この次の冒険に向かう日が遠くない時代に入ることを願いましょう。
Ernest Orlando Lawrenceはアメリカの先駆的な核物理学者で、サイクロトロンの発明により1939年にノーベル物理学賞を受賞しました。彼はマンハッタン・プロジェクトのためのウラン同位体分離に関する研究で知られており、また Lawrence Berkeley National Laboratory と Lawrence Livermore National Laboratory の設立者です。
South Dakota大学とMinnesota大学の卒業生であるLawrenceは、1925年にYale大学で物理学の博士号を取得しました。1928年、彼はUniversity of California、Berkeleyの物理学准教授として雇用され、2年後に同大学で最年少の正教授となりました。ある夜、その図書館で、Lawrenceは高エネルギー粒子を生成する加速器の図に興味を持ちました。彼はそれをコンパクトにする方法を考え、電磁石の両極の間に円形加速室という考えを思いつきました。その結果が最初のサイクロトロンです。
Lawrenceはその後、一連のより大きく、より高価なサイクロトロンを製造しました。彼のRadiation Laboratoryは1936年にUniversity of Californiaの公式な部門となり、Lawrenceがその所長となりました。物理学でのサイクロトロンの使用に加えて、Lawrenceは放射性同位体の医学的応用研究への使用も支持しました。第二次世界大戦中、Lawrenceはradiation Laboratoryで電磁同位体分離を開発しました。それは標準的な研究室用質量分析計とサイクロトロンの融合体として知られるカルトロンと呼ばれるデバイスを使用していました。巨大な電磁分離工場がTennessee州Oak Ridgeに建設され、Y-12と呼ばれるようになりました。このプロセスは非効率でしたが、機能しました。
戦後、Lawrenceは大規模な科学プログラムの政府支援のために広く活動し、大型機械と大規模な資金を必要とする「ビッグサイエンス」の強力な提唱者でした。Lawrenceは第二の核兵器研究所のためのEdward Tellerのキャンペーンを強く支持し、その研究所をCalifornia州Livermoreに置きました。彼の死後、University of California の理事会は Lawrence Livermore National Laboratory と Lawrence Berkeley National Laboratory を彼にちなんで改名しました。1961年にBerkeleyでの発見後、化学元素103番はローレンシウムと彼の栄誉を称えて命名されました。
初期の人生
Ernest Orlando Lawrenceは1901年8月8日、South Dakota州Cantonで生まれました。彼の両親、Carl GustavusとGunda née Jacobson Lawrenceは、ともにノルウェー移民の子孫で、Cantonの高校で教えており、彼の父はまた学校の教育長でもありました。彼は younger brother John H. Lawrenceがおり、彼は医師となり、核医学の分野の先駆者となりました。成長期、彼の親友はMerle Tuyeで、彼もまた高度に成就した物理学者となるでしょう。
Lawrenceはcantonとpierreの公立学校に通い、その後Minnesota州northfieldのst. Olaf Collegeに入学しましたが、1年後にVermillionのUniversity of South Dakotaに転校しました。彼は1922年に化学の学位を完成させ、1923年にMinnesota大学からWilliam Francis Gray Swannの監督下で物理学の修士号(M.A.)を取得しました。修士論文のために、Lawrenceは磁場を通じて楕円体を回転させる実験装置を製造しました。
Lawrenceはswannに続いてUniversity of Chicago、その後Connecticut州new havenのyale universityに行き、sloane fellowとして1925年に物理学の哲学博士(ph.d.)の学位を完成させ、カリウム蒸気の光電効果に関する博士論文を執筆しました。彼はSigma Xiのメンバーに選出され、swannの推奨により、国立研究評議会フェローシップを受け取りました。当時の慣例のようにヨーロッパへの旅行にそれを使う代わりに、彼はswannを研究者としてyale universityに留まりました。
Virginia大学のJesse Beamsとともに、Lawrenceは光電効果の研究を続けました。彼らは光電子が光子が光電面を打つ後2 x 10−9秒以内に現れたことを示しました-当時の測定の限界に近いです。光源をすばやくオンとオフに切り替えることで発光時間を短縮すると、放出されるエネルギーのスペクトルがより広くなり、Werner Heisenbergの不確定性原理に準拠しています。
初期のキャリア
