欧内斯特·劳伦斯 - 国搜百科

欧内斯特·劳伦斯 ,美国物理学家,1930年任加利福尼亚大学教授同年设计和制造第一台高能粒子加速器,获得1939年度诺贝尔物理学奖。参与曼哈顿计划,主管用电磁法分离制造原子弹用的铀-235工作此外,还发明了彩色显像管并获专利。

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    中文名
    欧内斯特·劳伦斯
    外文名
    Ernest Orlando Lawrence
    出生日期
    1901年8月8日
    出生地
    南达科他州
    逝世日期
    1958年8月27日
    逝世地点
    美国加利福尼亚州
    职业
    美国物理学家

    1人物简介

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    欧内斯特·劳伦斯(Ernest Orlando Lawrence)是美国著名物理学家回旋加速器的发明者,1901年8月8日,出生在南达科他州的坎顿。他的祖父是一位来自挪威的教师。在挪威的特勒马克市,劳伦斯家族以“脑瓜特灵”而知名。劳伦斯的父亲卡尔在美国完成了大学教育,他的母亲冈达也是挪威移民,出生于一个有艺术传统的世家。

    2人物经历

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    欧内斯特·劳伦斯欧内斯特·劳伦斯

    1901年8月8日,欧内斯特·劳伦斯出生在南达科他州的坎顿。他的祖父是一位来自挪威的教师。在挪威的特勒马克市,劳伦斯家族以“脑瓜特灵”而知名。劳伦斯的父亲卡尔在美国完成了大学教育,他的母亲冈达也是挪威移民,出生于一个有艺术传统的世家。南达科他州是一个辽阔的大草原。劳伦斯在当地上小学。这时,他就喜欢捣弄电气、矿石收音机,并自制电报机。中学时,他是一个无线电迷,热衷于无线通信和电路实验。     

    1918年,劳伦斯进入圣奥拉夫学院第一次世界大战对美国高校的平静生活产生了影响,劳伦斯不属于那种特别优秀的学生。大二时,他数学、化学、英语等课只得C,宗教是D。圣奥拉夫学院的挫折使劳伦斯转入佛梅林的南达科他大学。在大学他动员校长投资无线电设备,自己则做实验激发同学的兴趣。后来,劳伦斯转学物理,成绩优异。

    他又转入了明尼苏达大学读研究生,导师是斯旺教授。在斯旺的指导下,劳伦斯打好了电动力学磁学的坚实基础,这是他未来取得伟大成功的根基。     

    劳伦斯要制作一个在磁场中转动的椭圆体,并用此实验写论文。由于他从小做收音机、修汽车,所以能克服制作过程中的许多困难。该装置十分成功。接着,劳伦斯又在斯旺指导下研究获得高能粒子的装置。     

    由于家境不富裕,劳伦斯曾尝试卖铝制品和收音机赚钱,但收益不大。后来,劳伦斯进入芝加哥大学的赖森物理实验室工作。在那里,他结识了犹太物理学家雅各布森,获益良多。劳伦斯勤奋工作,成绩显著,在美国物理学界已经小有名气。许多名牌大学都邀请他任教,条件十分优厚。劳伦斯在耶鲁大学渡过一段美好的时光。

    加州大学伯克利分校给了他十分有利的教学环境和实验设备。劳伦斯在1928年到西海岸开始新的工作和生活。在加州大学,他的工作激情感染了大学生们和同行,一位同事回忆说:“他给人的印象是从手指到全身都充满了活力,无论走到哪里,这气氛就带到哪里。”

    3科学成就

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    劳伦斯年仅30岁就闻名于全世界。为了研究核物理,劳伦斯提出一种使粒子作曲线运动并同时加速的方案。当时他与他的研究生埃力伏森(N·E·Edlefsen)、利文斯顿(M·S·livingsto)等一起,发明一种圆形的加速器,后来称为回旋加速器。回旋加速器是圆形脑子加速器种类中的第一种,它是用相对小型的仪器获得高速度和高能量的加速装置。最初,他建立一个小规模的模型,其原理一旦得到证明,进程也就很快了。但在实际制造过程中,必须得到足够强的磁铁,否则就制造不出来。劳伦斯成功地说服联邦电报局把他们原来想制造无线电弧光发电机而没有用上的80吨重的铁芯捐献出来。劳伦斯及其合作者就是利用这块铁芯和27.5英寸直径的回旋加速器室加上其他有关元件,建立了这个震动当时科学界的巨型的回旋加速器。利用这台机器,能够获得百万电子伏特的原子“炮弹”用以轰击其他原子的原子核,使之释放出极大的原子能,从而引起许多新的核衰变。这些实验的结果之一是把普通的盐转变为能够放射出比天然的所放出的射线还要强的人工放射性物质。在这些人工放射性物质中,除了对癌症和其他疾病的治疗,将有很大的价值之外,极其重要的结果之一是导致了1932年在伯克利实验室完成的锂原子的核衰变。在近代物理的年鉴中,人们也看到由科克洛夫特(J·Cockcroft)和瓦尔顿(E·T·S·Walton)研究的锂的衰变和尤里(H·C·Orey)发现重氢,查德威克(J·Chadwick)发现中子,安德逊(C·D·Anderson)发现正电子,这些人后来部获得诺贝尔奖金。除锂之外,伯克利实验室的回旋加速器,曾使许多重核衰变,这在当时是独一无二的,没有其他机器能够与其相提并论。核衰变的事实证明,只要能量足够大,那么每一种核反应都可用人工进行,这为核物理的发展提供了极其重要的前题。 

