Ernest Lawrence
| Ernest Lawrence | |
|---|---|
 1939 yılında Lawrence | |
| Doğum | Ernest Orlando Lawrence Agustos 8, 1901 Canton, South Dakota, ABD |
| ölüm | Agustos 27, 1958 (57) yaşında Palo Alto, California, ABD |
| İkametgâh | Berkeley, California |
| Vatandaş | Amerikalı |
| Gidilen okul | Güney Dakota Üniversitesi, B.A. Minnesota Üniversitesi, M.A. Yale Üniversitesi, Ph.D. |
| Bilinen | Cyclotron Calutron Chromatron Manhattan Projesi |
| Eş(ler) | Mary K. "Molly" (Blumer) Lawrence (1910–2003) (m. 1932–1958, his death) |
| Çocuklar | 2 ogul, 4 kız |
| Ödüller |
|
| Bilim kariyeri | |
| Alanlar | Fizik |
| Kurumlar | Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley Yale Üniversitesi |
| Tez | Işığın Frekansının Bir Fonksiyonu Olarak Potasyum Buharındaki Fotoelektrik Etki (1924) |
| Doktora danışmanı | William Francis Gray Swann |
| Doktora öğrencileri | Edwin McMillan Chien-Shiung Wu Milton S. Livingston Kenneth Ross MacKenzie John Reginald Richardson Robert R. Wilson |
| İmza | |
 | |
Ernest Orlando Lawrence (8 Ağustos 1901 – 27 Ağustos 1958) öncü Amerikan nükleer bilimcisi ve siklotronu icadı için 1939'da Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı. Manhattan Projesi için uranyum-izotop ayrımı konusundaki çalışmalarının yanı sıra Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nı kurmasıyla tanınır.
Güney Dakota Üniversitesi ve Minnesota Üniversitesi'nden mezun olan Lawrence, 1925'te Yale'de fizik alanında doktora yaptı. 1928'de Berkeley'deki California Üniversitesi'nde fizik doçenti olarak işe alındı ve iki yıl sonra oradaki en genç profesör oldu. Bir akşam kütüphanesinde Lawrence, yüksek enerjili parçacıklar üreten bir hızlandırıcı diyagramının ilgisini çekti. Nasıl kompakt hale getirilebileceğini düşündü ve bir elektromıknatısın kutupları arasında dairesel bir hızlanan oda için bir fikir buldu ve Sonuç, ilk siklotrondu.
Lawrence, bir dizi daha büyük ve daha pahalı siklotronlar inşa etmeye devam etti. Radyasyon Laboratuvarı 1936'da California Üniversitesi'nin resmi bölümü oldu ve Lawrence'ın direktörü oldu. Fizik için siklotronun kullanımına ek olarak, Lawrence radyoizotopların tıbbi kullanımlarına yönelik araştırmalarda kullanımını da destekledi. Dünya Savaşı sırasında Lawrence, Radyasyon Laboratuvarı'nda elektromanyetik izotop ayrımı geliştirdi. Standart laboratuvar kütle spektrometresi ve siklotronun bir melezi olan calutrons olarak bilinen cihazları kullandı. Oak Ridge, Tennessee'de Y-12 olarak adlandırılan devasa bir elektromanyetik ayırma tesisi inşa edildi. Süreç verimsizdi ama işe yaradı.
Savaştan sonra Lawrence, büyük bilimsel programların devlet sponsorluğu için yoğun bir kampanya yürüttü ve büyük makineler ve büyük para için gereksinimleri olan "Büyük Bilim" in güçlü bir savunucusuydu. Lawrence, Edward Teller'ın, Lawrence'ın Livermore, California'da bulunduğu ikinci bir nükleer silah laboratuvarı için yürüttüğü kampanyayı güçlü bir şekilde destekledi. Ölümünden sonra, California Üniversitesi Regents, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'nı ondan sonra yeniden adlandırdı. 103 numaralı kimyasal element, 1961'de Berkeley'de keşfedildikten sonra onuruna lavrensiyum olarak adlandırıldı.
Siklotronun Gelişimi
İcadı
Lawrence’a uluslararası ün kazandıran icat kâğıt bir peçeteye çizilerek başlandı. 1929 yılında bir öğlen kütüphanede otururken Rolf Widerøe’in günlük makalesine göz attı ve şemalardan bir tanesi ilgisini çekti. Bu küçük iteklemelerin başarısı anlamında yüksek enerji parçacıkları üreten bir cihazı tarif ediyordu. Düz bir hat üzerindeki artan uzunlukta elektrot kullanılarak iyi bir şekilde anlatılmış cihazdı. Bu zamanlarda fizikçiler atomik çekirdeği keşfetmenin başındaydılar. 1919 yılında Yeni Zelandalı fizikçi Ernest Rutherford alfa parçacıklarını nitrojenin içine ateşledi ve çekirdekteki bazı protonları çekirdek dışına vurmada başarılı oldu. Ama çekirdek pozitif yüklü olduğundan başka pozitif yüklü çekirdekler tarafından püskürtülür ve bunlar fizikçilerin yeni anlamaya başladığı bir güç tarafından sıkıca birbirine bağlanır. Bunları ayırmak için çok fazla enerji gereklidir.
