Известные люди

»

Эрнест Лоуренс

Когда единственный из его двоюродных братьев умер от лейкемии, Л. решил сделаться медиком. Получив стипендию, она 1918 г. поступил в колледж св. Олафа в Нортфилде (штат Миннесота), но посредством год перешел в универ Южной Дакоты. Там профессор электротехники Льюис Э. Эйкели привлек Л. к углубленным занятиям физикой. После получения в 1922 г. диплома бакалавра наук с отличием Л. поступил в аспирантуру университета штата Миннесота к У.Ф. Г. Сванну. В аспирантуре он занимался экспериментальным исследованием электрической индукции и в 1923 г. получил ученую уровень магистра наук.

Через год Л. совместно со своим учителем Сванном перешел в Чикагский универ. Там его заинтересованность к физике ещё больше возрос позже встреч с Нильсом Бором, Артуром Комптоном, Альбертом А. Майкельсоном, X. А. Вильсоном и другими выдающимися физиками. Через год следом перехода осенью 1924 г. в Йельский универ Л. получил докторскую уровень. Его диссертация о фотоэлектрическом эффекте в парах калия стала первой из его значительных работ в этой области физики. Следующие два года он работал в Йедва как стипендиат Национального совета по научным исследованиям и в 1927 г. получил направление на пост ассистент-профессора физики. Но в 1928 г. Л. покинул Йельский вуз и стал адъюнкт-профессором Калифорнийского университета в Беркли.

В Калифорнии Л. первоначально продолжил начатые исследования в таких областях, как фотоэлектричество и измерение сильно коротких промежутков времени. К числу его других достижений того времени относится и экспериментальная демонстрация принципа неопределенности Вернера Гейзенберга. Этот принцип предсказывает, что измерение энергии, в частности, фотона света (фотон представляет собой порцию, или частицу, электромагнитной энергии), становится тем неопределеннее, чем короче время измерения. Так как энергия фотона пропорциональна частоте света, неопределенность в энергии сводится к неопределенности в частоте. Линия в оптическом спектре в реальности представляет собой узкую (т.е. четкую, или ладно определенную) полосу световых частот. Включая и шибко стремительно выключая свет во время измерения спектральной линии, Л. и его коллега показали, что граница расширяется. Источник света не претерпевал никаких изменений, хотя его частота становилась менее определенной, как и следовало из принципа неопределенности Гейзенберга.

Затем Л. обратился к ядерной физике, которая тогда одним духом развивалась. В 1919 г. Эрнест Резерфорд расщепил атомное ядро, бомбардируя его альфа-частицами, испускаемыми радием. Резерфорд обнаружил, что посреди осколков, возникающих позже 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 прочий вес.

У методов Резерфорда были серьезные недостатки: радий был редким элементом, альфа-частицы вылетали из источника по всем направлениям, цифра наблюдаемых столкновений было жутко немного, а вся операция наблюдений трудоемка. Ядерная физика испытывала острую нужду в обильном источнике контролируемых частиц высокой энергии. Так как и бомбардирующие частицы, и ядра-мишени были положительно заряжены (электроны играли сильно незначительную образ при столкновениях), налетающие частицы должны были иметь довольно здоровущий энергией, чтобы осилить не только электрическое отталкивание, но и энергию связи, обеспечивающую целостность ядра. Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон построили линейные ускорители частиц, работавшие при шибко 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 Л., так как в них время от времени происходил пробой изоляции и возникал высоковольтный разряд, напоминающий по виду молнию. В 1929 г. Л. попалась на глаза статья на немецком языке инженера норвежского происхождения Рольфа Видерее, в которой рассматривалась технология ускорителя частиц, предложенная прежде шведским физиком Густавом А. Изингом. Хотя Л. мало владел немецким языком, чтобы осмыслить во всех тонкостях, основная мысль была ему ясна из иллюстраций к статье: частицы разрешается ускорять, повышая натуга понемногу, а не создавая единственный немалый горб. Л. понял, что прямолинейный дорога позволительно изогнуть в окружность. Проделав необходимые расчеты, он сообща с несколькими сотрудниками начал к проектированию и постройке первого циклотрона. Именно с его созданием типично связывают имя Л.

Основная мысль Л. состояла в том, что заряженные частицы движутся в однородном магнитном поле по окружностям. Так происходит в силу того что, что движущийся заряд представляет собой электрический ток, тот, что, как и ток в обмотках электромагнита, создает магнитное поле. Подобно двум магнитам, поднесенным впритык приятель к другу, частица и внешний магнит действуют приятель на друга с определенной силой, но передвигаться может только частица (в случае двух сближаемых магнитов это соответствует тому, что единственный магнит жестко закреплен, а иной может двигаться). Направление силы завсегда образует прямые углы с направлением магнитного поля и с направлением движения частицы. Поскольку ориентация частицы всегда изменяется, частица движется по окружности. Важная специфика движения частицы состоит в том, что она завсегда описывает полную окружность за одно и то же время независимо от скорости (кинетической энергии) частицы. Но диаметр окружности тем больше, чем больше прыть частицы. Именно эти особенности движения частиц и использовал Л., проектируя свой циклотрон.

