandling behandlade som nämnts bl.a. en s.k. koronahygrometer för mätning av växternas transpiration - nu vidgades hans intresse till växternas elasticitets-egenskaper och deras elektriska fenomen. Tillsammans med en kollega från institutionen för teoretisk fysik, Sven Bertil Nilsson, och två växtfysiologer från Birgits institution (Stig Falk och Hemming Virgin) genomförde Hellmuth en grundlig undersökning av sambandet mellan elasticitetsmodulen för växtdelar och deras turgortryck. Ett annat problem, som Hellmuth uppmärksammades på av Hans Burström, som då var professor i växtfysiologi, var den s.k. geoelektriska effekten. När en växt eller ett frö utsätts för gravitationen strävar de ovanjordiska delarna att växa uppåt och roten att växa neråt. Fenomenet är kopplat till en liten elektrisk spänning som uppkommer över t.ex. en solrosstam, som lägges horisontellt. Fenomenet hade studerats av en tysk

6 forskare, Leo Brauner, under 1930-talet, men den då tillgängliga mättekniken var inte invändningsfri. I samband med arbetet på van de Graaff-generatorn hade Hellmuth utvecklat en metod för beröringsfri mätning av fältstyrkan inuti generatorn. Metoden baseras på en s.k. vibrerande kondensator och kommer bl.a. till användning för konstruktion av elektrometrar för mätningar inom radiofysiken. Fördelen med tekniken är att den är mycket högohmig. Detta är nödvändigt då man skall mäta restspänningen på en s.k. dosimeter. En dosimeter är en kondensator som laddats upp till en viss spänning och därefter placeras inom ett område där man är intresserad av den joniserande strålningen. Ett mått på denna är den hastighet med vilken laddningen på kondensatorn urladdas och ett mått på den totala dosen joniserande strålning är förändringen av laddning. Den vibrerande kondensatorelektrometern kan konstrueras för ingångsresistanser upp till Ω. Då man samtidigt kan mäta spänningar neråt 1 mv framgår att man kan mäta strömmar neråt enstaka elektroner i sekunden. (1 elektronladdning är 1, As) För undersökning av den geoelektriska effekten anställde Hellmuth med stöd av Naturvetenskapliga forskningsrådet sin andre doktorand, Lennart Grahm. Efter ett antal försök att reproducera Brauners försök med gelatinfyllda elektroder som ofta släppte från växten just då spänningsnivåerna stabiliserat sig så mycket att man var mogen för ett försök att vända växten i horisontalläge för att mäta den geoelektriska effekten började utvecklingen av en kontaktfri fältmätande elektrod av samma typ som kommit till användning i Van degraaffgeneratorn. Ett par utvecklingsstadier av mätutustningen visas i följande bilder. I den första mätes spänningsskillnaden mellan basen på växten (en majskoleoptil ) och ytan på den övre längs växten från spänningen tvärs över växten.

7 Fig 6 Vibrerande-kondensator elektrometer för mätning av den geoelektriska effekten. Parallellt med den botaniska verksamheten fortsatte satsningen på ultraljud för hjärtundersökningar. Med stöd av TFR anställdes Sven Olofsson med en bakgrund som med.kand. och civilingenjör för att utveckla en mera specifik utrustning för kardiologin. Bl.a. tillverkades ett spegelsystem baserat på den klassiska geometrins egenskaper hos kägelsnitten. Vi erinrar oss att en stråle som utgår från ena brännpunkten i en ellipsoid bryts till den andra brännpunkten. Om man placerar en ultraljudkristall i ena brännpunkten hos en ellipsoid vars andra brännpunkt ligger i hjärtregionen får man en stråle som fokuseras på hjärtat och de reflekterade signalerna samlas tillbaka på kristallen som nu fungerar som mottagare. Med hjälp av detta spegelsystem och senare utvecklingsvarianter samt ett mekaniskt system för skanning över hela hjärtat fick man de första tvådimensionella bilderna av ett levande hjärta i kroppen. Bildfrekvensen var måttlig och upplösningen begränsad, men detta var för 50 år sedan och första steget mot de moderna apparater som nu ger kardiologen en detaljerad bild av hjärtats funktion. Den botaniska verksamheten inom den biofysiska gruppen hade nu kompletterats med Anders Johnsson (sedermera professor i biofysik i Trondheim). Anders första uppgift var att studera de svängningar man kunde iaktta hos solrosplantor som stimulerats en kort stund i tyngdkraftsfältet.detta ledde så småningom till mera generella studier av den biologiska klockan Anders har t.ex studerat s.k.cirkadianska rytmer, d.v.s. rytmer med en period nära 24 timmar.

