※ [本文转录自 Gossiping 看板 #1MDsC_V9 ] 作者: jfsu (水精灵) 标题: Re: [问卦] 有没有 粒子加速器 的八卦啊?? 时间: Mon Nov 2 21:21:00 2015 ※ 引述《spadek89507 (Unlimited)》之铭言： : 粒子加速器-利用电场来推动带电粒子使之获得高能量。 : 日常生活中常见的粒子加速器有用於电视的阴极射线管及X光管等设施。 : 被加速的粒子置於抽真空的管中，才不会被空气中的分子所撞击而溃散。 : 在高能加速器里的粒子使用四极磁铁（quadrupole magnet）聚焦成束， : 粒子才不会因为彼此间产生的排斥力而散开。 : 粒子加速器有两种基本型式，环形加速器和直线加速器。 : 有没有八卦啊?? 在说到加速器时，我们不得不谈谈某位高人的事蹟。没有他的发明，别说是寻找 上帝粒子（「希格斯玻色子」（Higgs boson）），现在的一些放射医学可能都得晚个 几十年哩。 （司仪） 他低调，但是他才华洋溢， 他谦虚，但是受万人敬仰， 他实现了千百年来炼金术士的梦想， 点石成金！ 他究竟是神仙的化身，还是地狱来的使者， 没有人知道，(神秘地摇摇头...) 劳伦斯‧欧内斯特‧奥兰多（Lawrence Ernest Orlando, 1901.08.08~1958.8.27）， 美国物理学家。因发明了第一台高能粒子加速器：回旋加速器，获得1939年诺贝尔 物理学奖。 他出生於美国南达科塔州南部的坎顿(Canton)教师的家庭。小的时候因为太瘦而被戏称 为瘦皮猴。在他两岁时，因爱玩火柴差一点就变成志志雄真实。 中学时代，他和他最好的朋友梅尔塔夫（长大之後成为一个非常有成就的核物理学家） 自己动手架设了一台无线电发射台站，以NCC的眼光来看，他们搞了个违法的地下电台！ 不过，这样子的一个经验，日後却让他用来加速质子。（在台湾，可能只能卖卖成药， 或是宣传一下『位元堂』养阴丸～好似太阳咁温暖～） 劳伦斯聪慧博学，善於思考，也是个拥有快乐性格的人。除了对科学有浓厚兴趣外， 在其他活动中亦表现出非凡的才能。1916年，他进入南达科塔州州立大学作为医学预科 学生。课余时，他喜好操作无线电通讯。某天，他大胆地走入该校电气工程学院 迪恩‧路易士‧阿克利院长的办公室，并敲了下门。 「请进！」阿克利用着爽朗的声音说着。 「院长您好，我是劳伦斯‧欧内斯特‧奥兰多，医学院的学生。有件事想请你考虑一下」 看着眼前这位蓄着胡子又有礼貌的四眼仔，阿克利院长静静地听着劳伦斯的请求。 「你是说，你想建议学院购买一套无线电设备？」 「是的！一个电气工程学院的学生怎能不会操作无线电呢？而且如果有这套设备，就 　可以知道全美的消息，而且，无线电将会在我们的生活扮演一个非常重要的角色！」 「但是，这样的一套设备要不少钱哩！」 「院长，掌握篮板球，就可以称霸球场！掌握无线电就可以称霸世界！」劳伦斯振臂 疾呼着。 「都老梗了，还一直用。」阿克利咕哝道。 「不会很贵！100元还有找！」劳伦斯从上衣口袋掏出一张清单，里头条列着项目设备， 金额多少，需要多少天可以完成…。 「这张清单是我搅尽脑汁辛苦拟好的『刻骨铭心之无线电设备』话说，前几天我遇到 了儿时玩伴，他说：「电台无线美！」，脑海瞬间闪过这个念头，估算一下只要花 九十九点九九元就可以购买一整套的设备，连一百元都不到耶。而且随装还送耳麦 一个，若再加上九十九点九九元，就可以换到刻骨铭心的菊花型抱枕，听说这个抱枕 因为经过菊花加持，对於长期坐着操作无线电的屁屁有着妙不可言的功效！」 