Atom smasher

A.1928-1

On le surnomme le « briseur d’atomes » (« Atom Smasher »), l’homme qui « tenait la clé » de l’énergie atomique. Ernest Orlando Lawrence, né le  à Canton, dans le Dakota du Sud, et mort le  à Palo Alto, est un physicien américain. Il est lauréat du prix Nobel de physique de 1939 « pour l’invention et le développement du cyclotron et pour les résultats obtenus avec cet instrument, spécialement ceux qui concernent la production d’éléments radioactifs artificiels ». Il a aussi participé au projet Manhattan. L’élément chimique 103 est appelé lawrencium en son honneur.

On le surnomme le « briseur d’atomes » (« Atom Smasher »), l’homme qui « tenait la clé » de l’énergie atomique. Ernest Orlando Lawrence, né le  à Canton, dans le Dakota du Sud, et le  à Palo Alto, est un physicien américain. Il est lauréat du prix Nobel de physique de 1939 « pour l’invention et le développement du cyclotron et pour les résultats obtenus avec cet instrument, spécialement ceux qui concernent la production d’éléments radioactifs artificiels ». Il a aussi participé au projet Manhattan. L’élément chimique 103 est appelé lawrencium en son honneur.

Ernest Lawrence, qui vient d’être nommé professeur à en 1928, lit un article de Rolf Widerøe avec beaucoup d’intérêt.

« Un soir au début de 1929, alors que je parcourais les revues récentes à la bibliothèque de l’université, je tombe sur un article de Widerøe dans une revue allemande d’ingénierie électrique sur des accélérations multiples d’ions positifs. Ne lisant pas couramment l’Allemand, j’ai regardé les schémas et les photographies de l’appareil de Widerøe. À partir de ces figures, j’ai compris l’approche générale du problème, c’est à dire les multiples accélérations des ions positifs induites par l’application de tensions de radio fréquences appropriées à une série d’électrodes cylindriques alignées. Cette idée nouvelle m’a immédiatement impressionné comme la réponse adéquate que je cherchais pour résoudre le problème technique de l’accélération des ions positifs.

Dès le lendemain de sa découverte, Lawrence décrivait à ses collègues son «manège à protons». La réalisation d’un prototype fut retardée par les difficultés techniques : difficultés mécaniques (vide requis, « boîte » soumise à des tensions alternatives et à un champ magnétique) et difficultés liées à l’électronique de puissance nécessaire pour les électrodes et à la focalisation du faisceau (le champ magnétique ne doit pas être tout à fait uniforme pour ramener les particules accélérées dans le plan). Deux exemplaires d’un premier prototype furent réalisés au printemps 1930 avec un de ses étudiants, Nels Edlefsen (Science, 72-376, 1930), pour le coût modique de 25$ de l’époque.

À l’automne 1930, il réalisa avec un autre étudiant, M. Stanley Livingston, dont ce fut le travail de thèse, un modèle fonctionnel de 13 cm de diamètre (4.5 pouces), utilisant un aimant disponible de 4 pouces, et capable le 2 janvier 1931 d’accélérer des protons à 80 keV avec une tension de 1000 volts seulement (Phys. Rev 37-1707,1931). Ce fut le premier « cyclotron » qui revint à 800$.

Au printemps de 1932, Lawrence établit les plans d’un cyclotron de 27 pouces (68 cm), placé dans l’entrefer d’un aimant de 80 qu’il avait récupéré (prévu pour une liaison radio transatlantique de la Federal Telegraph Company pendant la première guerre mondiale, il était déclaré surplus et Lawrence l’obtint en cadeau via Leonard Fuller, professeur d’ingénierie électrique à Berkeley, et vice-président de la FTC). Le coût fut de 10 000 $. Pour héberger cet énorme aimant, Lawrence obtint un bâtiment situé à proximité de Leconte Hall, en bois mais avec un sol bétonné assez solide pour soutenir les 80 tonnes de l’aimant. Ce fut le premier Radiation Laboratory (Rad Lab). Il devint indépendant du Département de physique de Berkeley en 1936. Les pannes étaient fréquences (fuites, incendies, sautes de tension) et la consommation électrique énorme.

Le premier Rad Lab ©LBL
Le premier Rad Lab de Lawrence à l’université de Berkeley ©LBL

Terminé fin 1933, le cyclotron « de 27 pouces » accélérait des deutérons à 4.8 MeV. Il aurait pu découvrir aisément la artificielle, et réaliser avec beaucoup plus d’efficacité les expériences de bombardement de neutrons effectuée à Rome par , mais les cyclotronnistes de Berkeley étaient plus préoccupés d’améliorer les performances de leur machine. Ils avaient observé une radioactivité forte, mais très variable, quand le cyclotron fonctionnait, mais ils l’attribuaient à un problème d’équipement (il n’est cependant pas exact que les compteurs étaient branchés sur l’alimentation du cyclotron). Dès l’annonce de la découverte de Joliot en janvier 1934, ils vérifièrent que leurs compteurs Geiger continuaient à cliqueter après l’arrêt du cyclotron, et qu’ils étaient irradiés depuis plus d’un an !

Durant la Seconde Guerre mondiale, Lawrence participe avec ardeur aux recherches américaines sur la possibilité de réaliser une arme basée sur la fission nucléaire. Son Radiation Laboratory devient un des principaux centres de recherches sur ce sujet, et c’est Lawrence qui introduit Robert  dans ce qui va devenir le Projet Manhattan. Très tôt favorable à la méthode de séparation électromagnétique pour enrichir l’uranium, Lawrence fabrique ses « calutrons » (un type spécial de spectromètre de masse) pour l’importante usine de séparation de Oak Ridge, dans le Tennessee.

Accélérateurs

http://archivesgamma.fr/2022/03/19/atom-smasher