Историја Подцасти

Циклотрон изумљен - Историја

Циклотрон изумљен - Историја

Циклотрон, иначе познат и као разбијач атома, изумио је Ернест Лавренце, амерички физичар са Калифорнијског универзитета у Берклију. Акцелератор честица, како је такође био познат, омогућио је напредна истраживања у областима биологије и физике. Лавренце је 1939. за свој рад добио Нобелову награду за физику.

Историја

Универзитет у Чикагу био је један од првих универзитета који је имао академски инсталиран циклотрон (1968). Та машина, горе приказана, и програм који је подржавао уживали су у дугој и историји историје радиохемије и инструментације. Истражитељи попут Катхерине Латхроп, Паул Харпер, Роберт (Боб) Бецк и других дали су богату палету истраживачких интереса. Већина историје првих дана Одељења за радиологију Универзитета у Чикагу може се пронаћи на овом месту линк.

Катхерине Латхроп, чланица Манхаттан пројекта, била је кључни члан тима Универзитета у Чикагу који је увео 99м Тц у клиничку праксу раних 1960 -их као средство за праћење зрачења у нуклеарној медицини. Ова радиоактивна супстанца се сада користи десетине хиљада пута дневно у Сједињеним Државама и десетине милиона пута годишње широм света у нуклеарној медицини која је дизајнирана за идентификацију тумора или абнормалног метаболизма. Харпер и Латхроп су такође развили комерцијалну методу за производњу 125 И, још једног често коришћеног дијагностичког радионуклида. Преминула је 2005.

Циклотрон ЦС-15 инсталиран је 1968. године и радио је 30 година. Био је смештен унутар трезора у подруму Института Франк МцЛеан. Радиохемија је урађена на спрату изнад где је био ПЕТ скенер. ЦС-15 је стављен ван употребе 1997. године због промена у истраживачком фокусу спонзорисаном од стране ДОЕ. Обновљено интересовање почетком 2000-их за покретање програма радиохемије око новог, најсавременијег циклотрона.

За слике новог циклотрона погледајте Галерија . Да видите како је циклотрон премештен у његов трезор, погледајте Уметање циклотрона видео.


Роберт Р. Вилсон, професор физике на Харварду и дизајнер Харвард циклотрона#8217с, први је предложио употребу протона за лијечење рака.

Роберт Р. Вилсон био је амерички физичар познат по свом раду на пројекту Манхаттан током Другог свјетског рата. Био је члан тима који је развио атомску бомбу, а касније је био на челу огромне групе физичара који су осмислили, пројектовали, изградили и управљали Ферми националном акцелераторском лабораторијом (Фермилаб) изван Чикага.

Иако је Вилсон био посвећен научник, он је такође био посвећен заговорник људских права и залагао се за мирну употребу атомске енергије коју је помогао да се ослободи. Протон центар Оклахома је пример те мирне употребе.

Допринос Роберта Вилсона протонској терапији изражен је у раду који је објавио 1946. Под насловом „Радиолошка употреба брзих протона“ (Радиологија 1946: 47: 487-91), чланак је утврдио основе и технике које се и данас користе у Оклахоми Протон Центри и центри за протонску терапију широм света.

Роберт Ратхбун Вилсон (4. март 1914 - 16. јануар 2000)

Беркелеи Радиатион Лаборатори спровела је опсежна истраживања протона и потврдила Вилсонова предвиђања. 1954. године првог пацијента су лечили протонима. Истраживачи су почели да препознају пун потенцијал изоловања протона за лечење медицинских стања. Напредно разумевање убрзања честица, протонских снопова и њихове примене радијационог третмана показало је побољшане исходе за пацијенте код којих је дијагностикован много облика рака. За Вилсона се каже да је "отац протонске терапије"#8221 због свих својих истраживања и напора да унапреди протонску терапију.

Лавренцеовог циклотрона од 60 инча, са магнетним половима у пречнику од 60 инча, у Лабораторији за зрачење Лавренце Универзитета у Калифорнији (1939), најмоћнијем убрзивачу на свету у то време. Слика савременог циклотрона у Протон центру у Оклахоми користила се за убрзавање протона на више од две трећине брзине светлости и користила се у лечењу рака људи.


