iunie 1931: Lawrence și primul ciclotron
fotografia de mai sus este Lawrence și Livingston în jurul anului 1933, împreună cu o fotografie a ciclotronului de masă.
anii 1920 au marcat tranziția SUA către o societate modernă bazată pe tehnologie și au fost, de asemenea, o perioadă de realizări individuale importante. În lumea științei, un profesor de fizică în vârstă de 27 de ani din Berkeley, California, a început lucrarea care va lansa o eră modernă a laboratoarelor naționale multidisciplinare.
Ernest Orlando Lawrence s-a născut în August 1901 într-un orășel din Dakota de Sud, din părinți de origine norvegiană. În adolescență, a jucat cu radiouri, intrând la Colegiul St. Olaf din Minnesota la 16 ani. După un an, s-a transferat la Universitatea din Dakota de Sud, unde un profesor de inginerie electrică l-a convins că interesul său pentru radio va fi bine îndreptat către o carieră în fizică, mai degrabă decât în medicină. După absolvirea cu onoruri în 1922, a urmat studii avansate la Universitatea din Minnesota cu W. F. G. Swann, pe care Lawrence l-a urmat la Universitatea din Chicago și apoi la Yale, unde și-a finalizat doctoratul în 1924 cu o disertație despre efectul fotoelectric. Lawrence a rămas la Yale ca postdoctoral, continuându-și cercetările despre fotoelectricitate și a început să lucreze la modul în care atomii unui gaz lovit de electroni sunt ionizați.
în 1928, Lawrence s-a alăturat Facultății de la Universitatea din California, Berkeley, cu o poziție care a inclus legături cu Departamentul de Chimie al UCB. Acest acces la oameni de știință și studenți din alte discipline a fost esențial pentru succesul lui Lawrence ca cercetător și a stabilit modelul pentru laboratorul unic pe care l-a creat ulterior.
inspirat de o lucrare a inginerului norvegian Rolf Wideroe, Lawrence a inventat un accelerator de particule circular unic care a devenit cunoscut sub numele de ciclotron. Conceptul lui Wideroe s-a bazat pe utilizarea aceluiași potențial electric de două ori, dublând energia prin trecerea de la potențial pozitiv la negativ pentru a împinge ionii și apoi pentru a-i trage. Lawrence a considerat schema liniară a lui Wideroe impracticabilă pentru particulele atomice ușoare, deoarece ar necesita un tub de vid lung de câțiva metri. Dar l-a inspirat să se gândească la modul în care s-ar putea folosi același potențial de mai multe ori în loc de o singură dată. El a conceput să folosească un câmp magnetic pentru a îndoi particulele încărcate în traiectorii circulare și astfel să le treacă prin aceeași regiune accelerată din nou și din nou.
ideea a necesitat o combinație de tehnici sofisticate: o cameră cu vid înalt, cu câmpuri electrice care variază la frecvențe radio și cu unele mijloace pentru a menține particulele într-un singur plan orizontal. Primul astfel de dispozitiv a fost un amestec în formă de plăcintă de gaz, ceară de etanșare și bronz care a încorporat, de asemenea, un scaun de bucătărie și un copac de îmbrăcăminte din sârmă pentru funcționare. Acest prototip a dovedit că conceptul a funcționat.
finalizat în vara anului 1931, camera de accelerare a primului ciclotron a măsurat cinci centimetri în diametru și a amplificat ionii de hidrogen la o energie de 80.000 de electroni volți. Asistenții săi au construit ulterior ciclotronul de 11 inci, care a rupt bariera de un milion de electroni volți (MeV), dar Lawrence Visa deja să construiască un ciclotron cu o cameră de accelerare cu diametrul de 27 inci și capabilă să atingă energii de aproape 5 MeV. Având nevoie de mai mult spațiu de laborator, Lawrence a achiziționat de la universitate o clădire goală adiacentă Departamentului de fizică în August 1931, pe care a redenumit-o Laboratorul de radiații sau „Laboratorul Rad.”
camera de accelerare de 27 inci a primului ciclotron al Laboratorului Rad a fost înlocuită în curând cu o cameră de 37 inci cu o capacitate de accelerație de 8 MeV pentru deuteroni și 16 MeV pentru particulele alfa. Până în 1936 mașina fusese folosită pentru a crea radioizotopi și primul element artificial, technețiu. În această perioadă, Lawrence l-a invitat pe fratele său, John, medic, să se alăture laboratorului și să exploreze utilizarea radioizotopilor în biologie și cercetare medicală, culminând cu construcția Crocker Lab, cu o cameră de accelerare cu diametrul de 60 de centimetri. A început să funcționeze în 1939. În același an, Lawrence a primit Premiul Nobel pentru fizică ca recunoaștere a dispozitivului său revoluționar.
următorul ciclotron al lui Lawrence avea un magnet cu o greutate de 4.000 de tone și o cameră de accelerare cu diametrul de 184 inci, capabilă să accelereze particulele atomice la energii mai mari de 100 MeV. Pentru a găzdui mașina și facilitățile experimentale necesare pentru a merge cu ea, un site permanent pentru Laboratorul Rad a fost construit în apropiere Charter Hill, finalizat în 1946.
dezvoltarea ciclotronului lui Lawrence a ajutat la schimbarea înțelegerii naturii, de la structura microscopică a materiei la metabolismul uman, de la procesul de fotosinteză la crearea de noi elemente chimice, inclusiv numărul 103 (lawrencium). Lawrence a creat, de asemenea, modelul laboratorului big-science, dintre care două îi poartă numele: Laboratorul Național Lawrence Berkeley și Laboratorul Național Lawrence Livermore. Laboratoarele lui Lawrence au împins abordarea interdisciplinară în domenii atât de fructuoase precum cercetarea mediului, sursele alternative de energie, astrofizica și biologia moleculară. Lawrence a murit la 27 August 1958, de colită cronică la vârsta de 57 de ani.
adaptat parțial dintr-o expoziție online a Institutului American de Fizică Centrul de Istorie, „moștenirea lui E. O. Lawrence.”A se vedea http://www.aip.org/history/lawrence/ pentru întreaga expoziție.
