Эрнест Орландо Лоуренс (8 августа 1901 — 27 августа 1958) — американский физик-ядерщик , лауреат Нобелевской премии по физике 1939 года за изобретение циклотрона . [ 1] Он известен своей работой по разделению изотопов урана для Манхэттенского проекта , а также основанием Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Национальной лаборатории Лоуренса в Ливерморе .
Выпускник Университета Южной Дакоты и Университета Миннесоты , Лоуренс получил докторскую степень по физике в Йельском университете в 1925 году. В 1928 году он был нанят в качестве доцента физики в Калифорнийском университете в Беркли , став самым молодым полным профессором там два года спустя. Однажды вечером в библиотеке Лоуренс был заинтригован схемой ускорителя, который производил частицы высокой энергии . Он размышлял о том, как его можно сделать компактным, и придумал идею круглой ускорительной камеры между полюсами электромагнита . Результатом стал первый циклотрон.
Лоуренс продолжал строить серию все более крупных и дорогих циклотронов. Его Радиационная лаборатория стала официальным отделом Калифорнийского университета в 1936 году, а Лоуренс стал ее директором. Помимо использования циклотрона для физики, Лоуренс также поддерживал его использование в исследованиях по медицинскому использованию радиоизотопов. Во время Второй мировой войны Лоуренс разработал электромагнитное разделение изотопов в Радиационной лаборатории. Оно использовало устройства, известные как калютроны , гибрид стандартного лабораторного масс-спектрометра и циклотрона. Огромный завод электромагнитного разделения был построен в Оук-Ридже, штат Теннесси , который стал называться Y-12 . Процесс был неэффективным, но он работал.
После войны Лоуренс активно выступал за государственное спонсорство крупных научных программ и был ярым сторонником « Большой науки » с ее требованиями больших машин и больших денег. Лоуренс решительно поддерживал кампанию Эдварда Теллера за вторую лабораторию ядерного оружия, которую Лоуренс разместил в Ливерморе, Калифорния . После его смерти регенты Калифорнийского университета переименовали в его честь Национальную лабораторию Лоуренса в Ливерморе и Национальную лабораторию Лоуренса в Беркли. Химический элемент номер 103 был назван лоуренсием в его честь после его открытия в Беркли в 1961 году.
Эрнест Орландо Лоуренс родился в Кантоне, Южная Дакота , 8 августа 1901 года. Его родители, Карл Густавус (1871–1954) и Гунда Регина (урожденная Якобсон) Лоуренс (1874–1959), оба были потомками норвежских иммигрантов, которые встретились во время преподавания в средней школе в Кантоне, где его отец также был суперинтендантом школ. У него был младший брат, Джон Х. Лоуренс , который стал врачом и был пионером в области ядерной медицины . В детстве его лучшим другом был Мерл Туве , который также стал выдающимся физиком. [2]
Лоуренс учился в государственных школах Кантона и Пьера , затем поступил в колледж Св. Олафа в Нортфилде, штат Миннесота , но через год перевелся в Университет Южной Дакоты в Вермиллионе . [3] Он получил степень бакалавра по химии в 1922 году, [4] а также степень магистра искусств (MA) по физике в Университете Миннесоты в 1923 году под руководством Уильяма Фрэнсиса Грея Суонна . Для своей магистерской диссертации Лоуренс построил экспериментальный аппарат, который вращал эллипсоид через магнитное поле . [5] [6] [7]
Лоуренс последовал за Сванном в Чикагский университет , а затем в Йельский университет в Нью-Хейвене, штат Коннектикут , где Лоуренс получил степень доктора философии (PhD) по физике в 1925 году в качестве национального научного сотрудника, [8] написав докторскую диссертацию о фотоэлектрическом эффекте в парах калия. [9] [10] Он был избран членом Sigma Xi и, по рекомендации Сванна, получил стипендию Национального исследовательского совета . Вместо того чтобы использовать ее для поездки в Европу, как это было принято в то время, он остался в Йельском университете со Сванном в качестве исследователя. [11]
С Джесси Бимсом из Университета Вирджинии Лоуренс продолжил исследование фотоэлектрического эффекта. Они показали, что фотоэлектроны появлялись в течение 2 x 10−9 секунд после того, как фотоны ударялись о фотоэлектрическую поверхность — близко к пределу измерений на тот момент. Сокращение времени излучения путем быстрого включения и выключения источника света сделало спектр испускаемой энергии шире, в соответствии с принципом неопределенности Вернера Гейзенберга . [ 12]