Циклотрон изумљен - историја

Лавренце изумљује циклотрон
1931

Фото: Четвороинчни циклотрон са бакарним омотачем, један од најстаријих модела Ернеста Лавренцеа

Када је Ернест Орландо Лавренце (1901-1958) докторирао физику, најврућа тема била је бомбардовање језгра атома како би се видело које нове честице може произвести. Ернест Рутхерфорд је тек недавно показао да ударање атома једног елемента може учинити да емитује електроне и претвори се у други елемент.

Лавренце се придружио физичком факултету Универзитета у Калифорнији (Беркелеи) 1928. године и заинтригирао га је ова нова физика. До сада су људи користили алфа честице (производ природне радиоактивности) и протоне (атоми водоника који садрже позитиван набој 1) за бомбардовање других атома. Али они су скоро исцрпили то поље истраживања. Да би сазнали више, био им је потребан вештачки начин да ове честице убрзају до веће енергије. Неколико акцелератора је измишљено како би бомбардованој честици дало огроман електрични потенцијал. Али чинило се да ће вам требати ударац од око 1 милион волти да бисте постигли потребно убрзање, а направити машину да издржи ту снагу било је готово немогуће.

Отприлике у то време, Лоренс је прочитао немачки рад који описује линеарни акцелератор који је повећавао енергију честица у корацима користећи наизменична електрична поља. Ово је повећало брзину честице, али да би се стварно постигла жељена енергија, акцелератор би морао бити непрактично дуг. Лавренце је знао да ће магнетско поље одбити наелектрисане честице на закривљену путању. Наводећи честице да иду у спиралу, могао би појачати њихову енергију мало по мало сваки пут кад би заокружили електроду. Кружна машина могла је да стане у једну просторију. Честице би се спирално окретале према ван како би стекле више енергије, а када би се кретале довољно брзо, избијале би из уређаја невероватном силом у сакупљач.

Универзитет је дао Лоренсу дозволу да изгради оно што је назвао циклотрон 1930. Са неким студентима дипломирао је на неколико различитих начина. Успели су користећи електроде, радио -фреквенцијски осцилатор који производи 10 вати, вакуум, водоничне јоне и електромагнет од 10 цм. Цела конструкција је била прилично мала. Са већим магнетом, Лоренсов тим је успео да произведе 80.000 електронских волти 1931. године, а касније исте године, са 25 цм циклотроном, милион електронских волти. Циклотрони су се сукцесивно повећавали, са новим и различитим капацитетима. Циклотрон од 69 цм могао би убрзати јоне који садрже и протоне и неутроне. Овим су истраживачи произвели вештачке радиоизотопе попут технике и угљеника-14 који се користе у медицини и истраживању трагача. 1939. године уређај од 152 цм коришћен је у медицинске сврхе, а Лоренс је добио Нобелову награду за физику. Радови на машини од 467 цм почели су 1940. године, али је Други светски рат прекинуо њен развој. Лоренсов тим је своју пажњу усмерио на производњу уранијума-235 потребног за атомску бомбу.

Развој циклотрона и раст Лоренсове лабораторије за зрачење имали су огромне импликације за науку и начин на који се то ради. Овај нови алат могао би испитати језгро атома и понудити примену у медицини и хемијским истраживањима. Покренула је модерну еру физике високих енергија. Али, такође је започела ера "велике науке"- нови начин организовања научног рада. За храњење и бригу о овим све већим, сложеним и скупим алатима било је потребно више особља и изнад свега више новца. Владе и корпорације су увиделе да имају удела у таквим истраживањима и умешале су се као финансијери.

Ернест Лавренце је умро 1958. Године 1961. откривен је елемент 103 и назван "лавренциум" у његову част.


Циклотрон изумљен - Историја

Ј охн Д. Цоцкцрофт и Ернест Валтон из Цавендисх Лаборатори у Цамбридгеу у Енглеској тражио је пут у језгро предвиђањем квантне механике. Георге Гамов је предложио честицу са премало енергије да савлада електрично одбијање језгра кроз баријеру. (Трик је био у томе што енергија честице заправо није била добро дефинисана, према Хајзенберговом принципу несигурности). Цоцкцрофт и Валтон су 1930. користили трансформатор од 200 киловолти за убрзавање протона низ равну цијев за пражњење, али су закључили да Гамовово тунелирање не функционира и одлучили су тражити веће енергије.