在劳伦斯回去之後，阿克利看着桌上的清单，再想想刚才眼前的小伙子，在自己任教的 岁月里，很少人能让他如此印象深刻。他叫来了助理，并调出了劳伦斯的入学资料。 隔天，劳伦斯再度出现在阿克利的办公室里头。 「你是不是很喜欢无线电呀？」 「当然！」 「那你毕业之後，是要推动无线电科学，还是立志要当个无线电电台播报员？」 「我只是想当个教育家。」 阿克利上下打量着他，心想，这家伙绝非池中物，若只当个老师就未免可惜了。这样 一个人才应该从事科学才对。 就在阿克利思索着同时，劳伦斯以为他正在考虑是否要买无线电设备。 「院长！请务必提拨这笔款项！」劳伦斯才说完，从裤子里掉出个班子。 「我本身是一个业余无线电爱好者，班子呢~是我拿来上螺丝用的。」 劳伦斯边说着将班子收入口袋。 下一秒，才弯腰要拣拾的时候，匡啷一声，地板上竟躺着一根铁鎚。 「诚如我说的，为了组装无线电设备，身上带着铁鎚也是件合理的事。」 阿克利一抹额头上冒出的汗：「你放心，这…这…笔款项我会尽快拨下来给你。」 「谢谢院长！」劳伦斯开心地答道，随後他拍拍腰际挂着班子与铁鎚喃喃自语： 「还以为这些家伙要派上用场哩…」 没多久，阿克利院长果然提拨了一笔钱下来，让劳伦斯顺利地组装一套无线电设备。 之後，他总是在课余时，找劳伦斯聊天。阿克利院长带着富有启发性的言语，一点一滴 地劝诱劳伦斯踏上一些科学伟人的征途。 在劳伦斯的房边里，总是挂着到康普顿、玻尔和拉塞福等物理界天才的照片，当然罗， 其中也包括了阿克利院长的相片。他的室友见此，问他为什麽，劳伦斯总是淡淡地说： 「因为， 　　　　爱。」 该年的暑假之後，他便跳槽到物理学院，并接受阿克利院一对一的指导，来弥补过去 对於物理学的不足。1922年，劳伦斯毕业之後，随即被阿克利院送到美国明尼苏达大学， 在那里他获得了物理学硕士。他的指导教授威廉‧法兰西斯‧格雷‧斯旺，对劳伦斯有很 深影响，使他对电磁场理论进行了深入的学习。在获得硕士学位之後，便跟随斯旺教授 转到芝加哥大学，在那里，他遇见了着名的年轻物理学家康普顿(A. H. Compton)教授， 并从他那里吸取了许多X射线实验的经验。 1925年，劳伦斯在以钾的光电效应为题在耶鲁大学完成博士学位。在这期间，业余从事 用示波器做显像实验（如果不是有人捷足先登，说不定他会取得发明电视机的专利。） 他兴趣广泛，思路开阔，深得同行的赞许。他成为一名助理教授於并续留在耶鲁大学 研究光电效应。1928年，他被任命为加州大学柏克莱分校物理系副教授，两年後，他 成为该校最年轻的教授。他一直在该校工作到晚年，使柏克莱加州大学由一所新学校 成了核物理的研究基地。 在谈到劳伦斯选择科学研究方向时，不得不说说当时的核物理学与基本粒子学正处於 崭新的一年，当时科学家已经发现了中子（正电子）与重氢（氘），并提出了质子-中子 的原子核模型，同时也建成了粒子加速器。在粒子加速器诞生之前，是用着像拉塞福 使用的〔镭〕辐射出的α粒子去撞击原子核，因为能量不足，强度也弱，效果毕竟是 有限的。劳伦斯深知，要研究原子核，必须人为地使粒子加速，才能取得更好的效果。 1928年前後，人们纷纷在寻找加速粒子的方法。当时实验室中用於加速粒子的主要设备 是变压器和整流器、冲击产生器、静电产生器、特士拉(Tesla)线圈等。这些方法全都要 靠高电压，可是电压越高，对绝缘的要求也越苛刻，否则仪器就会被击穿。 