1928年——Ernest Lawrence以物理副教授的身份從耶魯大學來到加州大學伯克利分校,計劃繼續(xù)從事光電學的研究。(右圖)
1929年初——Lawrence看到Rutherford提出的產生快粒子的方法,他認為自己知道如何改變它并能實現(xiàn)。他考慮通過將磁場中與軌道平面垂直的粒子軌道彎轉使粒子再循環(huán),以便每圈將粒子加速兩次。Lawrence說服了Livingston和David Sloan離開通用電氣研究實驗室到伯克利作研究生,從事改進回旋加速器技術的研究。
1930年——Sloan建造較大型的Wideroe重離子直線加速器。
1931年1月——在美國物理學會的一次會議上,報告了Lawrence和他的研究生M. Stanley Livingston建造的第一臺回旋加速器(左圖)將幾個氫分子離子加速到80,000 eV的結果。
1931年8月——Lawrence在加州大學伯克利校園獲得一個廢棄的實驗室,用來安放他的第一臺回旋加速器。該實驗室成為回旋加速器先驅者的大本營。他招募了許多杰出的、精力充沛和埋頭工作的忠實追隨者,比如Luis Alvarez, Donald Cooksey, John Lawrence, Edwin McMillan和Robert Thornton等。Sloan完成了一個1.14米長能夠產生1.2MeV水銀離子,接近百萬分之一安培的管子。(右圖為David Sloan在實驗室工作)
1932年1月——聯(lián)邦電報公司的一塊大型磁鐵運到老的工程測試實驗室,后重新命名為“輻射實驗室”(左圖),即LBNL的前身。Livingston造了一臺11英寸的回旋加速器。與Sloan一起,他利用聯(lián)邦電報公司的一個水冷管制造了一臺高功率的高頻振蕩器,加速電壓達50 kV,頻率高達20,000,000赫茲。大的磁鐵移到新的實驗室時,11英寸的回旋加速器(右圖)的流強為十億分之一安培,能量為1.22 MeV。
Lawrence、Livingston和David Sloan全年拼命工作,以使他們75噸重的磁鐵極之間產生束流。當年夏季,為實現(xiàn)原子核分裂,Lawrence請他的老朋友Donald Cooksey為他建造探測器。Cooksey和他的一個學生在伯克利為 Lawrence建造成功所需要的探測器。12月,一臺新的27英寸的回旋加速器(左圖)產生了4.8 MeV的氫離子。
1934年初——居里夫婦在實驗中發(fā)現(xiàn)放射性物質。Lawrence和他的學生們在《自然》雜志上看到這一報道后半小時內就又再現(xiàn)了居里夫婦的發(fā)現(xiàn),稱“核物理明顯提供了一個非常昂貴、復雜和有趣的研究領域。”在羅馬的Enrico Fermi組顯示中子實際上誘發(fā)所有元素的活動。Lawrence擁有了世界上最強大的中子束流,再次確認和擴展了Enrico Fermi組的實驗結果。
1934年3月——Lawrence和他的學生一直從事中子、質子、氘核和阿爾法粒子產生人造同位素的研究。他開始尋找有用的放射性同位素后不久,就通過用氘核轟擊巖鹽有效地制造出鈉-24。他用他的回旋加速器(右圖)生產了其他的同位素,如磷-32、碘-131、鈷-60、锝-99并發(fā)現(xiàn)在醫(yī)學上具有重要的應用。
1936年——輻射實驗室作為加州大學物理系的一個獨立實體正式建立,Lawrence指定Cooksey為所長助理。Lawrence被任命為加州大學工程學院院長。改組后的實驗室致力于核物理的研究,而不是剛成立時的加速器物理研究。
1937年9月——一臺新的37英寸回旋加速器產生8 MeV氘核。(左圖為Lawrence在37英寸回旋加速器的控制臺前)
1939年6月——60英寸回旋加速器首次運行,發(fā)射出16 MeV氘核。 9月,德國納粹發(fā)動第二次世界大戰(zhàn)。Lawrence宣布建造一臺100 MeV回旋加速器計劃。由于擔心德國的科學家根據核裂變原理設計出原子彈,所以美國決定搞原子彈。Lawrence的新加速器磁鐵作為戰(zhàn)時優(yōu)先項目加以完成,它有助于開發(fā)制造第一個核爆炸裝置所用的機械。Lawrence獲得諾貝爾物理獎。
1940年4月——Lawrence從洛克菲勒基金會得到建造新加速器的主要一筆140萬美元經費,用于購買一臺磁鐵截面直徑為184英寸的回旋加速器。Lawrence認為,該加速器將開辟超越100 MeV的物理前沿,會發(fā)現(xiàn)完全沒有預料到的特點和有極重要的發(fā)現(xiàn),它還可能引起人為的鏈式反應,開啟核能的巨大寶庫。Edwin McMillan發(fā)現(xiàn)U-239。珍珠港事件發(fā)生后, Lawrence被授權繼續(xù)進行钚的研究。
