杏彩体育登录注册劳伦斯创造并进展了旋转加快器，创筑并巨大辐射实习室，导致了大宗主要涌现，所以得回1939年的诺贝尔物理学奖。他所诱导的实习室将物理学探求推向了这日所称的“大科学”，所以劳伦斯也被誉为“大科学之父”。第二次寰宇大战岁月，劳伦斯的团队负担浓缩铀项目，为筑设做出举足轻重的功绩，以致于奥本海默以为：正在美国原子能范畴的良多方面，劳伦斯是最有影响力的科学家，其主要性赶上本身。

2012年，耗资赶上130亿美元的大型强子对撞机（LHC）涌现了希格斯（Higgs）粒子。2015年，耗资赶上11亿美元的激光插手引力波天文台（LIGO）直接探测到引力波。云云的项目即是所谓的“大科学”。

大科学项目具有宏伟的仪器，耗资庞杂，成员浩繁，与那些能够正在实习台前进行的“幼科学”项目或只必要用纸笔和寻常准备机的表面探求天差地别。正在过去的几十年内，大科学项目已成为实习物理学与天文学的主流。

正在走向大科学的历程中，有一个别饰演了合节脚色——他即是劳伦斯（Ernest Orlando Lawrence，1901-1958）。劳伦斯创造并大举进展了旋转加快器，创筑并巨大了“辐射实习室”，所以被誉为“大科学之父”（The Father of Big Science）。

举动大科学的前驱，劳伦斯指挥的团队正在第二次寰宇大战岁月负担了浓缩铀项目，正在的筑设中的位子不低于奥本海默（J. Robert Oppenheimer，1904-1967），奥本海默以至以为劳伦斯正在当时的位子赶上本身。

劳伦斯于1901年8月8日出生于美国南达科他州的幼镇坎顿（Canton）。他的父亲卡尔·劳伦斯（Carl Lawrence，1871-1954）与母亲冈达·劳伦斯（Gunda Lawrence，1874-1959）都是教练，且都是挪威移民的后裔。劳伦斯有一个弟弟，约翰·劳伦斯（John Lawrence，1904-1991）。

劳伦斯中学卒业后，先正在明尼苏达州的圣奥拉夫（St. Olaf）学院读了一年书，然后转到南达科他大学，于1922年得回化学学士学位；接着他用一年期间正在明尼苏达大学得回物理学硕士学位，探求课题是筑造一个实习安装，使一个椭球正在磁场中盘旋。然后，劳伦斯去了芝加哥大学，又转到耶鲁大学读博士，课题是钾蒸气中光电效应。

1925年，劳伦斯得回物理学博士学位，留校接连探求光电效应。由于没有先当讲师就跳班当了帮理教员，劳伦斯惹起少许同事的不满。1928年，加州大学伯克利分校（UCB）物理系延聘他负责副教员，劳伦斯欣然前去。次年，奥本海默来到UCB，劳伦斯很速成为他的挚友。

1930年，29岁的劳伦斯成为全校最年青的正教员。1932年，他与女友玛丽·布鲁默（Mary Blumer，1910-2003）娶妻杏彩体育登录注册。玛丽大学卒业于瓦萨学院，然后正在哈佛医学院读完探求生；玛丽的父亲乔治·布鲁默（George Blumer，1872-1962）曾于1910-1920年间负责耶鲁大学医学院院长。

1929年4月的一个黑夜，劳伦斯看到挪威物理学家维德罗伊（Rolf Widerøe，1902-1996）的一篇论文，感触很是兴奋。维德罗伊构想了一个加快器，其加快管道为直线，行使换取电能够连续加快粒子。进程准备，劳伦斯认识到，念用直线管道将带电粒子加快到足够高的速率，必要很长的管道。

劳伦斯顿时设念了一个更紧凑的安装，并正在一张餐巾纸上画出了它的道理图。它的中央是两个剖面像字母“D”的空腔，即“D形盒”。带电粒子正在电场的效力下，先从一个D形盒起程，进入另一个D形盒，然后正在磁场的效力下运动半周；电场对象改变后，将粒子加快进入正本的阿谁D形盒，粒子正在磁场效力下告终半周运动再次进入另一个D形盒。云云的历程一贯轮回，不必要长管道就能够将粒子加快到很高的速率。