Да би продрли у језгро, Цоцкцрофт и Валтон су изградили мултипликатор напона који је користио замршен низ кондензатора повезаних исправљачким диодама као прекидаче. Отварањем и затварањем прекидача у одговарајућем редоследу могли би изградити потенцијал од 800 киловолти од трансформатора од 200 киловолти. Користили су потенцијал за убрзавање протона низ евакуисану цев дужине осам стопа. 1932. године ставили су литијумску мету на крај цеви и открили да су протони разградили језгро литијума на две алфа честице. Совјетски тим у Харкову пронашао је исти резултат неколико месеци касније.


Роберт Ван де Граафф.


Цоцкцрофт-Валтонов акцелератор.


Научници који раде на а
Ван де Граафф генератор.

Ван де Грааффов генератор

Р оберт Ван де Граафф радио је као инжењер у Алабама Повер Цомпани пре него што је докторирао. из физике на Оксфорду. Докторирао на Принцетону докторирао је уређај за изградњу високог напона користећи једноставне принципе електростатике. Појас од изолационог материјала преноси електричну енергију од тачкастог извора до великог изолованог сферног проводника. Други појас такође испоручује електричну енергију супротног набоја у другу сферу. Сфере стварају потенцијал све док електрично поље не разбије ваздух и не пређе огромна искра и квотарци. До 1931. Ван де Граафф је могао набити сферу на 750 киловолти, дајући 1,5 мегаволти разлике између двије супротно набијене сфере.

Повећањем радијуса сфера, Ван де Граафф је могао досећи веће напоне без лука. Максимални напон у теорији, у мегаволтима, отприлике је једнак радијусу сфере у стопама. Ускоро је планирао пар сфера пречника 15 стопа.

Лавренцеове белешке о Видер & оумлеовом папиру.

Линеарни акцелератор

Тешкоће у одржавању високи напони навели су неколико физичара да предложе честице које убрзавају користећи нижи напон више пута. Лоренс је за једну такву шему сазнао у пролеће 1929. године док је прегледавао једно питање Арцхив ф & уумлр Електротецхник, немачки часопис за електроинжењере. Лавренце је њемачки читао само с великим потешкоћама, али је награђен због марљивости: пронашао је чланак норвешког инжењера Ролфа Видера & оумлеа, чији би наслов могао превести као "На новом принципу за производњу већих напона." Дијаграми објаснио принцип и Лоренс је прескочио текст.

Јел тако: Ролф Видер & оумле -ови дијаграми који описују метод убрзавања јона инспирисали су Ернест Лавренце -ов изум циклотрона.

Честице са позитивним електричним набојем улазе у прву цилиндричну електроду негативним потенцијалом до тренутка када изађу из цеви, потенцијал је прешао у позитиван, што их удаљава од електроде другим појачањем. Додавање празнина и електрода може проширити шему на веће енергије.

Циклотрон

Линеарни акцелератор показало се корисним за тешке јоне попут живе, али лакшим пројектилима (попут алфа честица) била је потребна вакуумска цев дугачка неколико метара. Лавренце је то оцијенио непрактичним. Уместо тога, помислио је да савије честице у кружну путању, користећи магнетно поље, како би их више пута слао кроз исту електроду.

Неколико брзих прорачуна показало је да би такав уређај могао да искористи законе електродинамике. Центрипетално убрзање наелектрисане честице у окомитом магнетном пољу Б је евБ/ц, где је е набој, в брзина честице и ц брзина светлости. Механичка центрифугална сила на честицу је мв 2 /р, где је м маса, а р полупречник њене путање. Балансирање две силе за стабилну орбиту даје оно што је сада познато као једначина циклотрона: в/р = еБ/мц.

Лавренце је био изненађен када је открио да је учесталост ротације честице независна од радијуса орбите: ф = в/2 р = еБ/2мц, при чему р нестаје из једначине. Кружна метода би тако омогућила да се електрично поље наизменично мења на константној фреквенцији да избаци честице на све веће енергије. Како су се њихове брзине повећавале, тако се повећавао и радијус њихове орбите. Свако окретање трајало би исто време, држећи честице у кораку са наизменичним пољем док су се спирално кретале према споља.

