中外科学家发明家丛书:劳伦斯-第2部分

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的半圆形电极中使离子不断循环的。　

　　　　　劳伦斯怀着发现者的激情跟约翰逊滔滔不绝地谈了一两个小时。约翰逊　

在劳伦斯的公式和图解中看不出什么破绽。但他指出，要使机器运转来达到　

如期的效果还无疑会遇到巨大的障碍。另外，一旦得到这个能量之后，将如　

何使用它呢？劳伦斯认为这不是什么解决不了的问题：人们可以把一个原子　

靶放在圆形电极的周边附近，想法使螺旋形增加的最高能量的离子击中靶子　

——人们还可以从真空管中将它们完全取出来，拿到外面来用。　

　　　　　　“我要用它来轰击和破碎原子。”劳伦斯兴奋得几乎喊起来。　

　　　　　不久劳伦斯去华盛顿召开学术会议。他在途中将他的草图发展到更加精　

细的阶段。而且比过去更加精确地计算了从一个小的实验装置中可能产生多　

大的能量，以及为了达到最终目的所需要的一切。从理论上说如果爱因斯坦　

关于质量随速度的增加而增加的公式对这个试验起作用的话，最后则能达到　

光速。在这样的速度之下，质量的增加可能使靠外边的离子减慢速度，足以　

防止它们与其它要进一步加速的粒子同步达到两极之间的空隙。　

　　　　　1929年秋季学期有8名研究生在他指导下学习，需要他在实验室多给他　

们进行辅导。所以他感到人力和时间都很紧张。他经常告诫他的学生：“要　

经常向你自己提问题，这样一来，想法自己就会出来了，还会避免走许多弯　

路。”　

　　　　　这时一位年轻有为的理论物理学家奥本海默来到伯克利。他与劳伦斯很　

快建立了友谊。两人无论在气质、相貌以及对事物的一般态度来说都有天渊　

之别。使劳伦斯着迷的是奥本海默聪明、敏锐的头脑，对科学领域之外的生　

活的极大的兴趣和渊博的知识，以及运用语言的娴熟技巧。奥本海默从来没　

见过任何人像劳伦斯一样“充满了令人难以置信的活力，并对生活如此热爱。　

他工作一整天，跑去打打网球，接着又是半夜。他的兴趣是如此广泛，有助　

于解决问题，而我正好相反。”这位理论物理学家和实验物理学家劳伦斯在　

事业上互相帮助，成为挚友。　

　　　　　尽管很多人认为劳伦斯的想法“太不着边际了”，他还是在第二年夏天　

之后着手干起来。此时，他很欣赏的青年戴维·斯通来到加州大学攻读博士　

学位，他成为劳伦斯的助手。劳伦斯让斯通建造一台直线加速器。这是一种　

可以使粒子沿着狭窄而笔直的路程持续加速的装置。一根有些复杂的玻璃　

管，允许电连接进去，又可以排除空气。做成之后，劳伦斯和斯通又花了两　

天时间，仔细地往管里装了8根小镍管。这些镍管按顺序一根比一根长，间　

距在1～2厘米之间。它们交替地与震荡器的两根电线相连接。记录结果的仪　

器置于玻璃管一端，最长的镍管之后，玻璃管另一端作引入汞离子用。他们　


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借来真空系统，还借来了圆形加速器的震荡装置，以便对其理论和工作进行　

