Ернест Орландо Лоренс (; -) — американски пионер во јадрените науки и добитник на Нобеловата награда за физика во 1939 за неговиот изум, циклотрон. Тој е познат за неговата работа за издвојувањето на ураниумови изотопи за Проектот „Менхетн“, и по основањето на Берклиската и Ливерморската национална лабораторија.
Дипломирал на Универзитетот на Јужна Дакота и Минесотскиот универзитет. Лоренс докторирал физика на Јеил во 1925 година. Во 1928 година, тој бил вработен како вонреден професор по физика на Калифорнискиот универзитет, за после две години да стане најмладиот професор кој работи таму. Додека бил во библиотеката една вечер Лоренс бил заинтересиран од еден дијаграм на забрзувач кој произведува високоенергетски честички. Тој размислувал како тоа може да се изведе покомпактно и ја добил идејата за кружни забрзувања вокомората помеѓу половите на електромагнетот. Резултатот бил првиот циклотрон.
Подоцна Лоренс изградил низа од поголеми и поскапи циклотрони. Неговата Зрачна лабораторија станала официјален оддел на Калифорнискиот универзитет во 1936 година, а Лоренс директор. Покрај употребата на циклотроните во физиката, тој исто така ја поддржувал употребата за медицински истражувања на радиоизотопи. Во текот на Втората светска војна, Лоренс развил електромагнетно раздвојување на изотопите во Зрачната лабораторија. Се копристеле уреди наречени калутрони, хибрид помеѓу стандарден лабораториски масен спектрометар и циклотрон. Во Оак Риџ, Тенеси била изградена огромна фабрика за електромагнетна поделба, наречена Y-12. Процесот бил неефикасен, но функционален.
По војната, Лоренс се застапуваше за владино спозорство на големите научни програми и бил силен застапник на „Големата наука“, со побарувањата за големи машини и многу пари. Лоренс силно ја поддржал кампањата на Едвард Телер за втора лабораторија за јадрено оружје, која Лоренс ја сместил во Ливермор, Калифорнија. После неговата смрт, намесниците на Калифорнискиот универзитет ги преименувале во Ливерморска национална лабораторија и Берклиска национална лабораторија — обете со име „Лоренс“. Хемискиот елемент 103 бил именуван лоренциум во негова чест после неговото откривање на Беркли во 1961 година. Младост Ернест Орландо Лоренс е роден во Кантон, Јужна Дакота на 8 август 1901 година. Неговите родители Карл Густав и Гунда (моминско Јакобсон) Лорес, се потомци на норвешки имигранти кои се запознале додека предавале во средното училиште во Кантон, каде што неговиот татко бил управник на училиштето. Тој имал помлад брат, Џон Лоренс, кој станал доктор и бил пионер во полето на јадрената медицина. Неговиот најдобар другар, Мерл Тјув, исто така станал јадрен физичар.Childs 1968, pp. 23–30.
Лоренс се образувал во јавните училишта на Кантон и Пјер, а потоа се запишал на универзитетот „Св. Олаф“ во Нортфиелд, Минесота, но после една година се префрлил на Јужнодакотскиот универзитет во Вермилион.Childs 1968, pp. 47–49. Тој ги завршил додипломските студии по хемија во 1922 годинаChilds 1968, p. 61., и магистрирал физика на Минсесотскиот универзитет во 1923 година под надзор на Вилијам Франсис Греј Сван. За неговиот магистарски труд, Лоренс изградил експериментален апарат кој ротирал елипсоид низ магнетно поле.Childs 1968, pp. 63–68."Inventor of cyclotron dies after surgery" Eugene Register-Guard. Associated Press. August 28, 1958. p. 5b. Retrieved May 24, 2015.Berdahl, Robert M. (December 10, 2001). "The Lawrence Legacy"
. Vermillion, South Dakota: University of California, Berkeley. Office of the Chancellor. RetrievedMay 9, 2014.
