Ernest Orlando Lawrence

Ernest Orlando Lawrence, (8 Ağustos 1901- 27 Ağustos 1958), 1939 yılında icadı siklotron ile Nobel Fizik Ödülü kazanmış Amerikan nükleer bilimci öncülerindendir. Manhattan Projesi için olanuranyum izotop ayırma üzerindeki çalışması, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı kuruluşundaki katkıları ile tanınmaktadır.

Güney Dokota Üniversitesi ve Minnesota Üniversitesinden mezun oldu ve 1925 yılı Yale’de fizik doktorasını elde etti. 1928 yılında Kaliforniya Üniversitesi’ne profesör olarak atandı. Bir akşamüstü okulun kütüphanesinde iken yüksek enerjili parçacıkları hızlandıran şema ilgisini çekti. Daha sonrasında nasıl sıkıştırılabileceği üzerine kafa yordu ve elektromıknatısın kutupları arasında dairesel hızlana çember fikri aklına geldi. Sonucu ise ilk siklotron idi.

Lawrence daha büyük ve pahalı siklotron serileri yapmak üzere çalışmalar yürüttü. Lawrence’ın Radyasyon Laboratuvarı Kaliforniya Üniversitesin Lawrence öncülüğünde resmi bölüm haline geldi, 1936. Siklotronun fizikteki kullanımı yanı sıra Lawrence bunun tıptaki radyoskopların incelenmesinde kullanımını destekledi. İkinci Dünya Savaşı sırasında Lawrence Radyasyon Laboratuvarında elektromanyetik izotop ayırıcı geliştirdi. Kalutron, olarak bilinen cihazları kullandı. Daha sonra Y-12 olarak adlandırılan devasa elektromanyetik ayırma tesisi Oak Ridge, Tennesseede yapıldı. Süreç etkili değildi ama işe yaradı.

Savaştan sonra Lawrence bilimsel programlardaki devlet bursu için kapsamlı bir kampanya başlattı ve büyük makineler ve bol miktarda para gereksinimi ile “Büyük Bilim”in güçlü bir temsilcisi oldu. Lawrence Edward Teller’ın yürüttüğü ikinci nükleer silahlar laboratuvarını, Livermore, Kaliforniya, destekledi. Ölümünden sonra, Regents Kaliforniya Üniversitesi Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı olarak onun adına adlandırıldı. Kimyasal element numarası 103 lavrensiyum olarak 1961 yılı Berkeley’de keşfinden sonra Lawrence onuruna adlandırıldı.

Önceki yılları

Ernest Orlando Lawrence Canton, Güney Dakota 8 Ağustos 1901 yılında doğdu. Ailesi Carl Gustavus ve Gunda (kızlık soyadı Jacobson) Lawrence her ikisi de Canton’da lisede,babası aynı zamanda okulun yönetiminde görevliydi, eğitim verirlerken tanışmış Norveçli göçmenlerdi. Kendinden küçük bir erkek kardeşi, John H. Lawrence fizikçi oldu ve ayrıca nükleer ilaç alanının öncülerindendi. Birlikte büyüdüğü en yakın arkadaşı Merle Tuve da oldukça başarılı bir nükleer fizikçiydi.

Lawrence Canton ve Pierre devlet okullarına gitti. Daha sonrasında Minnesota’da bulunan St. Olaf Koleji’ne kaydoldu fakat bir yıl sonra Vermillon’daki Güney Dakota Üniversitesi’ne transfer oldu. 1922 yılında kimya diplomasını aldı ve 1923 yılında Minnesota Üniversitesi’nde William Francis Gray Swann danışmanlığında fizik mastırı yaptı. Master tezi için manyetik alan etrafında elips şeklinde dönen deneysel aygıtlar yaptı. Lawrence, Swann’u önce Chicago Üniversitesi daha sonra da doktorasını, 1925 yılı Sloane Fellow olarak fizikte fotoelektrik olay ve potasyum buharlaşması üzerine yazı, tamamladığı New Haven, Connecticut’taki Yale Üniversitesi’ne kadar takip etti. Sigma Xi üyesi olarak seçildi ve Swann’ın önermesi ile Ulusal Araştırma Konseyi üyeliği kazandı. Bunu Avrupa’ya seyahat etmek için kullanmak yerine Swann ile birlikte Yale Üniversitesinde araştırmacı olarak kaldı.

Jesse Beams ile Virginia Üniversitesi’nde fotoelektrik etki üzerindeki araştırmaya devam ettiler. Fotonların fotoelektrik yüzeye çarpması sırasında foto elektronların 2 x 10−9 saniye içinde belirdiğini gösterdiler. Işık kaynağını hızlıca açıp kapatarak emisyon zamanını düşürmek spektrum enerjisini Werner Heisenberg’in doğruladığı belirsizlik ilkesi ile daha kapsamlı bir hale getirdi.