8 Anders fortsatte i Trondheim de arbeten som han påbörjat i Lund. Detta ledde bl.a. till ett samarbete med NASA och rymdfärder med Spacelab 1992 och utnämndes Hellmuth till professor i elektrisk mätteknik vid Lunds Tekniska Högskola. Under de första åren tog arbetet med utveckling av kurser i det nya ämnet, elektrisk mätteknik mycket tid, men samtidigt gav den nya positionen tillgång till möjligheten att få små undersökningar gjorda som examensarbeten. Många examensarbeten ledde sedan till anställningar som assistenter vid den nya institutionen och dessa assistenter (6 stycken från början) blev också forskarstuderande inom olika ämnesområden. Bläckstråleteknik Från början var forskningen inriktad på olika tillämpningar av medicinskt ultraljud. I samband med försök att modifiera en bläckstråleskrivare(mingografen en uppfinning av en annan Lundaforskare, Rune Elmquist. Han är mera känd för utvecklingen av den första pacemakern) för registrering av ekokardiografi upptäcktes en metod att elektriskt styra små bläckstrålar - med hjälp av metoden kan man på några milliondels sekunder sätta en bläckfläck på ett papper. Metoden har kommit till användning för utskrift av alfanumeriska tecken, för medicinska registreringsinstrument och framför allt för utskrift av datorgenererade bilder i färg. De senare är nu av sådan kvalitet att de ej kan skiljas från färgfotografier. Färgbildskrivare baserade på Hellmuths arbeten användes bl.a. för framställning av bilder från datorgenererade konstruktioner. Så kan man t.ex. i ett datorsystem (CADsystem) konstruera en ny bilmodell och direkt från datorsystemet rita ut en färgbild av bilen innan den ens finns i sinnevärlden som gipsmodell. Andra tillämpningar på bläckstråletekniken är utskrift av röntgenbilder från moderna digitala röntgenanläggningar. Som ett kuriosum kan nämnas Anders har t.ex studerat s.k.cirkadianska rytmer, d.v.s. rytmer med en period nära 24 timmar. Hellmuths framgångar inom vitt skilda områden har skaffat honom många olika belöningar. Arbetena inom biofysik/växtfysiologi belönades 1963 med den s.k. Westrupska belöningen, hans arbeten med ultraljud inom medicinen har givit honom 1966 års pris ur Erna Ebelings fond, hedersdoktorat i medicin vid Lunds Universitet 1978 och STU:s uppfinnarpris På det internationella planet blev han Honorary Member of the American Institute of Ultrasound in Medicine 1971 och fick tillsammans med prof. Inge Edler 1977 Albert Lasker Clinical Research Award, USA:s förnämsta utmärkelse inom medicinområdet fick de båda "Aachener und Münchener Preis für Technik und angewandte Naturwissenschaften" för utvecklingen av ekokardiografin, och samma år Pioneer award utdelad av American Institute of Ultrasound in Medicine. Slutligen har Hellmuths arbeten inom bläckstråleområdet varit orsaken till att han 1986 utnämndes till "Albert Rose Electronic Imager of the year" (utdelat av "Institute for Graphics Communication"), 1988 till "Visiting lecturer", en utmärkelse utdelad av Society for Imaging Science and Technology. Society for Information Display har bidragit med Johann Gutenberg Prize 1988.

9 Fig 7.Ett exempel på de belöningar Hellmuth fick motta. Det torde vara unikt att en forskare uppnår internationellt uppmärksammade framgångar inom så vitt skilda fält som Hellmuth har gjort. För oss som arbetat på elektrisk mätteknik under årens lopp har Hellmuth trots det fulla engagemanget i sitt vetenskapliga arbete alltid haft tid att engagera sig i medarbetarna och även deras familjer. Otaliga är de "Spock" (Sunt förnuft i barnavård och barnuppfostran) som Hellmuth gett bort till nyblivna fäder och mödrar på institutionen och vid Hellmuths telefon fanns en lista på förnamn på hustrur, sambor och barn (namn var inte Hellmuths allra starkaste sida). Många av oss har fått låna familjens kära ö i Blekinge (Flintholmen) för doktorsfest, tentamina eller sommarsemester.