回旋加速器之父.docx

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1、回旋加速器之父 在漫长的科学发展史上，有一位美国天才：1901年诞生，25岁获博士学位，30岁受聘为加利福尼亚州立高校伯克利分校有史以来最年轻的正教授，37岁获富兰克林探讨所授予的克利逊奖章、美国科学院授予的康斯托克奖、英国皇家学会休斯奖章，39岁获诺贝尔物理学奖他就是劳伦斯。 少年天才 1901年8月3日，欧内斯特奥兰多劳伦斯在美国南达科他州的坎顿城诞生。父亲卡尔劳伦斯毕业于威斯康星州立高校，曾先后出任县、市、州公共学校的督学，1919年4月出任南达科他州立师范学院院长。母亲冈达雅各布森是一位中学数学老师、一位贤妻良母，深受孩子们的敬重与爱戴。 良好的家庭条件为劳伦斯创建了不错的学习气氛，他

2、从小就喜爱读书，阅读了不少科学书籍。9岁时，劳伦斯对电产生了深厚的爱好，喜爱自己动手制作一些电报、电话装置，还时常同他最要好的伙伴M图夫一起收集废电池，给这些废电池充电，用来开动马达。好玩的是，这两位志趣相投的小伙伴后来都成为闻名的物理学家。 劳伦斯成果出众，提前一年中学毕业。1918年秋，他进入明尼苏达州诺思菲尔德的圣奥拉夫学院学习，1年后转到南达科他高校。刚到南达科他高校，他就以超乎寻常的充足精力投入物理学的学习。一连6周，每天的大部分时间都用于惊慌的学习，要不然就是在试验室做试验。6周过去了，整个二年级的物理课也就上完了。在秋季的新学期，除了选修数学、化学、动物学、经济学和法语外，他还选

3、修了三年级的物理。在四年级，他的课表上又增加了地质学、电工学、高级经济学、高级物理学等课程，同时还主动担当了高校一年级的数学教学工作。 电气工程学院院长阿克利教授对劳伦斯特别赏识，在他的激励下，劳伦斯对物理学的爱好越来越深厚。1922年秋，劳伦斯获南达科他高校学士学位。阿克利教授建议劳伦斯去芝加哥高校攻读探讨生，劳伦斯也申请了芝加哥高校的奖学金。就在此时，他收到了幼时伙伴M图夫的来信，邀请他到明尼苏达高校一起读探讨生。劳伦斯接受了M图夫的建议，驾着他那辆破旧的福特汽车，来到明尼苏达高校。 在明尼苏达高校，在导师斯旺教授的指导下，劳伦斯刻苦学习，很快打好了电动力学和磁学的坚实基础。仅用了1年时间

4、，便取得了硕士学位。 1923年秋，劳伦斯获硕士学位后，伴同斯旺教授来到芝加哥高校接着学习，一年后又随斯旺到了耶鲁高校。在这里，他作为试验者的天赋才真正显示出来。1925年，他很快完成博士论文在钾蒸气中光电效应的探讨，获耶鲁高校哲学博士学位。这样的成果是惊人的，但在他的挚友们看来，这不足为奇。1925年7月27日，学校实行博士学位授予典礼的那个重大时日，劳伦斯还像平日一样忙个不停，就在戴博士帽、穿博士服之前，他还要匆忙忙忙去一趟试验室。 年轻的劳伦斯起先被科学界知晓。1925年，劳伦斯在耶鲁高校任探讨员，不久被提升为助理教授。在耶鲁高校工作期间，他在光电效应方面的探讨取得了很多成果，为他在物理

5、学界的辉煌奠定了坚实的基础。1928年秋，劳伦斯受聘为加利福尼亚州立高校伯克利分校物理学副教授，两年后升任教授，成为伯克利分校有史以来最年轻的正教授。正是在伯克利分校，劳伦斯独创了闻名的回旋加速器，使这位年轻人著名于世。 超常精力 劳伦斯的一生，为何能取得如此众多的成就?答案是不一而足的，但是有一点可以确定，那就是他的不知疲乏，精力超常。 劳伦斯的生活节奏很快。由于他个人实力与品行的吸引，他的试验室中聚集了一批年轻有为、才华超群的物理学人才。1968年度诺贝尔奖获得者L阿尔瓦雷茨曾这样评价劳伦斯对他们的影响：“欧内斯特劳伦斯的影响标记之一就是这样一个事实：我是他那个试验室工作人员中第8个获得了

6、科学家所能获得的最高荣誉诺贝尔奖金的人。” 劳伦斯精力充足，一位试验室工作人员说：“劳伦斯的精力特别旺盛，他简直要把我累死了。我们的试验室常常灯火通明，经常须要我们一鼓作气连干一两天。我们干了一成天、一整夜，其次天又干了一成天，而劳伦斯尽然在其次天晚上赴约会。他的精力充足得令人惊讶!他有着使不完的精力，而且对事物有特别敏锐的洞察力。他是我们试验室的主要推动力。他是一个精彩的、天才般的试验家。” 劳伦斯经常在生活中思索某个物理问题。一次，他和同伴去看电影，把汽车停在电影院门口的街上，谈物理问题始终谈到电影院。电影结束后，又一路说着回到试验室。汽车被遗忘了两天，后来他根本想不起来车停在哪里。 回旋

