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| | 劳伦斯
| | | | 回旋加速器之父
[美国』劳伦斯(1901-1958)
在灿烂的科学发展史上，有这样一位美国天才：1901年出生，1925年获博士学位，1930年受聘为加利福尼亚州立大学伯克利分校有史以来最年轻的正教授。1937年获富兰克林研究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。1939年获诺贝尔物理学奖，1940年获达戴尔奖章，1942年获美国机械工程师协会霍利奖章，1949年获美国功勋奖章，1952年获法拉第奖章，1957年获费米奖等20多项殊荣。成为美国艺术与科学院院士，美国物理学会、哲学学会和机械工程学会会员，苏联科学院、瑞典皇家科学院和印度科学院名誉院士。他就是劳伦斯。
精彩人生
欧内斯特·奥兰多·劳伦斯(ErnestOrlandoLawrence)是美国著名物理学家、回旋加速器的发明者。1901年8月3日，劳伦斯生于美国南达科他州的坎顿城，祖籍挪威。父亲卡尔·劳伦斯毕业于威斯康星州立大学，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，深受孩子们的尊敬与爱戴。
劳伦斯从小喜欢读书，这个家庭也为他创造了相当不错的学习气氛和条件，有机会读到不少科学书籍。劳伦斯9岁时便对电发生了兴趣，并喜欢动手制作一些电报、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，作为开动马达的
电源。有趣的是，这两位志趣相投的小伙伴后来都成为著名的物理学家。
劳伦斯成绩出众，在他16岁那年便提前一年中学毕业，1918年秋进入明尼苏达州诺思菲尔德的圣奥拉夫学院学习。这不是他理想中的学校，一年后他转到了南达科他大学。在这里，他很快受到电气工程学院院长阿克利教授的赏识、在阿克利教授的热情鼓励下，劳
伦斯对物理学的兴趣越来越浓厚。1922年秋，劳伦斯获南达科他大学学土学位，后来到明尼苏达大学继续深造。在这里，他与宇宙射线方面的权威w．斯旺教授相识。这位教授一见面就给这个新生以很高的评价，这使劳伦斯再次受到极大鼓舞。在斯旺的影响下，劳伦斯
刻苦学习，很快打好了电动力学和磁学的坚实基础。1923年秋，劳伦斯获硕士学位后随同导师斯旺来到芝加哥大学继续学习，一年后又随斯旺到了耶鲁。正是在耶鲁，他作为实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究》，获耶鲁大学哲学博士学位。他的这一重要研究给耶鲁大学的众多教授留下了深刻的印象，可谓少年有成，前途无量。这时还不满24岁的劳伦斯的名字开始被科学界知晓。1925-1927年，劳伦斯在耶鲁大学任研究员，不久被提升为助理教授。在耶鲁工作期间，劳伦斯在光电效应方面的研究取得了许多新的成果，这为他在物理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大学伯克利分校物理学副教授。他工作勤恳，成果颇丰，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，劳伦斯发明了著名的回旋加速器，使这位年轻人闻名于世。1936年，伯克利分校正式建立辐射实验室，劳伦斯出任该实验室主任，由于劳伦斯杰出的科学才华与领导才能，该实验室成果累累，令世界瞩目。
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实验室，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。
风风火火劳伦斯
如果问：劳伦斯的一生为什么能取得如此众多重大的成就?答案是不一而足的，但有一点是可以肯定的，那就是因为他是个风风火火、匆匆忙忙的劳伦斯。
还是刚到南达科他大学就读的时候，他就以超乎寻常的充沛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紧张的学习，要不然就是在实验室做实验。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，同时还主动承担了大学一年级的数学教学工作。他似乎总有一股使不完的劲儿。