1929年初的一个晚上，劳伦斯正在大学图书馆浏览期刊苦思解决方案之际，无意中发现 在一本德文电气工程杂志上有一篇维德罗(Wideroe)的论文，讨论正离子的多次加速问题 。虽然劳伦斯的德文不太灵光，但他只是看看插图和仪器照片。 ＝底下是有点深度的论文，不喜可略过=＝底下是有点深度的论文，不喜可略过= 感谢大大无私的分享。 有下有推。 ＝以上是有点深度的论文，不喜可略过=＝以上是有点深度的论文，不喜可略过= 这篇论文吸引了他的注意，使他领悟到可以采用一种巧妙的方法来解决这个矛盾： 「不用直线上那许多圆柱形电极，可不可以靠适当的磁场装置，只用两个电极，让 正离子一次一次地来往於电极之间？只要证明均匀磁场恰好有合适的特性，在磁场中 转圈的离子，其角速度与能量无关。这样它们就可以以某一频率与一振荡电场共振， 在适当的空心电极之间来回转圈。（这个频率後来叫做『回旋频率』）。 简而言之，他希望用磁场把粒子限制在一个圆圈里面，粒子在里头不断地循环，不断地 加速。此时，如果把原子靶放在圆形电极的周围，让这些带有高能量的粒子去轰击它， 使原子核破裂，这样一来就可以研究核内的性质。 在一次学校的讨论会上，他再次振臂疾呼，热情的措词，慷慨激昂的语调，随身携带着 班子与铁槌交错闪耀在讲台前…。可惜的是，校内的教授，甚至是同事莫不抱持的保守 的态度，认为这些都是理论上的东西，要实现它太困难了。 「你造个阿姆斯特朗炮要干嘛呢？你想跟谁开战啊？」摇头声与嘲笑声此起彼落。 「你错了！我要造的是新阿姆斯特朗炫风喷射阿姆斯特朗炮（Neo Armstrong Cyclone Jet Armstrong Canon），我要用它来战你老木！！」 1930年春，劳伦斯让他的一名研究生爱德勒夫森(Nels Edlefson)做了两个结构简陋的 回旋加速器模型。真空室的直径只有4英寸，其中的一个还真的显示了能工作的迹象。 同年9月，美国科学院在柏克莱开会，劳伦斯在会上宣布了这一新方法，并向与会者展示 了小模型。在这微型回旋加速器上加不到1千伏的电压，可使质子加速到80000电子伏的 速度，也就是说，不到1千伏的电压达到了8万伏的加速效果。 这次实验标志了回旋加速器的成功。 他的一个学生，史坦利‧李文斯顿(M. S. Livingston)，用黄铜和封蜡作出了直径 4.5英寸的真空室，它加速氢离子（质子）到13000电子伏特（eV）。不久，劳伦斯着手 建立第二个回旋，建成後，它加速质子到120万电子伏特，这能量足够引起核解体。 1932年，劳伦斯建成了11英寸的仪器，可把质子加速到1.25百万电子伏 (MeV)，轻而易举 地实现并验证了英国卡文迪西实验室的科克饶夫(J. D. Cockcroft)和瓦尔顿(E. T. S. Walton)用高压倍加器作出了锂(Li)转变实验。这次实验的成功，显示了回旋加速器的 优越性，使科学界认识到它的意义，许多放射性同位素陆续在柏克莱发现，柏克莱加州 大学成了核物理的研究中心，并把生产出来的放射性同位素提供给医生、生物化学家、 农业和工程科学家，以供推广应用，包括放射性碘治疗，首次治疗甲状腺功能亢进症。 此外，他提出了利用中子束治疗癌症。 1936年，在劳伦斯主持下，37英寸的回旋加速器改装完成，使粒子能量达到6MeV。用它 测量了中子的磁矩，并且产生出了第一个人造元素--鎝(Tc)。 同年3月28日，千百年来，炼金术士梦寐以求的梦想终於成为事实。劳伦斯利用回旋 加速器产生了11MeV的粒子束，第一次将铂元素变成了黄金。（最初卢瑟福尝试，用天然 放射性物质发射出的高速α粒子（即氦原子核）轰击氮核，得到了氧核。） 