验证。它的工作原理得到了验证。这台装置成功了。　

　　　　　师生们纵情欢呼，兴高采烈。劳伦斯马上建议增加管子以提供13个以上　

的间隙，以便利用220伏供电线最终产生2万电子伏能量。他们做到了这一　

点。　

　　　　　劳伦斯和斯通合作得很好。劳伦斯从不用高踞人上的命令口气说话。无　

论学生提出任何困难的建议他都不会去泼冷水。他为研究生组织的杂志俱乐　

部越来越受到其他教师和学生的欢迎。在那里每个人都可以随心所欲地发表　

意见，教授们可能像学生一样受到反驳。当大名鼎鼎的德国教授劳厄和鲁道　

夫·拉登保来参观杂志俱乐部的时候，他们被这里缺乏纪律的情况以及年轻　

人跟教授们说话时的态度吓了一跳。在这里甚至连博学的奥本海默也被人盘　

问，在解释所牵扯到的问题的时候，孩子气十足的劳伦斯经常站在研究生一　

边，而“成熟”的奥本海默实际上比劳伦斯还年轻。　

　　　　　到1930年物理系已成为一个活跃的、有创造性的系了，其中劳伦斯作出　

了显著的贡献。为此1930年10月21日，校董事们批准提升他为正教授，这　

样一来，29岁的欧内斯特·劳伦斯就成了这所学校历史上最年轻的正教授　

了。　

　　　　　正在此时，美国同世界其他地区一样出现了经济大萧条，劳伦斯也感到　

了这一点，他尽量为困难的学生申请补助或筹划薪金，或把钱借给他们。国　

内经济困境没有分散他的注意力，在实验室进行将粒子加速到高能的各种实　

验，占去了他教学和其他工作之外的所有的空余时间。他在努力发展质子回　

旋加速器。一切都是新的，没有任何经验可供借鉴，回旋加速器比直线加速　

器会出现更多的问题。　

　　　　　经过不懈的努力，问题得到了解决。电极上仅有100伏电压，却获得了　

相当于1300电子伏的能量。1930年圣诞节期间，劳伦斯借来了一块强度大　

一倍的磁铁，1931年1月2日产生了8万电子伏的质子，这正是根据劳伦斯　

的计算而预期的能量，至此，对此方法的有效性就不容置疑了。　

　　　　　他决定再建造一台更大的圆形加速器，产生的能量至少应达100万电子　

伏。他精确地计算出了所需要的磁铁尺寸。用于圆形磁共振加速器上的第一　

块磁体最初只有9英寸的极面，上面绕有十四号线包漆。精心制作的小室开　

头只有一个圆形电极——现在由于它的形状像个“D”字母而称为“D电极”，　

以及一个更强大的射频系统。一支接地的开有窄缝的金属棒起着另一个电极　

的作用。这就使小室的一半可用于调整偏转板，放置靶子，以使高能粒子束　

全部打在靶子上。　

　　　　　甚至在它被安装之前，劳伦斯就已经在考虑建造一个更大、电压更高的　

机器了。他认为，采用回旋多次加速法是解决在获取和利用高能时所引起的　

困难的唯一办法。　

　　　　　劳伦斯成功地说服联邦电信公司把他们原来想制造无线电弧光发电机而　

没有用上的磁芯捐献出来。有些人认为他确实失去了理智。这是因为，他还　

没有用他那4英寸的仪器证明他的想法是否能实现，比4英寸更大的这台设　

备还远未建成，然而他现在却在谈2500万电子伏！甚至一些过去习惯于实验　

室里的乐观主义和高昂情绪的学生们也摇头了。但是劳伦斯相信他的工作将　

会证明是“划时代”的，他说这是“研究原子核整个领域的新开端”。　

　　　　　在帕萨迪纳大会上，劳伦斯谈到了他的“质子旋转木马”。他虽然对获　


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取极高能量的其他方法也感兴趣，但他指出：在获得足够高的能量来击穿一　

切元素的核之前，这些方法必然存在一些不可克服的严重缺陷。而采用他的　

直线加速器或圆形加速器，就可以获得必需的高能，又不需要极高的输入电　

压。但是会上同意他的意见的人不多。　

　　　　　劳伦斯没有受那些议论的影响。他的9英寸大小的回旋加速器已能产生　

90万电子伏的质子，他还在不倦地为取得更高的电压而努力。　

　　　　　他们改变了极面的形状，调整了极面之间的加速空隙，从而大大提高了　

电流。他们还发现了电磁聚焦，他们现在知道这是改进加速器性能的最最重　

要的因素。他把磁极面的直径增加到11英寸。为克服磁场的不均匀性，他尝　

试着在磁面与装有电极的真空“盒”之间放上各种形状的小铁片，然后改变　

小铁片的形状和放置方法，电流提高了一倍，再做些改变，电流又增加一倍，　

这样就发现了电磁聚焦的另一重大特点。1931年7月，使用改变过的测量仪，　

在它周边收集到了100万电子伏的离子！劳伦斯通过共振使磁体转动，看到　

电流计摆动起来。他能够分裂原子了！这是科学史上一个重大的事件，在此　

以前，从来没有人产生过100万电子伏的粒子，而使用的加速器的直径只有　

11英寸。　

　　　　　此时劳伦斯在纽黑文认识的美丽文静的姑娘玛丽·希卢默接受了他的爱　

并与他订了婚。劳伦斯真是双喜临门。　

　　　　　他申请了用学校一座木制的两层楼安装他的加速器，他还在东部争取到　

大笔的财政支援。设备安装好了，大家要求给这个建筑取个名字。劳伦斯开　

始称他“穿透辐射实验室”，后来他就称它为辐射实验室。辐射实验室建造　

的质子加速器那样大的仪器从来没有任何院校的实验室造过。越来越多的研　

究生到伯克利来入学。有的要求无偿为辐射实验室工作。　

　　　　　从此，劳伦斯日夜不停地在辐射实验室与他的学生利文斯顿以及詹姆　

斯·布雷迪一起在那个大磁体和它的附件旁工作。他又四处奔走，为实验室　

找到足够的助手和足够的经费。此时利文斯顿已用这台大机器将质子加速到　

200万电子伏，劳伦斯让他去度假，并让他写信将这一消息告知《物理评论》　

的编辑，信的原名必须用利文斯顿的名字，他对利文斯顿说：“功劳是你的，　

而我的名字不必在论文上出现。”　


