1931. június: Lawrence és az első ciklotron
A fenti képen Lawrence és Livingston látható 1933 körül, az asztali ciklotron fényképével együtt.
az 1920-as évek az Egyesült Államok átmenetét jelentették a modern technológián alapuló társadalom felé, és egyben a jelentős egyéni teljesítmény időszaka is volt. A tudomány világában egy 27 éves fizika professzor a kaliforniai Berkeley-ben kezdte meg azt a munkát, amely a multidiszciplináris nemzeti laboratóriumok modern korszakát indítja el.
Ernest Orlando Lawrence 1901 augusztusában született egy kisvárosban a dél-dakotai prérin, norvég származású szülők gyermekeként. Tinédzserként rádiókkal bütykölt, 16 évesen lépett be a minnesotai St. Olaf főiskolára. Egy év után átment a Dél-Dakotai Egyetem, ahol az elektrotechnika professzora meggyőzte arról, hogy a rádió iránti érdeklődése inkább a fizika, mint az orvostudomány felé irányul. Miután 1922-ben kitüntetéssel végzett, haladó tanulmányokat folytatott a Minnesotai Egyetem val vel W. F. G. Swann, akit Lawrence követett a Chicagói Egyetem majd a Yale, ahol 1924-ben doktorált a fotoelektromos hatásról szóló disszertációval. Lawrence a Yale-en maradt posztdoktori ösztöndíjasként, folytatta a fotoelektromosság kutatását, és elkezdett dolgozni azon, hogy az elektronok által megütött gáz atomjai hogyan ionizálódnak.
1928-ban Lawrence csatlakozott a Kaliforniai Egyetem, Berkeley, olyan pozícióval, amely kapcsolatokat tartalmazott az UCB kémiai Tanszékével. Ez a hozzáférés a tudósok és a diákok más tudományágak kritikus volt Lawrence sikere, mint a kutató, és létrehozta a mintát az egyedülálló laboratórium később létrehozott.
Rolf Wideroe Norvég mérnök tanulmánya ihlette Lawrence feltalált egy egyedi kör alakú részecskegyorsítót, amely ciklotron néven vált ismertté. Wideroe koncepciója azon alapult, hogy ugyanazt az elektromos potenciált kétszer használják, megduplázva az energiát azáltal, hogy pozitívról negatívra váltanak, hogy ionokat nyomjanak, majd húzzanak. Lawrence úgy ítélte meg, hogy Wideroe lineáris sémája nem praktikus a könnyű atomrészecskék számára, mivel ehhez több méter hosszú vákuumcsőre lenne szükség. De arra ösztönözte, hogy gondolkodjon azon, hogyan lehetne ugyanazt a potenciált többször használni, nem csak egyszer. Elképzelte, hogy mágneses mezőt használ arra, hogy a töltött részecskéket körpályákra hajlítsa, és így újra és újra áthaladjon ugyanazon a gyorsuló régión.
az ötlet kifinomult technikák kombinációját igényelte: nagy vákuumkamrát, rádiófrekvenciákon változó elektromos mezőkkel és bizonyos eszközökkel, amelyek a részecskéket egyetlen vízszintes síkban tartják. Az első ilyen eszköz egy gázból, tömítő viaszból és bronzból készült pite alakú főzet volt, amely egy konyhai széket és egy drótruhát is tartalmazott a működéshez. Ez a prototípus bebizonyította, hogy a koncepció működött.
az 1931 nyarán elkészült első ciklotron gyorsító kamrája öt hüvelyk átmérőjű volt, és a hidrogénionokat 80 000 elektronvolt energiára növelte. Asszisztensei ezt követően megépítették a 11 hüvelykes ciklotront, amely megtörte az egymillió elektronvoltot (MeV), de Lawrence már arról álmodozott, hogy egy 27 hüvelyk átmérőjű gyorsítókamrával rendelkező ciklotront épít, amely képes elérni a közel 5 MeV energiát. Több laboratóriumi helyre szorulva Lawrence 1931 augusztusában beszerzett egy üres épületet az egyetemtől a fizika tanszék mellett, amelyet átnevezett sugárzási laboratórium, vagy a ” Rad Lab.”
a Rad Lab első ciklotronjának 27 hüvelykes gyorsítókamráját hamarosan felváltották egy 37 hüvelykes kamrával, amelynek gyorsítási kapacitása 8 MeV a deuteronok és 16 MeV az alfa részecskék számára. 1936 – ra a gépet radioizotópok és az első mesterséges elem, a technécium létrehozására használták. Körülbelül ebben az időben Lawrence meghívta testvérét, Johnt, egy orvost, hogy csatlakozzon a laboratóriumhoz, és fedezze fel a radioizotópok használatát a biológiában és az orvosi kutatásban, amelynek csúcspontja a Crocker Lab építése volt, amelynek átmérője 60 hüvelyk volt. 1939-ben kezdte meg működését. Ugyanebben az évben Lawrence forradalmi eszközének elismeréseként fizikai Nobel-díjat kapott.
Lawrence következő ciklotronja 4000 tonna súlyú mágnest és 184 hüvelyk átmérőjű gyorsítókamrát tartalmazott, amely képes az atomrészecskéket 100 MeV-ot meghaladó energiára gyorsítani. A gép elhelyezéséhez és a hozzá szükséges kísérleti létesítményekhez a közeli Charter Hill-en állandó helyet építettek a Rad Lab számára, amelyet 1946-ban fejeztek be.
Lawrence ciklotronjának kifejlesztése segített megváltoztatni a természet megértését, az anyag mikroszkopikus szerkezetétől az emberi anyagcseréig, a fotoszintézis folyamatától az új kémiai elemek létrehozásáig, beleértve a 103-as számot (lawrencium). Lawrence megalkotta a big-science laboratory modelljét is, amelyek közül kettő az ő nevét viseli: a Lawrence Berkeley National Laboratory és a Lawrence Livermore National Laboratory. Lawrence laboratóriumai az interdiszciplináris megközelítést olyan gyümölcsöző új területekre tolták, mint a környezeti kutatás, az alternatív energiaforrások, az asztrofizika és a molekuláris biológia. Lawrence meghalt augusztus 27, 1958, a krónikus vastagbélgyulladás 57 éves korában.
részben az American Institute of Physics History Center online kiállításából adaptálva: “E. O. Lawrence Öröksége.”Lásd http://www.aip.org/history/lawrence/ a teljes kiállítást.
