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어니스트 로렌스

Ernest Lawrence
어니스트 로렌스
Head and shoulders of a man wearing rimless glasses, and a dark suit and tie
1939년 로렌스
태어난
어니스트 올랜도 로렌스

(1901-08-08)1901년 8월 8일
죽은1958년 8월 27일 (1958-08-27) (57)
시민권미국
모교B.A. 사우스다코타 주의 대학교
미네소타 대학교, M.A.
예일 대학교 박사학위
로 알려져 있다.사이클로트론
칼루트론
크로마트론
맨해튼 프로젝트
배우자메리 K. "몰리" (블루머) 로렌스 (1910–2003)
(1932년–1992년, 그의 죽음)
아이들.아들 둘, 딸 넷
수상
과학 경력
필드물리학
기관버클리 캘리포니아 대학교
예일 대학교
논문빛의 주파수의 함수로써 칼륨증기의 광전효과에 관한 연구 (1924)
박사학위 자문위원윌리엄 프랜시스 그레이 스완
박사과정 학생에드윈 맥밀런
우첸시웅
밀턴 S.리빙스턴
케네스 로스 매켄지
존 레지널드 리처드슨
로버트 R.윌슨
서명
Ernest O Lawrence signature.svg

어니스트 올랜도 로렌스(Ernest Orlando Lawrence, 1901년 8월 8일 ~ 1958년 8월 27일)는 미국의 선구적인 핵과학자였으며 사이클로트론을 발명한 공로로 1939년 노벨 물리학상 수상자였다.그는 맨해튼 프로젝트를 위한 우라늄과 이소토프 분리에 관한 연구뿐만 아니라, 로렌스 버클리 국립 연구소와 로렌스 리버모어 국립 연구소를 설립한 것으로 유명하다.

사우스다코타 대학미네소타 대학을 졸업한 로렌스는 1925년 예일대에서 물리학 박사학위를 취득했다.1928년 버클리 캘리포니아 대학의 물리학 부교수로 채용되어 2년 후 그곳의 최연소 전임교수가 되었다.어느 날 저녁, 로렌스는 고에너지 입자를 생산하는 가속기의 도표에 흥미를 느꼈다.그는 그것을 어떻게 콤팩트하게 만들 수 있을지에 대해 곰곰이 생각해 보았고, 전자석의 극 사이에 있는 원형 가속 챔버에 대한 아이디어를 생각해 냈다.결과는 최초의 사이클로트론이었다.

로렌스는 계속해서 더 크고 더 비싼 사이클로트론 시리즈를 만들었다.그의 방사선 연구소는 1936년 로렌스를 소장으로 하여 캘리포니아 대학의 공식 학부가 되었다.물리학을 위한 사이클로트론의 사용 외에도 로렌스는 방사성 동위원소의 의학적 사용에 대한 연구에 그것의 사용을 지지했다.제2차 세계 대전 동안 로렌스는 방사선 연구소에서 전자기 동위원소 분리를 개발했다.표준 실험실 질량 분광계와 사이클로트론의 혼합물인 칼루트론(calutron)으로 알려진 장치를 사용했다.Y-12라고 불리게 거대한 전자기 분리 공장이 테네시주 오크리지에 세워졌다.그 과정은 비효율적이었지만 효과가 있었다.

전쟁이 끝난 후, 로렌스는 대규모 과학 프로그램에 대한 정부의 후원을 위해 광범위하게 캠페인을 벌였고, "빅 사이언스"의 강력한 주창자였으며, 큰 기계와 큰 돈을 필요로 했다.로렌스는 캘리포니아 리버모어에 위치한 제2의 핵무기 실험실을 위한 에드워드 텔러의 캠페인을 강력히 지지했다.그가 죽은 후 캘리포니아 대학의 섭정들은 그의 이름을 따서 로렌스 리버모어 국립 연구소로렌스 버클리 국립 연구소로 개칭했다.화학 원소 번호 103번은 1961년 버클리대학에서 발견된 이후 그를 기리기 위해 로렌치움으로 명명되었다.

초년기

어니스트 올랜도 로렌스는 1901년 8월 8일 사우스다코타 캔턴에서 태어났다.그의 부모인 칼 구스타부스와 건다(네 제이콥슨) 로렌스는 둘 다 그의 아버지가 학교 교육감이기도 했던 캔턴의 고등학교에서 교편을 잡다가 만난 노르웨이 이민자들의 자손이었다.그에게는 내과의사가 될 동생 존 H. 로렌스가 있었고, 핵의학 분야의 선구자였다.자라면서 그의 가장 친한 친구는 Merle Tuve였는데, Merle Tuve는 또한 뛰어난 물리학자가 되었다.[1]

로렌스는 캔튼과 피에르의 공립학교에 다녔고, 그 후 세인트루이스에 등록했다. 미네소타주 노스필드에 있는 올라프 대학은 1년 만에 버밀리언있는 사우스다코타 대학으로 편입했다.[2]1922년 화학 학사, 1923년 미국 미네소타 대학교에서 윌리엄 프랜시스 그레이 스완의 감독으로 물리학 석사(M.A.) 학위를 마쳤다.[3]로렌스는 석사학위 논문을 위해 타원체자기장을 통해 회전시키는 실험 기구를 만들었다.[4][5][6]