В 1926 и 1927 годах Лоуренс получил предложения о должности доцента от Вашингтонского университета в Сиэтле и Калифорнийского университета с зарплатой в 3500 долларов в год (что эквивалентно 61 400 долларам в 2023 году). Йель быстро ответил ему тем же предложением о должности доцента, но с зарплатой в 3000 долларов. Лоуренс решил остаться в более престижном Йельском университете, [13] но поскольку он никогда не был преподавателем, назначение вызвало возмущение у некоторых его коллег-преподавателей, и в глазах многих оно все еще не компенсировало его иммигрантское происхождение из Южной Дакоты. [14]
Лоуренс был нанят в качестве доцента физики в Калифорнийском университете в 1928 году. Он стал полным профессором два года спустя, став самым молодым профессором университета. [8] Основываясь на опубликованной в 1934 году работе Фредерика и Ирен Жолио-Кюри по искусственной радиоактивности , Лоуренс открыл изотоп азота-13 , выстреливая высокоэнергетическими протонами в элемент углерода-13 в своей лаборатории. [15] Он и его команда, включая Мартина Камена и Сэмюэля Рубена, случайно открыли изотоп углерода-14 , бомбардируя графит высокоэнергетическими протонами. [16] Роберт Гордон Спроул , который стал президентом университета на следующий день после того, как Лоуренс стал профессором, [17] был членом Богемского клуба , и он спонсировал членство Лоуренса в 1932 году. Через этот клуб Лоуренс познакомился с Уильямом Генри Крокером , Эдвином Поли и Джоном Фрэнсисом Нейланом . Они были влиятельными людьми, которые помогли ему получить деньги на его исследования энергетических ядерных частиц. Была большая надежда на медицинское использование, исходящее от развития физики элементарных частиц, и это привело к тому, что Лоуренс смог получить большую часть раннего финансирования для исследований. [18]
Во время учебы в Йельском университете Лоуренс познакомился с Мэри Кимберли (Молли) Блумер, старшей из четырех дочерей Джорджа Блумера, декана Йельской школы медицины . [19] [20] Они впервые встретились в 1926 году и обручились в 1931 году, [21] и поженились 14 мая 1932 года в церкви Троицы на Грин в Нью-Хейвене, штат Коннектикут . [22] У них было шестеро детей: Эрик, Маргарет, Мэри, Роберт, Барбара и Сьюзен. [19] [23] Лоуренс назвал своего сына Робертом в честь физика-теоретика Роберта Оппенгеймера , своего ближайшего друга в Беркли. [24] [25] [26] В 1941 году сестра Молли Элси вышла замуж за Эдвина Макмиллана , [21] который впоследствии получил Нобелевскую премию по химии в 1951 году вместе с Гленном Т. Сиборгом . [27]
Изобретение , принесшее Лоуренсу международную известность, началось с наброска на клочке бумажной салфетки. Сидя в библиотеке однажды вечером в 1929 году, Лоуренс просмотрел журнальную статью Рольфа Видероэ [28] и был заинтригован одной из диаграмм. [29] На ней было изображено устройство, которое производило частицы высокой энергии с помощью последовательности небольших «толчков». Изображенное устройство было выложено по прямой линии с использованием все более длинных электродов. [30] В то время физики начинали исследовать атомное ядро . В 1919 году новозеландский физик Эрнест Резерфорд выстрелил альфа-частицами в азот и преуспел в выбивании протонов из некоторых ядер. Но ядра имеют положительный заряд, который отталкивает другие положительно заряженные ядра, и они крепко связаны друг с другом силой, которую физики только начинали понимать. Чтобы их разбить, чтобы расщепить, потребовались бы гораздо более высокие энергии, порядка миллионов вольт. [31]
Лоуренс увидел, что такой ускоритель частиц вскоре станет слишком длинным и громоздким для его университетской лаборатории. Размышляя над тем, как сделать ускоритель более компактным, Лоуренс решил установить круглую ускорительную камеру между полюсами электромагнита. Магнитное поле будет удерживать заряженные протоны на спиральной траектории, поскольку они будут ускоряться всего между двумя полукруглыми электродами, подключенными к переменному потенциалу. Примерно через сотню оборотов протоны будут ударять по цели как пучок высокоэнергетических частиц. Лоуренс взволнованно рассказал своим коллегам, что он открыл метод получения частиц очень высокой энергии без использования какого-либо высокого напряжения. [32] Первоначально он работал с Нильсом Эдлефсеном. Их первый циклотрон был сделан из латуни, проволоки и сургуча и имел диаметр всего четыре дюйма (10 см) — его можно было держать в одной руке, и, вероятно, он стоил всего 25 долларов (что эквивалентно 600 долларам в 2023 году). [23] [33]