在1939年，用加速器提供的α粒子的能量已经达到了百万兆电子伏。用这些高能量的 『炮弹』轰击其他原子核，引起了许多新的核衰变，使普通的物质转变为放射性比居里 夫人发现的天然镭还要强的人工放射性物质，并放出巨大的能量，这也是放射性元素能 够应用於生物学和医学的一个重要条件。（历史上，回旋加速器还对核力和核裂变问题 的研究起过极其重要的作用。现在，它仍然是核子物理实验中的一种重要设备。） 一台大型的回旋加速器，从设计、制作、装设、调试直到进行各项实验活动，都需要 各种人才的分工合作，互相配合。劳伦斯雄才大略，能吸引年轻人追求新知， 找到金主（洛克菲勒基金会捐140万美元），组成研究团队。 他特意补充了一名年轻的无线电工程师斯朗(D. Sloan)作为研究生，专为新机器修建 振荡器。新机器开动不久，他又找了位年轻的博士後研究员库理(F. N. D. Kurie)， 让他发挥所学的威尔逊云雾室技术。後来认识到盖革计数器对研究放射性有重大意义， 就找到一位叫库克塞(C. D. Cooksey)的专家来领导这项工作。 到1969年代，劳伦斯实验室出了八位诺贝尔奖得主。 二战期间，他的辐射实验室成为曼哈顿计画成败关键：广岛原子弹的核心铀235， 是以他开发的电磁分离法在橡树岭提炼出来（卡留管（calutron）同位素分离器是他的 专利，他以一美元的价格便转让给美国政府。劳伦斯认为藉由科学发现所获得的财富 不该为个人牟利。）制造长崎原子弹的新元素钸，亦在他的实验室发现。 然而，劳伦斯仍不愿加速器停留在这个水准。他认为，在这个水准上工作，还远不足以 发现微观世界的奥秘，所以新的一代回旋加速器又在设计之中。1944~1945年，苏联物理 学家维克斯列尔与麦克米兰(E. M. McMillan, 1951年荣获诺贝尔化学奖)分别发现回旋 加速器能量受到限制的主要原因是相对论效应，即粒子的质量会随速度的增大而增大。 当能量很高时，粒子速度非常快，其质量就不能看成是常数，因此，粒子绕一周所费的 时间也将逐渐增大。如果高频电压的频率保持不变，在一周中必将有一段时间电磁力 对粒子的运动起阻碍作用，造成『不同步』。同步加速器的高频电压频率随粒子的速度 改变，保持同步关系，所以就可以使粒子得到更高的能量。根据这一原理重新设计了 加速器，麦克米兰称之为同步回旋加速器（synchrocyclotron），它能够激发质子到 350兆电子伏特。有了这台机器，劳伦斯将氘核剥离而发现氮的同位素(氮17)。 1948年，劳伦斯来到原子能委员会希望能采购建造贝弗质子同步加速器（Bevatron）， 後来用它发现了反质子。1941年，该仪器亦用来产生人为的宇宙粒子（称为介子）， 而这机械被戏称为『原子粉碎机』。从此，劳伦斯打开了核物理学崭新的一页，它不但 让人类对物质结构的认识进入了更深的一个层次，亦以更积极的方式探索自然。 1958年，在艾森豪威尔总统的请求下，劳伦斯前往日内瓦参加与苏联的谈判，商讨并 拟议禁止试验核武器。在日内瓦期间，他病倒了，不得不返回柏克莱，随即被送到医院 手术。在他最後几天，他对妻子说：「我希望我能有更多的休息时间，但我的良心不会 让我如此。」为什麽他要这麽拼？理由很简单，先前提过，就是他发明了新的铀分离 技术而做成了原子弹。病重的他一心仍挂念这点。 同年8月27日，劳伦斯因病去世，终年57岁。为了表彰他的贡献，柏克莱加州大学辐射 实验室改名为劳伦斯辐射实验室。1961年4月美国出版的《物理评论》中登载出关於 发现103号元素的最早报导。