로렌스는 스완을 따라 시카고 대학까지 갔고, 이어 코네티컷주 뉴헤이븐에 있는 예일대학까지 갔으며,[7] 로렌스는 1925년 슬로운 펠로로서 물리학 박사(박사) 학위를 수료하고 칼륨 증기의 광전 효과에 관한 박사 논문을 썼다.[8][9]시그마 시이의 회원으로 선출되었고, 스완의 추천으로 국가연구위원회 펠로우십을 받았다.당시 관례대로 유럽 여행에 이용하기보다는 스완을 연구원으로 두고 예일대에 남아 있었다.[10]

버지니아 대학제시 빔과 함께 로렌스는 광전 효과에 대한 연구를 계속했다.그들은 광자가 광전 표면에 충돌한 지 2 x 10초−9 이내에 광전자가 나타났다는 것을 보여주었다. 이는 당시 측정 한계에 가까웠다.광원을 빠르게 켜고 꺼서 방출 시간을 줄인 것은 베르너 하이젠베르크불확실성 원칙에 따라 방출되는 에너지의 스펙트럼을 더 넓게 만들었다.[11]

초기 경력

1926년과 1927년, 로렌스는 시애틀워싱턴 대학교와 캘리포니아 대학교로부터 연봉 3,500달러의 조교수직을 제의받았다.예일은 조교수직 제의에 즉각 응했지만 연봉은 3,000달러였다.로렌스는 좀더 명망 있는 예일대학에 머물기로 선택했지만,[12] 강사가 된 적이 없었기 때문에, 그의 동료 교수진들 중 일부는 그 임명에 분개했고, 많은 사람들의 눈에는 여전히 그의 사우스 다코타 이민자 배경을 보상하지 못했다.[13]

로렌스는 1928년 캘리포니아 대학교 물리학과 부교수로 임용되었고, 2년 후 정식 교수가 되어 이 대학의 최연소 교수가 되었다.[7]로렌스가 교수가 된 다음 날 대학 총장이 된 로버트 고든 스프룰보헤미안 클럽의 회원이었고,[14] 1932년 로렌스의 회원을 후원했다.이 클럽을 통해 로렌스는 윌리엄 헨리 크로커, 에드윈 폴리, 존 프란시스 네이런을 만났다.그들은 그의 정력적인 핵 입자 조사로 돈을 얻는데 도움을 준 영향력 있는 사람들이었다.의학적 용도가 입자물리학의 발달에서 오는 희망은 컸고, 이는 로렌스가 얻을 수 있는 진보에 대한 초기 자금조달로 이어졌다.[15]

로렌스는 예일대에 있는 동안 예일대 의대 학장인 조지 블러머의 네 딸 중 장남인 메리 킴벌리(몰리) 블러머를 만났다.[16][17]그들은 1926년에 처음 만나 1931년에 약혼을 했고,[18] 1932년 5월 14일 코네티컷주 뉴헤이븐에 있는 그린 위의 트리니티 교회에서 결혼했다.[19]그들에게는 에릭, 마가렛, 메리, 로버트, 바바라, 수잔 등 여섯 명의 자녀가 있었다.[16][20]로렌스는 이론 물리학자 로버트 오펜하이머의 이름을 따서 그의 아들의 이름을 로버트로 지었다.[21][22][23]1941년 몰리의 여동생 엘시는 에드윈 맥밀런과 결혼했는데,[18] 그는 1951년 노벨 화학상을 수상하게 된다.[24]

사이클로트론 개발

발명

로렌스를 국제적인 명성을 얻은 발명품은 종이 냅킨의 조각 위에 스케치한 것으로 시작되었다.1929년 어느 날 저녁 도서관에 앉아 있던 로렌스는 롤프 위더뢰에의 저널 기사를 대충 훑어보았고,[25] 도표 중 하나에 흥미를 느꼈다.[26]이것은 일련의 작은 "푸쉬"를 통해 고에너지 입자를 생성하는 장치를 묘사했다.묘사된 장치는 점점 더 긴 전극을 사용하여 일직선으로 배치되었다.[27]그 당시 물리학자들은 원자핵을 탐구하기 시작하고 있었다.1919년 뉴질랜드의 물리학자 어니스트 러더포드질소에 알파 입자를 발사해 핵 중 일부에서 양성자를 제거하는 데 성공했다.그러나 핵은 다른 양전하 핵들을 물리치는 양전하를 가지고 있으며, 물리학자들이 이제 막 이해하기 시작한 힘에 의해 단단히 결합되어 있다.그들을 분해하기 위해서, 그들을 분해하기 위해서, 수백만 볼트 정도의 더 높은 에너지가 필요할 것이다.[28]

