アーネスト・ローレンス
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アーネスト・ローレンス
1939年のローレンス
バークレー放射線研究所初代所長
在任期間：1931～1958年
先行事務所設立
後継者エドウィン・マクミラン
個人情報
生まれるアーネスト・オーランド・ローレンス1901年8月8日（1901年8月8日）
カントン、サウスダコタ州、米国
死亡1958年8月27日（1958年8月27日）（57歳）
パロアルト、カリフォルニア州、米国
教育セント・オラフ・カレッジ
科学者としてのキャリア
母校
知られているサイクロトロンの発明（1930年）
配偶者
メアリー・ブルーマー
​
（ 1932年生まれ） 
子供たち6
親族ジョン・H・ローレンス（兄弟）
受賞歴
リストを見る
フィールド加速器物理学
機関
論文光の周波数の関数としてのカリウム蒸気の光電効果 （1925年）
博士課程の指導教員WFGスワン
博士課程の学生
サイン

アーネスト・オーランド・ローレンス（1901年8月8日 - 1958年8月27日）は、サイクロトロンの発明により1939年にノーベル物理学賞を受賞したアメリカの加速器物理学者です。彼はマンハッタン計画におけるウラン同位体分離の研究、そしてローレンス・バークレー国立研究所とローレンス・リバモア国立研究所の設立で知られています。

サウスダコタ大学とミネソタ大学を卒業したローレンスは、1925年にイェール大学で物理学の博士号を取得しました。1928年、カリフォルニア大学バークレー校の物理学助教授に就任し、2年後には同校最年少の教授となりました。ある晩、図書館で、ローレンスは高エネルギー粒子を生成する加速器の図表に興味をそそられました。彼は加速器をコンパクトにする方法を模索し、電磁石の極の間に円形の加速室を設置するというアイデアを思いつきました。こうして誕生したのが、最初のサイクロトロンです。

ローレンスは、さらに大型で高価なサイクロトロンを次々と製作した。彼の放射線研究所は1936年にカリフォルニア大学の正式な部門となり、ローレンスがその所長となった。サイクロトロンは物理学での使用に加え、放射性同位元素の医療用途の研究にも利用することを支持した。第二次世界大戦中、ローレンスは放射線研究所で電磁同位体分離法を開発した。この分離法では、標準的な実験室用質量分析計とサイクロトロンを融合させた、カルトロンと呼ばれる装置が使用された。テネシー州オークリッジに巨大な電磁分離プラントが建設され、 Y-12と呼ばれるようになった。このプロセスは非効率的であったが、機能した。

戦後、ローレンスは政府による大規模科学プログラムの支援を広く訴え、大型の装置と巨額の資金を必要とする「ビッグサイエンス」を力強く支持しました。ローレンスはエドワード・テラーがカリフォルニア州リバモアに設立した第二の核兵器研究所の設立運動を強く支持しました。彼の死後、カリフォルニア大学理事会はローレンス・リバモア国立研究所とローレンス・バークレー国立研究所を彼の名にちなんで改名しました。1961年にバークレーで発見された元素番号103は、彼に敬意を表して ローレンシウムと命名されました。

若いころ

アーネスト・オーランド・ローレンスは1901年8月8日、サウスダコタ州カントンで生まれた。両親のカール・グスタフス（1871年 - 1954年）とグンダ・レジーナ（旧姓ジェイコブソン）・ローレンス（1874年 - 1959年）はともにノルウェー移民の子息で、父がカントンの高校で教師をしていた際に知り合った。ローレンスには弟のジョン・H・ローレンスがおり、彼は後に医師となり、核医学分野の先駆者となった。幼少期の親友は後に物理学者となるマール・トゥーブであった。 [ 1 ]

ローレンスはカントンとピエールの公立学校に通い、その後ミネソタ州ノースフィールドのセント・オラフ大学に入学したが、1年後にバーミリオンのサウスダコタ大学に転校した。[ 2 ]彼は1922年に化学の学士号を取得し、[ 3 ] 1923年にミネソタ大学でウィリアム・フランシス・グレイ・スワンの指導の下で物理学の修士号（MA）を取得した。修士論文では、ローレンスは磁場の中で楕円体を回転させる実験装置を製作した。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

ローレンスはスワンに続いてシカゴ大学に進み、その後コネチカット州ニューヘイブンのイェール大学に進学した。1925年、ローレンスは国立研究員として物理学の博士号（PhD）を取得し、 [ 7 ]カリウム蒸気中の光電効果に関する博士論文を執筆した。 [ 8 ] [ 9 ]彼はシグマ・サイのメンバーに選出され、スワンの推薦により国立研究会議のフェローシップを受け取った。当時の慣例であったヨーロッパ旅行にこのフェローシップを利用する代わりに、ローレンスはスワンとともにイェール大学に研究者として残った。[ 10 ]