Для развития идеи Лоуренсу нужны были способные аспиранты, способные выполнить эту работу. Эдлефсен ушел, чтобы занять должность доцента в сентябре 1930 года, и Лоуренс заменил его Дэвидом Х. Слоаном и М. Стэнли Ливингстоном , [26] которых он поручил разработать ускоритель Видероэ и циклотрон Эдлефсена соответственно. Оба имели собственную финансовую поддержку. Оба проекта оказались практичными, и к маю 1931 года линейный ускоритель Слоана смог разогнать ионы до 1 МэВ. [34] Перед Ливингстоном стояла более сложная техническая задача, но когда он подал 1800 В на свой 11-дюймовый циклотрон 2 января 1931 года, он получил вращающиеся вокруг своей оси протоны с энергией 80 000 электрон-вольт . Неделю спустя у него было 1,22 МэВ при 3000 В, более чем достаточно для его докторской диссертации по его конструкции. [35]
В том, что стало повторяющейся схемой, как только появились первые признаки успеха, Лоуренс начал планировать новую, более крупную машину. Лоуренс и Ливингстон разработали проект 27-дюймового (69 см) циклотрона в начале 1932 года. Магнит для 11-дюймового циклотрона стоимостью 800 долларов весил 2 тонны, но Лоуренс нашел массивный 80-тонный магнит, ржавеющий на свалке в Пало-Альто для 27-дюймового, который изначально был построен во время Первой мировой войны для питания трансатлантической радиосвязи. [36] [37] В циклотроне у него был мощный научный инструмент, но это не превратилось в научное открытие. В апреле 1932 года Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон в Кавендишской лаборатории в Англии объявили, что они бомбардировали литий протонами и преуспели в его превращении в гелий . Требуемая энергия оказалась довольно низкой — вполне в пределах возможностей 11-дюймового циклотрона. Узнав об этом, Лоуренс отправил телеграмму в Беркли и попросил проверить результаты Кокрофта и Уолтона. Группе потребовалось время до сентября, чтобы сделать это, в основном из-за отсутствия адекватной аппаратуры обнаружения. [38]
Хотя важные открытия продолжали ускользать от Радиационной лаборатории Лоуренса , в основном из-за ее сосредоточенности на разработке циклотрона, а не на его научном использовании, с помощью своих все более крупных машин Лоуренс смог предоставить важнейшее оборудование, необходимое для экспериментов в области физики высоких энергий . Вокруг этого устройства он построил то, что стало передовой лабораторией в мире для новой области исследований ядерной физики в 1930-х годах. Он получил патент на циклотрон в 1934 году, [39] который он передал Research Corporation , [40] частному фонду , который финансировал большую часть ранних работ Лоуренса. [41]
В феврале 1936 года президент Гарвардского университета Джеймс Б. Конант сделал Лоуренсу и Оппенгеймеру заманчивые предложения. [42] Президент Калифорнийского университета Роберт Гордон Спроул ответил улучшением условий. Радиационная лаборатория стала официальным подразделением Калифорнийского университета 1 июля 1936 года, а Лоуренс был официально назначен ее директором, с постоянным помощником директора, и университет согласился выделять 20 000 долларов в год на ее исследовательскую деятельность (что эквивалентно 350 000 долларов в 2023 году). [43] Лоуренс использовал простую бизнес-модель: «Он укомплектовал свою лабораторию аспирантами и младшими преподавателями физического факультета, свежими докторами наук, готовыми работать за любую работу, а также стипендиатами и богатыми гостями, которые могли работать бесплатно». [44]