Strange-looking schematic diagaram
로렌스의 1934년 특허에서 나온 사이클로트론 작동도

로렌스는 그러한 입자 가속기가 곧 그의 대학 실험실에 비해 너무 길고 다루기 힘들어질 것이라고 보았다.가속 페달을 더욱 촘촘하게 만드는 방법을 궁리하면서 로렌스는 전자석의 극 사이에 원형 가속 챔버를 설치하기로 결정했다.자기장은 충전된 양성자들이 교류 전위에 연결된 두 개의 반원자 전극 사이에서 가속될 때 나선형 경로로 고정될 것이다.백 바퀴 정도 돌고 나면 양자는 고에너지 입자 빔으로 표적에 영향을 줄 것이다.로렌스는 흥분하여 동료들에게 어떤 고전압도 사용하지 않고 매우 높은 에너지의 입자를 얻을 수 있는 방법을 발견했다고 말했다.[29]그는 처음에 Niels Edlefsen과 함께 일했다.그들의 첫 번째 사이클로트론은 놋쇠, 철사, 밀랍으로 만들어졌고 지름이 겨우 4인치(10cm) 밖에 되지 않았다. 그것은 한 손에 잡힐 수 있었고, 아마도 총 25달러가 들었을 것이다.[20][30]

로렌스가 그 아이디어를 개발하기 위해 필요한 것은 그 일을 할 수 있는 유능한 대학원생들이었다.에들레슨은 1930년 9월 조교수직을 맡기 위해 떠났고, 로렌스는 그를 데이비드 H. 슬론과 M으로 대신했다. 스탠리 리빙스턴은 위더øe의 액셀러레이터와 에드레프센의 사이클로트론 개발에 각각 착수했다.[23]둘 다 그들만의 재정적 지원을 받았다.두 가지 설계 모두 실용성이 입증되었고, 1931년 5월까지 슬론의 선형 가속기는 이온을 1 MeV로 가속시킬 수 있었다.[31] 리빙스턴은 더 큰 기술적 난제를 겪었지만, 1931년 1월 2일 11인치 사이클로트론에 1800 V를 적용했을 때 8만 개의 전자의 전압 양자가 회전하고 있었다.일주일 후, 그는 그의 박사학위 논문보다 더 많은 3,000 V의 1.22 MeV를 받았다.[32]

개발

Six men in suits sitting on chairs, smiling and laughing
1940년 버클리 대학교에서 계획된 184인치(4.67m) 사이클로트론(칠판에 표시됨)에 관한 회의:로렌스, 아서 콤프턴, 바네바 부시, 제임스 B. 코난트, 칼 T. 콤프턴, 그리고 알프레드루미스

반복되는 패턴이 될 것 같은 것에서, 성공의 첫 기미가 보이자마자 로렌스는 새롭고 더 큰 기계를 계획하기 시작했다.로렌스와 리빙스턴은 1932년 초 27인치(69cm) 사이클로트론 디자인을 작성했다.800달러짜리 11인치 사이클로트론의 자석은 무게가 2톤이나 나갔지만 로렌스는 대서양 횡단 무선 링크를 작동시키기 위해 원래 제1차 세계 대전 중에 만들어진 27인치짜리 팔로 알토의 폐차장에서 80톤짜리 거대한 자석이 녹슬고 있는 것을 발견했다.[33][34]사이클로트론에서 그는 강력한 과학적 도구를 가지고 있었지만, 이것이 과학적 발견으로 번지지는 않았다.1932년 4월 영국 카벤디시 연구소의 존 콕크로프트어니스트 월튼리튬양자를 퍼부어 헬륨으로 변환시키는 데 성공했다고 발표했다.필요한 에너지는 11인치 사이클로트론의 능력 범위 내에서 상당히 낮은 것으로 밝혀졌다.그 사실을 알게 된 로렌스는 버클리에 전보를 보내 콕크로프트와 월튼의 결과를 검증해 줄 것을 요청했다.주로 적절한 탐지장비가 부족했기 때문에 9월까지 팀이 그렇게 해야 했다.[35]

비록 중요한 발견들이 로렌스의 방사선 연구소를 계속해서 피해갔지만, 주로 과학적인 사용보다는 사이클로트론의 개발에 초점을 맞춘 탓이기는 하지만, 로렌스는 점점 더 큰 그의 기계를 통해 고에너지 물리학의 실험에 필요한 중요한 장비를 제공할 수 있었다.이 장치를 중심으로, 그는 1930년대에 핵물리학의 새로운 분야를 위한 세계 최고의 실험실이 된 것을 건설했다.그는 1934년에 사이클로트론 특허를 받았으며,[36] 이 특허는 로렌스의 초기 작품의 많은 부분을 후원한 민간 재단인 [37]리서치 코퍼레이션에 배속되었다.[38]

1936년 2월, 하버드 대학제임스 B 총장. 코난트,[39] 로렌스와 오펜하이머에게 매력적인 제안을 했어캘리포니아 대학의 로버트 고든 스프룰 총장은 상황을 개선함으로써 대응했다.방사선 연구소는 1936년 7월 1일 캘리포니아 대학교의 공식 학과가 되었고, 로렌스가 정식적으로 소장을 임명하고 전임 부소장을 두었으며, 대학은 연구 활동에 연간 2만 달러를 지원하기로 합의했다.[40]로렌스는 간단한 사업 모델을 채용했다: "그는 물리학과의 대학원생들과 후배 교수진들과 함께 연구실에 근무했고, 새로운 박사들은 무엇이든 기꺼이 일하기를 원했고, 펠로우쉽 홀더들과 부유한 손님들은 공짜로 봉사할 수 있었다."[41]