旋转加快器的道理图。此图显现正在劳伦斯1934年的专利申请书上。左为“俯视图”，右为“侧视图”。图片由来：Ernest O. Lawrence - U.S. Patent 1,948,384

劳伦斯正在其后称它为“旋转加快器”。这个念法让劳伦斯很是兴奋。第二天，一位同事的家眷与他擦肩而事后，听到他大喊：“我要驰名了！”[2]然而，筑设云云的加快器正在试验上有穷苦。劳伦斯只可一度抛弃。有一次，他与来访的诺贝尔奖得主斯特恩（Otto Stern，1888-1969）提到了这个构念，斯特恩很是胀吹，要他立时去实习室脱手。[2]于是，劳伦斯让本身的探求生埃德夫森（Niels Edlefsen，1893-1971）帮他筑设出构念中的旋转加快器。

1930年4月，埃德夫森征战了一个简单的模子机。这是寰宇上第一个旋转加快器，它的直径唯有4英寸（10厘米，指磁铁直径，下同），能够用一只手握住，总花费25美元（相当于现正在的460美元）。[3]

埃德夫森于1930年9月分开UCB后，劳伦斯让探求生利文斯顿（Milton Livingston，1905-1986）筑设更大的旋转加快器。1931年1月，利文斯顿筑设出11英寸（28厘米）的旋转加快器，将质子加快到1.22 MeV，这个是第一个可用的旋转加快器。1932年，劳伦斯为旋转加快器申请了专利。

劳伦斯创造旋转加快器也有运气的成分。正在同临时期，德国物理学家斯廷贝克（Max Steenbeck，1904-1981）于1927年头度提出了旋转加快器的构念；匈牙利物理学家西拉德（Leo Szilard，1898-1964）正在1928年也构想了旋转加快器，并初度准备了旋转加快器频率（共振条目），还于1929年申请了专利。可是，他们都没有公然拓表干系的探求或专利，更没有去筑设或找人帮手筑设旋转加快器。劳伦斯所以成为旋转加快器的创造人。

劳伦斯猜念到旋转加快器正在核物理学范畴的广漠远景。1931年8月26日，劳伦斯正在UCB物理系创立了辐射实习室。1932年头，劳伦斯和利文斯顿安排了27英寸（69厘米）的旋转加快器，它的磁铁重达80吨。今后，劳伦斯说服本身看法的富人赞帮他的团队修复越来越大的旋转加快器。

1934年，伊莲娜·约里奥-居里（Irène Joliot-Curie，1897-1956）与丈夫简·约里奥-居里（Jean Joliot-Curie，1900-1958）涌现人为放射性。劳伦斯与团队成员用27英寸旋转加快器加快质子，并用其轰击碳13，取得了氮13——氮的人为放射性同位素。

1936年7月，辐射实习室成为一个正式部分，劳伦斯成为第一任主任。1937年6月，劳伦斯的团队筑设出37英寸（94厘米）旋转加快器。同年，意大利物理学家塞格雷（Emilio Segrè，1905-1989）与同事正在劳伦斯寄给他们的样本中确认出43号元素锝，这些样本即是用旋转加快器加快的粒子轰击靶子后筑设出来的。

1939年5月，劳伦斯的团队筑设出60英寸（152厘米）旋转加快器。同年6月，劳伦斯的团队用它加快质子轰击铁，得回一批新的放射性同位素。

由于这些功效，劳伦斯于1939年11月被授予诺贝尔物理学奖，成为UCB第一个诺贝尔奖得主。他被授奖的源由是“创造和进展旋转加快器，以及由此得回的功效，更加是合于人为放射性元素的功效”。因为当时往返欧美的船只受到纳粹德国潜艇的攻击，他没有去瑞典领奖。颁奖典礼于1940年2月29日正在UCB校园内实行。

1938年，60英寸（1.52米）旋转加快器正在竣工前，辐射实习室的科学家们正在磁铁的轭上合影，第一排左起第四为劳伦斯，最高一排中心冒出面、叼着烟斗的是奥本海默。丨图片由来：Lawrence Berkeley National Laboratory

