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历史沿革
2010-12-22 |文章来源: | 浏览次数:  |

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1928年——Ernest Lawrence以物理副教授的身份从耶鲁大学来到加州大学伯克利分校,计划继续从事光电学的研究。(右图)

1929年初——Lawrence看到Rutherford提出的产生快粒子的方法,他认为自己知道如何改变它并能实现。他考虑通过将磁场中与轨道平面垂直的粒子轨道弯转使粒子再循环,以便每圈将粒子加速两次。Lawrence说服了Livingston和David Sloan离开通用电气研究实验室到伯克利作研究生,从事改进回旋加速器技术的研究。

1930年——Sloan建造较大型的Wideroe重离子直线加速器。

1931年1月——在美国物理学会的一次会议上,报告了Lawrence和他的研究生M. Stanley Livingston建造的第一台回旋加速器(左图)将几个氢分子离子加速到80,000 eV的结果。

1931年8月——Lawrence在加州大学伯克利校园获得一个废弃的实验室,用来安放他的第一台回旋加速器。该实验室成为回旋加速器先驱者的大本营。他招募了许多杰出的、精力充沛和埋头工作的忠实追随者,比如Luis Alvarez, Donald Cooksey, John Lawrence, Edwin McMillan和Robert Thornton等。Sloan完成了一个1.14米长能够产生1.2MeV水银离子,接近百万分之一安培的管子。(右图为David Sloan在实验室工作)

1932年1月——联邦电报公司的一块大型磁铁运到老的工程测试实验室,后重新命名为“辐射实验室(左图),即LBNL的前身。Livingston造了一台11英寸的回旋加速器。与Sloan一起,他利用联邦电报公司的一个水冷管制造了一台高功率的高频振荡器,加速电压达50 kV,频率高达20,000,000赫兹。大的磁铁移到新的实验室时,11英寸的回旋加速器(右图)的流强为十亿分之一安培,能量为1.22 MeV。

Lawrence、Livingston和David Sloan全年拼命工作,以使他们75吨重的磁铁极之间产生束流。当年夏季,为实现原子核分裂,Lawrence请他的老朋友Donald Cooksey为他建造探测器。Cooksey和他的一个学生在伯克利为 Lawrence建造成功所需要的探测器。12月,一台新的27英寸的回旋加速器(左图)产生了4.8 MeV的氢离子。

1934年初——居里夫妇在实验中发现放射性物质。Lawrence和他的学生们在《自然》杂志上看到这一报道后半小时内就又再现了居里夫妇的发现,称“核物理明显提供了一个非常昂贵、复杂和有趣的研究领域。”在罗马的Enrico Fermi组显示中子实际上诱发所有元素的活动。Lawrence拥有了世界上最强大的中子束流,再次确认和扩展了Enrico Fermi组的实验结果。

1934年3月——Lawrence和他的学生一直从事中子、质子、氘核和阿尔法粒子产生人造同位素的研究。他开始寻找有用的放射性同位素后不久,就通过用氘核轰击岩盐有效地制造出钠-24。他用他的回旋加速器(右图)生产了其他的同位素,如磷-32、碘-131、钴-60、锝-99并发现在医学上具有重要的应用。

1936年——辐射实验室作为加州大学物理系的一个独立实体正式建立,Lawrence指定Cooksey为所长助理。Lawrence被任命为加州大学工程学院院长。改组后的实验室致力于核物理的研究,而不是刚成立时的加速器物理研究。

1937年9月——一台新的37英寸回旋加速器产生8 MeV氘核。(左图为Lawrence在37英寸回旋加速器的控制台前

1939年6月——60英寸回旋加速器首次运行,发射出16 MeV氘核。 9月,德国纳粹发动第二次世界大战。Lawrence宣布建造一台100 MeV回旋加速器计划。由于担心德国的科学家根据核裂变原理设计出原子弹,所以美国决定搞原子弹。Lawrence的新加速器磁铁作为战时优先项目加以完成,它有助于开发制造第一个核爆炸装置所用的机械。Lawrence获得诺贝尔物理奖。

1940年4月——Lawrence从洛克菲勒基金会得到建造新加速器的主要一笔140万美元经费,用于购买一台磁铁截面直径为184英寸的回旋加速器。Lawrence认为,该加速器将开辟超越100 MeV的物理前沿,会发现完全没有预料到的特点和有极重要的发现,它还可能引起人为的链式反应,开启核能的巨大宝库。Edwin McMillan发现U-239。珍珠港事件发生后,Lawrence被授权继续进行钚的研究。