리셉션

새로운 27인치 사이클로트론을 사용하여, 버클리 연구팀은 그들이 최근에 발견한 중수소가 내뿜는 모든 원소가 같은 범위 내에서 에너지를 방출한다는 것을 발견했다.그러므로 그들은 무제한 에너지의 가능한 원천인 미지의 새 입자의 존재를 가정했다.[42]뉴욕 타임즈윌리엄 로렌스는 로렌스를 "과학의 새로운 기적의 일꾼"[43]이라고 묘사했다.콕크로프트의 초청으로 로렌스는 벨기에에서 열린 1933년 솔베이 콘퍼런스에 참석했다.이것은 세계 최고 물리학자들의 정기적인 모임이었다.거의 모든 사람들이 유럽 출신이었지만, 때때로 로버트 A와 같은 뛰어난 미국 과학자가 있었다. 밀리칸이나 아서 콤프턴이 참석하도록 초청될 것이다.로렌스는 사이클로트론에 대한 발표를 부탁받았다.[44]무한한 에너지에 대한 로렌스의 주장은 솔베이에서 아주 다른 환영을 받았다.그는 1932년 중성자를 발견한 물리학자인 카벤디쉬 연구소의 제임스 채드윅으로부터 시들어가는 회의론에 부딪혔고, 그 때문에 1935년 노벨상을 받았다.미국인 귀에 거드름 피우는 것처럼 들리는 영국 억양에서 채드윅은 로렌스 팀이 관찰하고 있는 것은 그들의 기구의 오염이라고 제안했다.[45]

Six men in suits and ties stand in front of gigantic machinery. Two more are sitting on top of it.
이 60인치(1.52m)의 사이클로트론은 1939년 완공 직후에 만들어졌다.그 개발과 사용의 핵심 인물은, 서 있고, 왼쪽에서 오른쪽으로 보인다: D. 쿡시, D.코르손, 로렌스, R.손튼, J, 백커스, W.S. 세인즈베리배경에는 루이스 월터 알바레스에드윈 맥밀란이 있다.

그가 버클리로 돌아왔을 때, 로렌스는 채드윅을 설득할 충분한 증거를 모으기 위해 그의 팀을 동원하여 결과를 열심히 검토했다.한편, 카벤디쉬 실험실에서 러더포드와 마크 올리판트는 중수소 퓨즈가 헬륨-3를 형성하는 것을 발견했는데, 이것은 사이클로트론자들이 관찰한 효과를 일으킨다.채드윅은 오염을 관찰해왔다는 점에서 정확할 뿐만 아니라 핵융합이라는 또 다른 중요한 발견을 간과했다.[46]로렌스의 대응은 여전히 더 큰 사이클로트론의 창조를 강행하는 것이었다.27인치 사이클로트론은 1937년 6월에 37인치 사이클로트론으로 대체되었고,[47] 1939년 5월에 60인치 사이클로트론으로 대체되었다.그것은 철을 폭격하는 데 사용되었고 6월에 최초의 방사성 동위원소를 생산했다.[48]

핵물리학보다 의학적인 목적, 특히 암 치료를 위한 자금을 모으는 것이 더 쉬웠기 때문에 로렌스는 의학 연구에 사이클로트론을 사용하도록 권장했다.캘리포니아 대학 생리학과의 동생 존, 이스라엘 라이온 차이코프와 함께 일하면서 로렌스는 치료 목적의 방사성 동위원소 사용에 대한 연구를 지원했다.인-32는 사이클로트론에서 쉽게 만들어졌고, 존은 이것을 혈액병인 다시테마니아 베라로 고통받는 여자를 치료하는데 사용했다.존은 1938년 37인치 사이클로트론에서 만들어진 인-32를 백혈병 쥐 실험에 사용했다.그는 방사성 인이 빠르게 성장하는 암세포에 집중되어 있다는 것을 발견했다.이것은 그 후 인간 환자에 대한 임상실험으로 이어졌다.1948년 치료법에 대한 평가에서 특정 상황에서 전출이 발생했다는 것을 보여주었다.[49]로렌스는 또한 중성자의 의학적인 사용을 희망했었다.첫 번째 암 환자는 11월 20일 60인치 사이클로트론으로부터 중성자 치료를 받았다.[48]차이코프는 생화학적 반응의 메커니즘을 탐구하기 위해 방사성 동위원소를 방사능 추적기로 사용하는 실험을 실시했다.[50]

로렌스는 1939년 11월 "사이클론(cyclotron)의 발명 및 개발, 특히 인공방사성 원소와 관련하여 얻은 결과"로 노벨 물리학상을 받았다.[51]버클리 대학에서는 최초로 남다코탄(South Dakotan)이 노벨상 수상자가 되었고, 국가가 지원하는 대학에서 이토록 영예를 안았다.1940년 2월 29일 제2차 세계대전으로 캘리포니아 버클리 대학 캠퍼스 휠러홀 강당에서 열린 노벨상 시상식.로렌스는 칼 E로부터 메달을 받았다.월러스테트,[52] 샌프란시스코 주재 스웨덴 총영사로버트 W. 우드는 로렌스에게 편지를 써서 "우라늄의 대격변의 폭발을 위한 기초를 닦고 있을 때"라고 말했다.노노벨이라면 틀림없이 찬성할 겁니다."[53]

