今月の物理学史

June1931:Lawrence and The First Cyclotron

cyclotron
上の写真は、テーブルトップサイクロトロンの写真と一緒に、1933年頃のローレンスとリビングストンです。

1920年代は、米国が近代的な技術ベースの社会に移行したことを示し、また重大な個人的な成果の時代でもありました。科学の世界では、カリフォルニア州バークレーの27歳の物理学教授が、学際的な国立研究所の近代的な時代を立ち上げる仕事を始めました。

アーネスト-オーランド-ローレンスは1901年、サウスダコタ州の草原にある小さな町で、ノルウェー人の祖先の両親のもとに生まれました。 10代の頃はラジオに興味を持ち、16歳でミネソタ州のセントオラフ・カレッジに入学した。 1年後、彼はサウスダコタ大学に移り、そこで電気工学の教授は、ラジオへの関心が医学ではなく物理学のキャリアに向けられていると確信した。 1922年に優等で卒業した後、彼はW.F.G.スワンとミネソタ大学で高度な研究を追求し、ローレンスはシカゴ大学に続いてイェール大学に進み、1924年に光電効果に関する論文で博士号を取得した。ローレンスはイェール大学にポスドク-フェローとして滞在し、光電気の研究を続け、電子に打たれたガスの原子がどのようにイオン化されるかについての研究を開始した。

1928年、ローレンスはカリフォルニア大学バークレー校の学部に入り、UCBの化学部門とのつながりを含む立場にあった。他の分野からの科学者や学生へのこのアクセスは、研究者としてのローレンスの成功に不可欠であり、彼がその後作成したユニークな研究室のためのパター

ノルウェーの技術者Rolf Wideroeの論文に触発され、Lawrenceはサイクロトロンとして知られるようになったユニークな円形粒子加速器を発明しました。 Wideroeの概念は、同じ電位を2回使用し、イオンを押してから引っ張るために正の電位から負の電位に切り替えることによってエネルギーを2倍にすることに基づいていました。ローレンスは、数メートルの長さの真空管を必要とするため、ウィデローの線形スキームは軽い原子粒子には実用的ではないと判断した。しかし、それは彼が一度だけではなく、同じ可能性を複数回使用する方法について考えるように促しました。彼は磁場を使って荷電粒子を円軌道に曲げ、同じ加速領域を何度も何度も通過させることを考えました。

このアイデアには、無線周波数で変化する電界を持つ高真空チャンバと、粒子を単一の水平面に保つための何らかの手段が必要でした。最初のそのような装置はまた操作のための台所椅子そしてワイヤー衣服の木を組み込んだガス、密封のワックスおよび青銅のパイ型の調合だった。このプロトタイプは、概念が働いたことを証明しました。

1931年の夏に完成した最初のサイクロトロンの加速室は直径5インチを測定し、水素イオンを80,000電子ボルトのエネルギーまで昇圧しました。彼の助手はその後、100万電子ボルト（MeV）の障壁を破った11インチのサイクロトロンを建設したが、ローレンスはすでに直径27インチの加速室を持ち、5MeV近くのエネルギーに達することができるサイクロトロンを建設することを夢見ていた。より多くの実験室スペースを必要として、ローレンスは大学から物理学部門に隣接する空の建物を調達しました1931,彼は放射線研究所と改名しました,または””

Rad Labの最初のサイクロトロンの27インチの加速室は、すぐに重水素では8MeV、アルファ粒子では16MeVの加速容量を持つ37インチの室に置き換えられた。 1936年までに、この機械は放射性同位体と最初の人工元素であるテクネチウムを製造するために使用されていた。この頃、ローレンスは、実験室に参加し、生物学と医学研究における放射性同位元素の使用を探求するために、彼の兄弟、ジョン、医師を招待し、直径60インチの加速チャンバーで、クロッカー研究所の建設で最高潮に達しました。 1939年に運行を開始した。同じ年、ローレンスは彼の革新的なデバイスの認識でノーベル物理学賞を受賞しました。

ローレンスの次のサイクロトロンは、4,000トンの重さの磁石と、原子粒子を100MeVを超えるエネルギーまで加速することができる直径184インチの加速室を備えていた。機械とそれに付随するために必要な実験施設を収容するために、Radラボの恒久的な場所が近くのCharter Hillに建設され、1946年に完成しました。

ローレンスのサイクロトロンの開発は、物質の微視的な構造から人間の代謝、光合成のプロセスから番号103（lawrencium）を含む新しい化学元素の創造に至るまで、自然に対する私たちの理解を変えるのに役立った。ローレンスはビッグサイエンスラボラトリーのモデルも作成し、そのうちの2つはローレンス・バークレー国立研究所とローレンス・リバモア国立研究所である。ローレンスの研究室は、環境研究、代替エネルギー源、天体物理学、分子生物学などの実りある新しい分野に学際的なアプローチをプッシュしています。ローレンスは1958年8月27日、慢性大腸炎のため57歳で死去した。

は、アメリカ物理学研究所の歴史センターによるオンライン展示”E.O.ローレンスの遺産”から部分的に脚色されています。”完全な展示についてはhttp://www.aip.org/history/lawrence/を参照してください。