आइए इस आशा को संजोएं कि वह दिन दूर नहीं है जब हम इस अगली खोज के बीच होंगे।
Ernest Orlando Lawrence एक अग्रणी अमेरिकी परमाणु वैज्ञानिक थे और 1939 में साइक्लोट्रॉन के आविष्कार के लिए भौतिकी में नोबेल पुरस्कार के विजेता थे। वह Manhattan Project के लिए यूरेनियम-आइसोटोप पृथक्करण पर अपने काम के लिए जाने जाते हैं, साथ ही Lawrence Berkeley National Laboratory और Lawrence Livermore National Laboratory की स्थापना के लिए भी।
University of South Dakota और University of Minnesota के स्नातक, Lawrence ने 1925 में Yale से भौतिकी में PhD प्राप्त की। 1928 में, उन्हें University of California, Berkeley में भौतिकी के सहायक प्रोफेसर के रूप में नियुक्त किया गया, और दो साल बाद वहां सबसे कम उम्र के पूर्ण प्रोफेसर बन गए। एक शाम इसके पुस्तकालय में, Lawrence एक त्वरक के आरेख से प्रभावित हुए जो उच्च-ऊर्जा कणों का उत्पादन करता था। उन्होंने सोचा कि इसे कैसे कॉम्पैक्ट बनाया जा सकता है, और एक विद्युत चुंबक के ध्रुवों के बीच एक गोलाकार त्वरक कक्ष के लिए एक विचार के साथ आए। परिणाम पहला साइक्लोट्रॉन था।
Lawrence बड़े और अधिक महंगे साइक्लोट्रॉन का एक श्रृंखला बनाने के लिए आगे बढ़े। उनकी Radiation Laboratory 1936 में University of California का एक आधिकारिक विभाग बन गई, Lawrence इसके निदेशक थे। भौतिकी के लिए साइक्लोट्रॉन के उपयोग के अलावा, Lawrence ने रेडियोआइसोटोप के चिकित्सा उपयोगों पर शोध में इसके उपयोग को भी समर्थन दिया। द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान, Lawrence ने Radiation Laboratory में विद्युत चुंबकीय आइसोटोप पृथक्करण विकसित किया। इसमें कैलुट्रॉन के रूप में जाने जाने वाले उपकरण का उपयोग किया गया, जो मानक प्रयोगशाला द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर और साइक्लोट्रॉन का एक संकर था। Oak Ridge, Tennessee में एक विशाल विद्युत चुंबकीय पृथक्करण संयंत्र बनाया गया था, जिसे Y-12 कहा जाता था। प्रक्रिया अक्षम थी, लेकिन यह काम करती थी।
युद्ध के बाद, Lawrence ने बड़े वैज्ञानिक कार्यक्रमों के सरकारी प्रायोजन के लिए व्यापक रूप से अभियान चलाया, और "Big Science" के एक शक्तिशाली समर्थक थे, जिसमें बड़ी मशीनों और बड़ी राशि की आवश्यकता थी। Lawrence ने एक दूसरी परमाणु हथियार प्रयोगशाला के लिए Edward Teller के अभियान का दृढ़ता से समर्थन किया, जिसे Lawrence ने Livermore, California में स्थित किया। उनकी मृत्यु के बाद, University of California के रीजेंट्स ने Lawrence Livermore National Laboratory और Lawrence Berkeley National Laboratory का नाम उनके नाम पर रखा। रासायनिक तत्व संख्या 103 को 1961 में Berkeley में इसकी खोज के बाद उनके सम्मान में lawrencium नाम दिया गया।
प्रारंभिक जीवन
Ernest Orlando Lawrence का जन्म 8 अगस्त, 1901 को Canton, South Dakota में हुआ था। उनके माता-पिता, Carl Gustavus और Gunda née Jacobson Lawrence, दोनों नॉर्वेजियन आप्रवासियों की संतानें थीं जो Canton में उच्च विद्यालय में पढ़ाते समय मिले थे, जहां उनके पिता स्कूलों के प्रधान भी थे। उनका एक छोटा भाई, John H. Lawrence था, जो एक चिकित्सक बन गया, और परमाणु चिकित्सा के क्षेत्र में एक अग्रदूत था। बचपन में, उनका सबसे अच्छा दोस्त Merle Tuve था, जो एक अत्यधिक प्रतिभाशाली भौतिकविद् भी बन गया।
Lawrence ने Canton और Pierre के सार्वजनिक स्कूलों में भाग लिया, फिर Northfield, Minnesota में St. Olaf College में नामांकित हुए, लेकिन एक साल बाद Vermillion में University of South Dakota में स्थानांतरित हो गए। उन्होंने 1922 में रसायन विज्ञान में स्नातक की डिग्री पूरी की, और 1923 में William Francis Gray Swann की देखरेख में University of Minnesota से भौतिकी में Master of Arts (M.A.) की डिग्री प्राप्त की। अपने मास्टर की थीसिस के लिए, Lawrence ने एक प्रायोगिक उपकरण बनाया जो एक विद्युत चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से एक दीर्घवृत्त को घुमाता था।