1940년 3월 아서 콤프턴, 바네바 부시, 제임스 B. 코난트, 칼 T. 콤프턴과 알프레드 루미스는 265만 달러로 추정되는 4500t짜리 자석을 가진 184인치 사이클로트론을 제안한 로렌스의 제안을 논의하기 위해 버클리로 갔다.록펠러 재단은 이 프로젝트를 시작하기 위해 115만 달러를 내놓았다.[54]

제2차 세계 대전과 맨해튼 프로젝트

방사선 연구소

유럽에서 제2차 세계대전이 발발한 후 로렌스는 군사사업에 말려들었다.그는 미국 물리학자들이 영국에서 올리판트 팀이 발명한 캐비티 자석론을 개발한 MIT 방사선 연구소의 직원을 모집하는 것을 도왔다.새로운 실험실의 이름은 보안상의 이유로 일부러 버클리에 있는 로렌스의 실험실에서 베낀 것이다.독일 잠수함 탐지 기술을 개발하기 위해 수중음향실험실 직원을 모집하는 일에도 관여하게 됐다.한편, 버클리에서는 사이클로트론(cyclotrons)과 함께 작업이 계속되었다.1940년 12월, 글렌 T. 시보르그에밀리오 세그레는 60인치(150cm) 사이클로트론을 사용해 중수체우라늄-238을 폭격했고, 중수체가 새로운 원소인 넵투늄-238을 생성했으며, 이는 베타 방출에 의해 붕괴되어 플루토늄-238을 형성했다.동위원소 중 하나인 플루토늄-239는 원자폭탄을 만드는 다른 방법을 제공하는 핵분열을 겪을 수 있다.[55][56][57]

로렌스는 세그레에게 연구 조수로서의 일, 즉 원소를 발견한 사람에게 비교적 낮은 직위라는 직업을 6개월 동안 매달 미화 300달러에 제공했다.그러나 세그레가 법적으로 캘리포니아에 갇혀 있다는 사실을 알게 된 로렌스는 세그레의 월급을 116달러로 줄였다.[58]캘리포니아 대학의 섭정들이 외국 국적 때문에 세그레의 취직을 종식시키고자 하자 로렌스는 세그레를 록펠러 재단이 지불하는 시간강사로 고용하여 겨우 세그레를 유지시켰다.박사과정 학생인 우치엔시웅(중국 국적)과 케네스 로스 맥켄지(캐나다 국적)도 졸업할 때 유임시키기로 했다.[59]

Another weird diagram. This one shows atoms being deflected by a magnet
캘루트론 내 우라늄 동위원소 분리의 개략도

1941년 9월 올리판트는 버클리에서 로렌스와 오펜하이머를 만나 184인치(4.7m)의 신형 사이클로트론 부지를 선보였다.한편 올리판트는 원자폭탄 개발 프로그램을 주창했던 영국 MAUD 위원회의 권고를 따르지 않은 것에 대해 미국인들을 책망했다.[60]로렌스는 핵분열성 동위원소 우라늄-235우라늄-238에서 분리하는 문제에 대해 이미 생각해 보았는데, 이 과정은 오늘날 우라늄 농축으로 알려져 있다.우라늄 동위원소를 분리하는 것은 두 동위원소가 화학적 성질이 매우 유사하기 때문에 어려웠고, 질량 차이가 작을 때만 점진적으로 분리할 수 있었다.질량분광계로 동위원소를 분리하는 것은 올리판트가 1934년 리튬으로 개척한 기술이었다.[61]

로렌스는 그의 낡은 37인치 사이클로트론을 거대한 질량 분광계로 바꾸기 시작했다.[62]그의 추천으로 맨해튼 프로젝트의 책임자인 레슬리 R 준장. 그로브스 주니어는 오펜하이머를 뉴멕시코로스 알라모스 연구소의 책임자로 임명했다.방사선 연구소가 전자기 우라늄 농축 과정을 개발하는 동안, 로스 알라모스 연구소는 원자 폭탄을 설계하고 건설했다.방사선 연구소와 마찬가지로 캘리포니아 대학에서 운영하였다.[63]

전자기 동위원소 분리는 질량 분광계와 사이클로트론이라는 두 가지 실험실 기구의 혼합물인 캘루트론이라고 알려진 장치를 사용했다.그 이름은 "캘리포니아 대학 사이클로트론"에서 유래되었다.[64]1943년 11월, 버클리의 로렌스 팀은 올리판트를 포함한 29명의 영국 과학자들에 의해 힘을 얻었다.[65][66]

전자기 과정에서는 자기장이 질량에 따라 전하 입자를 비껴갔다.[67]그 과정은 과학적으로 우아하지도 산업적으로도 효율적이지도 않았다.[68]기체 확산 발전소나 원자로에 비해 전자파 분리 발전소는 희박한 자재를 더 많이 소비하고, 가동하는 데 더 많은 인력이 필요하며, 건설하는 데 더 많은 비용이 들 것이다.그럼에도 불구하고, 그 과정은 입증된 기술에 기초했기 때문에, 더 적은 위험을 나타냈기 때문에 승인되었다.게다가, 그것은 단계적으로 건설될 수 있고, 산업용량에 빠르게 도달할 것이다.[64]