ローレンスはバージニア大学のジェシー・ビームスと共に光電効果の研究を続けた。彼らは、光子が光電面に衝突してから2×10秒以内に光電子が出現することを示した。これは当時の測定限界に近い値であった。光源のオンオフを高速に切り替えて放出時間を短縮すると、放出されるエネルギースペクトルはより広くなり、ヴェルナー・ハイゼンベルクの不確定性原理と一致した。[ 11 ]

初期のキャリア

1926年と1927年、ローレンスはシアトルのワシントン大学とカリフォルニア大学から年俸3,500ドル（2024年の63,400ドルに相当）の助教授のオファーを受けた。イェール大学もすぐに同額の助教授職を提示したが、その際の年俸は3,000ドルだった。ローレンスはより名声の高いイェール大学に留まることを選んだ[ 12 ]が、講師の経験がなかったため、この採用は一部の同僚教員から反発を招き、多くの人々は依然としてサウスダコタ州出身の移民としてのローレンスの生い立ちに見合うものではないと考えていた[ 13 ] 。

ローレンスは1928年にカリフォルニア大学で物理学の助教授として採用された。2年後に教授となり、大学最年少の教授となった。[ 7 ]フレデリックとイレーヌ・ジョリオ＝キュリーが1934年に発表した人工放射能に関する研究に基づき、ローレンスは自身の研究室で高エネルギー陽子を炭素13元素に照射して窒素13同位体を発見した。[ 14 ]ローレンスとマーティン・ケイメン、サミュエル・ルーベンを含む彼のチームは、高エネルギー陽子をグラファイトに照射して偶然炭素14同位体を発見した。 [ 15 ]ローレンスが教授に就任した翌日に学長に就任したロバート・ゴードン・スプロール[ 16 ]はボヘミアン・クラブの会員であり、1932年にローレンスの入会を後援した。このクラブを通じて、ローレンスはウィリアム・ヘンリー・クロッカー、エドウィン・ポーリー、ジョン・フランシス・ネイランらと知り合った。彼らは影響力のある人物であり、ローレンスが高エネルギーの原子核粒子研究のための資金を得るのを手助けした。素粒子物理学の発展は医療への応用に大きな期待が寄せられており、これがローレンスが初期の研究資金の多くを獲得するきっかけとなった。[ 17 ]

イェール大学在学中に、ローレンスはイェール大学医学部の学部長ジョージ・ブルーマーの4人の娘の長女、メアリー・キンバリー（モリー）・ブルーマーと出会った。[ 18 ] [ 19 ] 2人は1926年に初めて会い、1931年に婚約し、[ 20 ] 1932年5月14日にコネチカット州ニューヘイブンのグリーンにあるトリニティ教会で結婚した。[ 21 ] 2人の間には、エリック、マーガレット、メアリー、ロバート、バーバラ、スーザンの6人の子供が生まれた。[ 18 ] [ 22 ]ローレンスはバークレーでの最も親しい友人であった理論物理学者ロバート・オッペンハイマーにちなんで、息子にロバートと名付けた。 [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] 1941年、モリーの妹エルシーはエドウィン・マクミランと結婚した。[ 20 ]マクミランは1951年にグレン・T・シーボーグと共にノーベル化学賞を受賞した。[ 26 ]

サイクロトロンの開発

発明

ローレンスを世界的な名声へと押し上げた発明は、紙ナプキンの切れ端に描かれたスケッチから始まりました。1929年のある晩、図書館でロルフ・ヴィデロー[ 27 ]の論文に目を通し、そこに描かれた図の一つに興味をそそられました。[ 28 ]そこには、小さな「押す」動作を繰り返すことで高エネルギー粒子を生成する装置が描かれていました。描かれた装置は、徐々に長くなる電極を用いて直線状に配置されていました。[ 29 ]当時、物理学者たちは原子核の研究を始めていました。1919年、ニュージーランドの物理学者アーネスト・ラザフォードは窒素にアルファ粒子を照射し、一部の原子核から陽子を叩き出すことに成功しました。しかし、原子核は正電荷を持ち、他の正電荷を持つ原子核と反発し合います。そして、物理学者たちがようやく理解し始めた力によって、原子核は強く結びついています。それらを分解し、崩壊させるには、数百万ボルト単位のはるかに高いエネルギーが必要となる。[ 30 ]