1942年1月——由于一切为了战争,材料非常紧缺,不得不实行配给制。辐射实验室被定为A-1优先级用钢。184英寸磁铁被定为作战装置(右图)。磁铁被放在一个大的质谱仪里,实验Lawrence将U-235从U-238分离出来的可行性。

1942年3月——Lawrence利用实验室的经费改进了37英寸的回旋加速器进行初步演示,成功地将可裂变的同位素浓缩为铀的样品。Glenn Seaborg应邀加入Compton和Fermi开发钚产生后将其分离的化学工艺。4月17日,Glenn Seaborg用公文包带着钚乘火车前往芝加哥。Glenn Seaborg的工作并未使在伯克利的钚研究工作结束。Wahl继续研究镧-氟化物过程。化学院院长Wendell Latimer指导这项工作,并开始研究热对钚生产反应堆中使用的材料的影响。与此同时,Hamilton组检查快中子对石墨减速剂的影响。

1942年10月——辐射实验室的管理模式发生变化,部门分开,管理层次增加,制订了相关手续,加强安全管理。

1943年5月1日—— 辐射实验室的人员增加到826人,外加65名警卫。8月,由橡树岭建造的电磁集合体的轨道运行中出现故障,Lawrence和其他人从伯克利前往进行诊断。

1944年6月——辐射实验室的总人数接近1200人。7月,经过连续20000小时运行后,60英寸回旋加速器(左图)停机检修。Lawrence起草并修改曼哈顿工程未来计划。

1945年3月——Lawrence写信给曼哈顿工程,提出接受7百万—1千万用于战后辐射实验室第一年的运行费用。 Alvarez和 McMillan从LANL回到辐射实验室。Groves授权完成184英寸的同步回旋加速器并建造一台电子同步加速器。Alvarez获得设计产生2000 MeV质子直线加速器初步工作的经费支持;Seaborg从芝加哥返回领导核化学,从事放射性同位素的研究。

1945年7月16日——美国第一颗原子弹在新墨西哥州爆炸成功,几周后美国在长崎投下一颗原子弹。

战争将整个实验室都动员起来,核医学、核物理和核化学也被动员起来。Hamilton和他的同事们研究了裂变产物对生理学的影响。LBNL的Donner实验室的John Lawrence和他的同事们调查了高度飞行产生的生物学后果。利用惰性气体放射性同位素,他们揭开了减压疾病和其他疾病的奥秘,在低压室模拟高海拔度试验了1500人。实验室示踪物的研究为了解气体的循环和扩散,像氧气设备、降落伞开启器这样的实用设备以及用毛细血管测量血液的循环和灌注的方法起了基本的作用。

1946年 11月1日——184英寸同步回旋加速器首次出束(下图)。二战结束后,辐射实验室迅速恢复起来。

老辐射实验室的科学家们在Melvin Calvin(右图)的领导下,利用碳-14和离子交换、纸色谱分析法和放射性照相术新技术,绘制了碳在光合作用中的轨迹。

1946年至1949年期间,辐射实验室不到30%的服务部门直接与军事问题有关,其余的工作集中在Crocker 实验室。该实验室有一个小组参加了在比基尼岛的核试验,它告诫海军要清除核爆炸对船的污染。它研究了放射性浮悬颗粒和裂变产物对生物学的影响。战后前几年辐射实验室的其他的防卫工作涉及分离可裂变元素。

1947年——医学上开始应用新元素。今天普遍使用的70个人造放射性核素的一半首先在回旋加速器上产生,其中一半在辐射实验室被发现或首先合成。8月,Lawrence说服原子能委员会里主要反对加强基础研究的研究局长James Fisk承认加强基础研究的必要性。

Brobeck设计了一台10 BeV质子加速器(左图),造价相当184英寸回旋加速器的10倍。设计遇到了许多技术的不稳定性。为帮助解决这些问题,辐射实验室建了一个1/4的模型。

1948年——美国原子能委员会停止研制分裂同位素的电磁装置。Alvarez的直线加速器建成,束流流强达到0.4 mA。年末,Lawrence的多学科设施蓬勃发展起来。在“热实验室”,Seaborg, Albert Ghiorso, James Kennedy, B. B. Cunningham和其他人详细阐述锕类元素的丰富和各种各样的化学特性;Seaborg和他的助手们在60英寸的回旋加速器上又合成了锫(97)、锎(98)和钔(101)。