1922年大学毕业时，在阿克利教授的建议下，劳伦斯已经申请了芝加哥大学的奖学金，准备去芝加哥大学攻读研究生，但幼时志趣相投的好伙伴M．图夫给他写信，邀请他到明尼苏达大学一起读研究生，劳伦斯马上采纳了M．图夫的建议，驾着他那辆破旧的福特汽
车，加足马力，在崎岖不平的道路上奔驰。他急于到M．图夫那里去，急于到明尼苏达大学去，因为那里有他们共同的老兴趣——无线电，也有他们共同的新兴趣——物理学，在明尼苏达大学，在斯旺教授的指导下，劳伦斯迅速地投入物理学的理论学习和实验研究，并有了突飞猛进的进步，仅一年后便取得了硕士学位。这样的成绩是惊人的，但在熟悉他的人眼里，这似乎不足为奇。1925年7月27日，学校举行博士学位授予典礼的那个重大时日，劳伦斯还家平日一样忙个不停，就在戴博士帽、穿博士服之前，他还要匆匆忙忙去一趟实验室。
劳伦斯的生活节奏很快，他是一位不知疲倦的探索者，又是一位鼓舞人心的领导者。由于他个人能力与品格的吸引，他的实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·劳伦斯的影响标志之一就是这样一个事实：我是他那个实验室工作人员中第8个获得了科学家所能获得的最高荣誉——诺贝尔奖金的人。”其他7人中包括张伯伦、塞格雷、塞伯格和麦克米伦等。
在谈到他的干劲与精力时，另一位实验室工作人员说：“劳伦斯的精力非常旺盛，他简直要把我累死了。我们的实验室常常灯火通明，常常需要我们一鼓作气连干一整夜，有时甚至一连干一两天。我们千了一整天、一整夜，第二天又干了一整天，而劳伦斯居然在第二天晚上赴约会。他的精力充沛得令人吃惊。他有着使不完的精力，而且对事物有非常敏锐的洞察力。他是我们实验室的主要推动力。他所做的比他应该做的多，工作起来比我快得多。当他不在的时候我才巴不得得到点儿休息。他是一个出色的、天才般的实验家。”
劳伦斯也偶尔与同伴一起去看电影，但看电影的过程中是否完全忘记了他的工作，那是很大的疑问。有一次，他和同伴把他的破福特车停在电影院门口的街上，谈物理问题一直谈到电影院。看电影的时候一定还在思考某个物理问题，因此电影一完，一直说着出了大门，又一路说着回到实验室。汽车被遗忘了两天，后来他根本想不起来车停在了城里的哪个地方。回旋加速器的成功研制1928年，劳伦斯刚受聘到伯克利分校时，他继续致力于光电效应的研究。与此同时，他也开始注意迅速发展的原子核物理研究。
1919年，物理学家欧内斯特·卢瑟福用天然n粒子从氮原子核中打出质子，这标志着人类第一次实现了改变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，很快成为人们研究原子核的重要手段，但卢瑟福的发现同样告诉人们，要想成功完成打碎原子核的实验，必须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提供足够的能量以实现原子核嬗变是可能的。
正是在这种研究背景及其他科学家研究的基础上，劳伦斯开始了自己的思考与探索。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。这种离子多次加速的新思想使劳伦斯意识到，这正是他日夜寻找的加速正离子问题的真正答案。不过，劳伦斯很快估算了一下，能量超过1兆电子伏特的直线加速器的长度可能达数米。这样的长度在当时似乎很不适合于实
验室使用。因此，他开始考虑，能否不用在一条直线上的许多圆筒形电极，而使用两个电极，通过均匀的磁场装置使正离子反复通过这两个电极。如果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变化的交变电压，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。这是一个多么伟大的新设想!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，即可实现粒子不断加速的目的。这就是劳伦斯于1929年首先提出的回旋加速器的内在原理。这样不需高压，只要通过多次加速，使粒子获得高能量，因而避免了高压带来的困难，而且只需相对小得多的空间。