奇妙な模式図
ローレンスの1934年の特許からのサイクロトロンの動作図

ローレンスは、そのような粒子加速器はすぐに大学の研究室には長すぎて扱いにくくなるだろうと悟った。加速器をより小型化する方法を模索する中で、ローレンスは電磁石の極の間に円形の加速室を設置することを決めた。磁場は荷電陽子を螺旋状に保持し、交流電位に接続された2つの半円形電極の間を加速する。約100回転後、陽子は高エネルギー粒子ビームとして標的に衝突する。ローレンスは、高電圧を一切使わずに非常に高いエネルギーの粒子を得る方法を発見したと、同僚たちに興奮気味に語った。[ 31 ]彼は当初、ニールス・エドレフセンと共同研究を行っていた。彼らの最初のサイクロトロンは真鍮、ワイヤー、封蝋で作られ、直径わずか4インチ（10cm）で片手で持てるほどの大きさで、おそらく総額25ドル（2024年時点の600ドルに相当）だった。[ 22 ] [ 32 ]

ローレンスがこのアイデアを発展させるために必要だったのは、その仕事をしてくれる有能な大学院生だった。1930年9月、エドルフセンは助教授に就任するためにローレンスを去り、ローレンスは後任としてデイビッド・H・スローンおよびM・スタンレー・リビングストンを任命した。[ 25 ]ローレンスは、彼らにそれぞれヴィデローの加速器とエドルフセンのサイクロトロンの開発に取り組ませた。両者とも独自の財政的支援を受けていた。両方の設計は実用的であることが証明され、1931年5月までにスローンの線形加速器はイオンを1MeVまで加速できた。[ 33 ]リビングストンはより大きな技術的課題に直面していたが、1931年1月2日、11インチサイクロトロンに1,800Vを印加したところ、80,000電子ボルトの陽子を回転させることに成功した。1週間後、3,000Vで1.22MeVの陽子を実現した。これは、サイクロトロンの製作に関する博士論文を書くには十分すぎるほどであった。[ 34 ]

発達

スーツを着た6人の男が椅子に座って微笑んでいる
1940年にバークレーで計画された184インチ（4.67メートル）サイクロトロンに関する会議（黒板に表示）：ローレンス、アーサー・コンプトン、ヴァネヴァー・ブッシュ、ジェームズ・B・コナント、カール・T・コンプトン、アルフレッド・リー・ルーミス

成功の兆しが見え始めるとすぐに、ローレンスは新しい、より大きな機械の計画を始めたが、これは後に繰り返されるパターンとなった。ローレンスとリビングストンは1932年初めに27インチ（69cm）サイクロトロンの設計図を作成した。800ドルの11インチサイクロトロン用の磁石の重さは2トンだったが、ローレンスはパロアルトの廃品置き場で、もともと第一次世界大戦中に大西洋横断無線通信に電力を供給するために作られた27インチ用の、重さ80トンの巨大な磁石が錆びているのを発見した。[ 35 ] [ 36 ]サイクロトロンは強力な科学機器であったが、科学的発見にはつながらなかった。1932年4月、イギリスのキャベンディッシュ研究所のジョン・コッククロフトとアーネスト・ウォルトンは、リチウムに陽子を衝突させてヘリウムに変換することに成功したと発表した。必要なエネルギーは非常に低く、11インチサイクロトロンの能力をはるかに超えることが判明した。これを知ったローレンスはバークレーに電報を送り、コッククロフトとウォルトンの結果の検証を依頼した。チームは9月まで検証を要したが、これは主に適切な検出装置の不足によるものだった。[ 37 ]

ローレンスの放射線研究所では、サイクロトロンの科学的利用よりも開発に重点が置かれていたため、重要な発見は依然として得られなかったが、ローレンスは大型化した装置の開発を通じて、高エネルギー物理学の実験に必要な重要な装置を提供することができた。この装置を中心に、彼は1930年代に原子核物理学研究という新しい分野における世界最先端の研究所を建設した。彼は1934年にサイクロトロンの特許を取得し[ 38 ] 、それをリサーチ・コーポレーション[ 39 ]に譲渡した。リサーチ・コーポレーションは、ローレンスの初期の研究の多くに資金を提供した民間財団である[ 40 ] 。

1936年2月、ハーバード大学のジェームズ・B・コナント学長はローレンスとオッペンハイマーに魅力的なオファーを提示した。[ 41 ]カリフォルニア大学のロバート・ゴードン・スプロール学長は条件改善で応じた。放射線研究所は1936年7月1日にカリフォルニア大学の正式な部門となり、ローレンスが正式に所長に任命され、専任の副所長が置かれた。大学は研究活動のために年間2万ドル（2024年には35万ドルに相当）を支給することに同意した。[ 42 ]ローレンスはシンプルなビジネスモデルを採用した。「彼は物理学科の大学院生と若手教員、どんな報酬でも喜んで働く新米博士号取得者、そして無償で奉仕できるフェローシップ保持者や裕福な客員を研究所に配置させた。」[ 43 ]