Лоренс заминал со Сван на Чикашкиот универзитет, и потоа и на Јеил во Њухејвен, Конектикат каде Лоренс докторирал физика во 1925 година како МИТ соработникAlvarez 1970, pp. 253–254.. Неговата докторска теза ја напишал проучуајќи го фотоелектричниот ефект на калиумова пареа.Alvarez 1970, p. 288.Lawrence, Ernest Orlando (August 1925). "The photoelectric effect in potassium vapour as a function of the frequency of the light". Philosophical Magazine 50 (296): 345–359. doi:10.1080/14786442508634745
. Тој бил избран член на Сигма Кси, и, по препорака од Сван, добил стипендија од Националниот совет за истражување. Наместо да патува низ Европа, како што било вообичаено во времето, тој останал на Јеил со Сван како истражувач.Childs 1968, p. 93.
Со Џеси Беамс од Вирџинискиот универзитет, Лоренс продолжил да го истражува фотоелектричниот ефект. Тие покажале дека фотоелектроните се појавуваат по 2 x 10−9 секунди по судирот на отоните со фотоелектричната површина – близу до границата на мерење на времето. Намалувајќи го времето на оддавањето преку вклучување и исклучување на светлосниот извор спектарот на оддадената енергија станал поширок, што е во согласност со Хајзенберговиот принцип на неопределеност.Alvarez 1970, p. 256. Рана кариера Во 1926 и 1927 година, Лоренс добил понуда да работи како доцент на Вашингтонскиот универзитет во Сиетл и Калиорнискиот универзитет за плата од 3500 долари годишно. И универзитетот Јеил исто така му понудиле доцентско место но со плата од 3000 долари годишно. Лоренс останал на попрестижниот ЈеилChilds 1968, pp. 107–108., но бидејќи никогаш не бил обучувач, неговото назначување предизвикало негодувања кај некои од неговите колеги, и сето ова се должело на неговото имигранско потекло.Childs 1968, pp. 120–121.
Лоренс бил вработен како соработник по физика на Калифорнискиот универзитет во 1928 година, и две години подоцна станал најмалдиот професор на универзитетот. Роберт Гордон Спраул, кој станал претседател истиот ден кога Лоренс станал професорChilds 1968, p. 256., бил член на Бохемскиот клуб, и го спонзорирал Лоренсовото членство во 1932 година. Преку овој клуб Лоренс ги запознал Вилијам Хенри Крокер, Едвин Поли и Џон Френсис Нејлан. Тие биле влијателни луѓе кои му помогнале да обезбеди пари за неговите истражувања на енергетските јадрени честички. Постоела голема надеж за медицински придобивки со развојот на честичната физика и ова придонело да се обзбедат средства за многу првични откритија.Brechin 1999, p. 312.
Додека е на Јеил, Лоренс ја запознава Мери Кимберли (Моли) Блумер, најстарата од четирите ќерќи на Џорџ Блумер, деканот на училиштето за медицина при Јеил. Тие првично се запознале во 1926 година, а се свршиле во 1931 годинаAlvarez 1970, p. 259. и направиле свадба на 14 мај 1932 година, во Црквата „Св. Троица Тревничка“ во Њу Хејвен, Конектикат.Childs 1968, p. 182. Тие имале шест деца: Ерик, Маргарет, Мери, Роберт, Барбара и Сузана. Лонерс го крстил својот син Роберт по теорискиот физичар Роберт Опенхајмер, неговиот најблизок другар на Беркли.Childs 1968, p. 309.Herken 2002, pp. 11–15.Kiessling, E.C. (December 17, 1968). "Even geniuses have human frailties" . Milwaukee Journal. p. 24, part 1 Во 1941 година сестрата на Моли, Елзи се омажила за Едвин Мекмилан, кој подоцна ја освојува Нобеловата награда за хемија во 1951."The Nobel Prize in Chemistry 1951". Nobel Foundation. 2014. Retrieved 21 June 2015.