Используя новый 27-дюймовый циклотрон, команда в Беркли обнаружила, что каждый элемент, который они бомбардировали недавно открытым дейтерием , испускал энергию, причем в том же диапазоне. Поэтому они постулировали существование новой и доселе неизвестной частицы, которая была возможным источником безграничной энергии. [45] Уильям Лоуренс из The New York Times описал Лоуренса как «нового чудотворца науки». [46] По приглашению Кокрофта Лоуренс посетил Сольвеевскую конференцию 1933 года в Бельгии. Это было регулярное собрание ведущих физиков мира. Почти все были из Европы, но иногда приглашались выдающиеся американские ученые, такие как Роберт А. Милликен или Артур Комптон . Лоуренса попросили сделать презентацию о циклотроне. [47] Заявления Лоуренса о безграничной энергии встретили совсем другой прием в Сольвее. Он столкнулся с уничтожающим скептицизмом со стороны Джеймса Чедвика из Кавендишской лаборатории , физика, открывшего нейтрон в 1932 году, за что он был удостоен Нобелевской премии в 1935 году. С британским акцентом, который показался Лоуренсу снисходительным, Чедвик предположил, что то, что наблюдала группа Лоуренса, было загрязнением их аппаратуры. [48]
.jpg/1280px-60-inch_cyclotron,_c_1930s._This_shows_the_(9660569583).jpg)
Вернувшись в Беркли, Лоуренс мобилизовал свою команду, чтобы тщательно изучить результаты и собрать достаточно доказательств, чтобы убедить Чедвика. Тем временем в лаборатории Кавендиша Резерфорд и Марк Олифант обнаружили, что дейтерий сливается , образуя гелий-3 , что вызывает эффект, который наблюдали циклотронисты. Чедвик был не только прав в том, что наблюдал загрязнение, но и упустил из виду еще одно важное открытие — ядерный синтез. [49] Ответом Лоуренса было продолжить создание еще более крупных циклотронов. 27-дюймовый циклотрон был заменен 37-дюймовым циклотроном в июне 1937 года, [50] который, в свою очередь, был заменен 60-дюймовым циклотроном в мае 1939 года. Он использовался для бомбардировки железа и произвел первые радиоактивные изотопы в июне. [51]
Поскольку было легче собрать деньги на медицинские цели, особенно на лечение рака, чем на ядерную физику, Лоуренс поощрял использование циклотрона для медицинских исследований. Работая со своим братом Джоном и Израилем Лионом Чайкоффом из физиологического факультета Калифорнийского университета, Лоуренс поддерживал исследования по использованию радиоактивных изотопов в терапевтических целях. Фосфор-32 легко производился в циклотроне, и Джон использовал его для лечения женщины, страдающей истинной полицитемией , заболеванием крови. Джон использовал фосфор-32, созданный в 37-дюймовом циклотроне в 1938 году, в тестах на мышах с лейкемией . Он обнаружил, что радиоактивный фосфор концентрируется в быстрорастущих раковых клетках. Затем это привело к клиническим испытаниям на людях. Оценка терапии в 1948 году показала, что при определенных обстоятельствах наступали ремиссии. [52] Лоуренс также надеялся на медицинское использование нейтронов. Первый онкологический пациент получил нейтронную терапию с помощью 60-дюймового циклотрона 20 ноября. [51] Чайков провел испытания по использованию радиоактивных изотопов в качестве радиоактивных индикаторов для изучения механизма биохимических реакций. [53]
Лоуренс был удостоен Нобелевской премии по физике в ноябре 1939 года «за изобретение и разработку циклотрона и за результаты, полученные с его помощью, особенно в отношении искусственных радиоактивных элементов». [54] Он был первым в Беркли, а также первым южнодакотцем, ставшим лауреатом Нобелевской премии, и первым, кто был удостоен такой чести, находясь в университете, поддерживаемом государством. Церемония вручения Нобелевской премии состоялась 29 февраля 1940 года в Беркли, Калифорния , из-за Второй мировой войны , в аудитории Уилер-холла на территории кампуса университета. Лоуренс получил свою медаль от Карла Э. Валлерштедта, генерального консула Швеции в Сан -Франциско . [55] Роберт В. Вуд написал Лоуренсу и прозорливо заметил: «Поскольку вы закладываете основы для катастрофического взрыва урана... я уверен, что старый Нобель одобрил бы это». [56]
В марте 1940 года Артур Комптон , Ванневар Буш , Джеймс Б. Конант , Карл Т. Комптон и Альфред Ли Лумис отправились в Беркли, чтобы обсудить предложение Лоуренса о 184-дюймовом циклотроне с 4500-тонным магнитом, стоимость которого оценивалась в 2,65 миллиона долларов (что эквивалентно 45 000 000 долларов в 2023 году). Фонд Рокфеллера выделил 1,15 миллиона долларов на запуск проекта. [57]