Kariyerinin İlk Yılları

1926 ve 1927’de Lawrence Washington Üniversitesi ve Kaliforniya Üniversitesi’nden profesör asistanı olarak yıllık $3,500 maaşlı iş teklifi aldı. Yale de acilen teklifi eşitleyerek $3,000 asistan profesörlük teklifinde bulundu. Lawrence daha prestijli olan Yale’de kalmayı tercih etti. Fakat Lawrence daha önce hiç ders vermediği için fakültedeki bazı arkadaşları tarafından içerlendi. Lawrence profesör ortağı olarak 1928 yılında Kaliforniya Üniversitesi tarafından işe alındı ve iki yıl sonra üniversitenin en genç profesörü oldu. Robert Gordon Sproul, Lawrence profesör olduktan sonra Sproul üniversite başkanı oldu, Bohemian Club üyesiydi ve 1932’de Lawrence’ın üyeliğini destekledi. Bu kulüpte Lawrence, William Henry Crocker, Edwin Pauley ve John Francis Neylan ile tanıştı. Onun enerjik nükleer parçacık araştırması için para elde etmede etkili adamlardı. Parçacık fiziğindeki gelişmeler tıp alanında kullanmak için oldukça umut verici gözüküyordu ve bu Lawrence’ın erken yatırım bulmasına olanak sağladı.

Yale’de iken Lawrence, George Blumer’in dört kızından en büyüğü olan Mary Kimberly (Molly) Blumer ile tanıştı. 1926 yılında tanışıp 1931 yılında nişanlandılar ve 14 Mayıs 1932 New Haven Trinity Church on the Green’de evlendiler. Altı çocukları oldu: Eric, Margaret, Mary, Robert, Barbara ve Susan. Lawrence oğlu Robert’ı Berkeley’deki en yakın arkadaşı Robert Oppenheimer’a ithafen adlandırdı. 1941 yılında Molly’nin kız kardeşi, 1951 yılında Nobel Kimya Ödülü kazanacak olan Edwin McMillan ile evlendi. They first met in 1926 and became engaged in 1931, and were married on May 14, 1932, at Trinity Church on the Green in New Haven, Connecticut. They had six children: Eric, Margaret, Mary, Robert, Barbara, and Susan. Lawrence named his son Robert after theoretical physicist Robert Oppenheimer, his closest friend in Berkeley. In 1941, Molly’s sister Elsie married Edwin McMillan, who would go on to win the Nobel Prize in Chemistry in 1951.

Siklotronun Gelişimi

İcadı

Lawrence’a uluslararası ün kazandıran icat kâğıt bir peçeteye çizilerek başlandı. 1929 yılında bir öğlen kütüphanede otururken Rolf Widerøe’in günlük makalesine göz attı ve şemalardan bir tanesi ilgisini çekti. Bu küçük iteklemelerin başarısı anlamında yüksek enerji parçacıkları üreten bir cihazı tarif ediyordu. Düz bir hat üzerindeki artan uzunlukta elektrot kullanılarak iyi bir şekilde anlatılmış cihazdı. Bu zamanlarda fizikçiler atomik çekirdeği keşfetmenin başındaydılar. 1919 yılında Yeni Zelandalı fizikçi Ernest Rutherford alfa parçacıklarını nitrojenin içine ateşledi ve çekirdekteki bazı protonları çekirdek dışına vurmada başarılı oldu. Ama çekirdek pozitif yüklü olduğundan başka pozitif yüklü çekirdekler tarafından püskürtülür ve bunlar fizikçilerin yeni anlamaya başladığı bir güç tarafından sıkıca birbirine bağlanır. Bunları ayırmak için çok fazla enerji gereklidir.

Lawrence böyle bir parçacık hızlandırıcının yakın zamanda çok büyük ve laboratuvarı için gereksiz kalacağını gördü. Hızlandırıcıyı daha sıkıştırılabilir yapma üzerinde düşündü ve Lawrence bir elektromanyetiğin kutupları arasında dairesel hızlanan çembere karar verdi. Bu manyetik alan yüklenmiş protonları sadece iki yarım daire arasındaki elektrotlara bağlı olarak spiral bir yolda tutacaktı. Yüzlerce ya da daha fazla dönüşten sonra protonlar yüksek enerjili parçacık ışınları olarak hedefe çarpacaktı. Lawrence heyecanla çalışma arkadaşlarına yüksek voltaj gerekmeden parçacıkların çok yüksek enerjilerini elde etmek için bir yöntem keşfettiğini anlattı. Başlangıçta Niels Edlefsen ile çalıştı. İlk siklotronu pirinç, kablo ve mühür mumundan yaptılar. Bu sadece 10 cm çapında, tek el ile tutulabilir ve yaklaşık 25$ tutarındaydı.