А н електрично поље са фреквенцијом од око четири милиона циклуса у секунди лежао је у домену кратких радио таласа. Лоренсово искуство са овим таласима би нам добро дошло, а недавни напредак у осцилаторима вакуумских цеви велике снаге био би неопходан. У комбинацији са разумним магнетним пољем, потенцијал на електродама од само десет хиљада волти могао би убрзати алфа честицу на милион електрон волти. Већи магнети обећавали су већу енергију. У теорији, шема је нудила дуго тражени пут за проучавање језгра. Лавренце је притиснуо студенте и професоре да потврде његове прорачуне и скицирао уређај.


Лоренс и циклотрон: рођење велике науке

У званичном саопштењу Међународне уније чисте и примењене хемије објављеном 30. децембра 2015. научници и даље брује од узбуђења. Седми ред периодног система је званично завршен, захваљујући додавању елемената 113, 115, 117 и 118 (са привременим именима унунтритиум, унунпентиум, унунсептиум, односно унуноцтиум). Било је потребно много експеримената користећи разне акцелераторе честица из неколико различитих земаља, али се сав тај рад коначно исплатио. Али шта је тај рад подразумевао? Пошто је уранијум последњи природни елемент, све оне после њега су направили људи. Синтетизовање ових елемената захтева разбијање једног атома у други и праћење производа фисије. Трик у стварању синтетичког елемента даје судару довољно енергије. Данас имамо много напредних акцелератора свих облика и величина који ће нам помоћи да то постигнемо, укључујући и онај који се недавно користио ПЛОС ОНЕ студи & мдасх и све је почело са човеком по имену Ернест Орландо Лавренце.

Лавренце и Лабораторија за зрачење

На источној обали залива Сан Франциско налази се град познат по храни, активизму и науци, Беркли, Калифорнија. Заправо, Универзитет у Калифорнији, Беркелеи (УЦ Беркелеи) произвео је толико нобеловаца да су резервисали паркинг у кампусу. УЦ Беркелеи тврди 22 факултета добитника Нобелове награде и 29 дипломаца добитника Нобелове награде. Први лауреат УЦ Беркелеи & рскуос био је Лавренце, проналазач циклотрона.

Слика 1. Дијаграм циклотрона. Слика је добијена путем Викимедијине оставе. Слика је у јавном власништву. Аутор непознат.

Године 1928, Лавренце, родом из Јужне Дакоте са докторатом на Универзитету Јејл, запослен је као доцент за физику на УЦ Беркелеи. Ушао је у свет у којем су одсеци за физику, хемију и инжењеринг били потпуно одвојени и њихови чланови се никада нису мешали. Али једног дана је на салвети исцртао идеју која би променила историју. Ова идеја не само да би утрла пут елементарном открићу, већ би довела до мултидисциплинарне сарадње и онога што је Лавренце назвао "лдкуобиг сциенце", рдкуо израз који би користио за описивање пројеката попут Великог хадронског сударача и Ласер Интерферометер Гравитационо-таласне опсерваторије.

Његова идеја је била о томе како честицама обезбедити енергију без употребе високог напона. У то време, да бисте убрзали честицу, био вам је потребан линеарни акцелератор. Међутим, линеарни акцелератори захтевају високе напоне јер електрично поље може само једном пренети енергију на честицу. Ово ограничава убрзање које се може постићи у линеарној конфигурацији. Лавренце је схватио да би кружни акцелератор могао ријешити овај проблем. Исто електрично поље могло би се користити за убрзавање честица више пута. Лавренце је у то време смислио уређај који је назвао & лдкуопротон-мерри-го-роунд & рдкуо (Ернест Лавренце & рскуос Цицлотрон).

Циклотрон

Слика 2. Прототип циклотрона који је изградио Лоренс. Изложено у Лавренце Халл оф Сциенце. Слика Деб МцЦаффреи.

Лавренце & рскуос идеја је била једноставна (релативно речено). Користио је моћне магнете за стварање окомитог магнетног поља које би покретало честице по кружној путањи. Он је садржао честице у два метална дела, који су два метална комада направљена као да стављају диск. Уговоре је, међутим, раздвојио кључни јаз. Када су таласи били поларизирани РФ струјом, они су честици давали енергију сваки пут кад би прешла јаз. Ово би довело до тога да кружна путања постане спољна спирална путања, при чему се честица успут убрзава. На крају би честица ударила у своју мету и могли би да се десе различити нуклеарни процеси. Његов први уређај био је направљен од & лдкуовире -а и заптивног воска и вероватно је коштао укупно 25 УСД. & Рдкуо (О: Лавренце Халл оф Сциенце.) Његов следећи модел, који је био први функционални уређај, изложен је у Лавренце Халл оф Сциенце у Беркелеиу. Уређај би постао познат као циклотрон.