受付

バークレーのチームは、新たに開発された27インチサイクロトロンを用いて、最近発見された重水素を衝突させたあらゆる元素が、同じ範囲のエネルギーを放出することを発見した。そのため、彼らは、これまで知られていなかった新たな粒子が存在し、それが無限のエネルギー源となる可能性があると仮説を立てた。[ 44 ]ニューヨーク・タイムズ紙のウィリアム・ローレンスは、ローレンスを「科学における新たな奇跡の働き手」と評した。[ 45 ]コッククロフトの招待により、ローレンスは1933年にベルギーで開催されたソルベー会議に出席した。これは世界トップクラスの物理学者が定期的に集まる会議で、ほぼ全員がヨーロッパ出身だったが、時折、ロバート・A・ミリカンやアーサー・コンプトンといった著名なアメリカ人科学者も招待された。ローレンスはサイクロトロンに関する講演を依頼された。[ 46 ]ローレンスの無限エネルギーに関する主張は、ソルベーでは全く異なる反応を示した。ローレンスは、1932年に中性子を発見し、1935年にノーベル賞を受賞したキャベンディッシュ研究所の物理学者ジェームズ・チャドウィックから、激しい懐疑に直面した。ローレンスには見下したように聞こえるイギリス訛りで、チャドウィックはローレンスのチームが観察しているのは彼らの装置の汚染ではないかと示唆した。[ 47 ]

スーツとネクタイを着た6人の男が巨大な機械の前に立っている。さらに2人がその上に座っている。
1939年に完成したばかりの60インチ（1.52メートル）サイクロトロン。開発と使用における主要人物である、左からドナルド・クックジー、デール・R・コーソン、アーネスト・ローレンス、ロバート・L・ソーントン、ジョン・バッカス、ウィンフィールド・ソールズベリーが立っています。背景にはルイス・アルバレスとエドウィン・マクミランがいます。

バークレーに戻ると、ローレンスはチームを動員し、チャドウィックを納得させるのに十分な証拠を集めるため、結果を丹念に検証した。一方、キャベンディッシュ研究所では、ラザフォードとマーク・オリファントが、重水素が融合してヘリウム3を形成し、これがサイクロトロン実験者が観察した効果を引き起こすことを発見した。チャドウィックは汚染を観察していたという点で正しかっただけでなく、核融合というもう一つの重要な発見を見落としていた。[ 48 ]ローレンスの対応は、さらに大型のサイクロトロンの開発を進めることだった。27インチサイクロトロンは1937年6月に37インチサイクロトロンに取って代わられ、[ 49 ]さらに1939年5月に60インチサイクロトロンに取って代わられた。このサイクロトロンは鉄への照射に使用され、6月に最初の放射性同位元素を生成した。[ 50 ]

医療目的、特にガン治療の方が原子核物理学よりも資金集めが容易だったため、ローレンスはサイクロトロンの医療研究への利用を奨励した。ローレンスは、兄のジョンやカリフォルニア大学生理学部のイズラエル・リヨン・チャイコフとともに、放射性同位元素を治療目的に利用する研究を支援した。サイクロトロンではリン32が簡単に生成でき、ジョンはそれを使って真性多血症という血液疾患を患う女性を治療した。ジョンは1938年に37インチサイクロトロンで生成したリン32を白血病のマウスの実験に使用した。彼は、放射性リンが急速に増殖するガン細胞に集中することを発見した。これはその後、人間の患者に対する臨床試験につながった。1948年に行われた治療法の評価では、特定の状況下では寛解が起こることが示された。[ 51 ]ローレンスは中性子の医療利用にも期待をかけていた。最初の癌患者は11月20日に60インチサイクロトロンから中性子治療を受けた。 [ 50 ]チャイコフは生化学反応のメカニズムを調査するために放射性同位元素を放射性トレーサーとして使用する試験を行った。 [ 52 ]

1938 年、60 インチ サイクロトロンの磁石に囲まれたカリフォルニア大学放射線研究所のスタッフ。ノーベル賞受賞者のアーネスト ローレンス、エドウィン マクミラン、ルイス アルバレスに加え、J. ロバート オッペンハイマーとロバート R. ウィルソンも写っています。

ローレンスは1939年11月、「サイクロトロンの発明と開発、そしてそれによって得られた成果、特に人工放射性元素に関する成果」によりノーベル物理学賞を受賞した。 [ 53 ]彼はバークレー大学で初めて、またサウスダコタ州出身者として初めてノーベル賞を受賞した人物であり、州立大学在学中にノーベル賞を受賞した最初の人物でもあった。ノーベル賞授賞式は、第二次世界大戦の影響で1940年2月29日にカリフォルニア州バークレーの大学キャンパス内にあるウィーラー・ホール講堂で行われた。ローレンスはサンフランシスコ駐在のスウェーデン総領事カール・E・ウォラーステッドからメダルを受け取った。[ 54 ]ロバート・W・ウッドはローレンスに宛てた手紙の中で、「あなたがウランの破滅的爆発の基盤を築いている今、老ノーベルもきっと承認してくれるだろう」と先見の明をもって記している。[ 55 ]

