Tsüklotroni leiutaja Ernest Lawrence'i elulugu

Ernest Lawrence (8. august 1901 - 27. august 1958) oli Ameerika füüsik, kes leiutas tsüklotron, seade, mida kasutatakse laetud osakeste kiirendamiseks spiraalmustris magnetvälja abil. Tsüklotron ja selle järglased on olnud suure energiaga füüsika valdkonna lahutamatu osa. Selle leiutise eest sai Lawrence 1939. aastal Nobeli füüsikapreemia.

Lawrence mängis ka olulist rolli Manhattani projekt, hankides suure osa uraani isotoobist, mida kasutatakse raketis kasutatud aatomipommis Hiroshima, Jaapan. Lisaks oli ta silmapaistev riigipoolse sponsorluse toetamise eest suurtele teadusprogrammidele ehk "Big Science".

Kiired faktid: Ernest Lawrence

Ernest Lawrence oli Carli ja Gunda Lawrence'i vanim poeg, kes olid mõlemad Norra esivanemad. Ta kasvas üles inimeste ümber, kellest said edukad teadlased: tema noorem vend John tegi koostööd teda tsüklotroni meditsiinilistel rakendustel ja tema lapsepõlve parim sõber Merle Tuve oli teerajaja füüsik.

Lawrence õppis Cantoni keskkoolis, õppis seejärel aasta Lõuna-Dakota ülikoolis Minnesota Saint Olafi kolledžis. Seal teenis ta keemia bakalaureuse kraadi, mille lõpetas 1922. aastal. Algselt ettevalmistatud üliõpilane, otsustas Lawrence füüsika poole pöörduda dekaani ning ülikooli füüsika- ja keemiaprofessori Lewis Akeley õhutusel. Dets Akeley pilt, kes on Lawrence'i elu mõjukas tegelane, ripub hiljem Lawrence'i kontor, galerii, kuhu kuulusid sellised silmapaistvad teadlased nagu Niels Bohr ja Ernest Rutherford.

Lawrence omandas 1923. aastal Minnesota ülikoolis füüsika magistrikraadi, seejärel doktorikraadi. Yale'ist 1925. aastal. Ta viibis Yale'is veel kolm aastat, esmalt teadurina ja hiljem abiprofessorina, enne kui sai 1928. aastal California Berkeley ülikooli dotsendiks. 1930. aastal, 29-aastaselt, sai Lawrence Berkeley täieõiguslikuks professoriks - kõigi aegade noorimaks õppejõuks, kes selle tiitli sai.

Lawrence esitas tsüklotroni idee pärast skeemi joonistamist Norra inseneri Rolf Wideroe kirjutatud paberile. Wideroe paber kirjeldas seadet, mis võiks toota suure energiatarbega osakesi, surudes neid edasi ja tagasi kahe lineaarse elektroodi vahel. Osakeste kiirendamiseks uuringu jaoks piisavalt kõrgeks energiaks oleks vaja aga lineaarseid elektroode, mis olid laboris sisaldamiseks liiga pikad. Lawrence mõistis, et a ümmargunekiirendis võiks lineaarse asemel kasutada sarnast meetodit laetud osakeste spiraalmustri kiirendamiseks.

Lawrence arendas tsüklotroni koos mõne oma esimese kraadiõppuriga, kelle hulka kuulusid Niels Edlefsen ja M. Stanley Livingston. Edlefsen aitas välja töötada esimese tsüklotroni kontseptsiooni tõestuse: 10-sentimeetrine ümmargune seade, mis oli valmistatud pronksist, vahast ja klaasist.

Järgnevad tsüklotronid olid suuremad ja võimelised kiirendama osakeste jõudmist kõrgematesse ja kõrgematesse energiatesse. Esimesest umbes 50 korda suurem tsüklotron valmis 1946. aastal. See vajas 4000 tonni kaaluvat magneti ja umbes 160 jalga läbimõõduga ja 100 jalga kõrgust hoonet.

Teise maailmasõja ajal töötas Lawrence Manhattani projekti kallal, aidates arendada aatomipommi. Aatomipomm nõudis uraani “lõhustuvat” isotoopi uraan-235 ja see tuli eraldada palju rikkalikumast uraan-238 isotoobist. Lawrence tegi ettepaneku, et neid kahte saaks nende väikese massierinevuse tõttu eraldada, ja töötas välja tööseadmed, mille nimi on "kalutronid" ja mis suudaksid eraldada kaks isotoopi elektromagnetiliselt.

Uraani-235 eraldamiseks kasutati Lawrence'i kalutoneid, mida seejärel puhastati teiste seadmetega. Enamik Jaapanis Hiroshima hävitanud aatomipommi uraan-235 saadi Lawrence'i seadmete abil.

Pärast II maailmasõda korraldas Lawrence kampaaniat Big Science: valitsuse suured kulutused suurtele teadusprogrammidele. Ta kuulus USA delegatsiooni 1958. aasta Genfi konverentsil, mille eesmärk oli peatada aatomipommide katsetamine. Ent Lawrence haigestus Genfis viibides ja naasis Berkeleysse, kus ta kuu aega hiljem, 27. augustil 1958 suri.

Pärast Lawrence'i surma nimetati tema auks Lawrence Berkeley riiklik labor ja Lawrence Livermore'i riiklik labor.

Lawrence'i suurim panus oli tsüklotroni arendamine. Lawrence tootis oma tsüklotroniga elementi, mida looduses ei esinenud, tehneetsiumit ja radioisotoope. Lawrence uuris ka tsüklotroni rakendusi biomeditsiinilistes uuringutes; näiteks võiks tsüklotron toota radioaktiivseid isotoope, mida saaks kasutada vähi raviks või ainevahetuse uuringute märgistajatena.

Tsüklotroni disain inspireeris hiljem osakeste kiirendeid, näiteks sünkrotronit, mida on kasutatud osakeste füüsikas oluliste sammude tegemiseks. The Big Hadron Collider, mida kasutati Higgsi boson, on sünkrotron.

• Alvarez, Luis W. "Ernest Orlando Lawrence. (1970): 251-294.”
• Ameerika füüsikainstituut. ” Lawrence ja pomm. ” n.d.
• Berdahl, Robert M "Lawrence'i pärand". 10. detsember 2001.
• Birge, Raymond T. "Nobeli preemia üleandmine professor Ernest O-le. Lawrence. "Teadus (1940): 323-329.
• Hiltzik, Michael. Suur teadus: Ernest Lawrence ja leiutis, mis käivitas sõjatööstusliku kompleksi. Simon & Schuster, 2016.
• Keats, Jonathon. Mees, kes leiutas suure teaduse, Ernest Lawrence.”16. juuli 2015.
• Rosenfeld, Carrie. “Ernest O. Lawrence (1901 - 1958). ” n.d.
• Yarris, Lynn. “Lab leinab Ernest O lese Molly Lawrence'i surma. Lawrence. ” 8. jaanuar 2003.