После начала Второй мировой войны в Европе Лоуренс занялся военными проектами. Он помог набрать персонал для Радиационной лаборатории Массачусетского технологического института , где американские физики разработали полостной магнетрон, изобретенный командой Марка Олифанта в Великобритании. Название новой лаборатории было намеренно скопировано с лаборатории Лоуренса в Беркли из соображений безопасности. Он также стал участвовать в наборе персонала для лабораторий подводного звука для разработки методов обнаружения немецких подводных лодок. Тем временем в Беркли продолжалась работа с циклотронами. В декабре 1940 года Гленн Т. Сиборг и Эмилио Сегре использовали 60-дюймовый (150 см) циклотрон для бомбардировки урана-238 дейтронами , производя новый элемент, нептуний-238 , который распадался путем бета-излучения , образуя плутоний-238 . Один из его изотопов, плутоний-239 , мог подвергаться ядерному делению, что давало еще один способ создания атомной бомбы . [58] [59] [60]
Лоуренс предложил Сегре работу в качестве научного сотрудника — сравнительно низкую должность для того, кто открыл элемент — за 300 долларов США в месяц в течение шести месяцев. Однако, когда Лоуренс узнал, что Сегре был юридически заперт в Калифорнии, он уменьшил зарплату Сегре еще больше до 116 долларов США в месяц. [61] Когда регенты Калифорнийского университета захотели уволить Сегре из-за его иностранного гражданства, Лоуренс сумел удержать Сегре, наняв его в качестве внештатного лектора, оплачиваемого Фондом Рокфеллера. Аналогичные меры были приняты для удержания его докторантов Цзянь-Шиунга Ву (гражданина Китая) и Кеннета Росса Маккензи (гражданина Канады), когда они закончили учебу. [62]
В сентябре 1941 года Олифант встретился с Лоуренсом и Оппенгеймером в Беркли, где они показали ему место для нового 184-дюймового (4,7 м) циклотрона. Олифант, в свою очередь, отчитал американцев за то, что они не следовали рекомендациям британского комитета MAUD , который выступал за программу разработки атомной бомбы . [63] Лоуренс уже думал о проблеме разделения делящегося изотопа урана-235 от урана-238 , процесс, известный сегодня как обогащение урана . Разделение изотопов урана было сложным, поскольку два изотопа имеют почти идентичные химические свойства и могли быть разделены только постепенно, используя их небольшие различия в массе. Разделение изотопов с помощью масс-спектрометра было методом, который Олифант впервые применил с литием в 1934 году. [64]
Лоуренс начал переделывать свой старый 37-дюймовый циклотрон в гигантский масс-спектрометр. [65] По его рекомендации директор Манхэттенского проекта бригадный генерал Лесли Р. Гроувс-младший назначил Оппенгеймера главой Лос-Аламосской лаборатории в Нью-Мексико . В то время как Радиационная лаборатория разрабатывала электромагнитный процесс обогащения урана, Лос-Аламосская лаборатория проектировала и создавала атомные бомбы. Как и Радиационная лаборатория, она находилась в ведении Калифорнийского университета. [66]
Электромагнитное разделение изотопов использовало устройства, известные как калютроны , гибрид двух лабораторных приборов, масс-спектрометра и циклотрона. Название произошло от «California university cyclotrons» (циклотроны Калифорнийского университета). [67] В ноябре 1943 года команда Лоуренса в Беркли была усилена 29 британскими учеными, включая Олифанта. [68] [69]
В электромагнитном процессе магнитное поле отклоняло заряженные частицы в соответствии с массой. [70] Процесс не был ни научно элегантным, ни промышленно эффективным. [71] По сравнению с газодиффузионной установкой или ядерным реактором , электромагнитная разделительная установка потребляла бы больше дефицитных материалов, требовала бы больше рабочей силы для работы и стоила бы дороже в строительстве. Тем не менее, процесс был одобрен, поскольку он был основан на проверенной технологии и, следовательно, представлял меньший риск. Более того, его можно было бы строить поэтапно, и он быстро достиг бы промышленной мощности. [67]