1948年12月——340MeV的电子同步加速器(右图)首次出束(从1945年起在Edwin McMillan的指导下开始设计)。

1949年11月——R. Bjorkland、W. E. Crandell、B. J. Moyer和H. York观测到来自184英寸同步回旋加速器的质子轰击来自靶的光子产生的几对电子。

1950年1月——Lawrence向美国原子能委员会建议建造一台25 MeV高流强直线加速器模型。4天后,他要求建造一台产生350 MeV氘核,每天制造1克中子的加速器。原子能委员会批准在LIVERMORE海军航空基地建造加速器模型MARK-I(左图为MARK-I的真空室),用于生产核武器和辐射战争中使用的钋。4月J. Steinberger, W. Panofsky和J. Steller在实验中,利用McMillan建造的电子同步加速器产生的X射线的准直束打靶产生光子。夏季,朝鲜战争爆发后,开始研制MARK-II(右图),用于生产氚和钚。

1951年——Edwin McMillan和Glenn Seaborg因发现第一批超铀元素而分享诺贝尔化学奖。Lawrence开始力劝建造强流强、强聚焦回旋加速器MARK-III,以试验扇区聚焦原理,但原子能委员会未予批准。

1952年——MARK-I建成。8月7日,原子能委员会终止MARK-II。

1953年11月——MARK-I关机。

1954年—— 在建造1/4的模型加速器实验的基础上,设计参数几经修改,6 BeV质子加速器建成,使其能够产生反物质。11月19日,Alvarez在建造了两个粒子探测器的基础上,建造的第三个液氢泡室在6 BeV质子加速器上运行。

1957年——建造了一台重离子加速器。利用它合成了锘(102)和铑(103)。辐射实验室获得一台IBM650计算机。该计算机和伯克利校园里的一台IBM704完成了数据分析和第一个泡室系统。Frank Solmitz和Arthur Rosenfeld首次实现了重建由Franckenstein室提供的轨迹,并将它们与假设的相互作用轨迹加以比较。

1958年——授权建造88英寸扇区聚焦回旋加速器。8月27日Lawrence病逝,他不仅为回旋加速器的技术做出巨大贡献,而且确立了LBNL的多学科基础,创建了新的综合科学,包括核科学、物理、化学、生物学和医学。LBNL成为一个多学科实验室,研究领域包括冶金、催化剂、表面科学、电子显微术、理论化学、光电光谱学、地球科学、水文学、物理化学、细胞生物学、肿瘤学、激光化学和生物学。Edwin McMillan(左图)被任命为LBNL所长直到1973年。

1959年3月——72英寸液氢泡室探测器建成(右图)。Denis Keefe和Leroy Kerth发明火花室。

1961年——Melvin Calvin因利用碳-14和离子交换、纸色谱分析法和放射性照相术新技术,绘制了碳在光合作用中的轨迹获得诺贝尔化学奖。88英寸扇区聚焦回旋加速器(左图)建成。

1963年——螺旋扫描法研制成功。测量事例数大幅度增加。实验室的计算机经过改进升级,使测量的事例在1968年比前20年约提高了1000倍。

1967年——与SLAC合作建造的20 BeV电子直线加速器开始运行;还与SLAC合作建造了PEP。(右图为LBNL设计的在PEP上使用的探测器——时间投影室)

1973年——Andrew M. Sessler被任命为LBNL所长(左图)。他把LBNL的研究领域扩展到能源和环境研究。

1980年——David A. Shirley(右图)被任命为LBNL所长(1980-1989)。他将研究领域扩展到空间科学和战时开始进行的反应堆材料研究领域。该实验室开发了杰出的仪器,如1.5 MeV 的电子显微镜等。

1987——LBNL开始建造先进光源ALS

1989年9月——Charles Vernon Shank(左图)被任命为LBNL所长(1989-2004)。他被公认为科学研究的帅才,他的研究领域涉及物理、化学、电机工程和计算机科学。

1993年3月——先进光源ALS建成,同年10月22日投入运行。下图为ALS的储存环与波荡器。

 

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高能所科研处制作 内容由侯儒成从LBNL网摘译


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