Эрнест-Орландо ЛОУРЕНС 08. 1901 27. 08. 1958 г. г
Американский физик Эрнест-Орландо Лоуренс родился в Кантоне (штат Южная Дакота). Он был старшим сыном Карла Густава и Гунды (Джекобсон) Лоуренс. Родители Лоуренса эмигрировали в Соединенные Штаты из Норвегии. Лоуренс учился в городских школах Кантона и Пьерра. После получения в 1922 г. диплома бакалавра наук с отличием Лоуренс поступил в аспирантуру университета штата Миннесота к У. Сванну. В аспирантуре он занимался экспериментальным исследованием электрической индукции и в 1923 г. получил ученую степень магистра наук.
Его диссертация о фотоэлектрическом эффекте в парах калия стала первой из его значительных работ в этой области физики. В Калифорнии Лоуренс сначала продолжил начатые исследования в таких областях, как фотоэлектричество и измерение очень коротких промежутков времени. К числу его других достижений того времени относится и экспериментальная демонстрация принципа неопределенности Вернера Гейзенберга. Линия в оптическом спектре в действительности представляет собой узкую полосу световых частот. Включая и очень быстро выключая свет во время измерения спектральной линии , Лоуренс и его коллега показали, что линия расширяется. Затем Лоуренс обратился к ядерной физике, которая тогда быстро развивалась
В 1919 г. Эрнест Резерфорд расщепил атомное ядро, бомбардируя его альфа-частицами, испускаемыми радием. Резерфорд обнаружил, что среди осколков, возникающих после столкновений, встречаются атомы с меньшим атомным весом, чем исходный. Некоторые из таких осколков были изотопами известных элементов, т. е. обладали такими же химическими свойствами, таким же зарядом ядра, но имели другую массу. У методов Резерфорда были серьезные недостатки: радий был редким элементом, альфа-частицы вылетали из источника по всем направлениям, число наблюдаемых столкновений было чрезвычайно мало, а вся процедура наблюдений трудоемка.
Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон построили линейные ускорители частиц, работавшие при очень высоких напряжениях. В этих устройствах положительно заряженные частицы разгонялись по прямой в направлении притягивавшего их отрицательного электрода и приобретали энергию, пропорциональную приложенному напряжению. Линейные ускорители не нравились Лоуренсу, так как в них время от времени происходил пробой изоляции и возникал высоковольтный разряд, напоминающий по виду молнию
Хотя Лоуренс недостаточно владел немецким языком, чтобы разобраться во всех тонкостях, основная идея была ему ясна из иллюстраций к статье: частицы можно ускорять, повышая напряжение постепенно, а не создавая один большой "горб". Лоуренс понял, что прямолинейный путь можно изогнуть в окружность. Проделав необходимые расчеты, он вместе с несколькими сотрудниками приступил к проектированию и постройке первого циклотрона.
Основная идея Лоуренса состояла в том, что заряженные частицы движутся в однородном магнитном поле по окружностям. Так происходит потому, что движущийся заряд представляет собой электрический ток, который, как и ток в обмотках электромагнита, создает магнитное поле. Подобно двум магнитам, поднесенным вплотную друг к другу, частица и внешний магнит действуют друг на друга со определенной силой, но двигаться может только частица (в случае двух сближаемых магнитов это соответствует тому, что один магнит жестко закреплен, а другой может двигаться).
Направление силы всегда образует прямые углы с направлением магнитного поля и с направлением движения частицы. Поскольку направление частицы постоянно изменяется, частица движется по окружности. Важная особенность движения частицы состоит в том, что она всегда описывает полную окружность за одно и то же время независимо от скорости (кинетической энергии) частицы. Именно эти особенности движения частиц и использовал Лоуренс, проектируя свой циклотрон. Сердце циклотрона - огромный круглый полый диск, разделенный по диаметру на две половины, напоминающие по форме латинскую букву D (такие половины называются дуантами)
Между дуантами подключен электрогенератор, создающий переменное напряжение в зазоре между ними. Попав внутрь дуанта, частица описывает полуокружность и выходит из него в точке, диаметрально противоположной входу. К моменту выхода протона из дуанта напряжение опять меняет знак, протон снова ускоряется и, входя в первый дуант с большей скоростью, движется внутри него по дуге окружности еще большего радиуса. Тогда протон вылетает из циклотрона, и его направляют на выбранную мишень.
После первого, довольно несовершенного циклотрона, построенного в 1930 г. , Лоуренс и его коллеги из Беркли быстро создали одну за другой более крупные модели. Используя 80 -тонный магнит, предоставленный ему Федеральной телеграфной компанией, Лоуренс ускорял частицы до рекордных энергий в много миллионов электронвольт. Циклотроны оказались идеальными экспериментальными приборами.
Высокие энергии, достигнутые Лоуренсом и его сотрудниками, открыли перед физиками обширное новое поле для исследований. Бомбардировка атомов многих элементов позволила расщепить их ядра на фрагменты, которые оказались изотопами, часто радиоактивными. Иногда ускоренные частицы "прилипали" к ядраммишеням или вызывали ядерные реакции, среди продуктов которых встречались новые элементы, не существующие на Земле в естественных условиях. Полученные результаты показали, что если бы частицы можно было ускорять до достаточно больших энергий, то с помощью циклотрона можно было бы осуществить почти любую ядерную реакцию.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!