历史百科 粒子物理学领域的创举——劳伦斯发明回旋加速器
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历史百科 粒子物理学领域的创举——劳伦斯发明回旋加速器
粒子物理学领域的创举——劳伦斯发明回旋加速器
1930年，世界上第一台高能粒子加速器——回旋加速器设计成功。
科学家要不断发现和研究粒子，除利用宇宙射线外，必须到原子核内部去探寻。但原子核内部存在非常强大的作用力，把粒子紧紧结合在一起，需要很大能量才能把原子核打开，于是加速器便应运而生。加速器是用人工产生的电磁场，将带电粒子加速到很高能量的装置。它是研究原子核和基本粒子的重要设备，并可广泛应用于工农业和医疗卫生事业。发明第一台高能粒子加速器——回旋加速器的是美国物理学家劳伦斯·奥兰多。
劳伦斯
劳伦斯出生于美国南达科他州坎顿，早年在圣奥拉学院学习。1922年毕业于明尼苏达大学，获文学学士学位。1925年获耶鲁大学哲学博士学位，还获得普林顿大学、哈佛大学、芝加哥大学、密执安大学名誉博士学位。1925年他到耶鲁大学任物理学研究员，1927—1928年任助理教授。1928年任加利福尼亚大学物理学副教授，两年后升任教授。劳伦斯构思回旋加速器，最早是在1929年。他的学生S.利文斯顿设计并制造出能把氢离子(质子)加速到具有1.3万电子伏能量的装置。随后，他又建造了能把质子加速到120万电子伏能量的装置，这足以引起核蜕变。为了继续这个研究，劳伦斯在伯克利建立了辐射实验室，于1930年设计了第一个回旋加速器模型，进行表演。1933年，又建成第一个大型回旋加速器，用磁铁达80吨。1936年他任实验室主任，在他的指导下辐射实验室成为世界研究高能物理的主要中心之一。世界上第一个人造元素镍就是在劳伦斯的回旋加速器中产生的。其他粒子加速器也采用了劳伦斯的基本设计，粒子物理学领域的伟大进展，主要是靠这些加速器取得的。
30年代，随着劳伦斯回旋加速器的发明，各种加速器相继出现。但产生高能粒子最理想的加速器是回旋加速器，这种加速器使带电粒子的运动轨道呈圆形，所以叫圆形加速器，回旋加速器是圆形加速器的一种。当时这种加速器的直径不足1/3米，能把质子加速到125万电子伏。1939年美国加利福尼亚大学回旋加速器直径已超过1.5米，具有2000万电子伏的能量。电子回旋加速器的原理，是用交变电场将带电粒子约束在一定的磁场范围内，随着粒子能量的提高，所绕圈子的半径越趋增大，要约束它不致逃逸出6米直径的范围就需要7200吨重的实心磁铁。如果提高能量10倍，就要增加磁铁1000倍，可见此法是很不经济的。为了减轻重量，科学家又研制出新的加速器。1945年苏联和美国物理学家分别研制成同步回旋加速器，解决了加速器内粒子质量随着速度的增加而增大与电磁场作用不协调之间的矛盾，使粒子研究不断取得新成果。
劳伦斯由于发明了回旋加速器，于1939年获得诺贝尔物理学奖。1946年获梅里特勋章。1957年获美国电子能委员会费米奖金，还获休斯奖章、法拉第奖章等。1958年劳伦斯因患溃疡性肠炎去世。加利福尼亚州伯克利和利弗莫尔的劳伦斯实验室和第一百零三号元素铹，就是为纪念他而命名的。
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