1926年と1927年に、LawrenceはシアトルのUniversity of Washingtonとuniversity of californiaからの准教授職のオファーを受け取りました。年間$3,500の給与です。Yaleは准教授職のオファーをすぐに一致させましたが、給与は$3,000でした。Lawrenceはより権威のあるYaleに留まることを選びました。しかし彼は講師になったことがなかったため、その任命は彼の同僚の何人かから反感を買い、多くの人の目には彼のSouth Dakota移民の背景をまだ補うことはできませんでした。
Lawrenceは1928年にUniversity of Californiaの物理学准教授として雇用され、2年後に正教授となり、同大学で最年少の教授になりました。Robert Gordon Sproulはlawrenceが教授になった日の翌日に大学の学長になり、1932年にbohemian clubへのlawrenceのメンバーシップをスポンサーしました。このクラブを通じて、lawrenceはwilliam henry crocker、edwin pauley、john francis neylanに会いました。彼らは彼が精力的な核粒子調査のためのお金を得るのを助けた影響力のある男性でした。粒子物理学の発展から医学的な使用がもたらされることへの大きな希望がありました。これはlawrenceが得ることができた進歩のための初期の資金の多くにつながりました。
yale在籍中、lawrenceはmary kimberly molly blumerに会いました。yale school of medicineのdean george blumerの4人の娘のうち最年長です。彼らは最初1926年に会い、1931年に婚約し、1932年5月14日にconnecticut州new havenのtrinity church on the greenで結婚しました。彼らは6人の子供がいました:eric、margaret、mary、robert、barbara、susan。lawrenceは息子のrobertを理論物理学者robert oppenheimerにちなんで命名しました。彼はberkeleyで最も親しい友人です。1941年、mollyの妹elsieはedwin mcMillanと結婚し、1951年にノーベル化学賞を受賞しました。
サイクロトロンの開発
発明
lawrenceを国際的な名声にもたらした発明は、ナプキンの切れ端のスケッチとして始まりました。1929年のある夜、図書館に座っている間、lawrenceはrolf widerøeによるジャーナル記事をちらっと見て、図の1つに興味を持ちました。これは一連の小さな「プッシュ」による高エネルギー粒子を生成するデバイスを描いていました。描かれたデバイスは、ますます長い電極を使用して直線で配置されました。当時、物理学者は原子核の研究を始めていました。1919年、New Zealandの物理学者Ernest Rutherfordはニトロゲンに対してアルファ粒子を発射し、いくつかの核から陽子をノックアウトすることに成功しました。しかし、核は他の正に帯電した核を反発する正電荷を持っており、物理学者が理解し始めたばかりの力によって緊密に結合されています。それらを壊すこと、それらを崩壊させることは、百万ボルト程度のはるかに高いエネルギーを必要とします。
Lawrenceは、そのような粒子加速器がすぐに彼の大学の実験室にとって長すぎて扱いにくくなることに気づきました。加速器をよりコンパクトにする方法を思案することで、Lawrenceは電磁石の両極の間に円形加速室を設置することを決定しました。磁場は、わずか2つの半円形電極に接続された交互電位の間で加速されると、帯電した陽子を螺旋状の経路に保持します。約100ターンの後、陽子は高エネルギー粒子ビームとしてターゲットに衝撃を与えます。lawrenceは興奮して同僚に、高い電圧を使用せずに非常に高いエネルギーの粒子を取得する方法を発見したと伝えました。彼は最初にniels edlefsenと協力しました。彼らの最初のサイクロトロンは真鍮、ワイヤ、シーリングワックスで作られており、直径4インチ10 cm だけでした-文字通り手に握ることができ、おそらく全部で$25の費用がかかりました。
lawrenceがこのアイデアを開発するために必要だったのは、仕事をするために有能な大学院生でした。edlefsenは1930年9月に准教授職を引き受けるために去りました。lawrenceは彼をdavid h. sloanおよびm. stanley livingstonに置き換えました。彼は各々widerøeの加速器とedlefsenのサイクロトロンを開発するために設定しました。どちらも独自の財政支援を持っていました。両方の設計は実用的であることが証明され、1931年5月までに、sloanの直線加速器はイオンを1MeVに加速することができました。livingstonはより大きな技術的課題を持っていましたが、1931年1月2日に1,800 Vを11インチのサイクロトロンに適用したとき、彼は80,000電子ボルトの陽子が回転するのを得ました。1週間後、彼は3,000 Vで1.22MeVを持っていました。博士号論文には十分に多くのことがありました。