1942年1月——由于一切為了戰(zhàn)爭,材料非常緊缺,不得不實行配給制。輻射實驗室被定為A-1優(yōu)先級用鋼。184英寸磁鐵被定為作戰(zhàn)裝置(右圖)。磁鐵被放在一個大的質譜儀里,實驗Lawrence將U-235從U-238分離出來的可行性。
1942年3月——Lawrence利用實驗室的經費改進了37英寸的回旋加速器進行初步演示,成功地將可裂變的同位素濃縮為鈾的樣品。Glenn Seaborg應邀加入Compton和Fermi開發(fā)钚產生后將其分離的化學工藝。4月17日,Glenn Seaborg用公文包帶著钚乘火車前往芝加哥。Glenn Seaborg的工作并未使在伯克利的钚研究工作結束。Wahl繼續(xù)研究鑭-氟化物過程?;瘜W院院長Wendell Latimer指導這項工作,并開始研究熱對钚生產反應堆中使用的材料的影響。與此同時,Hamilton組檢查快中子對石墨減速劑的影響。
1942年10月——輻射實驗室的管理模式發(fā)生變化,部門分開,管理層次增加,制訂了相關手續(xù),加強安全管理。
1943年5月1日—— 輻射實驗室的人員增加到826人,外加65名警衛(wèi)。8月,由橡樹嶺建造的電磁集合體的軌道運行中出現(xiàn)故障,Lawrence和其他人從伯克利前往進行診斷。
1944年6月——輻射實驗室的總人數(shù)接近1200人。7月,經過連續(xù)20000小時運行后,60英寸回旋加速器(左圖)停機檢修。Lawrence起草并修改曼哈頓工程未來計劃。
1945年3月——Lawrence寫信給曼哈頓工程,提出接受7百萬—1千萬用于戰(zhàn)后輻射實驗室第一年的運行費用。 Alvarez和 McMillan從LANL回到輻射實驗室。Groves授權完成184英寸的同步回旋加速器并建造一臺電子同步加速器。Alvarez獲得設計產生2000 MeV質子直線加速器初步工作的經費支持;Seaborg從芝加哥返回領導核化學,從事放射性同位素的研究。
1945年7月16日——美國第一顆原子彈在新墨西哥州爆炸成功,幾周后美國在長崎投下一顆原子彈。
戰(zhàn)爭將整個實驗室都動員起來,核醫(yī)學、核物理和核化學也被動員起來。Hamilton和他的同事們研究了裂變產物對生理學的影響。LBNL的Donner實驗室的John Lawrence和他的同事們調查了高度飛行產生的生物學后果。利用惰性氣體放射性同位素,他們揭開了減壓疾病和其他疾病的奧秘,在低壓室模擬高海拔度試驗了1500人。實驗室示蹤物的研究為了解氣體的循環(huán)和擴散,像氧氣設備、降落傘開啟器這樣的實用設備以及用毛細血管測量血液的循環(huán)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(下圖)。二戰(zhàn)結束后,輻射實驗室迅速恢復起來。
老輻射實驗室的科學家們在Melvin Calvin(右圖)的領導下,利用碳-14和離子交換、紙色譜分析法和放射性照相術新技術,繪制了碳在光合作用中的軌跡。
1946年至1949年期間,輻射實驗室不到30%的服務部門直接與軍事問題有關,其余的工作集中在Crocker 實驗室。該實驗室有一個小組參加了在比基尼島的核試驗,它告誡海軍要清除核爆炸對船的污染。它研究了放射性浮懸顆粒和裂變產物對生物學的影響。戰(zhàn)后前幾年輻射實驗室的其他的防衛(wèi)工作涉及分離可裂變元素。
1947年——醫(yī)學上開始應用新元素。今天普遍使用的70個人造放射性核素的一半首先在回旋加速器上產生,其中一半在輻射實驗室被發(fā)現(xiàn)或首先合成。8月,Lawrence說服原子能委員會里主要反對加強基礎研究的研究局長James Fisk承認加強基礎研究的必要性。
Brobeck設計了一臺10 BeV質子加速器(左圖),造價相當184英寸回旋加速器的10倍。設計遇到了許多技術的不穩(wěn)定性。為幫助解決這些問題,輻射實驗室建了一個1/4的模型。
1948年——美國原子能委員會停止研制分裂同位素的電磁裝置。Alvarez的直線加速器建成,束流流強達到0.4 mA。年末,Lawrence的多學科設施蓬勃發(fā)展起來。在“熱實驗室”,Seaborg, Albert Ghiorso, James Kennedy, B. B. Cunningham和其他人詳細闡述錒類元素的豐富和各種各樣的化學特性;Seaborg和他的助手們在60英寸的回旋加速器上又合成了锫(97)、锎(98)和鍆(101)。