Сваки пут када је Лавренце створио функционални циклотрон, одмах је уперио поглед на већи циклотрон. Међутим, да би почео повећавати своје уређаје величине клупе, потребна му је помоћ инжењера. Спријатељио се са инжењером електротехнике на УЦ Беркелеи по имену Леонард Фуллер, који ће му обезбедити магнете који су му потребни. Такође се спријатељио са Гилбертом Левисом. Левис је био на одсеку за хемију УЦ Беркелеи -а оно што је Лавренце био на одсеку за физику, осим што Левис никада није добио Нобелову награду. (Према Цоффеију, то је зато што се Левис није добро играо са другима, посебно са Нобеловим одбором.) Левис је такође открио деутероне, кључну честицу у открићима циклотрона. Уз помоћ Фуллера и Левиса, Лавренце је успио изградити 27-инчни циклотрон. Овај уређај је био толико велик да се више није уклапао у лабораторију. Лавренце је основао Лабораторију за зрачење у другој згради како би смјестио своје циклотроне. Латимер Халл данас стоји на месту где је некада била & лдкуоРад Лаб & рдкуо.

Слика 3. Циклотрон од 37 инча изложен у Лавренце Халл оф Сциенце. Фотографија: Деб МцЦаффреи.

Нуклеарна наука се рађа

С радом Рад Лаб -а, Лавренце и & лдкуо [његови] дјечаци & рдкуо (изложба Ернеста Лавренцеа) брзо су кренули с открићима. 27-инчни циклотрон је редизајниран као 37-инчни циклотрон. Овај 37-инчни уређај обезбедио је први вештачки елемент: технецијум. То је такође био кључни део пројекта на Менхетну, Рад Лаб је успео да магнетно одвоји уранијум-235, чиме је отворио пут бомби баченој на Хирошиму. Циклотрон од 37 инча и даље се може видети испред Лавренце Халл оф Сциенце.

Наравно, 37 инча још увек није било довољно велико за Лоренса. Помогао је свом брату у стварању циклотрона од 60 инча који ће касније открити угљеник-14 и синтетизовати нептунијум и плутонијум. Његово ремек-дело, међутим, био је 184-инчни циклотрон који је изградио након што је добио Нобелову награду. Није изненађујуће да би за овај уређај био потребан још већи простор. Зграда са препознатљивим куполастим кровом изграђена је на брду изнад кампуса да би је сместила. Још једна од препрека била је та што би се брзине приближиле граници у којој се мора узети у обзир посебна релативност. Уређај је морао бити претворен у синхроциклотрон. Две велике модификације су биле да се промени РФ фреквенција и да се једна замена замени отвореном верзијом звучника (погледајте слику 1 за подсетник на то како звучник изгледа). Овај научни огромни допринос физици били су вештачки мезони, али га је брат Лавренце & рскуос Јохн такође искористио за значајан медицински напредак. Године 1958. Ернест Лавренце је преминуо, остављајући за собом огромно наслеђе.

Слика 4. Поглед на напредни извор светлости са терасе Дое Либрари. Фотографија: Деб МцЦаффреи.

На раменима џина

Иако циклотрон од 184 инча више не постоји, препознатљиви кров куполе и даље означава гребен на месту на коме је некада стајао. Лабораторија за зрачење Беркелеи постала је Национална лабораторија Ернест Орландо Лавренце Беркелеи, а циклотрон је замењен синхротронским извором светлости који се и данас користи.

Даље уз брдо, Лавренце Халл оф Сциенце забавља породице својим експонатима и утиче на студенте широм земље развојем наставних планова и програма. С друге стране гребена, Национална лабораторија Лавренце Ливерморе истражује фузију. Ове институције сведоче о научним достигнућима Лавренце -а. Још важније, он је водио пут ка новој парадигми науке, оној у којој би се мултидисциплинарни тимови окупљали како би изградили колосалне експерименте у потрази за свемиром и рскуос добро чуваним тајнама.