오크 리지

Y-12로 불리게 된 테네시주 오크리지의 전자기 분리 공장의 설계와 시공에 대한 책임은 스톤앤웹스터에 맡겨졌다.이 칼루트론은 1만4700t의 은을 사용해 밀워키의 알리스찰머스에 의해 제조되어 오크 리지로 운송되었다.이 설계는 알파 레이서랙으로 알려진 5개의 1단계 처리 장치와 베타 레이서랙으로 알려진 최종 처리를 위한 2개의 장치를 필요로 했다.1943년 9월 그로브스는 알파 II로 알려진 4개의 경주용 트랙을 추가로 건설하는 것을 허가했다.[69]1943년 10월 예정된 시험을 위해 공장을 가동했을 때 14t짜리 진공 탱크는 자석의 힘 때문에 슬금슬금 정렬을 벗어나 더 단단히 고정시켜야 했다.자기 코일이 단락되기 시작했을 때 더 심각한 문제가 발생했다.12월에 그로브스는 자석을 깨서 열라고 명령했고, 안에서 녹이 한 움큼 발견되었다.그 후 그로브스는 경주용 트랙을 철거하고 자석을 공장으로 돌려보내 청소하라고 명령했다.현장에 피클링 공장이 세워져 파이프와 부속품을 청소했다.[68]

A large oval-shaped structure.
테네시주 오크리지에 있는 Y-12 공장의 우라늄 농축을 위한 거대 전자석 알파 1 경주장은 1944–45년경이다.로렌스가 개발한 칼루트론은 링 주변에 위치해 있다.

Tennessee Eastman은 Y-12를 관리하기 위해 고용되었다.[70]Y-12는 처음에 우라늄-235 함량을 13%에서 15% 사이로 농축했고, 이것의 최초 수백 그램을 1944년 3월에 로스 알라모스 실험실로 운송했다.[71]우라늄 사료의 5825개 중 1개 부분만이 최종 생산물로 등장했다.나머지는 그 과정에서 장비에 흩어져 있었다.격렬한 회복 노력은 1945년 1월까지 우라늄-235 사료의 10%로 생산을 증가시키는데 도움을 주었다.지난 2월 알파 레이세트랙스는 신형 S-50확산 설비로부터 다소 풍부한(1.4%) 사료를 공급받기 시작했다.다음 달에는 K-25 기체 확산 공장에서 강화된(5%) 사료를 받았다.1945년 4월까지 K-25는 베타 트랙에 직접 공급할 수 있을 만큼 충분히 농축된 우라늄을 생산하고 있었다.[71]

1945년 7월 16일 로렌스는 채드윅과 찰스 A와 함께 최초의 원자폭탄의 트리니티 핵실험을 참관했다. 토마스로렌스보다 그것의 성공에 더 흥분한 사람은 거의 없었다.[72]현재 일본에서 사용되고 있는 기능성 무기를 어떻게 사용할 것인가 하는 문제가 과학자들에게 이슈가 되었다.오펜하이머가 일본 지도자들에게 신무기의 위력에 대한 어떠한 증명도 선호하지 않는 반면, 로렌스는 시위가 현명할 것이라고 강하게 느꼈다.히로시마 원폭에서 우라늄 폭탄이 예고 없이 사용되자 로렌스는 그의 업적에 큰 자부심을 느꼈다.[73]

로렌스는 맨해튼 프로젝트가 개선된 캘러트론을 개발하고 알파3 경주장을 건설하기를 바랐지만, 그것들은 비경제적이라는 평가를 받았다.[74]알파 선로는 1945년 9월에 폐쇄되었다.어느 때보다 좋은 성적을 거뒀지만 1946년 1월 가동을 시작한 K-25와 신형 K-27과는 경쟁할 수 없었다.[75]12월에는 Y-12 공장이 폐쇄되어 테네시 이스트맨의 급여가 8,600명에서 1,500명으로 삭감되고 월 200만 달러를 절약했다.[76]방사선 연구소의 직원 수는 1945년 5월 1086명에서 연말까지 424명으로 감소했다.[77]

전후 경력

빅 사이언스

전쟁이 끝난 후 로렌스는 대규모 과학 프로그램에 대한 정부의 후원을 위해 광범위하게 캠페인을 벌였다.그는 큰 기계와 큰 돈에 대한 요건을 갖춘 빅 사이언스의 강력한 옹호자였고, 1946년에 그는 방사선 연구소에서 2백만 달러 이상의 연구를 위해 맨해튼 프로젝트에 요청했다.그로브스는 이 돈을 승인했지만, 시보그가 제안한 인구 밀도가 높은 버클리의 "핫" 방사선 연구소와 존 로렌스의 의료용 동위원소 생산을 포함한 많은 프로그램들을 중단했다. 왜냐하면 이 필요성은 이제 원자로에서 더 잘 충족될 수 있기 때문이다.한 가지 장애물은 캘리포니아 대학이었는데, 이 대학은 전시 군사 의무를 폐지하기를 열망하고 있었다.로렌스와 그로브스는 간신히 스프룰에게 계약 연장을 받아들이도록 설득했다.[78]1946년 맨해튼 프로젝트는 캘리포니아 대학에서 물리학에 7달러를 썼다.[79]

대부분의 동료들에게 로렌스는 수학적인 사고를 거의 싫어하는 것처럼 보였다.그는 관련된 물리적 문제에 대해 가장 특이한 직관적 접근법을 가졌고, 그에게 새로운 생각을 설명할 때 상황을 명확히 하기 위해 보일지도 모르는 미분 방정식을 적음으로써 문제를 회피하지 않는 법을 금방 배웠다.로렌스는 수학적인 세부사항에 구애받지 않고 "문제의 물리학을 나에게 설명하라"는 취지의 말을 하곤 했다.사람은 몇 년 동안 그와 가까이 살 수 있었고, 그를 거의 수학적으로 문맹이라고 생각할 수 있었지만, 그가 고전 전기와 자력의 수학에서 얼마나 완전히 그의 기술을 유지했는지를 보기 위해 날카롭게 양육될 수 있었다.