1940年3月、アーサー・コンプトン、ヴァネヴァー・ブッシュ、ジェームズ・B・コナント、カール・T・コンプトン、アルフレッド・リー・ルーミスはバークレーを訪れ、ローレンスの提案である直径184インチ、磁力4,500トンのサイクロトロンの建設計画について協議した。この計画の費用は265万ドル（2024年時点で4,600万ドルに相当）と見積もられていた。ロックフェラー財団は、この計画開始のために115万ドルを拠出した。[ 56 ]

第二次世界大戦とマンハッタン計画

放射線研究所

ヨーロッパで第二次世界大戦が勃発した後、ローレンスは軍事計画に引き込まれた。彼はMIT放射線研究所のスタッフ募集に協力した。そこでアメリカ人物理学者は、イギリスのマーク・オリファントのチームが発明した空洞マグネトロンを開発した。新しい研究所の名前は、安全上の理由から、バークレーのローレンスの研究所から意図的にコピーされた。彼はまた、ドイツの潜水艦を探知する技術を開発するための水中音響研究所のスタッフ募集にも関わった。一方、バークレーではサイクロトロンの研究が続けられた。1940年12月、グレン・T・シーボーグとエミリオ・セグレは60インチ (150 cm) サイクロトロンを使用してウラン238に重陽子を衝突させ、新しい元素であるネプツニウム238を生成した。ネプツニウム238はベータ線放出によって崩壊し、プルトニウム238となった。その同位体の一つであるプルトニウム239は核分裂を起こすことができ、原子爆弾を製造する別の方法を提供した。[ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]

ローレンスはセグレに、元素を発見した者にとっては比較的低い地位である研究助手として、6ヶ月間月300ドルの職を提供した。しかし、セグレがカリフォルニアで法的に拘束されていることを知ると、ローレンスはセグレの給与をさらに月116ドルに減額した。[ 60 ]カリフォルニア大学理事会がセグレの外国籍を理由に雇用を打ち切ろうとしたが、ローレンスはロックフェラー財団が給与を支払う非常勤講師としてセグレを雇用することで、なんとか彼を留め置いた。同様の取り決めは、彼の博士課程の学生である呉建雄（中国国籍）とケネス・ロス・マッケンジー（カナダ国籍）が卒業した際にも行われた。[ 61 ]

もう一つの奇妙な図。これは原子が磁石によって偏向される様子を示している。
カルトロンにおけるウラン同位体分離の模式図

1941年9月、オリファントはバークレーでローレンスとオッペンハイマーと会い、新しい184インチ（4.7メートル）サイクロトロンの建設予定地を見せてもらった。オリファントは、原爆開発計画を提唱したイギリスのMAUD委員会の勧告をアメリカが遵守していないと非難した。[ 62 ]ローレンスは既に、核分裂性同位体であるウラン235をウラン238から分離する問題について考えていた。このプロセスは今日ではウラン濃縮として知られている。ウラン同位体の分離は、2つの同位体が化学的性質がほぼ同じであるため困難であり、わずかな質量差を利用して段階的に分離するしかなかった。質量分析計による同位体の分離は、オリファントが1934年にリチウムで先駆的に開発した技術であった。 [ 63 ]

ローレンスは、古い37インチサイクロトロンを巨大な質量分析計に改造し始めた。[ 64 ]彼の推薦により、マンハッタン計画の責任者であるレスリー・R・グローブス・ジュニア准将は、オッペンハイマーをニューメキシコ州のロスアラモス研究所の所長に任命した。放射線研究所が電磁ウラン濃縮プロセスを開発する一方で、ロスアラモス研究所は原子爆弾の設計・製造を担当した。放射線研究所と同様に、ロスアラモス研究所もカリフォルニア大学によって運営された。[ 65 ]

電磁同位体分離には、質量分析計とサイクロトロンという2つの実験装置を組み合わせたカルトロンと呼ばれる装置が使用されました。この名称は「カリフォルニア大学サイクロトロン」に由来しています。 [ 66 ] 1943年11月、バークレーのローレンスのチームに、オリファントを含む29人のイギリス人科学者が加わりました。[ 67 ] [ 68 ]

電磁プロセスでは、磁場が荷電粒子を質量に応じて偏向させる。[ 69 ]このプロセスは科学的にも工業的にも効率的ではなかった。[ 70 ]ガス拡散プラントや原子炉と比較すると、電磁分離プラントは希少材料の消費量が多く、運転にはより多くの人員が必要で、建設費も高くなる。しかし、このプロセスは実証済みの技術に基づいており、リスクが低いため承認された。さらに、段階的に建設でき、迅速に工業生産能力に達すると思われた。[ 66 ]