開発
繰り返されるパターンになるもので、成功の最初の兆候があるとすぐに、lawrenceは新しい、より大きなマシンの計画を開始しました。lawrenceとlivingstonは1932年の初期に27インチ69 cmサイクロトロンの設計を描きました。$800の11インチサイクロトロンの磁石の重さは2トンでしたが、lawrenceはpalo altoのジャンクヤードで錆びている巨大な80トンの磁石を見つけました。これはもともと大西洋横断ラジオリンクを供給するために第一次世界大戦中に建設されました。サイクロトロンでは、彼は強力な科学的機器を持っていましたが、これは科学的発見に変わりませんでした。1932年4月、john cockcroftとernest waltonは、englandのcavendish laboraryで、リチウムに陽子を浴びせ、ヘリウムに変換することに成功したと発表しました。必要なエネルギーはかなり低いことが判明しました-11インチサイクロトロンの能力の範囲内で十分です。それについて学んだとき、lawrenceはberkeleyに電報を送り、cockcroftとwaltonの結果を確認するよう依頼しました。十分な検出装置の欠如が主な理由で、チームが9月まで行うのに時間がかかりました。
重要な発見がlawrenceのradiation laboratoryを続け続けているにもかかわらず、主にサイクロトロンの発展よりもその科学的使用に焦点を当てているため、ますます大きなマシンを通じて、lawrenceは高エネルギー物理学の実験に必要な重要な機器を提供することができました。このデバイスの周りで、彼は1930年代に核物理学研究の新しい分野のための世界最高の研究所となったものを構築しました。彼は1934年にサイクロトロンの特許を受け取りました。彼はlawrenceの初期の仕事の多くに資金を提供した民間財団である研究コーポレーションに割り当てました。
1936年2月、harvard universityの学長james b. conantは、lawrenceとoppenheimerに魅力的なオファーを提出しました。university of californiaの学長robert gordon sproulは、条件を改善することで対応しました。radiation laboratoryは1936年7月1日にuniversity of californiaの公式な部門となり、lawrenceが正式に所長として任命され、常勤の副所長を配置し、大学は研究活動のために年間$20,000を利用可能にすることに同意しました。lawrenceは単純なビジネスモデルを採用しました:「彼は物理学部の大学院生と junior facultyで彼の研究所を配置し、新しいph.dは何でも働いており、フェローシップホルダーと富裕な弟子は無料で奉仕することができます。」
受け入れ
新しい27インチサイクロトロンを使用して、berkeleyのチームは、最近発見された重水素で爆撃したすべての要素がエネルギーを放出し、同じ範囲にあることを発見しました。したがって、彼らは無尽蔵のエネルギーの可能な源である新しくこれまで未知の粒子の存在を仮定しました。the new york timesのwilliam laurenceはlawrenceを「科学の新しい奇跡労働者」と説明しました。cockcroftの招待で、lawrenceはbelgiumで1933年のsolvay conferenceに出席しました。これは世界の一流の物理学者の定期的な集まりでした。ほぼすべてはeuropeからでしたが、時々robert a. millicanやarthur comptonのような傑出したアメリカの科学者がin年に招待されます。lawrenceはサイクロトロンに関するプレゼンテーションを与えるよう求められました。lawrenceの無制限のエネルギーのクレームはsolvayで非常に異なる受け入れを満たしました。彼はcavendish laboratoryのjames chadwickからの激しいスキーティシズムに遭遇しました。1932年に中性子を発見し、1935年にノーベル賞を受賞した物理学者。アメリカの耳に高慢に聞こえるイギリス訛りで、chadwickはlawrenceのチームが観察していたのは彼らの装置の汚染であることを示唆しました。
berkeleyに戻ったとき、lawrenceはchadwickを説得するのに十分な証拠を集めるために結果を徹底的に調べるために彼のチームを動員しました。一方、caveishの実験室では、rutherfordとmark oliphantが重水素がヘリウム3を形成するために融合し、cyclotroneersが観察した効果を引き起こすことを発見しました。chadwickが汚染を観察していたという点で正しかっただけでなく、彼らはまた別の重要な発見、核融合の発見を見落としていました。lawrenceの対応は、まだ大きなサイクロトロンの創造を続けることでした。27-