Развојот на циклотронот
Изум Изумот кој му донел светска слава на Лоренс започнал како скица на салфета. Во библиотека, една ноќ во 1929 година, разгледувајќи запис од Ролф ВидероеWiderøe, R. (December 17, 1928). "Ueber Ein Neues Prinzip Zur Herstellung Hoher Spannungen". Archiv für Elektronik und Übertragungstechnik (in German) 21 (4): 387 бил заинтересиран од еден дијаграм."Breaking Through: A Century of Physics at Berkeley. 2. The Cyclotron." . Bancroft Library, UC Berkeley. February 25, 2012. Archived from the original on February 25, 2012. Тој прикажувал уред кој создавал високоенергетски честички преку последователни мали „притискања“. Овој уред бил прикажан како права линија кој користел подолги електроди.Heilbron & Seidel 1989, pp. 75–82. Во ова време, физичарите само што започнале да го истражуваат атомското јадро. Во 1919, новозеладскиот физичар Ернест Радерфорд насочил алфа-честички во азот и успеал да отстрани протони од некои јадра. Но јадрата имале позитивен полнеж што ги одбива другите позитивно наелектризирани јадра. Протоните се поврзани со голема сила, која тогашните физичари започнале да ја разбираат. За да се разделат, дезинтегрираат, потребна е голема енргија од неколку милиони волти.Heilbron & Seidel 1989, pp. 46–49. thumb|297x297px| Дијаграм на патентираниот лоренсов циклотрон во 1934 |left Лоренс забележал дека таков забрзувач на честички наскоро би станал предолг и непрактичен за универзитетската лабораторија. Размислувајќи како да го направи забрзувачот компактен, Лоренс решил да постави округла забрзувачка комора помеѓу половите на електромагнет. Магетното поле би ги држело наелектризираните протони во спирален пат така што тие би биле забрзувани помеѓу две полуокругли електроди поврзани со наизменичен потенцијал. По изминати сто круга, протоните би се судриле со целта како зрак од високоенергетски честички. Лоренс возбудено им кажал на своите колеги дека пронашол начин да создава високоенергетски честички без употреба на висок напон.Heilbron & Seidel 1989, pp. 83–88. Тој првично работел со Ниелс Едлефсен. Нивниот прв циклотрон бил направен од месинг, жица и восок, со пречник од 10 cm – можел да се држи во една рака и веројатно чинел околу 25 долари."Remembering E. O. Lawrence " . Science & Technology Review. Lawrence Livermore Laboratory. October 2001. Retrieved August 25, 2013.
На Лоренс му биле потребни способни студенти да ја развие идејата. Едфелсон заминал да работи како помошник професор во септември 1930 година. Лоренс го заменил со Дејвид Слоан и Милтон Ливингстон кои работеле на развојот на забрзувачот на Вилдерое и циклотронот на Едфелсон. Двајацата имале своја финасиска поддршка. Двата дизајна се докажале како практични, и до мај 1931 година, линискиот забрзувач на Слоан бил способен да забрзува јони до 1 MeV.Heilbron & Seidel 1989, pp. 89–95. Ливингстон имал голем технички предизвик, но кога тој го вклучил циклотронот ( со пречник од 28 cm) на 2 јануари 1931 тој употребил напон од 1.800V добил протони со енергија од 80.000 eV . Една недела подоцна тој постигнал 1,22 MeV со 3.000 V, повеќе од доволно за неговата докторска теза за израборка на циклотронот.Heilbron & Seidel 1989, pp. 95–100.
Развој thumb|300x300px|Средба помеѓу Ернест Лоренс, Артур Комптон, Ваневар Буш, Џејмс Б. Конант, Карл Т. Комптон и Алфред ли Лумис на Беркли во 1940 каде го планирале 4.67 м циклотронот Повторувајќи се, при првите знаци на успех, Лоренс започнал да планира нова, поголема машина. Лоренс и Ливингстон нацртале скица за 69 cm циклоторн во 1932 година. Магнетот за 28 cm циклотрон тежел 2 тона, но Лоренс нашол поголем 80 тонски магнет во складилиштето за отпад во Пало Алто за 69 cm циклотрон, чија намена била за прекуокеански радиокомуникации за време на Првата светска војна.Herken 2002, pp. 5–7."The Rad Lab – Ernest Lawrence and the Cyclotron " . American Institute of Physics. Retrieved September 22, 2013. Во циклотронот, тој имал снажен научен инструмент, но ова не довело до научни откритија. Во април 1932 година, Џон Кокрофт и Ернест Волтон во Кевендишовата лабoраторија во Англија изјавиле дека бомбардирале литиум со протони и успеале да го трансмутираат во хелиум. Се покажало дека потребната енергија е многу мала т. е. во рамките на способноста на 28 cm циклотронот. Откако Лоренс слушнал за експериментот побарал да се проверат резултатите. На екипата и било потребно до септември да го докажат, бидејќи недостасувале соодветните апарати.Heilbron & Seidel 1989, pp. 137–141.