June 1931: Lawrence and The First Cyclotron
acima da foto estão Lawrence e Livingston por volta de 1933, juntamente com uma foto do ciclotron Top de mesa.A década de 1920 marcou a transição dos Estados Unidos para uma sociedade moderna baseada em tecnologia, e foi também um período de grande realização individual. No mundo da ciência, um professor de física de 27 anos em Berkeley, Califórnia, iniciou o trabalho que iria lançar uma era moderna de laboratórios nacionais multidisciplinares.Ernest Orlando Lawrence nasceu em agosto de 1901 em uma pequena cidade na Pradaria de Dakota do Sul, filho de pais de ascendência norueguesa. Quando adolescente, ele remendou com rádios, entrando no St. Olaf College em Minnesota aos 16 anos. Depois de um ano, ele se transferiu para a Universidade de Dakota do Sul, onde um professor de engenharia elétrica o convenceu de que seu interesse pelo rádio seria bem direcionado para uma carreira em física ao invés de medicina. Após graduar-se com honras em 1922, ele prosseguiu Estudos Avançados na Universidade de Minnesota com W. F. G. Swann, a quem Lawrence seguiu para a Universidade de Chicago e, em seguida, para Yale, onde completou seu PhD em 1924 com uma dissertação sobre o efeito fotoelétrico. Lawrence permaneceu em Yale como um companheiro pós-doutorado, continuando sua pesquisa sobre fotoeletricidade, e começou a trabalhar sobre como átomos de um gás atingido por elétrons são ionizados.Em 1928, Lawrence ingressou na faculdade da Universidade da Califórnia, Berkeley, com uma posição que incluía conexões com o departamento de Química da UCB. Este acesso a cientistas e estudantes de outras disciplinas foi fundamental para o sucesso de Lawrence como pesquisador e estabeleceu o padrão para o laboratório único que ele posteriormente criou.Inspirado num artigo do engenheiro norueguês Rolf Wideroe, Lawrence inventou um acelerador de partículas circular único que ficou conhecido como ciclotron. O conceito de Wideroe foi baseado no uso do mesmo potencial elétrico duas vezes, dobrando a energia, mudando de potencial positivo para negativo, a fim de empurrar íons e, em seguida, puxá-los. Lawrence considerou o esquema linear de Wideroe impraticável para partículas atômicas leves, uma vez que exigiria um tubo de vácuo de vários metros de comprimento. Mas isso inspirou-o a pensar em como se poderia usar o mesmo potencial várias vezes em vez de apenas uma vez. Ele concebeu o uso de um campo magnético para dobrar partículas carregadas em trajetórias circulares e, assim, passá-las através da mesma região de aceleração repetidamente.
a ideia requeria uma combinação de técnicas sofisticadas: uma câmara de alto vácuo com campos elétricos variando em frequências de rádio e com alguns meios para manter as partículas em um único plano horizontal. O primeiro desses dispositivos foi uma mistura em forma de torta de gás, cera de vedação e bronze que também incorporou uma cadeira de cozinha e uma árvore de roupas de arame para operação. Este protótipo provou que o conceito funcionou.Concluída no verão de 1931, a câmara de aceleração do primeiro ciclotron Media cinco polegadas de diâmetro e impulsionava íons de hidrogênio para uma energia de 80.000 elétrons volts. Seus assistentes posteriormente construíram o ciclotrão de 11 polegadas, que quebrou a barreira de um milhão de elétrons volt (MeV), mas Lawrence já estava sonhando em construir um ciclotrão com uma câmara de aceleração de 27 polegadas de diâmetro e capaz de alcançar energias de quase 5 MeV. Na necessidade de mais espaço laboratorial, Lawrence adquiriu da Universidade um edifício vazio adjacente ao departamento de física em agosto de 1931, que ele renomeou o Laboratório de radiação, ou o “Rad Lab”.”
the 27-inch accelerating chamber of the Rad Lab’s first cyclotron was soon replaced with a 37-inch chamber with an acceleration capacity of 8 MeV for deuterons and 16 MeV for alpha particles. Em 1936, a máquina tinha sido usada para criar radioisótopos e o primeiro elemento artificial, tecnécio. Nessa época, Lawrence convidou seu irmão, John, um médico, para se juntar ao laboratório e explorar o uso de radioisótopos em biologia e pesquisa médica, culminando na construção do Laboratório Crocker, com uma câmara de aceleração de 60 polegadas de diâmetro. Começou a funcionar em 1939. Naquele mesmo ano, Lawrence foi premiado com o Prêmio Nobel de Física em reconhecimento a seu dispositivo revolucionário.O próximo ciclotrão de Lawrence apresentava um íman de cerca de 4.000 toneladas e uma câmara de aceleração de 184 polegadas de diâmetro, capaz de acelerar partículas atômicas para energias superiores a 100 MeV. Para abrigar a máquina e instalações experimentais necessárias para ir com ela, um local permanente para o laboratório Rad foi construído nas proximidades Charter Hill, concluído em 1946.
o desenvolvimento do ciclotron de Lawrence ajudou a mudar a nossa compreensão da natureza, da estrutura microscópica da matéria ao metabolismo humano, do processo de fotossíntese à criação de novos elementos químicos, incluindo o número 103 (lawrencium). Lawrence também criou o modelo do laboratório big-science, dois dos quais têm seu nome: o Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e o Laboratório Nacional Lawrence Livermore. Os laboratórios de Lawrence têm empurrado a abordagem interdisciplinar em novos campos tão frutíferos como a Pesquisa Ambiental, fontes de energia alternativas, Astrofísica e biologia molecular. Lawrence morreu em 27 de agosto de 1958 de colite crônica aos 57 anos de idade.
Adapted in part from an online exhibit by the American Institute of Physics History Center, ” The Legacy of E. O. Lawrence.”Ver http://www.aip.org/history/lawrence/ para a exposição completa.