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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　三、古代炼金术士的梦　



　　　　　1932年是世界笼罩着不祥阴云的一年，也是物理百花园丰收的一年：加　

利福尼亚的尤里博士宣布发现氢的具有其两倍质量的同位素——氘（dāo，以　

后用于热核反应，如制造氢弹）；卡文迪许实验室发现原子核中的中性粒子；　

加州理工学院的卡尔·安德森证明了正电子的存在；卡文迪许实验室的科克　

罗夫特和瓦尔顿用80万电子伏的高电压装置完成了人类历史上第一次原子　

核人工裂变。用12。5万电子伏的能量使锂嬗变为氢。劳伦斯听到这个消息有　

些懊恼，因为他两年之间就能用他的11英寸加速器完成这种嬗变。正在度密　

月的劳伦斯立即往伯克利发电报，让他的学生用11英寸加速器轰击锂。结果　

锂很快蜕变，很快又实现了硼、铝和其它元素的蜕变。　

　　　　　婚后的劳伦斯仍像以前一样勤奋地工作，一天24小时无论什么时候都能　

看到他和他的学生及助手在仪器旁做实验或工作。斯通的X射线管产生了百　

万电子伏的X射线，可以击穿半英寸厚的钢板，这种装置随后被用在医院中。　

他们轰击了各种元素。1933年2月，在回旋加速器内第一次对铀这种当时已　

知的最重元素进行了轰击。3月，他将重水电解。为离子源提供气体，然后　

将它注入大的回旋加速器内。用锂作靶子，他们观察到了射程和能量比以往　

任何时候在天然放射性物质中发现的都要大的α粒子。氘核也产生了中子，　

其强度要比用质子轰击的大得多。当诺贝尔奖获得者玻尔听说氘核在分裂8　

种元素的过程中的应用时，欢呼“这是令人不可思议的进步。昨天的梦想今　

天已经实现了”。　

　　　　　1933年秋季，劳伦斯忙于改进他的加速器，他要鉴定或查实他的有关氘　

核崩裂为具有相同射程的质子和中子的假设，并确定正确的中子质量。正当　

他忙于解决这个问题的时候，布鲁塞尔索尔维科学委员会邀请他参加索尔维　

会议。这个委员会的成员都是世界一流的科学家，如爱因斯坦、玻尔、德释　

等。劳伦斯开始简直不敢相信这是真的。学校师生都劝劳伦斯参加，因为这　

是“仅次于诺贝尔奖金的荣誉”。　

　　　　　为了给索尔维会议准备更多的资料，劳伦斯加紧了工作。他用300万电　

子伏氘核轰击各种靶而且束流的强度也增加了。他在回旋加速器附近安置了　

一个小的旧的云室，通过这个云室，无论是反冲计数器或放大器所得的结果　

全部证实了劳伦斯的假设，无论是什么元素做靶情况都是如此。强大的中子　

束，以及反冲中子和反中子也被观察到了。劳伦斯的观点是正确的。威力强　

大的中子辐射使人们对实验者的生理效应担心，但劳伦斯觉得这对医学方面　

可能具有相当重要的意义，他告诫他的“孩子们”要小心。　

　　　　　1934年2月24日，劳伦斯读到了一篇法国居里奥一居里夫妇写的一篇　

文章，他们用α粒子轰击硼而发生了感生放射性。劳伦斯跑到实验室，调整　

仪器，将靶轮转向碳，并将计数器的电路接上，此靶受轰击5分钟之后，回　

旋加速器关掉了，打开了计数器。这时计数器喀呖喀呖地响起来。他读完文　

章还不到半小时，便观察到放射性。放射性一直是存在的，辐射实验室在几　

个月之前就能将它发现，只是要把盖革计数器放进去。他们为此而懊恼不已。　

　　　　　当他用中子使10多种元素具有放射性时，他又用同样的方法对氘核进行　

了试验，发现钠也能具有有益处的放射性。他立刻就想到了在医学上应用的　

可能性。他给《物理评论》的编辑写了一封信，答应写一篇关于放射性钠的　

详细的论文。“对于我们来说，长时间地停止实验工作来写东西是困难的，　


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但是我坚持认为，应该写点什么，而且要在这方面树立榜样。实验一完成就　

停止工作，开始写作。”他写道。　

　　　　　劳伦斯的实践表明，放射性钠和其他放射性同位素对医学很有价值。他　

努力使这些当时只能用加速器制造的同位素为其他学科所利用。他从没失去　

当年对医学的兴趣，而且对辐射在医学方面的应用抱着坚定的信心。利用辐　

射实验室的成果制造X光机已用于治疗癌症，他本人已被指定为科罗克癌症　

研究所的研究顾问。　

　　　　　1934年