Ответственность за проектирование и строительство завода по электромагнитному разделению в Оук-Ридже, штат Теннесси , который стал называться Y-12 , была возложена на Stone & Webster . Калютроны, использующие 14 700 тонн серебра, были изготовлены Allis-Chalmers в Милуоки и отправлены в Оук-Ридж. Проект предусматривал пять блоков обработки первой стадии, известных как гоночные трассы Alpha, и два блока для окончательной обработки, известных как гоночные трассы Beta. В сентябре 1943 года Гроувс санкционировал строительство еще четырех гоночных трасс, известных как Alpha II. [72] Когда завод был запущен для испытаний по графику в октябре 1943 года, 14-тонные вакуумные резервуары выскользнули из выравнивания из-за силы магнитов и должны были быть закреплены более надежно. Более серьезная проблема возникла, когда магнитные катушки начали замыкать. В декабре Гроувс приказал вскрыть магнит, и внутри были обнаружены пригоршни ржавчины. Затем Гроувс приказал демонтировать гоночные трассы и отправить магниты обратно на завод для очистки. На месте был установлен травильный завод для очистки труб и фитингов. [71]
Теннесси Истман был нанят для управления Y-12. [73] Y-12 изначально обогащал содержание урана-235 до 13% - 15% и отправил первые несколько сотен граммов в лабораторию Лос-Аламоса в марте 1944 года. [74] Только 1 часть из 5825 уранового сырья вышла в качестве конечного продукта. Остальное было разбрызгано по оборудованию в процессе. Усиленные усилия по восстановлению помогли увеличить производство до 10% сырья урана-235 к январю 1945 года. В феврале гоночные треки Alpha начали получать слегка обогащенное (1,4%) сырье с нового термодиффузионного завода S-50 . В следующем месяце он получил обогащенное (5%) сырье с газодиффузионного завода K-25 . К апрелю 1945 года K-25 производил уран, достаточно обогащенный для подачи непосредственно в треки Beta. [74]
16 июля 1945 года Лоуренс наблюдал ядерное испытание первой атомной бомбы «Тринити» вместе с Чедвиком и Чарльзом А. Томасом . Мало кто был более взволнован его успехом, чем Лоуренс. [75] Вопрос о том, как использовать теперь функциональное оружие против Японии, стал проблемой для ученых. В то время как Оппенгеймер не одобрял демонстрацию мощи нового оружия японским лидерам, Лоуренс был твердо уверен, что демонстрация будет разумной. Когда урановая бомба была использована без предупреждения при атомной бомбардировке Хиросимы , Лоуренс почувствовал большую гордость за свое достижение. [76]
Лоуренс надеялся, что Манхэттенский проект разработает улучшенные калютроны и построит гоночные трассы Alpha III, но они были признаны неэкономичными. [77] Трассы Alpha были закрыты в сентябре 1945 года. Хотя они работали лучше, чем когда-либо, [78] они не могли конкурировать с K-25 и новой K-27, которая начала работу в январе 1946 года. В декабре завод Y-12 был закрыт, тем самым сократив фонд заработной платы Tennessee Eastman с 8600 до 1500 человек и сэкономив 2 миллиона долларов в месяц. [79] Численность персонала в Радиационной лаборатории сократилась с 1086 человек в мае 1945 года до 424 человек к концу года. [80]
После войны Лоуренс активно боролся за государственное спонсорство крупных научных программ. Он был ярым сторонником Большой науки с ее требованиями к большим машинам и большим деньгам, и в 1946 году он запросил у Манхэттенского проекта более 2 миллионов долларов на исследования в Радиационной лаборатории (что эквивалентно 24 000 000 долларов в 2023 году). Гроувс одобрил деньги, но сократил ряд программ, включая предложение Сиборга о «горячей» радиационной лаборатории в густонаселенном Беркли и предложение Джона Лоуренса о производстве медицинских изотопов, поскольку эта потребность теперь могла быть лучше удовлетворена за счет ядерных реакторов. Одним из препятствий был Калифорнийский университет, который стремился отказаться от своих военных обязательств во время войны. Лоуренс и Гроувс сумели убедить Спроула принять продление контракта. [81] В 1946 году Манхэттенский проект потратил 7 долларов на физику в Калифорнийском университете на каждый доллар, потраченный университетом. [82]
Большинству коллег Лоуренс казался почти антипатичным к математической мысли. У него был необычный интуитивный подход к сложным физическим проблемам, и, объясняя ему новые идеи, вы быстро учились не запутывать проблему, записывая дифференциальное уравнение, которое могло бы прояснить ситуацию. Лоуренс говорил что-то вроде того, что он не хочет беспокоиться о математических подробностях, но «объясните мне физику проблемы». Можно было жить рядом с ним годами и считать его почти математически неграмотным, но затем резко поднять его, чтобы увидеть, насколько полно он сохранил свои навыки в математике классического электричества и магнетизма.