オークリッジ

テネシー州オークリッジの電磁分離工場（のちにY-12と呼ばれる）の設計と建設の責任は、ストーン・アンド・ウェブスターに割り当てられた。14,700 トンの銀を使用するカルトロン（銀精製炉）は、ミルウォーキーのアリス・チャーマーズ社で製造され、オークリッジに出荷された。設計では、アルファ レーストラックと呼ばれる第 1 段階の処理ユニットが 5 つ、ベータ レーストラックと呼ばれる最終処理用のユニットが 2 つ必要だった。1943 年 9 月、グローブスはアルファ II と呼ばれるさらに 4 つのレーストラックの建設を承認した。[ 71 ] 1943 年 10 月に工場が予定通りテストのために稼働したとき、14 トンの真空タンクが磁石の力でずれてしまい、よりしっかりと固定する必要があった。磁気コイルがショートし始めたことで、さらに深刻な問題が発生した。12 月、グローブスは磁石を壊すように命じ、内部に大量の錆が見つかった。グローブス氏はその後、レーストラックを撤去し、磁石を工場に送り返して洗浄するよう命じた。また、パイプや継手を洗浄するため、工場内に酸洗工場が設立された。 [ 70 ]

大きな楕円形の構造物。
テネシー州オークリッジのY-12工場におけるウラン濃縮用の巨大なアルファI電磁石レーストラック。1944～45年頃。ローレンスが開発したカルトロンがリングの周囲に配置されている。

テネシー・イーストマンがY-12の管理に雇われた。[ 72 ] Y-12は当初ウラン235の濃度を13～15％に濃縮し、最初の数百グラムを1944年3月にロスアラモス研究所に出荷した。[ 73 ]ウラン原料5,825グラムのうち最終製品として得られたのはわずか1グラムだった。残りは製造過程で機器に飛び散った。懸命な回収作業により、1945年1月までにウラン235原料の生産量は10％にまで増加した。2月、アルファ・レーストラックは新設のS-50熱拡散プラントからわずかに濃縮された（1.4％）原料の供給を受け始めた。翌月にはK-25ガス拡散プラントから濃縮された（5％）原料の供給を受けた。1945年4月までにK-25はベータ・トラックに直接供給できるほど濃縮されたウランを生産していた。[ 73 ]

1945年7月16日、ローレンスはチャドウィックとチャールズ・A・トーマスと共に、世界初の原子爆弾によるトリニティ核実験を視察した。その成功にローレンスほど興奮した者はほとんどいなかった。[ 74 ]この実用的な兵器を日本に対してどのように使用するかという問題が科学者たちの課題となった。オッペンハイマーは日本の指導者たちに新兵器の威力をデモンストレーションしないことに賛成したが、ローレンスはデモンストレーションを行うのが賢明だと強く感じていた。広島への原爆投下において、ウラン爆弾が警告なしに使用されたとき、ローレンスは自身の功績に大きな誇りを感じた。[ 75 ]

ローレンスはマンハッタン計画で改良されたカルトロンの開発とアルファIIIレーストラックの建設が行われることを期待したが、経済的に不利であると判断された。[ 76 ]アルファトラックは1945年9月に閉鎖された。これまでよりも性能は良かったものの、[ 77 ] 1946年1月に稼働を開始したK-25および新しいK-27と競争することはできなかった。12月にはY-12工場が閉鎖され、テネシー・イーストマンの従業員数は8,600人から1,500人に削減され、月200万ドルの節約となった。[ 78 ]放射線研究所の職員数は1945年5月の1,086人から年末には424人に減少した。[ 79 ]

戦後のキャリア

ビッグサイエンス

戦後、ローレンスは政府による大規模科学プログラムへの支援を広く訴えた。彼は大型の装置と巨額の資金を必要とするビッグサイエンスの強力な支持者であり、1946年にはマンハッタン計画に対し、放射線研究所での研究費として200万ドル以上（2024年時点で2400万ドル相当）の支出を求めた。グローブスはこの資金を承認したが、シーボーグが提案した人口密集地バークレーにおける「高温」放射線研究所や、ジョン・ローレンスが提案した医療用同位元素の製造計画など、いくつかのプログラムを削減した。これらのニーズは原子炉でより適切に満たせると判断したためだ。一つの障害となったのは、戦時中の軍事的義務の放棄に熱心だったカリフォルニア大学だった。ローレンスとグローブスは、スプロールを説得して契約延長を受け入れさせた。[ 80 ] 1946年、マンハッタン計画はカリフォルニア大学が支出する1ドルにつき7ドルを同大学の物理学研究に費やした。[ 81 ]