Lawrence ने Swann को University of Chicago में, और फिर New Haven, Connecticut में Yale University में अनुसरण किया, जहां Lawrence ने 1925 में भौतिकी में Doctor of Philosophy (Ph.D.) की डिग्री पूरी की, एक Sloane Fellow के रूप में, पोटेशियम वाष्प में फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर अपनी डॉक्टरल थीसिस लिखते हुए। उन्हें Sigma Xi का सदस्य चुना गया, और Swann की सिफारिश पर, National Research Council fellowship प्राप्त की। इसे यूरोप की यात्रा के लिए उपयोग करने के बजाय, जैसा कि उस समय रीति-रिवाज था, वह Swann के साथ एक शोधकर्ता के रूप में Yale University में रहे।
University of Virginia के Jesse Beams के साथ, Lawrence ने फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर शोध जारी रखा। उन्होंने दिखाया कि फोटोइलेक्ट्रॉन फोटॉन के फोटोइलेक्ट्रिक सतह से टकराने के 2 x 10−9 सेकंड के भीतर प्रकट होते हैं—उस समय के मापन की सीमा के करीब। प्रकाश स्रोत को तेजी से चालू और बंद करके उत्सर्जन समय को कम करने से उत्सर्जित ऊर्जा का स्पेक्ट्रम व्यापक हो गया, Werner Heisenberg के अनिश्चितता सिद्धांत के अनुरूप।
प्रारंभिक कैरियर
1926 और 1927 में, Lawrence को Seattle में University of Washington और University of California में सहायक प्रोफेसरशिप के प्रस्ताव मिले, जिनमें प्रति वर्ष $3,500 की तनख्वाह थी। Yale ने तुरंत सहायक प्रोफेसरशिप का प्रस्ताव मिलाया, लेकिन $3,000 की तनख्वाह पर। Lawrence अधिक प्रतिष्ठित Yale में रहना चुना, लेकिन क्योंकि वह कभी निर्देशक नहीं रहे थे, यह नियुक्ति उनके कुछ सहयोगी संकाय द्वारा नाराज की गई थी, और बहुत लोगों की नजर में यह अभी भी उनकी South Dakota आप्रवासी पृष्ठभूमि के लिए क्षतिपूर्ति नहीं करता था।
Lawrence को 1928 में University of California में भौतिकी के सहायक प्रोफेसर के रूप में नियुक्त किया गया था, और दो साल बाद पूर्ण प्रोफेसर बन गए, विश्वविद्यालय के सबसे कम उम्र के प्रोफेसर बन गए। Robert Gordon Sproul, जो Lawrence के प्रोफेसर बनने के अगले दिन विश्वविद्यालय के अध्यक्ष बने, Bohemian Club के सदस्य थे, और उन्होंने 1932 में Lawrence की सदस्यता प्रायोजित की। इस क्लब के माध्यम से, Lawrence ने William Henry Crocker, Edwin Pauley, और John Francis Neylan से मुलाकात की। वे प्रभावशाली व्यक्ति थे जिन्होंने उन्हें अपनी ऊर्जावान परमाणु कण जांच के लिए पैसा प्राप्त करने में मदद की। कण भौतिकी के विकास से चिकित्सा उपयोगों के लिए बहुत आशा थी, और इससे Lawrence प्राप्त अग्रिमों के लिए बहुत प्रारंभिक वित्तपोषण हुआ।
Yale में रहते हुए, Lawrence को Mary Kimberly Molly Blumer से मुलाकात हुई, जो George Blumer की सबसे बड़ी बेटी थीं, जो Yale School of Medicine के डीन थे। वे पहली बार 1926 में मिले और 1931 में सगाई हो गई, और 14 मई, 1932 को New Haven, Connecticut में Trinity Church on the Green में विवाह कर लिया। उनके छह बच्चे थे: Eric, Margaret, Mary, Robert, Barbara, और Susan। Lawrence ने अपने बेटे Robert का नाम सैद्धांतिक भौतिकविद् Robert Oppenheimer के नाम पर रखा, जो Berkeley में उनका सबसे करीबी दोस्त था। 1941 में, Molly की बहन Elsie ने Edwin McMillan से विवाह किया, जो 1951 में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार जीतने के लिए चले गए।
साइक्लोट्रॉन का विकास
आविष्कार