Edlefsen Eylül 1930’da profesör asistanlığı ile meşgul olduğundan ayrıldı ve Lawrence yerini David H. Sloan ve M. Stanley Livingston, Widerøe’ın hızlandırıcısını geliştirme ve Edlefsen’ın siklotronu üzerinde çalışmıştı, ile değiştirdi. Her ikisi de kendi finansal desteklerine sahipti. Her iki tasarım da 1931 Mayısında Sloan’ın çizgisel hızlandırıcısının iyonları 1 MeV hızlandırabildiğini pratik olarak ispatladı. Livingston daha büyük bir teknik zorluğa sahipti ama 1,800 voltu 11 inçlik siklotronuna uyguladığında, 2 Ocak 1931, 80,000 elektron volt protonun etrafında döndüğünü elde etti. Bir hafta sonra 3,000 volt ile 1.22 MeV elde etti, doktora tezi için fazlasıydı bile.

Gelişimi

Tekrarlanan bir model olmasına karşın yakında başarının ilk işareti görülecekti ve Lawrence yeni daha büyük bir makine planlamaya başladı. Lawrence ve Livingston 1932 başlarında 69 cm’lik bir siklotron planı çizdiler. $800 11 inçlik siklotron mıknatıs 2 ton ağırlığındaydı ama Lawrence hurdalıkta, Palo Alto, 27 inç aslen Birinci Dünya Savaşı sırasında Atlantik okyanusunu aşan radyo bağlantıları gücü için yapılmış paslanmakta olan 80 ton devasa mıknatıs buldu. Siklotronda güçlü bir bilimsel alete sahipti ama bu bilimsel buluş olarak çevrilmedi. Nisan 1932’de John Cockcroft ve Ernest Walton Cavendish laboratuvarı İngiltere’de lityumu protonlar ile birlikte bombaladıklarını açıkladılar ve helyuma dönüştürmede başarılı oldular. Enerji oldukça düşük gerektirdiği görüldü- 11 inç siklotron kapasitesindeki için. Bunun öğrenildiği sırada Lawrence, Berkeley’e telgraf çekti ve Cockcroft ve Walton’ın sonuçlarının doğrulanıp doğrulanmadığını sordu. Takım olmaları buluş için yeterli kaynak olmayışından dolayı Eylül’e kadar uzadı.

Önemli buluşların Lawrence’ın Radyasyon Laboratuvarından sıyrılmasına rağmen bilimsel kullanımından ayrıca Lawrence siklotronun gelişimine odaklandı. Lawrence yüksek enerji fiziği deneyleri için gerekli olan mühim ekipmanları tedarik edebildi. 1930larda bu aletin etrafında yeni alan olan nükleer fizik araştırması alanında dünyanın önde gelecek olan laboratuvarını kurdu. 1934 yılında siklotron için patent aldı.

Şubat 1936’da Harvard Üniversitesi başkanı, James B Conant, Lawrence ve Oppenheimer’e cazip bir teklif sundu. Kaliforniya Üniversitesi başkanı, Robert Gordon Sproul da şartları geliştirme ile karşılık verdi. 1 Temmuz 1936’da Radyasyon Laboratuvarı Kaliforniya Üniversitesinin resmi bir bölümü oldu ve Lawrence resmi tam zamanlı asistan olarak buranın başına geçti. Üniversite yıllık 20,000 doları araştırma aktiviteleri için ayırmayı kabul etti. Lawrence işe alınacaklar için basit bir iş modeli benimsedi: “Laboratuvarını mezun olmuş öğrenciler ve fizik bölümü öğrencileri ile doldurdu. Yeni mezunlar herhangi bir şey için çalışmaya gönüllü olacaklardı.”