Сердце циклотрона немалый круглый полый диск, разделенный по диаметру на две половины, напоминающие по форме латинскую букву D (такие половины называются дуантами). Диск помещен между плоскими полюсами большого магнита. Между дуантами подключен электрогенератор, создающий переменное усилие в зазоре между ними. Когда заряженная частица, в частности протон, попадает в зазор, она притягивается к тому из дуантов, тот, что в тот самый миг имеет отрицательное натуга, и набирает прыть. Попав вовнутрь дуанта, частица описывает полуокружность и выходит из него в точке, диаметрально противоположной входу. Частота генератора настроена так, что к этому времени знак напряжения изменяется, и протон устремляется к другому дуанту, ставшему сейчас отрицательным, притягивается им и ускоряется напряжением, приложенным к зазору. Во второй дуант протон попадает, имея большую прыть, и оттого внутри него движется по дуге окружности большего радиуса, чем некогда.

К моменту выхода протона из дуанта натуга сызнова меняет знак, протон вновь ускоряется и, входя в первостепеннный дуант с большей скоростью, движется внутри него по дуге окружности ещё большего радиуса. Так протон получает подпитку (его как бы подталкивают) произвольный раз, когда он проходит зазор между дуантами, и движется с все возрастающей скоростью по дугам окружностей все большего радиуса до тех пор, покуда не достигнет периметра диска. Тогда протон вылетает из циклотрона, и его направляют на выбранную мишень. Диски большого диаметра позволяют разгонять частицы до больших скоростей, но требуют больше крупных и, стало быть, больше дорогих магнитов. Дуанты должны быть изготовлены из немагнитного материала, тот, что не экранирует магнитное поле, а чтобы частицы не теряли энергию на столкновения с молекулами газа, в камере должен быть основательный вакуум.

После первого, достаточно несовершенного циклотрона, построенного в 1930 г., Л. и его коллеги из Беркли одним духом создали одну за прочий больше крупные модели. Используя 80-тонный магнит, предоставленный ему Федеральной телеграфной компанией, Л. ускорял частицы до рекордных энергий в полно миллионов электрон-вольт. Циклотроны оказались идеальными экспериментальными приборами. В различие от частиц, испускаемых ядрами при радиоактивном распаде, пучок частиц, выводимых из циклотрона, был однонаправленным, их энергию позволительно было регулировать, а интенсивность потока была несравненно выше, чем от любого радиоактивного источника.

Высокие энергии, достигнутые Л. и его сотрудниками, открыли перед физиками обширное новое поле для исследований. Бомбардировка атомов многих элементов позволила расщепить их ядра на фрагменты, которые оказались изотопами, нередко радиоактивными. Иногда ускоренные частицы прилипали к ядрам-мишеням или вызывали ядерные реакции, посреди продуктов которых встречались новые элементы, не наличествующие на Земле в естественных условиях. Полученные результаты показали, что если бы частицы не возбраняется было ускорять до довольно больших энергий, то с помощью циклотрона разрешено было бы осуществить без малого любую ядерную реакцию. Циклотрон использовался и для измерения энергий связи многих ядер, и (путем сравнения разности масс до и потом ядерной реакции) для проверки соотношения Альберта Эйнштейна между массой и энергией.

Циклотрон позволил сотворить радиоактивные изотопы для медицинских целей. Над биомедицинским применением ядерной физики Л. работал совместно со своим младшим братом Джоном, медиком и директором Биофизической лаборатории в Беркли. Джон Лоуренс с успехом использовал изотопы для лечения раковых больных, в том числе своей матери, у которой был неоперабельный происшествие заболевания раком. После курса лечения она прожила ещё 20 лет.

Л. был удостоен Нобелевской премии по физике 1939 г. за изобретение и создание циклотрона, за достигнутые с его помощью результаты, в особенности приобретение искусственных радиоактивных элементов. Из-за начавшейся второй важный войны церемония вручения премии была отменена. По поводу работ Л. Манне Сигбанн из Шведской королевской академии наук заявил, что изобретение циклотрона вызвало взрыв в развитии ядерных исследований... В истории экспериментальной физики... циклотрон занимает исключительное местоположение. Вне всякого сомнения, циклотрон является самым большим и самым сложным из всех когда-либо построенных научных приборов. Нобелевская премия была вручена Л. в 1941 г. на торжествах, состоявшихся в Беркли. Свою Нобелевскую лекцию он прочитал в Стокгольме в 1951 г.