1948年12月——340MeV的電子同步加速器(右圖)首次出束(從1945年起在Edwin McMillan的指導下開始設計)。
1949年11月——R. Bjorkland、W. E. Crandell、B. J. Moyer和H. York觀測到來自184英寸同步回旋加速器的質子轟擊來自靶的光子產生的幾對電子。
1950年1月——Lawrence向美國原子能委員會建議建造一臺25 MeV高流強直線加速器模型。4天后,他要求建造一臺產生350 MeV氘核,每天制造1克中子的加速器。原子能委員會批準在LIVERMORE海軍航空基地建造加速器模型MARK-I(左圖為MARK-I的真空室),用于生產核武器和輻射戰(zhàn)爭中使用的釙。4月J. Steinberger, W. Panofsky和J. Steller在實驗中,利用McMillan建造的電子同步加速器產生的X射線的準直束打靶產生光子。夏季,朝鮮戰(zhàn)爭爆發(fā)后,開始研制MARK-II(右圖),用于生產氚和钚。
1951年——Edwin McMillan和Glenn Seaborg因發(fā)現(xiàn)第一批超鈾元素而分享諾貝爾化學獎。Lawrence開始力勸建造強流強、強聚焦回旋加速器MARK-III,以試驗扇區(qū)聚焦原理,但原子能委員會未予批準。
1952年——MARK-I建成。8月7日,原子能委員會終止MARK-II。
1953年11月——MARK-I關機。
1954年—— 在建造1/4的模型加速器實驗的基礎上,設計參數(shù)幾經修改,6 BeV質子加速器建成,使其能夠產生反物質。11月19日,Alvarez在建造了兩個粒子探測器的基礎上,建造的第三個液氫泡室在6 BeV質子加速器上運行。
1957年——建造了一臺重離子加速器。利用它合成了锘(102)和銠(103)。輻射實驗室獲得一臺IBM650計算機。該計算機和伯克利校園里的一臺IBM704完成了數(shù)據分析和第一個泡室系統(tǒng)。Frank Solmitz和Arthur Rosenfeld首次實現(xiàn)了重建由Franckenstein室提供的軌跡,并將它們與假設的相互作用軌跡加以比較。
1958年——授權建造88英寸扇區(qū)聚焦回旋加速器。8月27日Lawrence病逝,他不僅為回旋加速器的技術做出巨大貢獻,而且確立了LBNL的多學科基礎,創(chuàng)建了新的綜合科學,包括核科學、物理、化學、生物學和醫(yī)學。LBNL成為一個多學科實驗室,研究領域包括冶金、催化劑、表面科學、電子顯微術、理論化學、光電光譜學、地球科學、水文學、物理化學、細胞生物學、腫瘤學、激光化學和生物學。Edwin McMillan(左圖)被任命為LBNL所長直到1973年。
1959年3月——72英寸液氫泡室探測器建成(右圖)。Denis Keefe和Leroy Kerth發(fā)明火花室。
1961年——Melvin Calvin因利用碳-14和離子交換、紙色譜分析法和放射性照相術新技術,繪制了碳在光合作用中的軌跡獲得諾貝爾化學獎。88英寸扇區(qū)聚焦回旋加速器(左圖)建成。
1963年——螺旋掃描法研制成功。測量事例數(shù)大幅度增加。實驗室的計算機經過改進升級,使測量的事例在1968年比前20年約提高了1000倍。
1967年——與SLAC合作建造的20 BeV電子直線加速器開始運行;還與SLAC合作建造了PEP。(右圖為LBNL設計的在PEP上使用的探測器——時間投影室)
1973年——Andrew M. Sessler被任命為LBNL所長(左圖)。他把LBNL的研究領域擴展到能源和環(huán)境研究。
1980年——David A. Shirley(右圖)被任命為LBNL所長(1980-1989)。他將研究領域擴展到空間科學和戰(zhàn)時開始進行的反應堆材料研究領域。該實驗室開發(fā)了杰出的儀器,如1.5 MeV 的電子顯微鏡等。
1987年——LBNL開始建造先進光源ALS。
1989年9月——Charles Vernon Shank(左圖)被任命為LBNL所長(1989-2004)。他被公認為科學研究的帥才,他的研究領域涉及物理、化學、電機工程和計算機科學。
1993年3月——先進光源ALS建成,同年10月22日投入運行。下圖為ALS的儲存環(huán)與波蕩器。
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