Луис Альварес [83]
184-дюймовый циклотрон был завершен на военные доллары Манхэттенского проекта. Он включал новые идеи Эда Макмиллана и был завершен как синхроциклотрон . [84] Он начал работу 13 ноября 1946 года. [85] Впервые с 1935 года Лоуренс активно участвовал в экспериментах, работая с Юджином Гарднером в безуспешной попытке создать недавно открытые пи-мезоны с помощью синхротрона. Затем Сезар Латтес использовал аппарат, который они создали, чтобы найти отрицательные пи-мезоны в 1948 году . [86]
Ответственность за национальные лаборатории перешла к недавно созданной Комиссии по атомной энергии (AEC) 1 января 1947 года. [87] В том же году Лоуренс запросил 15 миллионов долларов на свои проекты (что эквивалентно 161 000 000 долларов в 2023 году), которые включали новый линейный ускоритель и новый гигаэлектронвольтный синхротрон, который стал известен как беватрон . Контракт Калифорнийского университета на управление лабораторией в Лос-Аламосе должен был истечь 1 июля 1948 года, и некоторые члены правления хотели лишить университет ответственности за управление площадкой за пределами Калифорнии. После некоторых переговоров университет согласился продлить контракт для того, что теперь было Национальной лабораторией в Лос-Аламосе, еще на четыре года и назначить Норриса Брэдбери , который сменил Оппенгеймера на посту директора в октябре 1945 года, профессором. Вскоре после этого Лоуренс получил все запрошенные им средства. [88]
.jpg/1280px-HD.4G.019_(10409853774).jpg)
Несмотря на то, что он голосовал за Франклина Рузвельта , Лоуренс был республиканцем , [89] который резко не одобрял усилия Оппенгеймера до войны по объединению работников Радиационной лаборатории в профсоюз, которые Лоуренс считал «деятельностью левых». [90] Лоуренс считал политическую деятельность пустой тратой времени, которое лучше было бы потратить на научные исследования, и предпочитал, чтобы она не касалась Радиационной лаборатории. [91] В холодном климате холодной войны послевоенного Калифорнийского университета Лоуренс воспринимал действия Комитета по расследованию антиамериканской деятельности Палаты представителей как законные и не считал их признаком системной проблемы, связанной с академической свободой или правами человека . Он защищал отдельных лиц в своей лаборатории, но еще больше защищал репутацию лаборатории. [91] Он был вынужден защищать сотрудников Радиационной лаборатории, таких как Роберт Сербер , в отношении которых велось расследование Советом по безопасности персонала университета. В нескольких случаях он давал характеристики в поддержку сотрудников. Однако Лоуренс запретил брату Роберта Оппенгеймера Фрэнку посещать Радиационную лабораторию, что испортило его отношения с Робертом. [92] Яростная кампания по присяге на верность в Калифорнийском университете также отпугнула преподавателей. [93] Когда проводились слушания по аннулированию допуска Роберта Оппенгеймера к секретной информации, Лоуренс отказался присутствовать из-за болезни, но стенограмма, в которой он критиковал Оппенгеймера, была представлена в его отсутствие. Успех Лоуренса в создании творческой, совместной лаборатории был подорван неприязнью и недоверием, возникшими из-за политической напряженности. [91]
Лоуренс был встревожен первым ядерным испытанием Советского Союза в августе 1949 года. Он пришел к выводу, что правильным ответом были бы всеобъемлющие усилия по созданию более крупного ядерного оружия: водородной бомбы . [94] Он предложил использовать ускорители вместо ядерных реакторов для производства нейтронов, необходимых для создания трития, необходимого для бомбы, а также плутония, что было сложнее, так как потребовались бы гораздо более высокие энергии. [95] Сначала он предложил построить Mark I, прототип линейного ускорителя стоимостью 7 миллионов долларов, 25 МэВ , под кодовым названием Materials Test Accelerator (MTA). [95] [96] Вскоре он заговорил о новом, еще более крупном MTA, известном как Mark II, который мог бы производить тритий или плутоний из обедненного урана-238. Сербер и Сегре тщетно пытались объяснить технические проблемы, которые делали это непрактичным, но Лоуренс чувствовал, что они ведут себя непатриотично. [97] [98]