Lawrence böyle bir parçacık hızlandırıcının yakın zamanda çok büyük ve laboratuvarı için gereksiz kalacağını gördü. Hızlandırıcıyı daha sıkıştırılabilir yapma üzerinde düşündü ve Lawrence bir elektromanyetiğin kutupları arasında dairesel hızlanan çembere karar verdi. Bu manyetik alan yüklenmiş protonları sadece iki yarım daire arasındaki elektrotlara bağlı olarak spiral bir yolda tutacaktı. Yüzlerce ya da daha fazla dönüşten sonra protonlar yüksek enerjili parçacık ışınları olarak hedefe çarpacaktı. Lawrence heyecanla çalışma arkadaşlarına yüksek voltaj gerekmeden parçacıkların çok yüksek enerjilerini elde etmek için bir yöntem keşfettiğini anlattı. Başlangıçta Niels Edlefsen ile çalıştı. İlk siklotronu pirinç, kablo ve mühür mumundan yaptılar. Bu sadece 10 cm çapında, tek el ile tutulabilir ve yaklaşık 25$ tutarındaydı.
Edlefsen Eylül 1930’da profesör asistanlığı ile meşgul olduğundan ayrıldı ve Lawrence yerini David H. Sloan ve M. Stanley Livingston, Widerøe'ın hızlandırıcısını geliştirme ve Edlefsen’ın siklotronu üzerinde çalışmıştı, ile değiştirdi. Her ikisi de kendi finansal desteklerine sahipti. Her iki tasarım da 1931 Mayısında Sloan’ın çizgisel hızlandırıcısının iyonları 1 MeV hızlandırabildiğini pratik olarak ispatladı. Livingston daha büyük bir teknik zorluğa sahipti ama 1,800 voltu 11 inçlik siklotronuna uyguladığında, 2 Ocak 1931, 80,000 elektron volt protonun etrafında döndüğünü elde etti. Bir hafta sonra 3,000 volt ile 1.22 MeV elde etti, doktora tezi için fazlasıydı bile.
Gelişimi
Tekrarlanan bir model olmasına karşın yakında başarının ilk işareti görülecekti ve Lawrence yeni daha büyük bir makine planlamaya başladı. Lawrence ve Livingston 1932 başlarında 69 cm'lik bir siklotron planı çizdiler. $800 11 inçlik siklotron mıknatıs 2 ton ağırlığındaydı ama Lawrence hurdalıkta, Palo Alto, 27 inç aslen Birinci Dünya Savaşı sırasında Atlantik okyanusunu aşan radyo bağlantıları gücü için yapılmış paslanmakta olan 80 ton devasa mıknatıs buldu. Siklotronda güçlü bir bilimsel alete sahipti ama bu bilimsel buluş olarak çevrilmedi. Nisan 1932’de John Cockcroft ve Ernest Walton Cavendish laboratuvarı İngiltere’de lityumu protonlar ile birlikte bombaladıklarını açıkladılar ve helyuma dönüştürmede başarılı oldular. Enerji oldukça düşük gerektirdiği görüldü- 11 inç siklotron kapasitesindeki için. Bunun öğrenildiği sırada Lawrence, Berkeley’e telgraf çekti ve Cockcroft ve Walton’ın sonuçlarının doğrulanıp doğrulanmadığını sordu. Takım olmaları buluş için yeterli kaynak olmayışından dolayı Eylül’e kadar uzadı.
Önemli buluşların Lawrence’ın Radyasyon Laboratuvarından sıyrılmasına rağmen bilimsel kullanımından ayrıca Lawrence siklotronun gelişimine odaklandı. Lawrence yüksek enerji fiziği deneyleri için gerekli olan mühim ekipmanları tedarik edebildi. 1930'larda bu aletin etrafında yeni alan olan nükleer fizik araştırması alanında dünyanın önde gelecek olan laboratuvarını kurdu. 1934 yılında siklotron için patent aldı.
Şubat 1936’da Harvard Üniversitesi başkanı, James B Conant, Lawrence ve Oppenheimer’e cazip bir teklif sundu. Kaliforniya Üniversitesi başkanı, Robert Gordon Sproul da şartları geliştirme ile karşılık verdi. 1 Temmuz 1936’da Radyasyon Laboratuvarı Kaliforniya Üniversitesinin resmî bir bölümü oldu ve Lawrence resmî tam zamanlı asistan olarak buranın başına geçti. Üniversite yıllık 20,000 doları araştırma aktiviteleri için ayırmayı kabul etti. Lawrence işe alınacaklar için basit bir iş modeli benimsedi: “Laboratuvarını mezun olmuş öğrenciler ve fizik bölümü öğrencileri ile doldurdu. Yeni mezunlar herhangi bir şey için çalışmaya gönüllü olacaklardı.”