这个新元素是用约70MeV的硼-10和硼-11的原子核轰击3微克 的鉲-250和鉲-249获得的。发现者为了纪念劳伦斯，将它命名为Lawrencium(元素符号为 Lw，後来改为Lr)，即元素铹(原子序数103，是人工放射性元素) 最後，我们聊聊他获得诺贝尔奖的两三事。 1938年，诺贝尔物理学奖公布的日子即将到来，该年的得主不是美国的劳伦斯就是义大利 的费米。获奖的当天，劳伦斯仍和往常一样，正前往实验室途中。只是一到门口，就被 团团的记者围住，镁光灯闪个不停。 「劳伦斯先生！可否说说你现在的心情？」 「在遥远东方，中国的孔老夫子曾说过：初恋无限美。等通知的心情，就像初恋的少女 等情人，既怕他不来，又怕他乱来 。」劳伦斯叹了口气说。 「这意境真是高啊…」一群人遥望天际无不点头如捣蒜。 咳咳～OK，以上是瞎掰的。事实是，劳伦斯一看到众人围在他的实验室，吓得连忙回家 躲着。上午十点左右，消息终於公布，是费米得奖。他开心地走出门，挥挥手对着记者 说：「费米能获奖，可真是当之无愧！」 劳伦斯，他就是这麽一个低调的人。 当他再度出门到了实验室之後，他拿起一瓶摆在桌上原先要用来庆祝的香槟，正准备给 自己倒满一杯时，看到一位满脸沮丧的同事，他拎起瓶子走过去并象徵性地鼓励拍了 对方的屁股：「ㄟㄟㄟ…叹气什麽啊！我们还有很多事要做哩！我的目标不是诺贝尔奖， 而是要将美国成为如哥本哈根、剑桥这类知名的研究中心！」 「劳伦斯先生，关於这点，我能理解。但我想问的是，你方才对我做了什麽…」 这位同事点点头，难为情地揉揉屁股说。 劳伦斯望着手上不见的香槟瓶子，竟一时语塞。 1939年11月，又来到了诺贝尔奖公布的时间。 此时的他正在柏克莱网球俱乐部打球，当他接到电话，一头传来祝贺他的声音，他只是 淡淡地道了谢，挂上电话後，他抄起一只球拍默默走向身旁的一位同事…。 为了表彰劳伦斯发明回旋加速器的功绩，1939年诺贝尔物理奖颁给了劳伦斯，不过由於 第二次世界大战，直到1951年才举行领奖仪式。 以上就是回旋加速器的发明者〔劳伦斯〕的故事。 参考 & 改编 1.wikipedia 2.科学五千年 3.http://www.scu.edu.tw/physics/science-scu/M301/nobel.htm 4.http://songshuhui.net/archives/47615 5.阿拉伯的劳伦斯 最後宣传一下免费的线上科普漫画： 物理萌史 http://physicstory.pixnet.net/blog 哥白尼、法拉第 粉丝团 https://www.facebook.com/physicsmanga --

※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc), 来自: 123.195.35.123 ※ 文章网址: https://webptt.com/cn.aspx?n=bbs/Gossiping/M.1446470463.A.7C9.html ※ 编辑: jfsu (123.195.35.123), 11/02/2015 22:35:44 ※ 编辑: jfsu (123.195.35.123), 11/02/2015 22:37:29

※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc) ※ 转录者: NoPTT (1.160.120.202), 11/03/2015 19:42:33