Лоуренс решительно поддержал кампанию Эдварда Теллера за вторую лабораторию ядерного оружия, которую Лоуренс предложил разместить вместе с MTA Mark I в Ливерморе, Калифорния . Лоуренсу и Теллеру пришлось отстаивать свою позицию не только перед Комиссией по атомной энергии, которая этого не хотела, и Национальной лабораторией Лос-Аламоса, которая была категорически против, но и со сторонниками, которые считали, что Чикаго был более очевидным местом для нее. [99] Новая лаборатория в Ливерморе была окончательно одобрена 17 июля 1952 года, но MTA Mark II была отменена. К этому времени Комиссия по атомной энергии потратила 45 миллионов долларов на Mark I, которая начала работу, но в основном использовалась для производства полония для программы ядерного оружия. Тем временем космотрон Национальной лаборатории Брукхейвена сгенерировал пучок в 1 ГэВ. [100]
Помимо Нобелевской премии, Лоуренс получил медаль Эллиотта Крессона и медаль Хьюза в 1937 году, премию Комстока по физике в 1938 году, медаль и премию Дадделла в 1940 году, медаль Холли в 1942 году, медаль «За заслуги» в 1946 году, премию Уильяма Проктера в 1951 году, медаль Фарадея в 1952 году [101] и премию Энрико Ферми от Комиссии по атомной энергии в 1957 году [102] Он был избран членом Национальной академии наук США в 1934 году [103] , а также Американской академии искусств и наук и Американского философского общества в 1937 году [104] [105] Он был произведен в офицеры Почетного легиона в 1948 году [101] и стал первым обладателем премии Сильвануса Тейера от США. Военная академия в 1958 году. [106]
В июле 1958 года президент Дуайт Д. Эйзенхауэр попросил Лоуренса поехать в Женеву, Швейцария , чтобы помочь в переговорах по предлагаемому Договору о частичном запрещении ядерных испытаний с Советским Союзом . Председатель КАЭ Льюис Штраус настаивал на включении Лоуренса. Двое мужчин отстаивали идею разработки водородной бомбы, и Штраус помог собрать средства на циклотрон Лоуренса в 1939 году. Штраус хотел, чтобы Лоуренс был частью делегации в Женеве, поскольку Лоуренс был известен своей поддержкой продолжения ядерных испытаний. [107] Несмотря на серьезное обострение хронического язвенного колита , Лоуренс решил поехать, но в Женеве ему стало плохо, и его срочно отправили обратно в больницу Стэнфордского университета . [108] Хирурги удалили большую часть его толстой кишки , но обнаружили другие проблемы, включая тяжелый атеросклероз в одной из его артерий. [109] Он умер в больнице Пало-Альто 27 августа 1958 года, [6] [110] через девятнадцать дней после своего 57-го дня рождения. [111] Молли не хотела публичных похорон, но согласилась на поминальную службу в Первой конгрегационалистской церкви в Беркли. Президент Калифорнийского университета Кларк Керр произнес надгробную речь . [109]
Почти сразу после смерти Лоуренса регенты Калифорнийского университета проголосовали за переименование двух ядерных исследовательских лабораторий университета в честь Лоуренса: Национальной лаборатории Лоуренса в Ливерморе и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли . [112] В его память в 1959 году была учреждена премия имени Эрнеста Орландо Лоуренса . [113] Химический элемент номер 103, открытый в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли в 1961 году, был назван в его честь лоуренсием . [114] В 1968 году в его честь был основан общественный научно-образовательный центр Lawrence Hall of Science . [115] Его работы находятся в библиотеке Бэнкрофта в Калифорнийском университете в Беркли. [116]
В 1980-х годах вдова Лоуренса несколько раз обращалась в Совет регентов Калифорнийского университета с просьбой удалить имя ее мужа из названия Ливерморской лаборатории Лоуренса из-за ее ориентации на ядерное оружие, которое Лоуренс помогал создавать, но каждый раз получала отказ. [117] [118] [119] [120] Она пережила мужа более чем на 44 года и умерла в Уолнат-Крик, Калифорния , в возрасте 92 лет 6 января 2003 года. [19] [20]
Джордж Б. Кауфман писал, что:
До него «малая наука» в основном осуществлялась отдельными людьми, работающими со скромными средствами в малых масштабах. После него огромные промышленные и особенно правительственные расходы рабочей силы и денежного финансирования превратили «большую науку», осуществляемую крупными исследовательскими группами, в крупный сегмент национальной экономики. [121]
Лоуренс изображен Джошем Хартнеттом в фильме Кристофера Нолана 2023 года «Оппенгеймер» . [122]
{{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )