Geskiedenis Podcasts

Cyclotron uitgevind - Geskiedenis

Cyclotron uitgevind - Geskiedenis

Die Cyclotron, ook bekend as die atoombreker, is uitgevind deur Ernest Lawrence, 'n Amerikaanse fisikus aan die Universiteit van Kalifornië in Berkely. Die deeltjieversneller, soos dit ook bekend was, het gevorderde navorsing op die gebiede van biologie en fisika moontlik gemaak. In 1939 ontvang Lawrence die Nobelprys vir Fisika vir sy werk.

Geskiedenis

Die Universiteit van Chicago was een van die eerste universiteite wat 'n akademies geïnstalleerde siklotron gehad het (1968). Die masjien, hierbo op die foto, en die program wat dit ondersteun het, het 'n lang geskiedenis met radiochemie en instrumentasie gehad. Ondersoekers soos Katherine Lathrop, Paul Harper, Robert (Bob) Beck en ander bied 'n ryk palet aan navorsingsbelangstellings. Die meeste geskiedenis van die vroeë dae van die Departement Radiologie aan die Universiteit van Chicago kan hier gevind word skakel.

Katherine Lathrop, lid van die Manhattan -projek, was 'n belangrike lid van die span van die Universiteit van Chicago wat in die vroeë 1960's 99m Tc in die kliniese praktyk ingebring het as 'n radiospooragent in kerngeneeskunde. Hierdie radioaktiewe stof word nou tienduisende kere per dag in die Verenigde State en miljoene kere per jaar wêreldwyd gebruik in kerngeneeskundige skanderings wat ontwerp is om gewasse of abnormale metabolisme te identifiseer. Harper en Lathrop het ook die kommersiële metode ontwikkel vir die vervaardiging van 125 I, 'n ander algemeen gebruikte diagnostiese radionuklied. Sy is in 2005 oorlede.

Die CS-15-siklotron is in 1968 geïnstalleer en het 30 jaar lank gebruik. Dit was gehuisves in 'n kluis in die onderkelder van die Frank McLean Institute. Radiochemie is uitgevoer op die vloer hierbo waar 'n PET -skandeerder was. Die CS-15 is in 1997 gestaak weens veranderinge in die DOE se gefokusde navorsingsfokus. Hervat belangstelling vroeg in die 2000's om 'n radiochemieprogram te begin rondom 'n nuwe, nuutste siklotron.

Kyk na die. Vir afbeeldings van die nuwe Cyclotron Galery . Om te sien hoe die Cyclotron daarin ingeskuif is, sien Invoeging van die siklotron video.


Robert R. Wilson, 'n fisika -professor aan Harvard en ontwerper van Harvard's cyclotron, was die eerste om voor te stel dat protone gebruik word om kanker te behandel.

Robert R. Wilson was 'n Amerikaanse fisikus wat bekend was vir sy werk aan die Manhattan -projek tydens die Tweede Wêreldoorlog. Hy was 'n lid van die span wat die atoombom ontwikkel het en was later aan die hoof van 'n enorme groep fisici wat die Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) bedink, ontwerp, gebou en bedryf het buite Chicago.

Alhoewel Wilson 'n toegewyde wetenskaplike was, was hy ook 'n toegewyde voorstander van menseregte en het hy hom beywer vir die vreedsame gebruik van atoomenergie wat hy gehelp het om te ontketen. Die Oklahoma Proton Center is 'n voorbeeld van die vreedsame gebruik.

Die bydrae van Robert Wilson tot protonterapie is geopenbaar in 'n referaat wat hy in 1946 gepubliseer het. Met die titel "Radiological Use of Fast Protons" (Radiology 1946: 47: 487-91), het die artikel die grondbeginsels en tegnieke vasgestel wat vandag nog gebruik word by die Oklahoma Proton Sentrum- en protonterapie -sentrums wêreldwyd.

Robert Rathbun Wilson (4 Maart 1914 - 16 Januarie 2000)

Berkeley Radiation Laboratory het uitgebreide studies oor protone gedoen en Wilson se voorspellings bevestig. In 1954 behandel hulle die eerste pasiënt met protone. Navorsers het die volle potensiaal erken om protone te isoleer om mediese toestande te behandel. Gevorderde begrip van deeltjieversnelling, protonbalke en die toepassing van bestralingsbehandeling het verbeterde uitkomste getoon vir pasiënte wat met baie vorme van kanker gediagnoseer is. Daar word gesê dat Wilson die vader is van protonterapie vir al sy navorsing en pogings om protonterapie te bevorder.

Lawrence se 60-duim siklotron, met magneetpale 60 duim in deursnee, by die Universiteit van Kalifornië Lawrence Radiation Laboratory (1939), die sterkste versneller ter wêreld op die oomblik. 'N Beeld van 'n hedendaagse siklotron in die Oklahoma Proton Center, wat protone versnel het tot meer as twee derdes van die spoed van lig en gebruik vir die behandeling van kanker by mense.


Cyclotron uitgevind - Geskiedenis

Lawrence vind die siklotron uit
1931

Foto: Vier duim koper-omhulde siklotron, een van Ernest Lawrence se ywerigste modelle

Toe Ernest Orlando Lawrence (1901-1958) sy doktor in fisika behaal het, was die warmste onderwerp om die atoom se kern te bombardeer om te sien watter nuwe deeltjies dit kan produseer. Ernest Rutherford het eers onlangs getoon dat as jy die atoom van een element tref, dit elektrone kan afgee en in 'n ander element kan verander.

Lawrence het in 1928 by die fisika -fakulteit van die Universiteit van Kalifornië (Berkeley) aangesluit en was geïnteresseerd in hierdie nuwe fisika. Tot dusver het mense alfadeeltjies (die produk van natuurlike radioaktiwiteit) en protone (waterstofatome, wat 'n positiewe lading van 1 bevat) gebruik om ander atome te bombardeer. Maar hulle het die navorsingsveld omtrent uitgeput. Om meer te leer, het hulle 'n kunsmatige manier nodig gehad om hierdie deeltjies tot groter energie te versnel. Verskeie versnellers is uitgevind om die bombarderende deeltjie 'n groot elektriese potensiaal te gee. Maar dit het gelyk asof u 'n skop van ongeveer 1 miljoen volt nodig het om die vereiste versnelling te kry, en dit was byna onmoontlik om 'n masjien te maak om die krag te weerstaan.

Omstreeks hierdie tyd het Lawrence toevallig 'n Duitse koerant gelees waarin 'n lineêre versneller beskryf word wat die energie van 'n deeltjie in stappe verhoog deur middel van afwisselende elektriese velde. Dit het wel die spoed van die deeltjie verhoog, maar om die versneller werklik te bereik, sou die versneller onprakties lank moes wees. Lawrence het geweet dat 'n magnetiese veld die gelaaide deeltjies in 'n geboë baan sou afbuig. Deur die deeltjies in 'n spiraal te laat beweeg, kon hy hul energie stukkie vir stukkie verhoog elke keer as hulle om 'n elektrode draai. Die sirkelmasjien kan in een kamer pas. Die deeltjies sou na buite draai as hulle meer energie opdoen, en as hulle vinnig genoeg beweeg, skiet hulle met ongelooflike krag uit die toestel in 'n versamelaar.

Die universiteit het Lawrence die voorsprong gegee om te bou wat hy die siklotron genoem het in 1930. Met 'n paar gegradueerde studente het hy 'n aantal verskillende opsette probeer. Hulle het sukses behaal met behulp van elektrodes, 'n radiofrekwensie -ossillator wat 10 watt produseer, 'n vakuum, waterstofione en 'n 10 cm elektromagnet. Die hele produk was redelik klein. Met 'n groter magneet kon die span van Lawrence in 1931, en later dieselfde jaar, 80.000 elektronvolt produseer, met 'n 25 cm siklotron, 1 miljoen elektronvolts. Siklotrone word agtereenvolgens groter, met nuwe en verskillende vermoëns. 'N Siklotron van 69 cm kan ione wat protone en neutrone bevat, versnel. Hiermee het navorsers kunsmatige radio-isotope soos technicium en koolstof-14 vervaardig wat in medisyne en spoornavorsing gebruik word. In 1939 word 'n toestel van 152 cm vir mediese doeleindes gebruik, en Lawrence het die Nobelprys vir fisika gewen. In 1940 is begin werk aan 'n masjien van 467 cm, maar die Tweede Wêreldoorlog het die ontwikkeling daarvan onderbreek. Lawrence se span het sy aandag gevestig op die vervaardiging van uraan-235 wat nodig is vir die atoombom.

Die ontwikkeling van die siklotron en die groei van Lawrence's Radiation Laboratory het geweldige gevolge vir die wetenskap en die manier waarop dit gedoen word. Hierdie nuwe hulpmiddel kan die atoom se kern ondersoek en toepassings bied in medisyne en chemiese navorsing. Dit het die moderne era van hoë-energie fisika begin. Maar dit het ook die era van 'groot wetenskap' begin, 'n nuwe manier om wetenskaplike werk te organiseer. Om hierdie toenemend groot, komplekse en duur gereedskap te voed en te versorg, het meer personeel nodig en boonop meer geld. Regerings en korporasies het gesien dat hulle 'n aandeel in sulke navorsing het en het as finansiers ingetree.

Ernest Lawrence is dood in 1958. In 1961 is element 103 ontdek en na hom "lawrencium" genoem.


Cyclotron uitgevind - Geskiedenis

J ohn D. Cockcroft en Ernest Walton by die Cavendish Laboratory in Cambridge, Engeland, het 'n weg na die kern gesoek deur 'n voorspelling van kwantummeganika. George Gamow het voorgestel dat 'n deeltjie met te min energie die elektriese afstoting van die kern deur die versperring kan oorkom. (Die truuk was dat die energie van die deeltjie eintlik nie goed gedefinieer was nie, volgens Heisenberg se onsekerheidsbeginsel). In 1930 gebruik Cockcroft en Walton 'n transformator van 200 kilovolt om protone in 'n reguit afvoerbuis te versnel, maar hulle het tot die gevolgtrekking gekom dat Gamow se tonnel nie werk nie en besluit om hoër energie te soek.

Om die kern binne te dring, het Cockcroft en Walton 'n spanningsvermenigvuldiger gebou wat 'n ingewikkelde stapel kapasitors gebruik wat deur regstellende diodes as skakelaars verbind is. Deur die skakelaars in die regte volgorde oop en toe te maak, kan hulle 'n potensiaal van 800 kilovolt opbou uit 'n transformator van 200 kilovolt. Hulle het die potensiaal gebruik om protone in 'n ontruimde buis van agt voet lank te versnel. In 1932 het hulle 'n litiumdoel aan die einde van die buis geplaas en gevind dat protone 'n litiumkern in twee alfa -deeltjies verbrokkel het. 'N Sowjet -span in Kharkov het etlike maande later dieselfde resultaat gevind.


Robert Van de Graaff.


Cockcroft-Walton versneller.


Wetenskaplikes werk aan 'n
Van de Graaff kragopwekker.

Die Van de Graaff Generator

R obert Van de Graaff werk as ingenieur by die Alabama Power Company voordat hy sy Ph.D. in fisika aan Oxford. Terwyl hy 'n postdoktor in Princeton was, het hy 'n toestel bedink om 'n hoë spanning op te bou met behulp van eenvoudige beginsels van elektrostatika. 'N Gordel isolerende materiaal dra elektrisiteit van 'n puntbron na 'n groot, geïsoleerde sferiese geleier. 'N Ander gordel lewer eweneens elektrisiteit van die teenoorgestelde lading na 'n ander sfeer. Die sfere bou 'n potensiaal op totdat die elektriese veld die lug afbreek en 'n groot vonk & quotarcs & quot; Teen 1931 kon Van de Graaff 'n bol tot 750 kilovolt laai, wat 1,5 megavolt -verskille tussen twee teenoorgestelde gelaaide sfere oplewer.

Deur die radius van die sfere te verhoog, kan Van de Graaff hoër spannings bereik sonder om te buig. Die maksimum spanning in teorie, in megavolt, was ongeveer gelyk aan die radius van die bol in voet. Hy was spoedig besig om 'n paar bolle van 15 voet oor te beplan.

Lawrence se aantekeninge op Wider & oumle se papier.

Die lineêre versneller

Die probleme om te onderhou hoë spannings het daartoe gelei dat verskeie fisici versnelde deeltjies voorgestel het deur meer as een keer 'n laer spanning te gebruik. Lawrence het in die lente van 1929 van een so 'n plan verneem, terwyl hy deur 'n uitgawe van Argief f & uumlr Elektrotechnik, 'n Duitse tydskrif vir elektriese ingenieurs. Lawrence lees Duits slegs met groot moeite, maar hy word beloon vir sy ywer: hy vind 'n artikel van 'n Noorse ingenieur, Rolf Wider & oumle, waarvan hy die titel kan vertaal as 'Op 'n nuwe beginsel vir die vervaardiging van hoër spannings.' verduidelik die beginsel en Lawrence slaan die teks oor.

Regs: Rolf Wider & oumle se diagramme wat 'n metode beskryf om ione te versnel, het Ernest Lawrence se uitvinding van die siklotron geïnspireer.

Deeltjies met 'n positiewe elektriese lading word deur 'n negatiewe potensiaal in die eerste silindriese elektrode getrek teen die tyd dat hulle uit die buis kom, en die potensiaal na positief oorgeskakel het, wat hulle met 'n tweede hupstoot van die elektrode af wegjaag. Deur gapings en elektrodes by te voeg, kan die skema uitgebrei word na hoër energieë.

Die Cyclotron

Die lineêre versneller Dit was nuttig vir swaar ione soos kwik, maar ligter projektiele (soos alfa -deeltjies) het 'n vakuumbuis van baie meter nodig. Lawrence het dit as onprakties beoordeel. In plaas daarvan het hy daaraan gedink om die deeltjies met 'n magnetiese veld in 'n sirkelvormige baan te buig om dit herhaaldelik deur dieselfde elektrode te stuur.

'N Paar vinnige berekeninge het getoon dat so 'n toestel voordeel kan trek uit die wette van elektrodinamika. Die sentripetale versnelling van 'n gelaaide deeltjie in 'n loodregte magnetiese veld B is evB/c, waar e die lading is, v die deeltjie se snelheid en c die snelheid van lig. Die meganiese sentrifugale krag op die deeltjie is mv 2 /r, waar m die massa is en r die radius van sy baan. Die balansering van die twee kragte vir 'n stabiele wentelbaan lewer die sogenaamde siklotronvergelyking op: v/r = eB/mc.

Lawrence was verbaas om te sien dat die rotasie frekwensie van 'n deeltjie onafhanklik is van die radius van die baan: f = v/2 r = eB/2mc, met r wat uit die vergelyking verdwyn. Die sirkelvormige metode sou dus toelaat dat 'n elektriese veld wat met 'n konstante frekwensie afwissel, deeltjies na steeds hoër energieë skop. Namate hul snelhede toegeneem het, het die radius van hul wentelbaan toegeneem. Elke rotasie neem dieselfde tyd, en hou die deeltjies in pas met die afwisselende veld terwyl hulle na buite draai.

'N Elektriese veld met 'n frekwensie van ongeveer vier miljoen siklusse per sekonde op die gebied van kort radiogolwe gelê. Lawrence se ervaring met hierdie golwe sal handig te pas kom, en onlangse vordering in hoë-vakuumbuis ossillators sou onontbeerlik wees. Gekombineer met 'n redelike magnetiese veld, kan 'n potensiaal op die elektrodes van slegs tienduisend volt 'n alfa -deeltjie tot 'n miljoen elektronvolts versnel. Groter magnete beloof hoër energie. In teorie bied die skema die lang gesoekte manier om die kern te bestudeer. Lawrence het studente en professore gedruk om sy berekeninge te bevestig en 'n toestel geskets.


Lawrence en die siklotron: die geboorte van groot wetenskap

'N Amptelike aankondiging van die International Union of Pure and Applied Chemistry wat op 30 Desember 2015 verskyn het, het steeds wetenskaplikes aan die gons. Die sewende ry van die periodieke tabel is amptelik voltooi, danksy die toevoeging van elemente 113, 115, 117 en 118 (met tydelike name onderskeidelik ununtritium, ununpentium, ununseptium en ununoctium). Dit het baie eksperimente geneem met behulp van verskillende deeltjieversnellers uit verskillende lande, maar al die werk het uiteindelik vrugte afgewerp. Maar wat het die werk behels? Aangesien uraan die laaste element is wat natuurlik voorkom, is almal hierna deur die mens gemaak. Om hierdie elemente te sintetiseer vereis dat een atoom in 'n ander gebreek word en die splytingsprodukte gemonitor word. Die truuk om 'n sintetiese element te skep, is om die botsing genoeg energie te gee. Vandag het ons baie gevorderde versnellers van alle vorms en groottes om dit te help bereik, insluitend die wat in 'n onlangse gebruik is PLOS EEN study & mdash en dit het alles begin met 'n man met die naam Ernest Orlando Lawrence.

Lawrence en die Stralingslaboratorium

Aan die oostelike oewer van die San Francisco -baai is 'n stad wat bekend is vir sy kos, aktivisme en wetenskap, Berkeley, Kalifornië. Trouens, die Universiteit van Kalifornië, Berkeley (UC Berkeley) het soveel Nobelpryswenners opgelewer dat hulle parkeerplek op die kampus gereserveer het. UC Berkeley beweer 22 Nobelpryswenners en 29 Nobelpryswenners. Die eerste pryswenner van UC Berkeley en rsquos was Lawrence, die uitvinder van die siklotron.

Figuur 1. Diagram van 'n siklotron. Foto verkry deur Wikimedia Commons. Foto is in die publieke domein. Skrywer onbekend.

In 1928 word Lawrence, 'n boorling van Suid -Dakota met 'n PhD aan die Yale -universiteit, aangestel as assistent -professor in fisika aan UC Berkeley. Hy betree 'n wêreld waar afdelings fisika, chemie en ingenieurswese heeltemal van mekaar geskei was en hul lede nooit gemeng het nie. Maar op 'n dag het hy 'n idee op 'n servet geskraap wat die geskiedenis sou verander. Hierdie idee sal nie net die weg baan vir elementêre ontdekking nie, maar ook multidissiplinêre samewerking en wat Lawrence 'ldquobig science' noem, 'n term wat hy sou gebruik om projekte soos die Large Hadron Collider en die Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory te beskryf.

Sy idee het gegaan oor hoe om energie aan 'n deeltjie te verskaf sonder die gebruik van hoë spanning. In daardie dae het u 'n lineêre versneller nodig om 'n deeltjie te versnel. Lineêre versnellers benodig egter hoë spanning omdat die elektriese veld slegs een keer energie na die deeltjie kan oordra. Dit beperk die versnelling wat in 'n lineêre opset bereik kan word. Lawrence het besef dat die gebruik van 'n sirkelversneller hierdie probleem kan oplos. Dieselfde elektriese veld kan gebruik word om deeltjies meer as een keer te versnel. Lawrence het 'n toestel gekry wat hy destyds die & ldquoproton-merry-go-round & rdquo (Ernest Lawrence & rsquos Cyclotron) genoem het.

Die siklotron

Figuur 2. Die prototipe siklotrone wat deur Lawrence gebou is. Te sien in die Lawrence Hall of Science. Foto deur Deb McCaffrey.

Die idee van Lawrence & rsquos was eenvoudig (relatief gesproke). Hy het kragtige magnete gebruik om 'n loodregte magnetiese veld te skep wat deeltjies in 'n sirkelbaan sou dryf. Hy het die deeltjies in twee metaalhoutjies bevat, twee stukke metaal wat gemaak is asof dit 'n skyfie omhul. Die akte is egter geskei deur 'n belangrike gaping. Toe die diere deur 'n RF -stroom gepolariseer is, het hulle die deeltjie van energie voorsien elke keer as dit die gaping oorskry. Dit sou veroorsaak dat die sirkelbaan 'n uitwaartse spiraalvormige pad word, terwyl die deeltjie langs die pad versnel. Uiteindelik sou die deeltjie in sy teiken val en verskeie kernprosesse kan plaasvind. Sy eerste toestel is gemaak van & ldquowire en seëlwas en het waarskynlik altesaam $ 25 gekos. Die toestel sou bekend staan ​​as die siklotron.

Elke keer as Lawrence 'n funksionele siklotron geskep het, het hy onmiddellik sy oog op 'n groter siklotron gerig. Om die grootte van sy toestelle in die bank te begin opskaal, benodig hy egter hulp van ingenieurs. Hy was bevriend met 'n elektriese ingenieur by UC Berkeley met die naam Leonard Fuller, wat hom die magnete sou voorsien wat hy nodig gehad het. Hy was ook bevriend met Gilbert Lewis. Lewis was aan die UC Berkeley -chemie -afdeling wat Lawrence vir die fisika -afdeling was, behalwe dat Lewis nooit die Nobelprys ontvang het nie. (Volgens Coffey is dit omdat Lewis nie lekker met ander gespeel het nie, spesifiek die Nobelkomitee.) Lewis het ook deuterons ontdek, 'n belangrike deeltjie in die ontdekkings van die siklotron en rsquos. Met die hulp van Fuller en Lewis kon Lawrence 'n 27-duim siklotron bou. Hierdie toestel was so groot dat dit nie meer in die laboratorium pas nie. Lawrence het die stralingslaboratorium in 'n ander gebou gestig om sy siklotrone te huisves. Latimer Hall staan ​​vandag waar die & ldquoRad Lab & rdquo eens gestaan ​​het.

Figuur 3. Die 37 -duim siklotron wat in die Lawrence Hall of Science te sien is. Foto deur Deb McCaffrey.

Kernwetenskap word gebore

Met die Rad Lab se werking, het Lawrence en syne seuns en Ernest Lawrence -tentoonstelling vinnig begin om ontdekkings te maak. Die 27-duim-siklotron is herontwerp as 'n 37-duim-siklotron. Hierdie 37-duim-toestel het die eerste kunsmatige element verskaf: technetium. Dit was ook 'n belangrike deel van die Manhattan-projek, die Rad Lab kon uraan-235 magneties skei en sodoende die weg gebaan het vir die bom wat op Hiroshima neergegooi is. Die 37-duim-siklotron kan nog voor die Lawrence Hall of Science gesien word.

Natuurlik was 37 duim nog nie groot genoeg vir Lawrence nie. Hy het sy broer gehelp om 'n 60-duim siklotron te skep wat koolstof-14 sou ontdek en neptunium en plutonium sou sintetiseer. Sy meesterstuk was egter die 184-duim-siklotron wat hy gebou het nadat hy die Nobelprys ontvang het. Dit is nie verbasend dat hierdie toestel 'n nog groter fasiliteit benodig nie. 'N Gebou met 'n kenmerkende koepeldak is op die heuwel bo die kampus gebou om dit te huisves. 'N Ander rimpel was dat die spoed die grens sou bereik waar spesiale relatiwiteit in ag geneem moet word. Die toestel moes omgeskakel word na 'n sinchrocyclotron. Die twee belangrikste wysigings was om die RF -frekwensie te verander en een dee te vervang deur 'n oop weergawe van die dee (sien figuur 1 vir 'n herinnering aan hoe 'n dee lyk). Hierdie wetenskaplike bydrae tot fisika was kunsmatige mesone, maar die broer van Lawrence en John het dit ook gebruik om beduidende mediese vordering te maak. In 1958 is Ernest Lawrence oorlede en 'n geweldige nalatenskap agtergelaat.

Figuur 4. 'n Oorsig van die gevorderde ligbron vanaf die Doe Library -patio. Foto deur Deb McCaffrey.

Op die skouers van 'n reus

Alhoewel die 184-duim-siklotron nie meer bestaan ​​nie, is die kenmerkende koepeldak steeds die rand waar dit eens gestaan ​​het. Die Berkeley Radiation Laboratory het die Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory geword en die siklotron is vervang met 'n sinchrotron ligbron wat vandag nog gebruik word.

Verder op die heuwel vermaak die Lawrence Hall of Science gesinne met sy uitstallings en beïnvloed studente regoor die land met die ontwikkeling van die kurrikulum. Aan die ander kant van die rante streef die Lawrence Livermore National Laboratory na samesmelting. Hierdie instellings is 'n bewys van die wetenskaplike prestasies van Lawrence en rsquos. Belangriker nog, hy het die weg gebaan vir 'n nuwe paradigma van wetenskap, waar multidissiplinêre spanne bymekaar sou kom om kolossale eksperimente te bou op soek na die heelal en goed bewaarde geheime.

Coffey, P. (2008) Katedrale van die wetenskap: die persoonlikhede en wedywerings wat moderne chemie gemaak het. Oxford University Press.

Ernest Lawrence -uitstalling (n.d.) Lawrence Hall of Science

Hiltzik, M. (2015). Groot wetenskap: Ernest Lawrence en die uitvinding wat die militêr-industriële kompleks begin het. Simon en Schuster.

Lawrence Berkeley National Laboratory (1993) Bright Beams: The Advanced Light Source.


Lineêre versnellers

'N KORT GESKIEDENIS VAN DIE ONTWIKKELING VAN LINEARRE ACCELERATORS:

Die installering van die eerste kliniese lineêre versneller begin in Junie 1952 in die Mediese Navorsingsraad (MRC) se eenheid vir radioterapeutiese navorsing in die Hammersmith -hospitaal, Londen. Dit is in Februarie 1953 oorhandig vir fisika en ander toetse en het op 7 September daardie jaar pasiënte begin behandel. ”

Vandag - Duisende mediese lineêre versnellers word in hospitale regoor die wêreld gebruik en was effektief in die behandeling van miljoene kankerpasiënte. Navorsers gaan voort om die doeltreffendheid van mediese lineêre versnellers in die stryd teen kanker verder te verbeter. ”

FASE IN DIE ONTWIKKELING VAN LINEARRE ACCELERATORS:


1931 - 'n Kort tweede: die eerste siklotron

1937 - Eerste kliniese Van de Graaff -kragopwekkerbehandeling aan die Harvard Medical School.
1932-1940 — Die dekade van die siklotron
1940 — Die Betatron
1945 — Nuwe idees: Sinchroniese versnelling lei na die mikrotron
1947 — Meer sinchronisiteit: die elektron -sinchrotron

1947 - Eerste lineêre versneller wat op Stanford gebou is deur William Hansen en die Varian -broers.
1952 — Selfs hoër energieë: die Proton -sinchrotron
1952 - 'n Sterk sprong vooruit: die fokus van die balk
1953 — Synchrotrons word sterker

1953 - Pasiënt behandel met die eerste mediese lineêre versneller in die Hammersmith -hospitaal in Londen.

1953 - Dr. Henry Kaplan en fisikus Edward Ginzton ontwikkel die eerste mediese lineêre versneller in die Westerse halfrond. Die 6MV-eenheid is in die Stanford-Lane-hospitaal in San Francisco geïnstalleer.
1946-1954 — The Linac Grow Up: An Electron and Proton Linac

1960 - Varian Clinac ®6/100 bekendgestel, die eerste lineêre versneller met volledige rotasie van radioterapie.
1966 — Stanford raak ernstig oor die Linac: SLAC
1960 — The Storage Ring Collider
1969 - CERN betree die Collider Age
1970 - Duitsland sluit aan by die Collider Age
1981 — Die eerste Proton-Antiproton Colliders: CERN en FNAL

1981 - Bekendstelling van die Varian Clinac® 2500, die eerste mediese lineêre versneller met dubbele energie.

1985 - Philips stel die SL25® bekend, die eerste volledig digitaal beheerde mediese lineêre versneller.

1988 - Varian stel die Varian Clinac ® 2100C bekend, Varian se eerste rekenaarbeheerde versneller.

1997-Stanford gaan voort met sy navorsing met behulp van intensiteit-gemoduleerde bestralingsterapie, wat beelding kombineer met lineêre versnellers wat honderde dun strale uit elke hoek lewer.

2004-Vierdimensionele radioterapie word geïmplementeer, wat verantwoordelik is vir die beweging van asemhaling tydens beelding en bestralingsterapie.

Pioniers in die ontwikkeling van lineêre versnellers:

In 1958 was Karl Brown die eerste wat matriksalgebra gebruik het om magnetiese-optiese afwykings in gelaaide deeltjiespektrometers te bereken, wat deur fisici gebruik word vir die presiese ontleding van kern- en subkernstruktuur. Hy het 'n rekenaarkode genaamd TRANSPORT ontwikkel om die ontwerp van die toerusting te vergemaklik

Henry Kaplan en Ed Ginzton, PhD, professor in elektriese ingenieurswese en fisika, ontwikkel die eerste mediese lineêre versneller in die Westelike Halfrond, geïnstalleer in die Stanford-Lane-hospitaal in San Francisco.

1972 - Dr Peter Fessenden arriveer by Stanford en begin 'n lineêre versneller ontwikkel wat gewasselle bestry deur twee soorte straling te gebruik. In samewerking met Varian Medical Systems, Inc., skep die span van dr. Fessenden die eerste lineêre versneller wat beide X-straal- en elektronbehandeling kombineer.


Ernest Lawrence en die uitvinding van die siklotron

Op 8 Augustus 1901 was 'n baanbreker in die Amerikaanse kernwetenskaplike Ernest Orlando Lawrence is gebore. Hy het die Nobelprys vir Fisika in 1939 ontvang vir sy uitvinding van die siklotron. Hy is ook bekend vir sy werk oor uraan-isotoopskeiding vir die Manhattan-projek en vir die stigting van die Lawrence Berkeley Laboratory en die Lawrence Livermore Laboratory.

Ek is daarvan bewus dat wetenskaplike prestasie in die verlede gegrond is, deur baie tydgenote tot volle gestalte gekweek word en slegs in 'n gunstige omgewing floreer. Geen individu is alleen verantwoordelik vir 'n enkele trap op die pad van vooruitgang nie, en waar die pad glad is, is die vinnigste vordering. In my eie werk was dit veral waar. ”
- Ernest Orlando Lawrence, Nobelprys -banketrede (29 Februarie 1940)

Word groot in Suid -Dakota

Ernest Lawrence het grootgeword in Suid -Dakota. Sy ouers was afstammelinge van Noorse immigrante en het onderrig gegee aan die hoërskool in Canton, Suid -Dakota. Sy ma, Gunda, onthou sy enorme nuuskierigheid toe hy nog 'n kind was. Blykbaar het die tweejarige Lawrence daarin geslaag om 'n vuur met vuurhoutjies aan te steek en al sy klere af te brand. Sy ma onthou verder dat “ Ernest was altyd 'n gelukkige geaardheid en die lewe was vir hom die een opwinding na die ander, maar hy was ook altyd volhardend en volhardend!“. Met sy hoërskoolvriende het Lawrence 'n baie vroeë kortgolf-radiostasie gebou en later sy ervarings toegepas op die versnelling van protone [1,2].

Akademiese loopbaan

Lawrence het by die Universiteit van Suid -Dakota ingeskryf en kombuisware aan boerderye verkoop om sy opleiding te finansier. Hierdie opleiding was later nuttig, toe Lawrence wetenskaplike projekte aan regeringsamptenare en finansieringsagentskappe moes verkoop. Nadat hy sy baccalaureusgraad behaal het, het die jong fisikus by die Universiteit van Minnesota ingeskryf om sy meestersgraad te voltooi en het hy verhuis na Yale, waar Lawrence sy Ph.D ontvang het. in 1925. Voordat hy selfs 27 jaar oud geword het, aanvaar Lawrence 'n pos van lektor in Berkeley, waar hy drie jaar later die jongste professor in die instelling geword het [1]. In 1936 word hy ook direkteur van die stralingslaboratorium van die Universiteit en bly in hierdie poste tot sy dood [3].

Die Cyclotron

Daar word aanvaar dat hy geïnspireer is om te werk aan 'n meer kompakte versneller wat in die Berkeley-laboratoriums sou pas, terwyl hy 'n wetenskaplike artikel van Rolf Widerøe gelees het oor 'n toestel wat hoë-energie deeltjies vervaardig. Na die eerste werk aan die ionisasiepotensiaal van metaaldampe, het Lawrence die siklotron uitgevind in 1929. Die heel eerste siklotron wat hy gebou het, was blykbaar slegs 10 cm in deursnee en bestaan ​​uit koper, draad en seëlwas.In hierdie tydperk het Lawrence en sy navorsingsgroep 'n groter masjien gebou, waarmee hy verskillende elemente met versnelde deeltjies gebombardeer het. In seldsame gevalle is heeltemal nuwe elemente en honderde voorheen onbekende radioaktiewe isotope van bekende elemente gegenereer deur die deeltjie -bombardement. Hy het op 26 Januarie 1932 aansoek gedoen om patentbeskerming vir sy uitvinding in die VSA, wat hom op 20 Februarie 1934 verleen is.

Diagram van die werking van die siklotron uit die patent van Lawrence uit 1934

Radioaktiewe isotope en kankerterapie

Hy is uitgenooi na die Solvay-konferensie van 1933 om 'n voorlegging oor die siklotron te lewer en Lawrence het die apparaat in Junie 1937 uitgebrei tot 'n 37-duim-siklotron. Twee jaar later is dit vir die eerste keer gebruik om yster te bombardeer en sy eerste radioaktiewe isotope te vervaardig. Met 'n kragtiger siklotron kon hy die mesone in kosmiese straling vir die eerste keer in 1941 produseer, later studeer hy na antipartikels. In dieselfde jaar het die eerste kankerpasiënt neutronterapie van die siklotron ontvang.

Die Nobelprys vir Fisika

Ernest Lawrence is in 1939 met die Nobelprys vir fisika bekroon en was die eerste in Berkeley wat 'n Nobelpryswenner geword het. Die wetenskaplikes was ook bekend as 'n ongelooflike produktiewe skrywer. Die meeste van sy werk is gepubliseer in Die Physical Review en die verrigtinge van die National Academy of Sciences. Hy is versier met talle toekennings en pryse, waaronder Medal for Merit, en hy het eredoktorsgrade van dertien Amerikaanse en een Britse universiteit, die Universiteit van Glasgow [3].

Later lewe

Lawrence was 'n belangrike rol in die ontwikkeling van die atoombom tydens die Tweede Wêreldoorlog, na die oorlog het hy hom beywer vir 'n verbod op 'n kerntoets en was hy 'n lid van die Amerikaanse afvaardiging tydens die 1958 -konferensie in Genève oor die onderwerp. Na die oorlog het Lawrence hom intensief beywer vir die borgskap van groot wetenskaplike programme. Die 103de element van die chemiese periodieke tabel, Lawrencium (Lr), is na hom vernoem.

Ernest Orlando Lawrence is op 27 Augustus 1958 op 57 -jarige ouderdom oorlede.

By yovisto akademiese videosoeke, is u moontlik geïnteresseerd in 'n videolesing oor Deeltjieversnellers aan die Berkeley Universiteit deur professor Norman.


Cyclotron uitgevind - Geskiedenis

Hierdie inskrywing het bygedra deur Dana Romero

'N Toestel uitgevind deur E. O. Lawrence en MS Livingston in Berkeley in 1931 wat gebruik word om gelaaide deeltjies te versnel deur middel van 'n magnetiese veld. 'N Massadeeltjie m en hef q beweeg met 'n snelheid v sal interaksie hê met 'n magnetiese sterkteveld B waarvan die rigting loodreg op die vlak van sy reis met krag is

Die krag van die magnetiese veld is loodreg op die deeltjie se rigting, wat 'n sirkelvormige baan binne -in die siklotron tot gevolg het. Gelyke F met 'n sentripetale krag gee

gee die lading-tot-massa verhouding van die deeltjie in terme van bekende waardes vir v, B, en R.

Deeltjies in siklotrone straal straling uit wat siklotronstraling genoem word.

Livingston, M. S. Versnellers met hoë energie. New York: Interscience Publishers, 1954.

Livingston, MS en Blewett, J. P. Deeltjieversnellers. New York: McGraw-Hill, 1962.

Livingston, M. S. Deeltjieversnellers: 'n kort geskiedenis. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1969.

Mann, W. B. Die Cyclotron, 2de uitgawe. New York: Chemical Publishing Co., 1945.

Wilson, R. R. en Littauer, R. Versnellers: Kernfisika -masjiene. Garden City, NY: Anchor Books, 1960.


Geskiedenis

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.


Kyk die video: Past, Present and Future of Orbitrap Mass Spectrometry (November 2021).