同僚のほとんどにとって、ローレンスは数学的思考をほとんど嫌悪しているように見えた。複雑な物理的問題に対して、彼は非常に独創的な直感的なアプローチをとった。新しい考えを彼に説明する際には、状況を明確にするために微分方程式を書き留めて問題を曖昧にしないことをすぐに習得した。ローレンスは、数学的な細部に煩わされたくないが、「問題の物理的側面を説明してほしい」といった趣旨のことを言うのが常だった。長年彼と親しく暮らしていても、数学にはほとんど疎いと思っていたとしても、古典的な電気と磁気の数学において彼がいかに完璧にその技能を保っていたかを知ると、衝撃を受けるだろう。

ルイス・アルバレス[ 82 ]

184インチサイクロトロンは、マンハッタン計画の戦時予算によって完成しました。エド・マクミランの新しいアイデアを取り入れ、シンクロサイクロトロンとして完成しました。[ 83 ] 1946年11月13日に稼働を開始しました。[ 84 ]ローレンスは1935年以来初めて実験に積極的に参加し、ユージン・ガードナーと共に、当時発見されていたパイ中間子をシンクロトロンで生成しようと試みましたが、失敗に終わりました。その後、セザール・ラットは1948年に、彼らが開発した装置を用いて負のパイ中間子を発見しました。[ 85 ]

国立研究所の責任は1947年1月1日に新設された原子力委員会（AEC）に移った。[ 86 ]その年、ローレンスは自身のプロジェクトのために1500万ドル（2024年の1億6500万ドルに相当）を要求した。このプロジェクトには新しい線形加速器と、ベバトロンとして知られるようになる新しいギガ電子ボルトシンクロトロンが含まれていた。カリフォルニア大学とロスアラモス研究所の運営契約は1948年7月1日に期限が切れることになっており、一部の役員はカリフォルニア外のサイトの運営責任を大学から切り離したいと考えていた。交渉の末、大学はロスアラモス国立研究所となった施設との契約をさらに4年間延長し、 1945年10月にオッペンハイマーに代わって所長となったノリス・ブラッドベリーを教授として任命することに同意した。その後まもなく、ローレンスは要求した資金を全額受け取った。[ 87 ]

1946年頃、184インチサイクロトロンの前に立つロバート・オッペンハイマーとローレンス（右）

ローレンスはフランクリン・ルーズベルトに投票したにもかかわらず、共和党員であり[ 88 ]、戦前にオッペンハイマーが放射線研究所の労働者を労働組合化しようとした試みを強く非難していた。ローレンスはこれを「左翼的な活動」とみなしていた[ 89 ] 。ローレンスは政治活動は時間の無駄であり、科学研究に費やした方がよいと考え、放射線研究所では政治活動を避けたいと考えていた[ 90 ] 。戦後のカリフォルニア大学の冷戦という冷え切った環境 において、ローレンスは下院非米活動委員会の行動を正当なものと受け止め、学問の自由や人権に関わる組織的な問題を示すものとは考えなかった。彼は研究室の個人を守ったが、それ以上に研究室の評判を守った[ 90 ] 。彼は、大学の人事保安委員会によって調査を受けたロバート・サーバーのような放射線研究所職員を擁護せざるを得なかった。彼はいくつかのケースで、職員を支持する人物証明書を発行した。しかし、ローレンスはロバート・オッペンハイマーの弟フランクを放射線研究所から締め出し、ロバートとの関係を悪化させた。[ 91 ]カリフォルニア大学における激しい忠誠宣誓運動もまた、教員を遠ざける原因となった。[ 92 ]ロバート・オッペンハイマーの機密取扱許可を取り消すための公聴会が開かれた際、ローレンスは病気を理由に出席を辞退したが、オッペンハイマーを批判する議事録が欠席中に提出された。ローレンスが創造的で協力的な研究所を築き上げたことは、政治的緊張から生じた悪感情と不信感によって損なわれた。[ 90 ]

熱核兵器

ローレンスは1949年8月のソ連による最初の核実験に警戒した。適切な対応は、より大型の核兵器、すなわち水素爆弾の製造に全力を尽くすことだと彼は結論した。[ 93 ]彼は、爆弾に必要なトリチウムと、より高いエネルギーが必要となるより困難なプルトニウムの製造に必要な中性子を生成するために、原子炉の代わりに加速器を使用することを提案した。 [ 94 ]彼はまず、材料試験加速器（MTA）というコード名で呼ばれる、700万ドルのプロトタイプ、25MeV線形加速器、マークIの構築を提案した。[ 94 ] [ 95 ]彼はすぐに、劣化ウラン238からトリチウムやプルトニウムを生成できる、マークIIと呼ばれる新しい、さらに大型のMTAについて語るようになった。セルベールとセグレは、それが実用的でない理由となる技術的な問題を説明しようとしたが無駄だった。しかしローレンスは彼らが愛国心がないと感じた。[ 96 ] [ 97 ]

