歐內斯特·勞倫斯
歐內斯特·勞倫斯
歐內斯特·勞倫斯(Ernest Orlando Lawrence),美國著名物理學家、1939年諾貝爾物理學獎得主,加州大學伯克利分校物理學教授。
1932年設計和製造第一台高能粒子回旋加速器,並獲得1939年度諾貝爾物理學獎。參與曼哈頓計劃,主管用電磁法分離製造原子彈用的鈾-235工作。此外還發明了彩色顯像管並獲專利。
時代周刊37年1月1日
1918年,勞倫斯進入聖奧拉夫學院。第一次世界大戰對美國高校的平靜生活產生了影響,勞倫斯不屬於那種特別優秀的學生。大二時,他數學、化學、英語等課只得C,宗教是D。聖奧拉夫學院的挫折使勞倫斯轉入佛梅林的南達科他大學。在大學他動員校長投資無線電設備,自己則做實驗激發同學的興趣。後來,勞倫斯轉學物理,成績優異。
勞倫斯要製作一個在磁場中轉動的橢圓體,並用此實驗寫論文。由於他從小做收音機、修汽車,所以能克服製作過程中的許多困難。該裝置十分成功。接著,勞倫斯又在斯旺指導下研究獲得高能粒子的裝置。
由於家境不富裕,勞倫斯曾嘗試賣鋁製品和收音機賺錢,但收益不大。
後來,勞倫斯進入芝加哥大學的賴森物理實驗室工作。在那裡,他結識了猶太物理學家雅各布森,獲益良多。勞倫斯勤奮工作,成績顯著,在美國物理學界已經小有名氣。許多名牌大學都邀請他任教,條件十分優厚。勞倫斯在耶魯大學渡過一段美好的時光。
加州大學伯克利分校給了他十分有利的教學環境和實驗設備。
1928年,勞倫斯到西海岸開始新的工作和生活。在加州大學,他的工作激情感染了大學生們和同行,一位同事回憶說:“他給人的印象是從手指到全身都充滿了活力,無論走到哪裡,這氣氛就帶到哪裡。”
歐內斯特·勞倫斯
他非常激動,不斷計算,發現直列式升壓後部的電子管體積功率都十分巨大。如果能組成一個環形,讓帶電粒子在圓環的每個電子管中同步升壓,將能達到幾百萬電子伏的高壓。如果再用電磁鐵把離子束縛在圓環里,那麼,這個裝置將成為物理學中前所未有的利器,什麼高能粒子的實驗都可以在它中間完成了。
勞倫斯興奮不已。這個裝置如此簡單、有效、高能,為什麼前人就沒有想到呢?當別人核實他的計算並問這個裝置有什麼用時,他回答說:“我要用它來轟碎原子。”
1928年,物理學家喬治·伽莫夫提出,可以用質子代替α粒子作為轟擊物來實現人工核反應。由氫原子電離而得到的質子能量很小,需要通過電場或磁場進行加速,以保證作為“炮彈”的質子獲得足夠高的能量。於是,各種類型的粒子加速器逐步發展起來。
1929年,勞倫斯提出磁共振加速器(即回旋加速器)的構造原理,即利用一個均勻磁場,使加速粒子沿螺旋形路徑運動。在運動平面內,粒子將越過一個加速間隙,間隙里有一外加射頻電場,其變化頻率與離子旋轉頻率同相,以保證粒子每一次通過加速區時都能得到加速。
1931年,勞倫斯和他的學生埃德爾森(N.E.Edlefson)和利文斯頓(M.S.Livingston)建成了第一台回旋加速器(直徑只有12厘米,可以拿在手裡,加速粒子能量可達到0.8MeV)並開始運行。後來,在勞倫斯的領導下,在美國建成了一系列不同的回旋加速器。
40年代初,這類加速器的能量達到40MeV,遠遠超過了天然放射源的能量。可以用於加速質子、α粒子和氖核,由此發現了許多新的核反應,產生了幾百種穩定的和放射性的同位素。回旋加速器對核裂變及核力的研究起著特別重要的作用。勞倫斯由於發明了回旋加速器以及藉此取得的成果而於1939年獲得諾貝爾物理學獎。曾參加原子彈研製工作,將加速器用作質譜儀,從鈾-238中分離出鈾-235。還培養了大批傑出的科學人才。
Ernest Orlando Lawrence
歐洲的許多猶太科學家為躲避納粹迫害,紛紛遷居美國。他們的貢獻為美國科學界增光添彩。世界上第一顆原子彈和氫彈的製造成功,有愛因斯坦、費米、西拉德、特勒等科學家相當大的貢獻。然而,美國本土也培育成長了許多科學家,他們的成就與歐洲學者交相輝映。除了領導曼哈頓工程製造原子彈的奧本海默外,勞倫斯是其中最優秀的一個。
由於勞倫斯的卓越貢獻,化學元素周期表中第103號元素鐒(Lawrencium)、勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Lab)和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Lab)的兩所美國國家實驗室都是為紀念勞倫斯而命名的。