Luis Alvarez [80]

184인치 사이클로트론은 맨해튼 프로젝트에서 전시 달러로 완성되었다.에드 맥밀런에 의해 새로운 사상을 접목시켰고, 싱크로사이클로트로트론으로서 완성되었다.[81]cyclotron)으로 완성되었다.1946년 11월 13일 운영을 시작하였다.[82]1935년 이후 처음으로 로렌스는 유진이드너와 함께 싱크로트론과의 최근 발견된 파이 중간자를 만들려는 시도에 실패하면서 실험에 적극적으로 참여했다.세사르 라테스는 1948년에 음의 파이 중간자를 찾기 위해 그들이 만든 기구를 사용했다.[83]

국가 연구소에 대한 책임은 1947년 1월 1일 새로 창설된 원자력 위원회(AEC)에 넘겨졌다.[84]그해 로렌스는 자신의 프로젝트에 1,500만 달러를 요구했는데, 여기에는 새로운 선형 가속기와 베바트론이라고 알려진 새로운 기가렉트론볼트 싱크로트론이 포함된다.로스 알라모스 연구소를 운영하기로 한 캘리포니아 대학의 계약은 1948년 7월 1일 만료될 예정이었고, 일부 이사들은 캘리포니아 외곽의 부지를 운영한 것에 대한 책임을 대학에게 전가하기를 희망했다.대학은 어느 정도 협상을 거쳐 현재 로스앨러모스 국립연구소가 있는 곳의 계약을 4년 더 연장하고 1945년 10월 오펜하이머를 이사로 교체한 노리스 브래드베리를 교수로 임명하기로 합의했다.얼마 지나지 않아 로렌스는 부탁한 자금을 모두 받았다.[85]

184인치 사이클로트론에서 로버트 오펜하이머와 함께 로렌스(오른쪽)

프랭클린 루즈벨트에게 표를 던졌다는 사실에도 불구하고 로렌스는 공화당원으로서,[86] 로렌스가 '좌파 활동'[87]으로 간주했던 방사선 실험실 노동자들을 연합시키려는 전쟁 전 오펜하이머의 노력을 강하게 반대했었다.로렌스는 정치 활동이 과학 연구에 더 많은 시간을 소비하는 낭비라고 생각했고, 그것이 방사선 연구소에 들어오지 않는 것을 선호했다.[88]로렌스는 전후 캘리포니아대학의 냉랭한 냉전 풍토 속에서 하원 비미국활동위원회의 조치를 합법적인 것으로 받아들였고, 학문적 자유인권과 관련된 제도적 문제를 나타내는 것으로 보지 않았다.그는 그의 실험실에서 개인들을 보호했지만, 실험실의 평판을 더욱 보호했다.[88]그는 대학 인사 보안 위원회의 조사를 받은 로버트 세르버와 같은 방사선 연구소 직원들을 변호할 수 밖에 없었다.몇몇 경우, 그는 직원을 지원하기 위해 인물 추천서를 발행했다.그러나 로렌스는 로버트 오펜하이머의 동생 프랭크에게 방사선 연구소를 금지시켜 로버트와의 관계를 손상시켰다.[89]캘리포니아 대학의 신랄한 충성 맹세 캠페인도 교직원을 쫓아냈다.[90]로버트 오펜하이머의 보안허가를 취소하기 위한 청문회가 열렸을 때 로렌스는 병을 이유로 출석을 거부했지만, 그가 없는 상황에서 오펜하이머를 비판한 녹취록이 제시됐다.로렌스가 창의적이고 협력적인 실험실을 짓는 데 성공한 것은 정치적 긴장감에서 비롯되는 좋지 않은 느낌과 불신으로 인해 훼손되었다.[88]

열핵무기

로렌스는 1949년 8월 소비에트 연방의 첫 번째 핵실험에 놀랐다.적절한 대응은 더 큰 핵 무기인 수소 폭탄을 만들기 위한 모든 노력이었다고 그는 결론지었다.[91]로렌스는 핵 원자로 대신 가속기를 사용하여 필요한 삼중수소를 만드는 데 필요한 중성자를 만들자고 제안했고, 또한 훨씬 높은 에너지가 필요하기 때문에 더 어려운 플루토늄도 만들자고 제안했다.[92]그는 먼저 700만 달러, 25 MeV 선형 가속기, 코드네임 재료 시험 가속기(MTA)의 시제품인 마크 1의 건설을 제안했다.[92][93]그는 곧 고갈된 우라늄-238에서 삼중수소플루토늄을 생산할 수 있는 마크 II로 알려진 새롭고 더 큰 MTA에 대해 이야기하고 있었다.세르버와 세그레는 그것을 비실용적으로 만든 기술적 문제들에 대해 설명하려 했으나 로렌스는 그들이 애국심이 없는 존재라고 느꼈다.[94][95]