Karşılama

Yeni 27 inçlik siklotronu kullanarak Berkeley takımı bombaladıkları her elementin oldukça yeni keşfedilmiş olan ağır hidrojen, döteryum, ile aynı aralıkta olduğunu keşfettiler. Daha sonrasında yeni ve şimdiye kadar bilinmeyen bir parçacık varlığı varsaydılar. Bu sınırsız enerjinin olanaklı kaynağıydı. The New York Times’tan William Laurence Lawrence’ı “yeni bir mucizevi bilim çalışanı” olarak tanımladı. Cockroft’un daveti üzerine Lawrence 1933 yılında Belçika’daki Solvay Konferansına katıldı. Bu düzenli olan dünyadaki üst seviye fizikçilerin toplanmasıydı. Neredeyse hepsi Avrupa’dandı ama Robert A. Millikan ya da Arthur Compton gibi Amerikalı göze çarpan bilimciler de davet edildi. Lawrence’tan siklotron hakkında sunum yapılması istendi. Lawrence’ın sınırsız enerjideki talepleri Solvay’de oldukça farklı bir tepki ile karşılandı. Lawrence Cavendish Laboratuvarı’ndan James Chadwick’in, 1932 yılında nötronu keşfetmiş olan fizikçi, kuşkusunun kaybolduğuna rastladı. Cadwick’e göre Lawrence’ın ne yaptığı Büyük Bilim değildi, Kötü Bilimdi. İngiliz aksanında Amerikanlara tenezzül ediliyor gibi duyuldu. Chadwick, Lawrence’ın takımının gözlemlerinin aletleri kirletmeleri önerisini sundu.

Berkeley’e döndüğüne Lawrence, Chadwick’i ikna etmek amaçlı topladıkları sonuçlardan titizlikle yeterli kanıt aramak için takımını seferber etti. Bu sırada Cavendish Laboratuvarında Rutherford ve Mark Oliphant Ağır hidrojen füzelerinin helyum-3ten geldiğini buldu. Bu siklotroncuların gözlemlediklerine etkiye neden olur. Bunda sadece Chadwick haklı değildi, onlar da kirlenme gözlüyorlardı ama gözden kaçmış başka bir önemli buluş olan nükleer füzyonunu buldular. Lawrence’ın karşılığı hala daha geniş siklotronlar icadına devam etmek oldu. Haziran 1937’de 27 inçlik siklotronun yerine 37 inçlik siklotron geçti. Devamında ise, Mayıs 1939, bunu 60 inçlik siklotron takip etti. Haziranda bu demiri bombardıman etmek ve onun ilk radyoaktif izotoplarını elde etmek için kullanıldı.

Sağlık alanından para kazanmak nükleer fiziğe göre daha kolay olduğu için, örnek olarak kanser tedavisi, Lawrence siklotronu tıbbi araştırmalarda kullanmaya teşvik etti. Kardeşi John ve Kaliforniya Üniversitesi psikoloji bölümünden Israel Lyon Chaikoff ile çalışırken Lawrence radyoaktif izotopların tedavi amaçlı kullanımını araştırmayı destekledi. Fosfor-32 siklotronda kolaylıkla üretildi ve John polisitemi vera, kemik iliği rahatsızlığı sonucu vücudun aşırı oranda kırmızı kan hücresi üretmesi, hastalığına yakalanmış kadınları tedavi etmekte kullandı. 1938 yılında John 37 inçlik siklotronu fosfor-32 ile lösemili fareler üzerinde denedi. Radyoaktif fosforun hızlı gelişen kanser hücrelerinde yoğunlaştığını buldu. Daha sonrasında bu hasta insanlarda kliniksel denemelere öncü oldu. 1948 tedavinin evrimi gösterdi ki kesin koşullar altında azalma meydana geliyor. Lawrence ayrıca nötronların tedavi için kullanılmasını umdu. Bunu deneyen ilk kanser hastası 60 inçlik siklotrondan 20 Kasımda nötron tedavisi gördü. Chaikoff radyoaktif izotopları radyoaktif izleyiciler olarak biyokimyasal reaksiyon mekanizmalarını keşfetmek için kullandı.

Lawrence Kasım 1939’da “siklotronun icadı ve gelişimi ve onunla elde ettiği sonuçlar için, özellikle radyoaktif elementler, Nobel Fizik ödülü aldı. Berkeley’de de olduğu gibi Güney Dakotalı olup ilk Nobel Ödülü alan kişiydi ve devlet destekli üniversitede olup da ilk onurlandırılan oldu. İkinci Dünya Savaşı nedeni ile ödül töreni 29 Şubat 1940’ta Kaliforniya, Berkeley’de oldu. Lawrence’a madalyası Carl E. Wallerstedt, İsveç’in San Francisco’daki genel konsolu, tarafından verildi.

1940 Martında Arthur Compton, Vannevar Bush, James B. Conant, Karl T. Compton ve Alfred Lee Loomis Lawrence’ın 4500 ton mıknatıs ve 2.65 milyon dolara mal olan 184 inç siklotronu tartışmak için Berkeley’e geldiler. Rockefeller Kuruluşu projenin başlaması için 1.15 milyon dolar yatırımda bulundular.

Devamını okumak için sayfa numaralarından ilerleyin;