juni 1931: Lawrence en het eerste Cyclotron
Boven foto is Lawrence en Livingston rond 1933, samen met een foto van de tafel cyclotron.
de jaren 1920 markeerden de overgang van de VS naar een moderne technologie-gebaseerde samenleving, en was ook een periode van gewichtige individuele prestatie. In de wereld van de wetenschap begon een 27-jarige hoogleraar natuurkunde in Berkeley, Californië, aan het werk dat een modern tijdperk van multidisciplinaire nationale laboratoria zou lanceren.Ernest Orlando Lawrence werd in augustus 1901 geboren in een klein stadje aan de South Dakota prairie als zoon van Noorse ouders. Als tiener knoeide hij met radio ‘ s, het invoeren van St.Olaf College in Minnesota op 16. Na een jaar ging hij naar de Universiteit van South Dakota, waar een professor in elektrotechniek hem ervan overtuigde dat zijn interesse in radio goed gericht zou zijn op een carrière in de natuurkunde in plaats van de geneeskunde. Na zijn cum laude afstuderen in 1922, vervolgde hij geavanceerde studies aan de Universiteit van Minnesota bij W. F. G. Swann, die Lawrence volgde naar de Universiteit van Chicago en vervolgens naar Yale, waar hij zijn PhD voltooide in 1924 met een proefschrift over het foto-elektrisch effect. Lawrence bleef op Yale als een postdoctorale fellow, voortzetting van zijn onderzoek naar foto-elektriciteit, en begon te werken over hoe atomen van een gas geraakt door elektronen worden geïoniseerd.In 1928 trad Lawrence toe tot de faculteit van de Universiteit van Californië-Berkeley, met een functie die verbindingen met UCB ‘ s Scheikunde afdeling omvatte. Deze toegang tot wetenschappers en studenten uit andere disciplines was van cruciaal belang voor Lawrence ‘ s succes als onderzoeker en vormde het patroon voor het unieke laboratorium dat hij vervolgens creëerde.Geïnspireerd door een artikel van de Noorse ingenieur Rolf Wideroe, vond Lawrence een unieke cirkelvormige deeltjesversneller uit die bekend werd als het cyclotron. Wideroe ‘ s concept was gebaseerd op het gebruik van dezelfde elektrische potentiaal tweemaal, het verdubbelen van de energie door over te schakelen van positieve naar negatieve potentiaal om ionen te duwen en ze vervolgens te trekken. Lawrence vond Wideroe ‘ s lineaire schema onpraktisch voor lichte atomaire deeltjes, omdat het een vacuümbuis enkele meters lang zou vereisen. Maar het inspireerde hem om na te denken over hoe men hetzelfde potentieel meerdere keren kon gebruiken in plaats van slechts één keer. Hij bedacht het gebruik van een magnetisch veld om geladen deeltjes in cirkelvormige banen te buigen en ze dus keer op keer door hetzelfde versnellende gebied te laten gaan.
het idee vereiste een combinatie van geavanceerde technieken: een hoogvacuümkamer met elektrische velden variërend bij radiofrequenties en met enige middelen om de deeltjes in een enkel horizontaal vlak te houden. Het eerste dergelijke apparaat was een taartvormig brouwsel van gas, zegelwas en brons dat ook een keukenstoel en een draad kleding boom voor de werking opgenomen. Dit prototype bewees dat het concept werkte.In de zomer van 1931 werd de versnellingskamer van het eerste cyclotron voltooid, met een diameter van 5 inch en een boost van waterstofionen tot een energie van 80.000 elektronvolt. Zijn assistenten construeerden vervolgens de 11-inch cyclotron, die de 1 miljoen elektronvolt (MeV) barrière brak, maar Lawrence droomde er al van om een cyclotron te bouwen met een versnellende kamer van 27 inch in diameter en in staat om energieën van bijna 5 MeV te bereiken. In nood van meer laboratoriumruimte, Lawrence verkregen van de universiteit een leeg gebouw grenzend aan de physics department in augustus 1931, die hij omgedoopt tot de straling laboratorium, of de “Rad Lab.”
de 27-inch acceleratiekamer van het eerste cyclotron van het Rad Lab werd al snel vervangen door een 37-inch kamer met een acceleratiecapaciteit van 8 MeV voor deuteronen en 16 MeV voor alfa-deeltjes. In 1936 werd de machine gebruikt om radio-isotopen en het eerste kunstmatige element, technetium, te maken. Rond deze tijd nodigde Lawrence zijn broer, John, een arts, uit om zich bij het lab aan te sluiten en het gebruik van radio-isotopen in biologie en medisch onderzoek te onderzoeken, wat culmineerde in de bouw van het Crocker Lab, met een versnellende kamer van 60 centimeter in diameter. Het begon in 1939. Datzelfde jaar kreeg Lawrence de Nobelprijs voor de natuurkunde als erkenning voor zijn revolutionaire apparaat.Lawrence ‘ s volgende cyclotron had een magneet met een gewicht van 4000 ton en een versnellende kamer met een diameter van 184 inch, die atomaire deeltjes kon versnellen tot meer dan 100 MeV. Om de machine en de bijbehorende experimentele faciliteiten te huisvesten, werd een permanente locatie voor het Rad Lab gebouwd op het nabijgelegen Charter Hill, voltooid in 1946.De ontwikkeling van Lawrence ‘ s cyclotron hielp ons begrip van de natuur te veranderen, van de microscopische structuur van materie tot menselijk metabolisme, van het proces van fotosynthese tot de creatie van nieuwe chemische elementen, waaronder nummer 103 (lawrencium). Lawrence creëerde ook het model van het big-science laboratory, waarvan er twee zijn naam dragen: het Lawrence Berkeley National Laboratory en Lawrence Livermore National Laboratory. Lawrence ‘ s labs hebben de interdisciplinaire aanpak geduwd in zulke vruchtbare nieuwe gebieden als milieuonderzoek, alternatieve energiebronnen, astrofysica, en moleculaire biologie. Lawrence stierf op 27 augustus 1958 aan chronische colitis op 57-jarige leeftijd.”The Legacy of E. O. Lawrence”, een online tentoonstelling van het American Institute of Physics History Center.”Zie http://www.aip.org/history/lawrence/ voor de volledige tentoonstelling.