    1934年  劳伦斯 回旋加速器 原理1934年 劳伦斯 回旋加速器 原理

    1939年夏天,劳伦斯和他的合作者完成了一个重225吨的新的回旋加速器,设计要求提供16—32兆电子伏的能量,实际记录已达到20兆电子伏,超过天然放射源的能量水平。这台回旋加速器的建造获得成功,又促使他开始设计建造能量更大的回旋加速器。1940年4月,洛克菲勒基金会拨给劳伦斯一笔补助金,用以开始研究第三台回旋加速器。现在的回旋加速器与1939年的水平相比,基本上还是一样的。就加速能量的水平来说,回旋速器只能算是低能加速器,不过在历史上,它对核裂变及接力问题的研究起过极其重要的作用。现在,它仍然是核物理实验中的一种重要设备,在工业、医疗等方面仍有其广泛的用途。 

    劳伦斯由于发明回旋加速器,便迅速地誉满全球,32岁时被请去参加索尔维会议,第二年又被选进美国国立科学院,35岁时当上辐射实验室主任。正因为他发明和发展了回旋加速器以及藉此获得的成果,特别是有关人工放射性的成果面于1939年被授予诺贝尔物理学奖金。得到这种崇高荣誉的人物中,劳伦斯算是美国人中的第一个。此外,他还获得其他方面各种各样的奖励。仅1937年这一年,他就获得了英国皇家学会授予的休斯奖章、富兰克林研究所授予的克利逊奖章、美国国立科学院授予的康斯托克奖金以及研究联合会授予的奖金等。 

    1940年,劳伦斯成为麻省理工学院内的另一辐射实验室的美国物理学家之一。但是,这种名称掩盖着该实验室的实际作用——厘米波雷达的发展。劳伦斯积极为这个实验室招收年青的科学家,但他自己没有去那里工作,因为这时美国卷入了第二次世界大战,在地平线上出现了更大的核裂变原子弹的“曼哈顿计划”。为了避免德国科学家可能抢先研制这种核武器,由纳粹统治区域逃难而来的科学家们便建议美国政府制造这种武器。在伯克利辐射实验室,劳伦斯和奥本海默被指定为这一事业中执行主要任务的科学家。辐射实验室的任务是帮助发明分裂物质的方法,为了达到这一目的,他们把37寸的回旋加速器转换为质谱仪。他们在伯克利辐射实验室设计的电磁分离方法,后来被用于田纳西州的橡树岭大实验室,为制造轰炸广岛的原子弹提供所需的U235。后来,第一颗原子弹就是在这个实验室内制造的。 

    1945年,原子弹在广岛和长崎爆炸,从而促使了灾难性的第二次世界大战早日结束。战后伯克利辐射实验室恢复原来主要的研究项目,包括制造一台184寸的回旋加速器(实际上是一种新型的加速器,这是根据密立根提出的原理来制造的同步回旋加速器)洛斯阿拉莫斯实验室仍由加利福尼亚大学管理,并继续从事于武器的研究。后来劳伦斯积极地倡议制造另一更大破坏性的武器,即热核裂变(亦称氢弹)。奥本海默反对这种倡议,在所谓美国的合理防务形势问题上他与劳伦斯发生深刻的分歧,因而结束他们长期的友谊。  除洛斯阿拉莫斯实验室外,第二个核武器实验室在劳伦斯和特勒(E·Teller)发起下,于加利福尼亚州的利费莫尔开始建立。这一实验室开始时是属于伯克利辐射实验室的分支。在伯克利仅限于基础科学的研究。经过这些年代,设计和制造更大的和更有效的加速器,使辐射实验室在长时期内拥有最高能量并几乎处于垄断地位的先进水平。它们拥有能把粒子加速到十亿电子伏特的所谓高能质子同步稳相加速器。由于使用这种加速器,塞格霍(E·Segre)和张伯伦(O·Chamberlain)发现了反质子并仔细探索介子的性质,从而导致对强相互作用粒子的普遍了解。

    劳伦斯在伯克利所创立的“大科学”和“大规模物理”的风格,后来推广到世界各地所设立的机构中,如纽约的布鲁克海汉国立实验室瑞士的欧洲核研究中心(CERN)、伊利诺斯的国立加速器实验室等。 劳伦斯不仅是著名的科学家,对科学事业的发展作过重大的贡献,同时也是一个出色的教育家,培养造就了许多杰出的科学人才。正如1968年度获奖的阿尔瓦雷兹所指出的,欧内斯特·劳伦斯的影响的标志之一就是这样一个事实:我是他那实验室工作人员中第八个获得了科学家所能获得的最高荣誉 —— 诺贝尔奖金 —— 的人。这八个人中,有四个是劳伦斯的徒弟或低级合作者,另外四个是以别的方式同“辐射实验室”有联系的。

    劳伦斯于1958年作为美国代表参加日内瓦的西方同苏联科学家讨论核试验侦察方法的会议时得病,回到美国后,于同年8月27日在美国加利福尼亚的帕洛阿尔托逝世,终年57岁

    参考资料

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    [1].中国科普网:欧内斯特·劳伦斯

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