juni 1931: Lawrence och den första cyklotronen
ovanstående foto är Lawrence och Livingston runt 1933, tillsammans med ett foto av bordsskivan cyklotron.
1920-talet markerade USA: s övergång till ett modernt teknikbaserat samhälle och var också en period av betydelsefull individuell prestation. I vetenskapens värld började en 27-årig fysikprofessor i Berkeley, Kalifornien, arbetet som skulle lansera en modern era av tvärvetenskapliga nationella laboratorier.
Ernest Orlando Lawrence föddes i augusti 1901 i en liten stad på South Dakota prärien till föräldrar till norska anor. Som tonåring mixtrade han med radioapparater och gick in i St.Olaf College i Minnesota klockan 16. Efter ett år flyttade han till University of South Dakota, där en professor i elektroteknik övertygade honom om att hans intresse för radio skulle vara välriktat mot en karriär inom fysik snarare än medicin. Efter examen med hedersbetygelser 1922 fortsatte han avancerade studier vid University of Minnesota med W. F. G. Swann, som Lawrence följde till University of Chicago och sedan till Yale, där han avslutade sin doktorsexamen 1924 med en avhandling om den fotoelektriska effekten. Lawrence stannade på Yale som postdoktor, fortsatte sin forskning om FOTOELEKTRICITET och började arbeta med hur atomer av en gas som träffas av elektroner joniseras.
1928 gick Lawrence med i fakulteten vid University of California, Berkeley, med en position som inkluderade anslutningar till UCB: s Kemiavdelning. Denna tillgång till forskare och studenter från andra discipliner var avgörande för Lawrences framgång som forskare och etablerade mönstret för det unika laboratoriet som han senare skapade.
inspirerad av ett papper från den norska ingenjören Rolf Wideroe uppfann Lawrence en unik cirkulär partikelaccelerator som blev känd som cyklotronen. Wideroes koncept baserades på att använda samma elektriska potential två gånger, fördubbla energin genom att byta från positiv till negativ potential för att driva joner och sedan dra dem. Lawrence bedömde Wideroes linjära schema opraktiskt för lätta atompartiklar, eftersom det skulle kräva ett vakuumrör flera meter långt. Men det inspirerade honom att tänka på hur man kunde använda samma potential flera gånger istället för bara en gång. Han tänkte använda ett magnetfält för att böja laddade partiklar i cirkulära banor och därmed passera dem genom samma accelererande region om och om igen.
tanken krävde en kombination av sofistikerade tekniker: en högvakuumkammare med elektriska fält som varierar vid radiofrekvenser och med vissa medel för att hålla partiklarna i ett enda horisontellt plan. Den första sådana anordningen var en pajformad sammansättning av gas, tätningsvax och brons som också införlivade en köksstol och ett trådkläderträd för drift. Denna prototyp visade att konceptet fungerade.
färdigställd sommaren 1931 mätte den första cyklotronens accelerationskammare fem tum i diameter och ökade vätejoner till en energi på 80 000 elektronvolt. Hans assistenter konstruerade därefter 11-tums cyklotron, som bröt en miljon elektronvolt (MeV) barriär, men Lawrence drömde redan om att bygga en cyklotron med en accelererande kammare med en diameter på 27 tum och kan nå energier på nästan 5 MeV. I behov av mer laboratorieutrymme anskaffade Lawrence från universitetet en tom byggnad intill fysikavdelningen i augusti 1931, som han döpte om till Strålningslaboratoriet eller ”Rad Lab.”
den 27-tums accelerationskammaren i Rad-labbets första cyklotron ersattes snart med en 37-tums kammare med en accelerationskapacitet på 8 MeV för deuteroner och 16 MeV för alfapartiklar. År 1936 hade maskinen använts för att skapa radioisotoper och det första konstgjorda elementet, teknetium. Runt denna tid inbjöd Lawrence sin bror, John, en läkare, att gå med i labbet och utforska användningen av radioisotoper i biologi och medicinsk forskning, som kulminerade i konstruktionen av Crocker Lab, med en accelerationskammare som mäter 60 tum i diameter. Det började fungera 1939. Samma år tilldelades Lawrence Nobelpriset i fysik som ett erkännande av sin revolutionära enhet.
Lawrence nästa cyklotron innehöll en magnet som väger 4000 ton och en accelerationskammare 184 tum i diameter, som kan accelerera atompartiklar till energier över 100 MeV. För att hysa maskinen och experimentella anläggningar som behövs för att gå med den, byggdes en permanent plats för Rad Lab på närliggande Charter Hill, färdigställd 1946.
utvecklingen av Lawrence ’ s cyclotron hjälpte till att förändra vår förståelse av naturen, från den mikroskopiska strukturen av materia till mänsklig metabolism, från fotosyntesprocessen till skapandet av nya kemiska element, inklusive nummer 103 (lawrencium). Lawrence skapade också modellen för big-science laboratory, varav två bär hans namn: Lawrence Berkeley National Laboratory och Lawrence Livermore National Laboratory. Lawrence ’ s labs har drivit det tvärvetenskapliga tillvägagångssättet till sådana fruktbara nya områden som miljöforskning, alternativa energikällor, astrofysik och molekylärbiologi. Lawrence dog den 27 augusti 1958 av kronisk kolit vid 57 års ålder.
delvis anpassad från en online-utställning av American Institute of Physics History Center, ”The Legacy of E. O. Lawrence.”Se http://www.aip.org/history/lawrence/ för hela utställningen.