В 1940 г. Л. принял участие в создании радиационной лаборатории при Массачусетском технологическом институте. По настоянию Л. многие его бывшие ученики стали ее сотрудниками. Цель лаборатории состояла в усовершенствовании радарной техники, созданной впервой в Англии во время второй важный войны для электронного обнаружения самолетов противника. В 1941 г. Л. набрал штат лаборатории подводной акустики в Сан-Диего, занимавшейся разработкой противолодочных систем для борьбы с немецкими подводными лодками, подстерегавшими конвои с военными грузами, направляемыми из Соединенных Штатов в Великобританию. Затем Л., сохранив только неформальные связи с этими лабораториями, занялся в Беркли превращением 37-дюймового циклотрона в масс-спектрометр для разделения расщепляющегося урана-235 и обычного урана-238. В масс-спектрометре, как и в циклотроне, применяется комбинация электрического и магнитного полей, но не для ускорения частиц, а для пространственного разделения их направления по различным траекториям в зависимости от масс и электрических зарядов. Так как массы изотопов немного отличаются, изотопы движутся по близким, хотя и несовпадающим траекториям, вследствие этого могут быть разделены, хотя методика их разделения не уж очень эффективен.

Успех, достигнутый Л., оказался довольно внушительным для того, чтобы вся служба по разделению изотопов была поручена его лаборатории. В Окридже (штат Теннесси) в рамках Манхэттенского проекта (засекреченного плана создания американской атомной бомбы) были построены сотни масс-спектрометров по образу и подобию циклотрона в Беркли с 184-дюймовым магнитом. Почти весь уран в бомбе, сброшенной в августе 1945 г. на Хиросиму, был получен Л. и его сотрудниками в Беркли. Впоследствии окриджский предприятие по разделению изотопов с помощью масс-спектрометров был закрыт, так как газодиффузионный способ оказался больше эффективным.

В конце войны Л. и его сотрудники вернулись к фундаментальным исследованиям. Правда, Л. по-прежнему принимал участие в создании ядерного оружия. Ему были выделены фонды для развертывания в Ливерморе (под боком от Беркли) второй научно-исследовательской лаборатории для нужд военной промышленности. Она была независима от Лос-Аламосской лаборатории, созданной в рамках Манхэттенского проекта. Получившее попозже наименование Ливерморской лаборатории Лоуренса, это научно-исследовательское учреждение стало главным центром, в котором велись работы по созданию водородной бомбы.

В Беркли Л. возглавлял строительством ускорителей, способных разгонять частицы до энергий в миллиарды электрон-вольт. На одном из таких ускорителей, получившем наименование бэватрона, Эмилио Сегре и другие исследователи свойств мезонов (элементарных частиц с массами, промежуточными между массами электрона и протона) открыли антипротон (двойник протона с отрицательным зарядом).

Л. был приглашен президентом Дуайтом Д. Эйзенхауэром как консультант правительства для изучения возможности определения нарушения соглашения о запрещении испытаний ядерного оружия, которое рассматривалось на Женевской конференции 1958 г. По возвращении домой Л. был оперирован по поводу обострения язвы и умер в больнице Пало-Альто (штат Калифорния) 27 августа 1958 г.

В 1932 г. Лоуренс вступил в брак с Мэри Кимберли Блумер, дочерью декана медицинской школы Йельского университета. У Лоуренсов родилось шестеро детей.

Помимо своих многочисленных работ в ядерной физике Л. изобрел оригинальную конструкцию телевизионной трубки хроматрон Лоуренса, производившийся в индустриальных масштабах в Японии и Соединенных Штатах. Подолгу задерживаясь на работе в будни и в выходные, Л. совместно с тем любил заниматься греблей, игрывать в теннис, кататься на коньках и внимать музыку. Важными составными элементами его успеха, считал Луис У. Альварес, были природная смекалка и здравость научных суждений, немалый припас жизненных сил, преисполненная энтузиазма неординарная персона и доминирующее над всем чувство целостности.

Среди многочисленных наград и почестей, которых был удостоен Л., медаль Эллиота Крессона Франклиновского института (1937), медаль Хьюза Лондонского королевского общества (1940) и медаль Холли Американского общества инженеров-механиков (1942). Он был почетным доктором университетов Южной Дакоты, Пенсильвании, Британской Колумбии, Южной Калифорнии и Глазго, а ещё Йеля, Гарварда, Рутдерса и Макгилла. Л. был избран членом Национальной академии наук США, Американского философского общества и Японского физического общества, а ещё состоял почетным членом многих других иностранных научных обществ.

Так же читайте биографии известных людей:

Эрнест Резерфорд Ernest Rutherford

Эрнест Резерфорд - выдающийся британский физик, Нобелевский лауреат 1908 года. Родился 30 августа 1871 года.Эрнест Резерфорд - один из создателей..
читать далее →

Эрнест Блох Ernest Bloch

Для его творчества характерно включение еврейских богослужебных мелодий в произведения, написанные в современных жанрах и современным музыкальным..
читать далее →

Эрнест Шоссон Ernest Amede Chausson

Родился 20 января 1855 в Париже. По настоянию отца изучал юриспруденцию в Парижском университете. Диплом, полученный в 1877, принял равнодушно,..
читать далее →

Эрнест Хемингуэй Ernest Hemingway

Эрнест был первым ребенком в семье. Его папа был врачом, мамаша - домохозяйкой.Учавствовал в Первой Мировой Войне, был удостоен награды за..
читать далее →

Ваши комментарии

добавить комментарий