Biografie von Ernest Lawrence, Erfinder des Zyklotrons

Ernest Lawrence (8. August 1901 - 27. August 1958) war ein amerikanischer Physiker, der das Zyklotron erfand, ein Gerät, mit dem geladene Teilchen mithilfe eines Magnetfelds spiralförmig beschleunigt werden. Das Zyklotron und seine Nachfolger sind aus dem Bereich der Hochenergiephysik nicht mehr wegzudenken. Lawrence erhielt 1939 den Nobelpreis für Physik für diese Erfindung.

Lawrence spielte auch eine wesentliche Rolle im Manhattan-Projekt, bei dem ein Großteil des Uranisotops beschafft wurde, das in der Atombombe auf Hiroshima, Japan, verwendet wurde. Darüber hinaus war er dafür bekannt, das Sponsoring großer Forschungsprogramme oder "Big Science" durch die Regierung zu befürworten.

Schnelle Fakten: Ernest Lawrence

• Besetzung: Physiker
• Bekannt für: Gewinner des Nobelpreises für Physik von 1939 für die Erfindung des Zyklotrons; arbeitete am Manhattan-Projekt
• Geboren: 8. August 1901 in Canton, South Dakota
• Ist gestorben: 27. August 1958 in Palo Alto, Kalifornien
• Eltern: Carl und Gunda Lawrence
• Bildung: Universität von South Dakota (B.A.), Universität von Minnesota (M.A.), Yale University (Ph.D.)
• Ehepartner: Mary Kimberly Blumer geb. Molly
• Kinder: Eric, Robert, Barbara, Mary, Margaret und Susan

Frühes Leben und Ausbildung

Ernest Lawrence war der älteste Sohn von Carl und Gunda Lawrence, die beide Erzieher norwegischer Abstammung waren. Er wuchs mit Menschen auf, die später erfolgreiche Wissenschaftler wurden: Sein jüngerer Bruder John arbeitete mit ihm an den medizinischen Anwendungen des Zyklotrons zusammen, und seine beste Freundin aus Kindertagen, Merle Tuve, war eine wegweisende Physikerin.

Lawrence besuchte die Canton High School und studierte anschließend ein Jahr am Saint Olaf College in Minnesota, bevor er an die University of South Dakota wechselte. Dort erwarb er 1922 seinen Bachelor-Abschluss in Chemie. Lawrence wechselte zunächst als angehender Student auf Anregung von Lewis Akeley, Dekan und Professor für Physik und Chemie an der Universität, in die Physik. Als einflussreiche Figur in Lawrences Leben hing Dean Akeleys Bild später an der Wand von Lawrences Büro, einer Galerie, in der sich namhafte Wissenschaftler wie Niels Bohr und Ernest Rutherford befanden.

Lawrence erwarb 1923 seinen Master-Abschluss in Physik an der University of Minnesota und promovierte anschließend zum Ph.D. Er blieb drei weitere Jahre in Yale, zunächst als wissenschaftlicher Mitarbeiter und später als Assistenzprofessor, bevor er 1928 außerordentlicher Professor an der University of California in Berkeley wurde. 1930 wurde Lawrence im Alter von 29 Jahren ein "ordentlicher Professor" in Berkeley - das jüngste Fakultätsmitglied, das diesen Titel innehatte.

Das Zyklotron erfinden

Lawrence kam auf die Idee des Zyklotrons, nachdem er in einem Artikel des norwegischen Ingenieurs Rolf Wideroe über ein Diagramm gebrütet hatte. Wideroes Artikel beschrieb ein Gerät, mit dem energiereiche Partikel erzeugt werden können, indem sie zwischen zwei linearen Elektroden hin und her geschoben werden. Das Beschleunigen von Partikeln auf ausreichend hohe Energien für das Studium würde jedoch lineare Elektroden erfordern, die zu lang sind, um in einem Labor enthalten zu sein. Lawrence erkannte, dass a kreisförmig, Anstatt linear zu sein, könnte der Beschleuniger eine ähnliche Methode anwenden, um geladene Teilchen in einem Spiralmuster zu beschleunigen.

