czerwiec 1931: Lawrence i pierwszy cyklotron
powyżej zdjęcie jest Lawrence i Livingston około 1933 roku, wraz ze zdjęciem stołowego cyklotronu.
lata 20.oznaczały Przejście USA do nowoczesnego społeczeństwa opartego na technologii, a także były okresem doniosłych indywidualnych osiągnięć. W świecie nauki, 27-letni profesor fizyki w Berkeley w Kalifornii, rozpoczął prace, które zapoczątkowały nowoczesną erę multidyscyplinarnych laboratoriów krajowych.
Ernest Orlando Lawrence urodził się w sierpniu 1901 roku w małym miasteczku na prerii w Dakocie Południowej. Jako nastolatek majstrował przy radiach, wstępując w wieku 16 lat do St. Olaf College w Minnesocie. Po roku przeniósł się na University of South Dakota, gdzie profesor elektrotechniki przekonał go, że jego zainteresowanie radiem będzie dobrze ukierunkowane na karierę w fizyce, a nie medycynie. Po ukończeniu studiów z wyróżnieniem w 1922 r. kontynuował zaawansowane studia na University of Minnesota u W. F. G. Swanna, którego Lawrence kontynuował na University of Chicago, a następnie na Yale, gdzie w 1924 r. ukończył doktorat z dysertacją na temat efektu fotoelektrycznego. Lawrence pozostał na Yale jako Postdoctoral fellow, kontynuując badania nad fotoelektrycznością, i rozpoczął pracę nad tym, jak atomy gazu uderzane przez elektrony są zjonizowane.
w 1928 Lawrence wstąpił na wydział Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, obejmując stanowisko, które obejmowało połączenia z Wydziałem Chemii UCB. Ten dostęp do naukowców i studentów z innych dyscyplin był kluczowy dla sukcesu Lawrence ’ a jako badacza i ustanowił wzór dla wyjątkowego laboratorium, które później stworzył.
zainspirowany pracą norweskiego inżyniera Rolfa Wideroe, Lawrence wynalazł unikalny kołowy akcelerator cząstek, który stał się znany jako cyklotron. Koncepcja Wideroe ’ a opierała się na dwukrotnym wykorzystaniu tego samego potencjału elektrycznego, podwajając energię poprzez przejście z potencjału dodatniego na ujemny w celu wypchnięcia jonów, a następnie ich przyciągnięcia. Lawrence ocenił, że schemat liniowy Wideroe ’ a jest niepraktyczny dla lekkich cząstek atomowych, ponieważ wymagałby on rurki próżniowej o długości kilku metrów. Ale to zainspirowało go do myślenia o tym, jak można wykorzystać ten sam potencjał wiele razy, a nie tylko raz. Wymyślił użycie pola magnetycznego do wyginania naładowanych cząstek na okrągłe trajektorie i w ten sposób przepuszczania ich przez ten sam obszar przyspieszania w kółko.
pomysł wymagał połączenia wyrafinowanych technik: Komory wysokiego podciśnienia z polami elektrycznymi o różnych częstotliwościach radiowych i z pewnymi środkami do utrzymywania cząstek w jednej płaszczyźnie poziomej. Pierwszym takim urządzeniem była mieszanka gazu w kształcie ciasta, wosku uszczelniającego i brązu, która obejmowała również krzesło kuchenne i drzewo z drutu do pracy. Prototyp ten udowodnił, że koncepcja działa.
ukończona latem 1931 roku komora przyspieszająca pierwszego cyklotronu zmierzyła 5 cali średnicy i zwiększyła jony wodorowe do energii 80 000 elektronowoltów. Jego asystenci skonstruowali następnie 11-calowy cyklotron, który przełamał barierę miliona elektronowoltów (MeV), ale Lawrence już marzył o zbudowaniu cyklotronu z komorą przyspieszającą o średnicy 27 cali i zdolną do osiągnięcia energii prawie 5 MeV. Potrzebując większej przestrzeni laboratoryjnej, Lawrence nabył od Uniwersytetu pusty budynek przylegający do wydziału fizyki w sierpniu 1931, który zmienił nazwę na Laboratorium promieniowania, lub ” laboratorium Rad.”
27-calowa komora przyspieszająca pierwszego cyklotronu Laboratorium Rad została wkrótce zastąpiona 37-calową komorą o zdolności przyspieszania 8 MeV dla deuteronów i 16 MeV dla cząstek alfa. Do 1936 roku maszyna była używana do tworzenia radioizotopów i pierwszego sztucznego pierwiastka, technetu. W tym czasie Lawrence zaprosił swojego brata, Johna, lekarza, aby dołączył do laboratorium i zbadał wykorzystanie radioizotopów w biologii i badaniach medycznych, czego kulminacją była budowa Laboratorium Crockera z komorą przyspieszającą o średnicy 60 cali. Rozpoczęła działalność w 1939 roku. W tym samym roku Lawrence otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w uznaniu jego rewolucyjnego urządzenia.
kolejny cyklotron Lawrence ’ a zawierał magnes ważący 4000 ton i komorę przyspieszającą o średnicy 184 cali, zdolną do przyspieszania cząstek atomowych do energii przekraczającej 100 MeV. Aby pomieścić Maszyny i urządzenia doświadczalne potrzebne do pracy, na pobliskim Charter Hill zbudowano stałe miejsce dla laboratorium Rad, ukończone w 1946 roku.
rozwój cyklotronu Lawrence ’ a pomógł zmienić nasze rozumienie natury, od mikroskopijnej struktury materii do ludzkiego metabolizmu, od procesu fotosyntezy do tworzenia nowych pierwiastków chemicznych, w tym liczby 103 (lawrencium). Lawrence stworzył również model laboratorium big-science, z których dwa noszą jego imię: Lawrence Berkeley National Laboratory i Lawrence Livermore National Laboratory. Laboratoria Lawrence ’ a popchnęły interdyscyplinarne podejście do takich owocnych nowych dziedzin, jak badania środowiskowe, alternatywne źródła energii, astrofizyka i biologia molekularna. Lawrence zmarł 27 sierpnia 1958 roku na przewlekłe zapalenie jelita grubego w wieku 57 lat.
adaptacja częściowo z internetowej wystawy American Institute of Physics History Center, ” The Legacy of E. O. Lawrence.”Zobacz http://www.aip.org/history/lawrence/ Pełny wykaz.