Цоффеи, П. (2008) Катедрале науке: личности и супарништво које су направиле модерну хемију. Окфорд Университи Пресс.

Изложба Ернеста Лавренцеа (н.д.) Лавренце Халл оф Сциенце

Хилтзик, М. (2015). Велика наука: Ернест Лавренце и проналазак који је покренуо војно-индустријски комплекс. Симон & амп Сцхустер.

Лавренце Беркелеи Натионал Лаборатори (1993) Бригхт Беамс: тхе Адванцед Лигхт Соурце.


Линеарни акцелератори

КРАТКА ИСТОРИЈА РАЗВОЈА ЛИНЕАРНИХ АКЦЕЛЕРАТОРА:

“Инсталација првог клиничког линеарног акцелератора започела је у јуну 1952. у Јединици за радиотерапијска истраживања Медицинског вијећа (МРЦ) у болници Хаммерсмитх у Лондону. Предат је на физику и друга испитивања у фебруару 1953. године, а почео је да лечи пацијенте 7. септембра те године. ”

“Данас - Хиљаде медицинских линеарних акцелератора користи се у болницама широм света и било је ефикасно у лечењу милиона пацијената оболелих од рака. Истраживачи настављају даље да побољшавају ефикасност медицинских линеарних акцелератора у борби против рака. ”

ЕТАПЕ У РАЗВОЈУ ЛИНЕАРНИХ АКЦЕЛЕРАТОРА:


1931 - Скоро друга: Први циклотрон

1937 - Први клинички третман Ван де Граафф генератора на Харвард Медицал Сцхоол.
1932-1940-Десетљеће циклотрона
1940 - Бетатрон
1945 - Нове идеје: Синхроно убрзање води до микротрона
1947 - Више синхроности: Електронски синхротрон

1947. - Први линеарни акцелератор изграђен на Станфорду од стране Виллиама Хансена и браће Вариан.
1952 - Још веће енергије: Протонски синхротрон
1952 - Снажан скок испред: фокусирање зрака
1953 - Синхротрони постају јачи

1953. - Пацијент је лечен првим медицинским линеарним акцелератором у болници Хаммерсмитх у Лондону.

1953. - Др Хенри Каплан и физичар Едвард Гинзтон развили су први медицински линеарни акцелератор на западној хемисфери. Јединица 6МВ инсталирана је у болници Станфорд-Лане у Сан Франциску.
1946-1954-Линац расте: електронски и протонски линац

1960. - Вариан Цлинац ®6/100 представљен, први потпуно ротациони радиотерапијски линеарни акцелератор.
1966 - Станфорд постаје озбиљан у вези Линаца: СЛАЦ
1960 - Прстен за складиштење
1969. - ЦЕРН улази у доба судара
1970. - Немачка улази у доба судара
1981-Први протонски-антипротонски сударачи: ЦЕРН и ФНАЛ

1981. - Представљање Вариан Цлинац® 2500, првог медицинског линеарног акцелератора са двоструком енергијом.

1985. - Пхилипс је представио СЛ25®, први потпуно дигитално управљани медицински линеарни акцелератор.

1988. - Вариан представља Вариан Цлинац ® 2100Ц, први Вариан -ов компјутерски управљани акцелератор.

1997.-Станфорд наставља истраживање, користећи радијацијску терапију модулирану интензитетом, која комбинира снимање с линеарним акцелераторима који испоручују стотине танких зрака зрачења из било којег кута.

2004.-Спроведена је четвородимензионална радиотерапија која узима у обзир кретање дисања током снимања и терапије зрачењем.

ПИОНИРИ У РАЗВОЈУ ЛИНЕАРНИХ АКЦЕЛЕРАТОРА:

Карл Бровн је 1958. први употребио матричну алгебру за израчунавање магнетно-оптичких аберација у спектрометрима наелектрисаних честица, које су физичари користили за прецизну анализу нуклеарне и субнуклеарне структуре. Он је развио рачунарски код под називом ТРАНСПОРТ како би олакшао процес пројектовања опреме

Хенри Каплан и Ед Ед Гинзтон, професор електротехнике и физике, развили су први медицински линеарни акцелератор на западној хемисфери, инсталиран у болници Станфорд-Лане у Сан Франциску.