Lawrence entwickelte das Zyklotron mit einigen seiner ersten Doktoranden, darunter Niels Edlefsen und M. Stanley Livingston. Edlefsen war an der Entwicklung des ersten Proof-of-Concept des Zyklotrons beteiligt: ​​eines 10-Zentimeter-Kreisgeräts aus Bronze, Wachs und Glas.

Nachfolgende Zyklotrons waren größer und in der Lage, Teilchen auf immer höhere Energien zu beschleunigen. Ein Zyklotron, das etwa 50-mal größer als das erste war, wurde 1946 fertiggestellt. Es erforderte einen 4.000 Tonnen schweren Magneten und ein Gebäude mit einem Durchmesser von etwa 160 Fuß und einer Höhe von 100 Fuß.

Manhattan-Projekt

Während des Zweiten Weltkriegs arbeitete Lawrence am Manhattan-Projekt mit und half bei der Entwicklung der Atombombe. Die Atombombe benötigte das „spaltbare“ Isotop Uran, Uran-235, und musste vom viel häufiger vorkommenden Isotop Uran-238 getrennt werden. Lawrence schlug vor, dass die beiden aufgrund ihres geringen Massenunterschieds getrennt werden könnten, und entwickelte Arbeitsgeräte, die als „Kalutrone“ bezeichnet werden und die beiden Isotope elektromagnetisch trennen könnten.

Lawrence's Calutrons wurden verwendet, um Uran-235 abzutrennen, das dann durch andere Geräte gereinigt wurde. Das meiste Uran-235 in der Atombombe, die Hiroshima, Japan, zerstörte, wurde mithilfe von Lawrence-Geräten gewonnen.

Späteres Leben und Tod

Nach dem Zweiten Weltkrieg setzte sich Lawrence für Big Science ein: massive Staatsausgaben für große wissenschaftliche Programme. Er war Teil der US-amerikanischen Delegation auf der Genfer Konferenz von 1958, bei der versucht wurde, die Erprobung von Atombomben auszusetzen. Lawrence erkrankte jedoch in Genf und kehrte nach Berkeley zurück, wo er einen Monat später am 27. August 1958 starb.

Nach Lawrences Tod wurden ihm das Lawrence Berkeley National Laboratory und das Lawrence Livermore National Laboratory zu Ehren benannt.

Erbe

Der größte Beitrag von Lawrence war die Entwicklung des Zyklotrons. Lawrence produzierte mit seinem Zyklotron ein Element, das in der Natur nicht vorkam, Technetium sowie Radioisotope. Lawrence untersuchte auch die Anwendungen des Zyklotrons in der biomedizinischen Forschung; Beispielsweise könnte das Zyklotron radioaktive Isotope produzieren, die zur Behandlung von Krebs oder als Tracer für Stoffwechselstudien verwendet werden könnten.

Das Zyklotron-Design inspirierte später Teilchenbeschleuniger wie das Synchrotron, die verwendet wurden, um bedeutende Fortschritte in der Teilchenphysik zu erzielen. Der Large Hadron Collider, mit dem das Higgs-Boson entdeckt wurde, ist ein Synchrotron.

Quellen

• Alvarez, Luis W. "Ernest Orlando Lawrence. (1970): 251-294."
• American Institute of Physics. "Lawrence und die Bombe.".
• Berdahl, Robert M. "Das Lawrence-Erbe". 10. Dezember 2001.
• Birge, Raymond T. "Verleihung des Nobelpreises an Professor Ernest O. Lawrence." Science (1940): 323 & ndash; 329.
• Hiltzik, Michael. Big Science: Ernest Lawrence und die Erfindung, mit der der militärisch-industrielle Komplex ins Leben gerufen wurde. Simon & Schuster, 2016.
• Keats, Jonathon. „Der Mann, der 'Big Science' erfunden hat, Ernest Lawrence.”16. Juli 2015.
• Rosenfeld, Carrie. "Ernest O. Lawrence (1901 - 1958)." N.d.
• Yarris, Lynn. "Lab trauert um Molly Lawrence, die Witwe von Ernest O. Lawrence." 8. Januar 2003.