वह आविष्कार जो Lawrence को अंतर्राष्ट्रीय ख्याति में लाया, एक नैपकिन के कागज के टुकड़े पर एक स्केच के रूप में शुरू हुआ। 1929 में एक शाम पुस्तकालय में बैठते हुए, Lawrence ने Rolf Widerøe के एक पत्रिका लेख पर एक नज़र डाली, और एक आरेख से प्रभावित हुए। यह एक उपकरण को दर्शाता था जो छोटे "धक्के" के एक उत्तराधिकार के माध्यम से उच्च-ऊर्जा कणों का उत्पादन करता था। दर्शाया गया उपकरण सीधी रेखा में तेजी से लंबे इलेक्ट्रोड का उपयोग करके बनाया गया था। उस समय, भौतिकविद् परमाणु नाभिक की खोज करने लगे थे। 1919 में, न्यूजीलैंड के भौतिकविद् Ernest Rutherford ने नाइट्रोजन में अल्फा कणों को दागा था और कुछ नाभिकों से प्रोटॉन को निकालने में सफल रहे थे। लेकिन नाभिकों का सकारात्मक आवेश होता है जो अन्य सकारात्मक रूप से आवेशित नाभिकों को प्रतिकर्षित करता है, और वे एक बल द्वारा कसकर बंधे होते हैं जिसे भौतिकविद् केवल समझने लगे थे। उन्हें तोड़ने के लिए, उन्हें विघटित करने के लिए, लाखों वोल्ट के क्रम में बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होगी।
Lawrence ने देखा कि ऐसा कण त्वरक जल्द ही अपने विश्वविद्यालय प्रयोगशाला के लिए बहुत लंबा और अनाड़ी हो जाएगा। त्वरक को अधिक कॉम्पैक्ट बनाने के तरीके पर विचार करते हुए, Lawrence ने एक विद्युत चुंबक के ध्रुवों के बीच एक गोलाकार त्वरक कक्ष स्थापित करने का फैसला किया। विद्युत चुंबकीय क्षेत्र आवेशित प्रोटॉन को एक सर्पिल पथ में रखेगा क्योंकि वे केवल दो अर्धवृत्ताकार इलेक्ट्रोड के बीच त्वरित होते हैं, जो एक प्रत्यावर्ती संभावना से जुड़े होते थे। लगभग सौ मोड़ के बाद, प्रोटॉन उच्च-ऊर्जा कणों की एक बीम के रूप में लक्ष्य को प्रभावित करेंगे। Lawrence ने उत्साह से अपने सहयोगियों को बताया कि उन्होंने किसी भी उच्च वोल्टेज के उपयोग के बिना बहुत उच्च ऊर्जा के कणों को प्राप्त करने की एक विधि की खोज की है। उन्होंने शुरुआत में Niels Edlefsen के साथ काम किया। उनका पहला साइक्लोट्रॉन पीतल, तार और सीलिंग वैक्स से बना था और केवल चार इंच (10 सेमी) व्यास का था—इसे शाब्दिक रूप से एक हाथ में रखा जा सकता था, और संभवतः कुल में $25 की लागत थी।
Lawrence को विचार विकसित करने के लिए जो चाहिए था, वह काम करने के लिए सक्षम स्नातक छात्र थे। Edlefsen सितंबर 1930 में एक सहायक प्रोफेसरशिप लेने के लिए चले गए, और Lawrence ने उन्हें David H. Sloan और M. Stanley Livingston से बदल दिया, जिन्हें उन्होंने क्रमशः Widerøe के त्वरक और Edlefsen के साइक्लोट्रॉन पर विकास के लिए काम करने के लिए सेट किया। दोनों का अपना वित्तीय समर्थन था। दोनों डिज़ाइन व्यावहारिक साबित हुए, और मई 1931 तक, Sloan का रैखिक त्वरक आयनों को 1 MeV तक त्वरित करने में सक्षम था। Livingston का अधिक तकनीकी चुनौती था, लेकिन जब उन्होंने 2 जनवरी, 1931 को अपने 11-इंच साइक्लोट्रॉन पर 1,800 V लागू किया, तो उन्हें 80,000-इलेक्ट्रॉन वोल्ट प्रोटॉन चक्कर लगाते हुए मिले। एक सप्ताह बाद, उन्हें 3,000 V के साथ 1.22 MeV मिला, जो उसकी PhD थीसिस के लिए पर्याप्त था।
विकास
जो एक आवर्ती पैटर्न बन गया, जैसे ही सफलता का पहला संकेत मिला, Lawrence एक नई, बड़ी मशीन की योजना बनाने लगे। Lawrence और Livingston ने 1932 की शुरुआत में एक 27-इंच (69 सेमी) साइक्लोट्रॉन के लिए एक डिजाइन तैयार किया। $800 के 11-इंच साइक्लोट्रॉन के लिए चुंबक का वजन 2 टन था, लेकिन Lawrence को Palo Alto के एक जंकयार्ड में एक विशाल 80-टन चुंबक मिला जो मूल रूप से प्रथम विश्व युद्ध के दौरान एक ट्रांसअटलांटिक रेडियो लिंक को शक्ति प्रदान करने के लिए बनाया गया था। साइक्लोट्रॉन में, उनके पास एक शक्तिशाली वैज्ञानिक उपकरण था, लेकिन यह वैज्ञानिक खोज में अनुवाद नहीं किया। अप्रैल 1932 में, Cavendish Laboratory में John Cockcroft और Ernest Walton ने घोषणा की कि उन्होंने लिथियम को प्रोटॉन से बमबारी की थी और इसे हीलियम में परिवर्तित करने में सफल रहे थे। आवश्यक ऊर्जा काफी कम निकली—11-इंच साइक्लोट्रॉन की क्षमता के भीतर। इसके बार