로렌스는 에드워드 텔러캘리포니아 리버모어의 MTA 마크 1세에게 위치를 알아내자고 제안한 제2의 핵무기 실험실을 위한 캠페인을 강력히 지지했다.로렌스와 텔러는 그것을 원하지 않는 원자력 위원회, 그리고 무자비하게 반대되는 로스 알라모스 국립 연구소와 그들의 주장을 해야 했는데, 그들은 시카고가 그것에 대한 더 분명한 장소라고 느끼는 지지자들과 논쟁을 벌여야만 했다.[96]리버모어의 새로운 실험실은 1952년 7월 17일에 최종 승인을 받았으나, 마크 II MTA는 취소되었다.이 무렵 원자력위원회는 작전에 들어간 마크 1호에 4500만 달러를 썼지만 주로 핵무기 프로그램용 폴로늄을 생산하는 데 쓰였다.한편, 브룩헤이븐 국립 연구소코스모트론은 1 GeV 빔을 생성했다.[97]

죽음과 유산

노벨상 또한, 로렌스 1937년, 캄스톡 상 물리학에서 1938년, Duddell 메달과 상 1940년에, 할리 메달 1942년, 공로장년 뒤인 1946년, 윌리엄 프록터 상 1951년 패러데이 메달 1952,[98]에 엔리코 페르미 상 원자력에서 C의 엘리엇 크레송 메달과 휴즈 메달을 받았습니다ommi1957년 [99]시온1948년 레지옹 도뇌르 장교가 되었고,[98] 1958년 미 육군사관학교가 수여한 실바누스 테이어 상(Sylvanus Thayer Award)의 첫 수상자가 되었다.[100]

1958년 7월, 드와이트 D 대통령. 아이젠하워는 로렌스에게 소련과 제안된 부분 핵실험 금지 조약을 협상하는 것을 돕기 위해 스위스 제네바로 여행할 것을 요청했다.루이스 스트라우스 AEC 회장은 로렌스의 포함을 압박했었다.이 두 사람은 수소폭탄 개발 건에 대해 논쟁을 벌였고, 스트라우스는 1939년 로렌스의 사이클로트론 자금 조달을 도왔다.스트라우스는 로렌스를 제네바 대표단에 포함시키기를 열망했다. 왜냐하면 로렌스는 계속되는 핵실험에 찬성하는 것으로 알려졌기 때문이다.[101]만성 궤양성 대장염의 심한 플레어업으로 고통받고 있음에도 불구하고 로렌스는 가기로 결정했지만 제네바에 있는 동안 병이 났고, 다시 스탠퍼드 대학교의 병원으로 후송되었다.[102]외과의사들은 그의 대장의 많은 부분을 제거했지만, 그의 동맥 중 하나에서 심각한 동맥경화증을 포함한 다른 문제들을 발견했다.[103]57세 생일을 맞은 지 19일 만인 1958년 8월 27일 팔로알토 병원에서 사망했다.[104]몰리는 공식적인 장례식을 원하지 않았지만 버클리 제1회 조합교회에서 추도식에 동의했다.클라크캘리포니아대 총장이 추도사를 전했다.[103]

그가 죽은 지 불과 23일 만에 캘리포니아 대학의 섭정원들은 로렌스 리버모어 국립 연구소로렌스 버클리 국립 연구소의 이름을 로렌스 다음으로 바꾸기로 투표를 통해 로렌스 리버모어 국립 연구소와 로렌스 버클리 국립 연구소의 이름을 바꾸게 되었다.[105]어니스트 올랜도 로렌스 상은 1959년 그의 기억 속에 제정되었다.[106]1961년 로렌스 버클리 국립 연구소에서 발견된 화학 원소 번호 103번은 그의 이름을 따서 로렌슘으로 명명되었다.[107]1968년 과학 공교육 로렌스 이 그를 기리기 위해 설립되었다.[108]그의 논문은 버클리 캘리포니아 대학의 밴크로프트 도서관에 있다.[109]

1980년대에 로렌스의 미망인은 로렌스가 제조하는 것을 도운 핵무기들에 초점을 맞추었기 때문에 리버모어 연구소에서 남편의 이름을 삭제해 달라고 여러 차례 캘리포니아 대학 섭정원에 청원했으나 매번 거절당했다.[110][111][112][113]그녀는 남편보다 44년 이상 오래 살았고 2003년 1월 6일 캘리포니아주 월넛크릭에서 92세의 나이로 세상을 떠났다.[16][17]

조지 B. 카우프만은 다음과 같이 썼다.

그에 앞서, "작은 과학"은 작은 규모로 겸손한 수단으로 일하는 외로운 사람들에 의해 주로 행해졌다.그의 뒤를 이어 대규모 산업, 특히 정부, 인력 및 자금 지출이 국가 경제의 주요 분야인 대규모 연구팀에 의해 수행된 "큰 과학"을 만들었다.[114]

메모들

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참조

외부 링크

수상
선행자
없는
실바누스 테이어상
1958
성공자