得回诺贝尔奖让劳伦斯与他的实习室的声望快速降低，他们更容易获取资金，很速出现了更多、更主要的功效。1940年，辐射实习室的卡门（Martin Kamen，1913-2002）与鲁本（Sam Ruben，1913-1943）用旋转加快器加快的质子轰击石墨，取得了碳14。这是人类初度涌现碳14。同年，科森（Dale Corson，1914-2012）、麦肯齐厄（Kenneth MacKenzie，1912-2002）与塞格雷筑设出85号元素砹。

麦克米兰（Edwin McMillan，1907-1991）用37英寸旋转加快器加快的氘核轰击铍，响应开释的中子被用来轰击铀，最终从产品中确认出93号元素，它很速被定名为镎，这是寰宇上第一个被筑设出来的“超铀元素”（质子数赶上铀的元素）。麦克米兰于1941年与劳伦斯妻子的妹妹埃尔西·布鲁默（Elsie Blumer，1913 - 1997）娶妻，成为劳伦斯伉俪的妹夫。1951年，麦克米兰由于涌现镎而得回诺贝尔化学奖。

同样正在1940年，劳伦斯早先筑设184英寸旋转加快器，它的磁铁重达4500吨，预算抵达265万美元（相当于现正在的5800万美元）。UCB物理系楼内的实习室无法放这么大的机械，辐射实习室被搬到伯克利山的山腰。

劳伦斯创筑并巨大的辐射实习室正在筑设新元素方面得到的劳绩使美国正在人为放射性范畴追逐上欧洲优秀秤谌，跻身于寰宇顶尖的地方。劳伦斯所以被公以为美国最优异的科学魁首之一。

1938年12月，铀的裂变情景被涌现（参见《这个改革人类运气的涌现，凝固了多位诺奖得主的血汗》）。今后的探求表明铀235的裂变会激发链式响应，能够用以开释核能并筑设的弹芯。这些涌现偶然中开启了核能与核兵器时期的大门。

美国很速启动了的探求，并创造了铀委员会，即其后的S-1委员会。劳伦斯是该委员会的几位成员之一，所以也是筑设设计的重要决议者之一。此时，奥本海默还没被纳入设计中。

1941年2月，西伯格（Glenn Seaborg，1912-1999）与协作家用辐射实习室的旋转加快器筑设出94号元素钚的第一种同位素——钚239（西伯格所以与麦克米兰分享了1951年的诺贝尔化学奖）。他们很速涌现钚239会裂变，且裂变功用比铀235更高，也能够被用来筑设。

1942年8月，特意研发的曼哈顿设计（Manhattan Project）正式启动。筑设的原料有铀235与钚239。前者务必从自然铀平分离，后者通过中子辐照（轰击）铀238得回。劳伦斯负担的辐射实习室负担浓缩铀出产，康普顿负担的“冶金实习室”负担钚的出产。

1942年9月，格罗夫斯（Leslie Groves Jr.，1896-1970）被任用为曼哈顿设计的主任。他念让康普顿、劳伦斯或尤里负责负担安排与筑设的核心实习室（即其后的洛斯阿拉莫斯实习室）的主任，由于他们都是诺贝尔奖得主，富裕办理履历，况且没有安好危害。然而，他又以为这三人担当的工作太主要，无法分开他们各自的岗亭，所以只可其它寻找人选。[4]结果，正在康普顿等人的推选下，格罗夫斯任用奥本海默为这个实习室的主任。

自然铀中仅0.714%为铀235（99.28%为铀238杏彩体育登录注册，0.006%为铀234），获取浓缩铀的历程即是将绝大个别铀238区别出去。铀235与铀238的化学性子相似，所以无法通过化学设施区别，只可通过物理设施区别。详细设施有：电磁区别法、气体扩散法、液体热扩散法与离心区别法。当时，结果两种设施功用太低，最有生气的是电磁区别法与气体扩散法。

电磁区别法的道理是：粒子被打入质谱仪的真空腔后，被磁场偏转，质料分歧的粒子偏转水平分歧，正在真空腔中各自盘绕半圈后，进入分歧的征采器。这是质谱仪的基础道理。

1941年11月24日，劳伦斯等人将37英寸旋转加快器的磁铁卸下，装置筑成质谱仪，它被称为“加州大学旋转加快器”（CaliforniaUniversity Cyclotron），缩写为Calutron。它也被翻译为“电磁型同位素区别器”。端庄说，这个名称实用于一起利用电磁区别法的同位素区别器，而“加州大学旋转加快器”只是个中的一类，二者并不行等同。不表，为了阐明便利，以下的阐明将这个机械简称为“同位素区别器”。