7、加速 1919年，物理学家欧内斯特卢瑟福用自然a粒子从氦原子核中打出质子，这标记着人类第一次实现了变更化学元素的人工核反应。这种用粒子轰击原子核引起核反应的方法，很快成为人们探讨原子核的重要手段。但卢瑟福的发觉同样告知人们，要想胜利完成打碎原子核的试验，必需把粒子加速到很高的能量。 1927年，卢瑟福曾提出用加速器为粒子供应足够的能量以实现原子核嬗变是可能的。受卢瑟福的理论影响，劳伦斯起先了探究。1929年春的一个晚上，劳伦斯在图书馆翻阅期刊杂志，看到挪威工程师威德罗的论文关于产生高压的新原理，威德罗在文中阐述的解决高压问题的方法，是把高频振荡电压适当地加到一连串的圆筒形电极上来加速正离子。这

8、种离子多次加速的新思想使劳伦斯意识到，这正是他日夜找寻的加速正离子问题的真正答案。 但是，劳伦斯估算了一下，能量超过1兆电子伏特的直线加速器的长度可能达数米，这样的长度并不适合当时的试验室环境。因此，他起先考虑，能否不用在一条直线上的很多圆筒形电极，而运用两个电极，通过匀称的磁场装置使正离子反复通过这两个电极。假如在这种磁场中放一个离子源，在轨迹的一条直径上加一个垂直于磁场的、与离子运动频率相同改变的交变电压，使离子在通过该直径时被加速，即让被加速的粒子与振荡电场发生共振，这样就可以实现粒子多次加速。 把两个呈字母D形的盒子相对放置，D型盒上加一个上述的交变电压，并将整个系统置于一个真空室内，

9、即可实现粒子不断加速的目的。这就是劳伦斯于1929年提出的回旋加速器的思想。这样不需高压，只要通过多次加速，使粒子获得高能量，因而避开了高压带来的困难，而且只需相对小得多的空间。 1930年春，建立回旋加速器的工作正式起先了。1931年，在学生的帮助下，第一台可行的加速器最终制造出来。在这台装置里，质子在一个巨大的电磁体的两个平面极之间沿圆形轨道运行。质子在真 空中的运行轨道来回穿过两个D型电极之间的空隙。给D型电极加上交变电压，这样每个质子在一个绕行周期中就获得两次能量“突增”。质子运动得越来越快，它们就沿着螺旋形轨道渐渐靠近仪器的边缘，最终通过一个狭缝射出，轰击靶子。利用这台机器，能获得一

10、百零一万电子伏特的原子“炮弹”用以轰击其他原子的原子核，使之释放出巨大的原子能，从而引起很多新的核裂变。这些试验的结果之一，就是把一般的盐，转变为放射出比自然的镭所放射出的射线还要强的人工放射性物质。 1932年春，劳伦斯和他的合作者胜利地建立了直径为11英寸的回旋加速器，并能将质子加速到能量为1兆电子伏特。但劳伦斯并不满意，1939年，他又胜利地建立了一个重225吨的新的回旋加速器，可供应20兆电子伏特的能量，超过自然放射源的能量水平。然而劳伦斯的探究仍不停止，1941年，他最终制造出一台志向的回旋加速器，对核裂变及核力问题的探讨起了极其重要的作用。 影响深远 回旋加速器的研制胜利，是劳伦斯

11、对原子核物理发展所做出的极为重要的贡献。自然放射性物质所产生的a粒子，能量极其有限，数量也很少，严峻阻碍了原子核物理的探讨与发展。利用回旋加速器，人们能够获得高能量的粒子，从而使原子核的探讨向前迈进了一大步。劳伦斯在研制加速器的同时，花费很多时间探讨和生产放射性同位素，发觉了已知元素的几一百零一种放射性同位素。此外，世界上第一个人造元素锝也是在劳伦斯的回旋加速器中产生的。 回旋加速器也为利用原子能揭开了新篇章。其次次世界大战期间，在劳伦斯、康普顿等领导下，探讨铀裂变、制造原子弹的工作全力以赴地绽开了。珍宝港事务的前一天，劳伦斯报告说，他能在一小时内从U238中分别出1微克特别纯的U235。这使

12、得官方在1942年批准了耗资3亿多美元的橡树岭大试验室，为制造轰炸广岛的原子弹供应所需的U235。 其次次世界大战结束后，劳伦斯回到了伯克利的探讨工作中。1946年，伯克利辐射试验室胜利地制成了184英寸的新型同步回旋加速器。1948年，辐射试验室用这台加速器第一次实现了人工制造介子。在当时，这也是世界上惟一可以产生介子的装置，由此起先了用加速器探讨基本粒子的新时期。 今日，加速器成为高能物理探讨中必不行少的重要工具。加速器的能量大小，成为科学技术发展水平的重要标记。 1958年8月27日，劳伦斯在加利福尼亚的帕洛阿尔托逝世。为了纪念劳伦斯，加利福尼亚州的伯克利和利弗莫尔加建立了劳伦斯试验室，美国原子能委员会颁发一年一次的劳伦斯奖，还用他的名字命名了第103号元素铹。 第7页 共7页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页