juni 1931: Laurence og den første cyklotron
ovenstående foto er Laurence og Livingston omkring 1933 sammen med et foto af bordpladen cyclotron.
1920 ‘ erne markerede USAs overgang til et moderne teknologibaseret samfund og var også en periode med vigtig individuel præstation. I videnskabens verden begyndte en 27-årig fysikprofessor i Berkeley, Californien, det arbejde, der ville lancere en moderne æra af tværfaglige nationale laboratorier.
Ernest Orlando blev født i August 1901 i en lille by på South Dakota prærien til forældre til Norsk herkomst. Som teenager tinkerede han med radioer og kom ind i St. Olaf College i Minnesota klokken 16. Efter et år flyttede han til University of South Dakota, hvor en professor i elektroteknik overbeviste ham om, at hans interesse for radio ville være godt rettet mod en karriere inden for Fysik snarere end medicin. Efter eksamen med udmærkelse i 1922 forfulgte han avancerede studier ved University of Minnesota med F. G. Svann, som Laurence fulgte til University of Chicago og derefter til Yale, hvor han afsluttede sin ph.d. i 1924 med en afhandling om den fotoelektriske effekt. Han fortsatte sin forskning i fotoelektricitet og begyndte at arbejde på, hvordan atomer af en gas ramt af elektroner ioniseres.
i 1928 sluttede han sig til fakultetet ved University of California, Berkeley, med en stilling, der omfattede forbindelser til UCBS Kemiafdeling. Denne adgang til forskere og studerende fra andre discipliner var afgørende for Laurens succes som forsker og etablerede mønsteret for det unikke laboratorium, han efterfølgende skabte.
inspireret af et papir fra den norske ingeniør Rolf Brederoe opfandt Laurence en unik cirkulær partikelaccelerator, der blev kendt som cyklotronen. Konceptet var baseret på at bruge det samme elektriske potentiale to gange og fordoble energien ved at skifte fra positivt til negativt potentiale for at skubbe ioner og derefter trække dem. Lineært skema upraktisk for lette atompartikler, da det ville kræve et vakuumrør flere meter langt. Men det inspirerede ham til at tænke over, hvordan man kunne bruge det samme potentiale flere gange i stedet for kun en gang. Han tænkte på at bruge et magnetfelt til at bøje ladede partikler i cirkulære baner og således føre dem gennem det samme accelererende område igen og igen.
ideen krævede en kombination af sofistikerede teknikker: et højvakuumkammer med elektriske felter varierende ved radiofrekvenser og med nogle midler til at holde partiklerne i et enkelt vandret plan. Den første sådan anordning var en tærteformet sammensætning af gas, tætningsvoks og bronse, der også indeholdt en køkkenstol og et trådtøjstræ til drift. Denne prototype viste, at konceptet fungerede.
afsluttet i sommeren 1931 målte accelerationskammeret i den første cyklotron fem inches i diameter og øgede hydrogenioner til en energi på 80.000 elektronvolt. Hans assistenter konstruerede efterfølgende 11-tommers cyklotron, der brød barrieren one million electron volt (MeV), men Laurence drømte allerede om at konstruere en cyklotron med et accelererende kammer 27-tommer i diameter og i stand til at nå energier på næsten 5 MeV. I August 1931 købte han fra universitetet en tom bygning ved siden af fysikafdelingen, som han omdøbte til Strålingslaboratoriet eller “Rad Lab.”
27-tommers accelerationskammer i Rad Labs første cyklotron blev snart erstattet med et 37-tommers kammer med en accelerationskapacitet på 8 MeV for deuteroner og 16 MeV for alfapartikler. I 1936 var maskinen blevet brugt til at skabe radioisotoper og det første kunstige element, technetium. Omkring dette tidspunkt inviterede Laurence sin bror, John, en læge, til at deltage i laboratoriet og udforske brugen af radioisotoper i biologi og medicinsk forskning, der kulminerede med opførelsen af Crocker Lab, med et accelererende kammer, der måler 60 tommer i diameter. Det begyndte at fungere i 1939. Samme år blev han tildelt Nobelprisen i fysik som anerkendelse af hans revolutionerende enhed.
Laurence ‘ s næste cyklotron indeholdt en magnet, der vejer 4.000 tons og et accelererende kammer 184 tommer i diameter, der er i stand til at accelerere atompartikler til energier på over 100 MeV. For at huse maskinen og de eksperimentelle faciliteter, der var nødvendige for at gå med den, blev der bygget et permanent sted for Rad Lab på nærliggende Charter Hill, afsluttet i 1946.
udviklingen af Laurence ‘ s cyclotron hjalp med at ændre vores forståelse af naturen, fra den mikroskopiske struktur af stof til menneskelig metabolisme, fra fotosynteseprocessen til skabelsen af nye kemiske elementer, herunder nummer 103 (lovrencium). Han har også skabt modellen af Big-science laboratory, hvoraf to bærer hans navn: Berkeley National Laboratory og Livermore National Laboratory. Den tværfaglige tilgang til sådanne frugtbare nye områder som miljøforskning, alternative energikilder, astrofysik og molekylærbiologi. Laurence døde den 27. August 1958 af kronisk colitis i en alder af 57 år.
delvist tilpasset fra en online udstilling af American Institute of Physics History Center, “arven fra E. O. Laurence.”Se http://www.aip.org/history/lawrence/ for den fulde udstilling.