Karşılama
Yeni 27 inçlik siklotronu kullanarak Berkeley takımı bombaladıkları her elementin oldukça yeni keşfedilmiş olan ağır hidrojen, döteryum, ile aynı aralıkta olduğunu keşfettiler. Daha sonrasında yeni ve şimdiye kadar bilinmeyen bir parçacık varlığı varsaydılar. Bu sınırsız enerjinin olanaklı kaynağıydı. The New York Times’tan William Laurence Lawrence’ı “yeni bir mucizevi bilim çalışanı” olarak tanımladı. Cockroft’un daveti üzerine Lawrence 1933 yılında Belçika’daki Solvay Konferansına katıldı. Bu düzenli olan dünyadaki üst seviye fizikçilerin toplanmasıydı. Neredeyse hepsi Avrupa’dandı ama Robert A. Millikan ya da Arthur Compton gibi Amerikalı göze çarpan bilimciler de davet edildi. Lawrence’tan siklotron hakkında sunum yapılması istendi. Lawrence’ın sınırsız enerjideki talepleri Solvay’de oldukça farklı bir tepki ile karşılandı. Lawrence Cavendish Laboratuvarı’ndan James Chadwick’in, 1932 yılında nötronu keşfetmiş olan fizikçi, kuşkusunun kaybolduğuna rastladı. Cadwick’e göre Lawrence’ın ne yaptığı Büyük Bilim değildi, Kötü Bilimdi. İngiliz aksanında Amerikanlara tenezzül ediliyor gibi duyuldu. Chadwick, Lawrence’ın takımının gözlemlerinin aletleri kirletmeleri önerisini sundu.
Berkeley’e döndüğüne Lawrence, Chadwick’i ikna etmek amaçlı topladıkları sonuçlardan titizlikle yeterli kanıt aramak için takımını seferber etti. Bu sırada Cavendish Laboratuvarında Rutherford ve Mark Oliphant Ağır hidrojen füzelerinin helyum-3ten geldiğini buldu. Bu siklotroncuların gözlemlediklerine etkiye neden olur. Bunda sadece Chadwick haklı değildi, onlar da kirlenme gözlüyorlardı ama gözden kaçmış başka bir önemli buluş olan nükleer füzyonunu buldular. Lawrence’ın karşılığı hâlâ daha geniş siklotronlar icadına devam etmek oldu. Haziran 1937’de 27 inçlik siklotronun yerine 37 inçlik siklotron geçti. Devamında ise, Mayıs 1939, bunu 60 inçlik siklotron takip etti. Haziranda bu demiri bombardıman etmek ve onun ilk radyoaktif izotoplarını elde etmek için kullanıldı.
Sağlık alanından para kazanmak nükleer fiziğe göre daha kolay olduğu için, örnek olarak kanser tedavisi, Lawrence siklotronu tıbbi araştırmalarda kullanmaya teşvik etti. Kardeşi John ve Kaliforniya Üniversitesi psikoloji bölümünden Israel Lyon Chaikoff ile çalışırken Lawrence radyoaktif izotopların tedavi amaçlı kullanımını araştırmayı destekledi. Fosfor-32 siklotronda kolaylıkla üretildi ve John polisitemi vera, kemik iliği rahatsızlığı sonucu vücudun aşırı oranda kırmızı kan hücresi üretmesi, hastalığına yakalanmış kadınları tedavi etmekte kullandı. 1938 yılında John 37 inçlik siklotronu fosfor-32 ile lösemili fareler üzerinde denedi. Radyoaktif fosforun hızlı gelişen kanser hücrelerinde yoğunlaştığını buldu. Daha sonrasında bu hasta insanlarda kliniksel denemelere öncü oldu. 1948 tedavinin evrimi gösterdi ki kesin koşullar altında azalma meydana geliyor. Lawrence ayrıca nötronların tedavi için kullanılmasını umdu. Bunu deneyen ilk kanser hastası 60 inçlik siklotrondan 20 Kasımda nötron tedavisi gördü. Chaikoff radyoaktif izotopları radyoaktif izleyiciler olarak biyokimyasal reaksiyon mekanizmalarını keşfetmek için kullandı.
Lawrence Kasım 1939’da “siklotronun icadı ve gelişimi ve onunla elde ettiği sonuçlar için, özellikle radyoaktif elementler, Nobel Fizik ödülü aldı. Berkeley’de de olduğu gibi Güney Dakotalı olup ilk Nobel Ödülü alan kişiydi ve devlet destekli üniversitede olup da ilk onurlandırılan oldu. II. Dünya Savaşı nedeni ile ödül töreni 29 Şubat 1940'ta Kaliforniya, Berkeley’de oldu. Lawrence’a madalyası Carl E. Wallerstedt, İsveç’in San Francisco’daki genel konsolu, tarafından verildi.
1940 Martında Arthur Compton, Vannevar Bush, James B. Conant, Karl T. Compton ve Alfred Lee Loomis Lawrence’ın 4500 ton mıknatıs ve 2.65 milyon dolara mal olan 184 inç siklotronu tartışmak için Berkeley’e geldiler. Rockefeller Kuruluşu projenin başlaması için 1.15 milyon dolar yatırımda bulundular.