1972. - Др Петер Фессенден стигао је на Станфорд и почео развијати линеарни акцелератор који се бори против туморских ћелија помоћу двије врсте зрачења. Радећи са компанијом Вариан Медицал Системс, Инц., тим др Фессендена ствара први линеарни акцелератор који је комбиновао и рентгенски и електронски третман.


Ернест Лавренце и проналазак циклотрона

8. августа 1901. године, амерички нуклеарни научник пионир Ернест Орландо Лавренце је рођен. Добитник је Нобелове награде за физику 1939. за проналазак циклотрона. Такође је познат по свом раду на раздвајању изотопа уранијума за пројекат Менхетн и по оснивању Лабораторије Лавренце Беркелеи и Лабораторије Лавренце Ливерморе.

“Имам на уму да су научна достигнућа укорењена у прошлости, да га многи савременици гаје до пуног успеха и цветају само у повољном окружењу. Ниједан појединац није сам одговоран за једну степеницу на путу напретка, а тамо где је пут гладак, напредак је најбржи. У мом раду ово је било посебно тачно. ”
- Ернест Орландо Лавренце, банкетни говор Нобелове награде (29. фебруар 1940)

Одрастање у Јужној Дакоти

Ернест Лавренце је одрастао у Јужној Дакоти. Његови родитељи били су потомци норвешких имиграната и предавали су у средњој школи у кантону, Јужна Дакота. Његова мајка, Гунда, сећала се његове огромне радозналости док је још био дете. Очигледно је да је двогодишњи Лоренс успео да запали ватру шибицама и спали му сву одећу. Његова мајка се даље сећала да је “ Ернест је увек био срећне нарави и живот му се чинио као једно узбуђење за другим, али је такође увек био упоран и упоран!“. Са својим пријатељима из средње школе, Лавренце је изградио врло рану краткоталасну радио-предајну станицу, а касније је своја искуства применио на убрзање протона [1,2].

Академска каријера

Лавренце се уписао на Универзитет у Јужној Дакоти и продавао је кухињско посуђе пољопривредним домаћинствима како би финансирао своје образовање. Ова обука је касније била од помоћи, када је Лоренс морао да продаје научне пројекте државним службеницима и агенцијама за финансирање. Након што је дипломирао, млади физичар уписао се на Универзитет у Минесоти како би завршио мастер студије и преселио се на Јејл, где је Лавренце докторирао. 1925. године. Пре него што је напунио 27 година, Лоренс је прихватио место ванредног професора на Берклију, где је три године касније постао најмлађи редовни професор те установе [1]. 1936. постао је и директор Универзитетске лабораторије за зрачење, остајући на овим положајима до своје смрти [3].

Циклотрон

Претпоставља се да је читајући научни рад Ролфа Видерøеа о уређају који производи честице високе енергије био инспирисан радом на компактнијем акцелератору који би се уклопио у лабораторије у Беркелеиу. Након почетног рада на јонизационом потенцијалу металних пара, Лавренце је изумио циклотрон 1929. Први циклотрон који је конструисао очигледно је имао пречник само 10 цм и састојао се од месинга, жице и заптивног воска. У том периоду, Лавренце и његова истраживачка група направио је већу машину, којом је бомбардовао разне елементе убрзаним честицама. У ретким случајевима, бомбардовањем честица настали су потпуно нови елементи и стотине претходно непознатих радиоактивних изотопа познатих елемената. Поднео је патентну заштиту за свој проналазак у САД 26. јануара 1932. године, који му је одобрен 20. фебруара 1934. године.

Дијаграм рада циклотрона из патента Лавренце ’с из 1934. године

Радиоактивни изотопи и терапија рака

Позван је на Конференцију Солваи 1933. да одржи презентацију о циклотрону, а Лавренце је у јуну 1937. проширио апарат на 37-инчни циклотрон. Две године касније, први пут је коришћен за бомбардовање гвожђа и производњу првих радиоактивних изотопа. Са моћнијим циклотроном успео је да произведе мезоне познате из космичког зрачења по први пут 1941. године, касније је своје студије проширио на античестице. Исте године први пацијент са карциномом добио је неутронску терапију од циклотрона.