根据劳伦斯这种思想，建造回旋加速器的工作也于1930年春正式开始了。1931年，在他的学生的协助下，第一台可行的加速器终于制造出来。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逐渐靠近仪器的边缘，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，使之释放出巨大的原子能，从而引起许多新的核裂变。这些实验的结果之一，就是把普通的盐，转变为放射出比天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成功地建造了直径为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。但劳伦斯并不满足于已有成果，他总是在考虑如何向更高的能量进军。1939年，他和他的合作者又成功地建造了一个重225吨的新的回旋加速器，可提供20兆电子伏特的能量，超过天然放射源的能量水乎。然而劳伦斯的探索仍不停止，1941年他终于制造出一台理想的回旋加速器，对核裂变及核力问题的研究起了极其重要的作用。
回旋加速器的重大意义
回旋加速器的研制成功，是劳伦斯对原子核物理发展所作出的极为重要的贡献。对于原子核的研究，人们最初只能靠天然放射性物质，而回旋加速器的产生为大量生产放射性同位素创造了条件；天然放射性物质所产生的。粒子，能量极其有限，数量也很少，严重阻碍了原子核物理的研究与发展，回旋加速器的发明，使人们有条件获得高能量的粒子，使原子核的研究向前迈进了一大步：劳伦斯在研制加速器的同时，曾花费许多时间研究和生产放射性同位素，向国内外的各研究中心提供新的放射性同位素。他们发现了已知元素的几百种放射性同位素。此外，世界上第一个人造元素锝就是在劳伦斯的回旋加速器中产生的。回旋加速器为科学研究和实际应用放射性同位素开辟了一个崭新的领域。
劳伦斯回旋加速器的研制成功对原子结构的研究提供了条件．也为利用原子能揭开了新篇章。第二次世界大战期间，劳伦斯任美国原子弹研制组的负责人。他加入这项工作的最初动机是帮助英国和其他同盟国。珍珠港受袭后，在劳伦斯．康普顿等领导下，研究铀
裂变．制造原子弹的工作全力以赴地展开了。劳伦斯很早就开始利用他的巨型磁体来分离化学性质完全相同的同位素uu5和U238。为了达到这个目的，他与合作者把37英寸的回旋加速器转换为质谱仪；珍珠港事件的前一天他报告说，他能在一小时内从UTM中分离出1微克非常纯的U235。最后在试验工厂里开动了6个劳伦斯回旋加速器。这使得官方在1942年批准了耗资3亿多美元的橡树岭大实验室，为制造轰炸广岛的原子弹提供所需的U235。
第二次世界大战结束后，劳伦斯回到了伯克利的研究工作中。1946年伯克利辐射实验室成功地制成了184英寸的新型同步回旋加速器；1948年，辐射实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，由此开始了用加
速器研究基本粒子的新时期。同时，劳伦斯在第二次世界大战后还积极倡导和平利用原子能，鼓励原子能在工业上的利用。并表示：“一个对世界各国人民永远有益的和平利用原子能的新时代即将来临，这也是一切科学和科学家所追求的目标。”
此外，劳伦斯还致力于加速器在生物和医学方面的应用。他坚信放射性在医学方面是有价值的，努力倡导钠和其他放射性同位素在医学上的应用。他帮助另一位同事用中子照射麦苗，并研究它对发芽和生长的影响。他和弟弟约翰应用辐射来研究医学问题，开创
了中子在癌症治疗中的临床应用。实验证明，放射性碘在诊断和治疗甲状腺机能亢进中非常有效；许多人体中非常重要的元素的放射性同位素，被用作研究血液和营养的示踪物。
回旋加速器以其超凡的功能赢得世人的关注，20世纪40年代以后，加速器的研制成为热门，高能量的加速器不断产生。现在，加速器已成为高能物理研究中必不可少的重要工具。加速器的能量大小，成为科学技术发展水平的重要标志。
瑞典皇家科学院的塞格巴恩教授在介绍劳伦斯的工作时指出：“回旋加速器在实验物理史上有着特殊的地位。回旋加速器结构的庞大和复杂是目前任何仪器不可相比的，用它取得的实验成果也是其他物理实验仪器无法比拟的。”
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院讨论核试验侦察方法的会议时得了病，回到美国后，于同年8月27日在加利福尼亚的帕洛阿尔托逝世。然而，他的荣誉是永恒的。正如1958年8月30日，加州大学校长克拉克·克尔在为劳伦斯举行的追悼会上所说：“世界所能给予科学家的最高荣誉，欧内斯特·劳伦斯都得到了，这些只不过是他在生前所得到的荣誉——但是，只要科学的历史继续写下去，他就会永远得到荣誉。”
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