1941年12月2日，加州大学加快器初度运转。1942年1月14日，加州大学加快器做事9个幼时后，得回18微克铀235浓度为25%的铀。为降低功用，劳伦斯将正正在修复的184英寸旋转加快器的磁铁拆下，筑设更大同位素区别器（XA），并于1942年5月26日竣工并做事。

不表，这些仍旧大得吓人的加快器都只是测试电磁区别法的可行性与功用的原型机。正在测试凯旋后，劳伦斯提倡筑造多个更大的同位素区别器，批量得回浓缩铀。

电磁区别法道理纯洁，但操作请求很是高，必要高真空、高电压与强磁场的配置。它的甜头是可行性高。气体扩散法的负担人尤里说，电磁区别法的难度犹如戴着拳击手套正在草堆里找针。核物理学的青年泰斗贝特（Hans Bethe, 1906-2005）曾不相相信何浓缩铀的计划能够凯旋，所以一度拒绝出席曼哈顿设计，直到他涌现钚239能够用来筑设之后，才许可出席。

然而，劳伦斯笃信，只须有足够多的大型机械，就能够正在足够短的期间内积聚出可用的浓缩铀。格罗夫斯其后追思说，一早先险些唯有劳伦斯一人对电磁区别法有决心，但劳伦斯周旋要推动这个项目。“假设咱们不是对劳伦斯博士的才力和气派抱有很大的决心，咱们就不会做此实验。”

1942年6月25日，负担办理铀原料的S-1委员会筑议正在田纳西州的橡树岭（Oak Ridge）筑造电磁区别法工场与气体扩散法工场。劳伦斯的辐射实习室负担前者，尤里的实习室负担后者。

1942年10月的某天，格罗夫斯初度视察劳伦斯的辐射实习室。他对开展很中意，决策颂扬劳伦斯，以资勉励。他说：“是以，劳伦斯先生，你仍然极力干下去为好，你的荣耀全依赖于你的这个做事了。”[5]

正在场的其他人都惊呆了，由于历来没有人敢与劳伦斯这么谈话。劳伦斯依旧了社交风姿，没有马上解答。随后，他邀请格罗夫斯吃午饭。正在饭馆里，劳伦斯盯着格罗夫斯的眼睛，说：“格罗夫斯将军，看待你刚刚对我讲的话，我能够说：我的荣耀早已有了，是你的荣耀，取决于这项做事。”[5]

1943年2月18日，代号为“Y-12”的电磁区别厂动工，它的工作是用更多更大的同位素区别器得回浓缩铀。一起插手修复的公司都有人驻扎正在辐射实习室，与那里的科学家实时疏导。劳伦斯还任用了特意的联络员，负担辐射实习室与Y-12工场之间的联络。

表面探求注解，兵器级铀的铀235浓度务必赶上80%，最好抵达90%。单次区别无法抵达这个请求，必要用一级区别器与二级区别器举办两次区别。

第一批一级区别器都被安排成一个周长37米、宽23米、高4.6米的关闭卵形磁环，内中背靠背地安置48对、共96个真空腔。因为它们形似“跑道”（racetrack），所以被称为“α跑道”。二级区别器相对较幼，构型为直线，被称为“β跑道”。第二批“α跑道”的构型被改为直线型。

1943年11月1日，第一个“α跑道”竣工（因为毛病，它被拆掉补缀后重启）。1944年1月，第二个被筑好的“α跑道”进入利用。今后“β跑道”与其他“α跑道”也联贯进入利用。因为战时铜缺乏，这些区别器的线圈完全由白银筑设。

1944年3月，Y-12工场的“α跑道”区别出首批几百克浓度为13%-15%的铀，虽未抵达兵器级，但看待干系实习探求很是主要，所以样品被运往洛斯阿拉莫斯。1944年6月7日，Y-12初度交付了铀235含量高达89%的兵器级铀。

利用气体扩散法的K-25工场与利用热扩散法的S-50工场开工都对比晚，直到1945年3月才早先运转。S-50工场得回的低浓度浓缩铀被K-25接连浓缩，然后被Y-12浓缩到兵器级。1945年春夏之际，Y-12工场每个月可出产30千克兵器级浓缩。