Нобелова награда за физику

Ернест Лавренце је 1939. године добио Нобелову награду за физику и први је у Беркелеиу постао нобеловац. Научници су такође били познати као невероватно плодан писац. Већина његових радова објављена је године Тхе Пхисицал Ревиев анд Процеедингс оф тхе Натионал Ацадеми оф Сциенцес. Одликован је бројним наградама и наградама, укључујући Медаљу за заслуге, а држао је и почасне докторате тринаест америчких и једног британског универзитета, Универзитета у Глазгову [3].

Каснији живот

Лавренце је одиграо кључну улогу у развоју атомске бомбе током Другог свјетског рата, након рата борио се за забрану нуклеарних проба и био је члан америчке делегације на конференцији у Женеви 1958. на ту тему. Након рата, Лавренце је интензивно водио кампању за владино спонзорство великих научних програма. 103. елемент хемијске периодне таблице, Лавренциум (Лр), добио је његово име.

Ернест Орландо Лавренце преминуо је 27. августа 1958. у 57. години.

У иовисто академској видео претрази можда ће вас занимати видео предавање о Акцелератори честица на Универзитету Беркелеи, професор Норман.


Циклотрон изумљен - Историја

Овом уносу допринела је Дана Ромеро

Уређај који су изумили Е. О. Лавренце и М. С. Ливингстон на Беркелеиу 1931. године и који се користи за убрзавање наелектрисаних честица помоћу магнетног поља. Честица масе м и наплатити к крећући се брзином в ће ступити у интеракцију са магнетним пољем јачине Б чији је правац окомит на раван његовог кретања силом

Сила магнетног поља је окомита на смер честице, што резултира кружном путањом унутар циклотрона. Изједначавање Ф. са центрипеталном силом даје

даје однос наелектрисања и масе честица у смислу познатих вредности за в, Б, и Р.

Честице у циклотронима емитују зрачење које се назива циклотронско зрачење.

Ливингстон, М. С. Високоенергетски акцелератори. Нев Иорк: Интерсциенце Публисхерс, 1954.

Ливингстон, М. С. и Блеветт, Ј. П. Акцелератори честица. Нев Иорк: МцГрав-Хилл, 1962.

Ливингстон, М. С. Акцелератори честица: кратка историја. Цамбридге, МА: Харвард Университи Пресс, 1969.

Манн, В. Б. Тхе Цицлотрон, 2нд ед. Нев Иорк: Цхемицал Публисхинг Цо., 1945.

Вилсон, Р. Р. и Литтауер, Р. Акцелератори: машине нуклеарне физике. Гарден Цити, НИ: Анцхор Боокс, 1960.


Историја

The Lab’s legacy began in the summer of 1928, when a 27-year-old physics professor named Ernest O. Lawrence was wooed from his faculty position at Yale University to a job at the University of California’s Berkeley campus. While at Berkeley, Lawrence invented a unique particle accelerator called a cyclotron which would prove his hypothesis: whirling charged particles around to boost their energies, then casting them toward a target is an effective way to smash open atomic nuclei. The cyclotron would go on to win Lawrence the 1939 Nobel Prize in physics and usher in a new era in the study of subatomic particles. Through his work, Lawrence launched the modern era of multidisciplinary, team science. In August of 1931, when he created the Radiation Laboratory in a modest building on the Berkeley campus, Lawrence began recruiting a brilliant circle of colleagues from physics, chemistry, biology, engineering and medicine, whose groundbreaking teamwork would be critical to the laboratory’s legendary success. When his plans for bigger and better atom-smashing cyclotrons required more room, he moved the laboratory off campus and up to its present location in the Berkeley hills, overlooking the San Francisco Bay. After his death in 1959, the Lab was officially renamed the Ernest O. Lawrence Berkeley Laboratory.

The old Radiation Laboratory

Today, Berkeley Lab continues the tradition of multidisciplinary scientific teams working together to solve global problems in human health, technology, energy, and the environment. Thirteen Nobelists have worked here. And countless other researchers have contributed to the Lab’s success as an institution for furthering our nation’s scientific endeavors, whether in fundamental research, science education, or technology transfer.

Go here to view an article written in 2001 to commemorate the 100th anniversary of Lawrence’s birth in 1901.

As a youth, Lawrence was a ham-radio enthusiast and set up South Dakota’s first-ever radio station.