ローレンスは、エドワード・テラーの第二核兵器研究所建設運動を強く支持した。テラーは、カリフォルニア州リバモアのMTAマークIに併設する計画だった。ローレンスとテラーは、その建設を望まなかった原子力委員会や容赦なく反対するロスアラモス国立研究所だけでなく、シカゴのほうが建設に適した場所だと考える推進派とも議論しなければならなかった。[ 98 ]リバモアの新研究所は最終的に1952年7月17日に承認されたが、MTAマークIIは中止された。この時までに、原子力委員会はマークIに4500万ドルを費やしており、マークIは稼働を開始していたが、主に核兵器計画のためのポロニウム製造に使用されていた。一方、ブルックヘブン国立研究所のコスモトロンは1 GeVのビームを生成していた。[ 99 ]

放射性兵器

ローレンスは、戦後間もない時期の米国の攻撃的放射性兵器計画の熱烈な支持者であった。彼は、この計画の更なる研究を勧告した原子力委員会の特別委員会のメンバーであり、他の委員に対し、より確立された化学兵器や生物兵器の分野と比較しないよう強く促した。また、核兵器に対するタブーに類似するものがないことも利点の一つであると主張した。ローレンスは、最終的に兵器化同位元素として選択されたタンタル182のために、この計画専用の「20基から30基」の生産炉群を提案した。これは、当時核兵器用のプルトニウム239とポロニウム210の生産に使用されていたB原子炉に取って代わることになる。 [ 100 ]

死と遺産

ノーベル賞に加えて、ローレンスは1937年にエリオット・クレソン・メダルとヒューズ・メダル、1938年にコムストック物理学賞、1940年にダデル・メダルと賞、 1942年にホリー・メダル、 1946年にメリット・メダル、1951年にウィリアム・プロクター賞、 1952年にファラデー・メダル、 [ 101 ] 、 1957年に原子力委員会からエンリコ・フェルミ賞を受賞した。[ 102 ]彼は1934年に米国科学アカデミーの会員に選出され、[ 103 ] 1937年にはアメリカ芸術科学アカデミーとアメリカ哲学協会の会員に選出された。 [ 104 ] [ 105 ]彼は1948年にレジオンドヌール勲章オフィサーに任命された。[ 101 ]そして1958年にアメリカ陸軍士官学校からシルバヌス・セイヤー賞の最初の受賞者となった。[ 106 ]

1958年7月、ドワイト・D・アイゼンハワー大統領は、ソ連との部分的核実験禁止条約の交渉に協力するため、スイスのジュネーブへ行くようローレンスに要請した。原子力委員会のルイス・ストラウス委員長はローレンスの参加を強く求めていた。二人は水素爆弾開発の是非を論じ合い、ストラウスは1939年にローレンスのサイクロトロンのための資金調達に協力していた。ローレンスは核実験継続を支持していることで知られていたため、ストラウスは彼をジュネーブ代表団の一員として迎え入れることに熱心だった。[ 107 ]ローレンスは持病の潰瘍性大腸炎がひどく再発していたにも関わらず行くことを決めたが、ジュネーブ滞在中に体調が悪くなり、スタンフォード大学の病院に緊急搬送された。[ 108 ]外科医らは大腸の大部分を切除したが、動脈の1つに重度のアテローム性動脈硬化症を含む他の問題が見つかった。 [ 109 ]彼は1958年8月27日、パロアルト病院で亡くなった。[ 5 ] [ 110 ] 57歳の誕生日から19日後である。[ 111 ]モリーは公葬を望まなかったが、バークレーの第一会衆派教会で追悼式を行うことに同意した。カリフォルニア大学のクラーク・カー学長が弔辞を述べた。[ 109 ]

ローレンスの死後すぐに、カリフォルニア大学理事会は大学の原子核研究機関2つをローレンスにちなんでローレンス・リバモア国立研究所とローレンス・バークレー国立研究所と改名することを決議した。[ 112 ]アーネスト・オーランド・ローレンス賞は1959年に彼を記念して設立された。[ 113 ]化学元素番号103は、1961年にローレンス・バークレー国立研究所で発見され、彼にちなんでローレンシウムと命名された。[ 114 ] 1968年にはローレンスを称えてローレンス科学公教育センターが設立された。[ 115 ]彼の論文はカリフォルニア大学バークレー校のバンクロフト図書館に所蔵されている。 [ 116 ]

1980年代、ローレンスの未亡人は、ローレンスが開発に関わった核兵器に重点を置いていたため、カリフォルニア大学理事会に夫の名前をローレンス・リバモア研究所から削除するよう何度も請願したが、そのたびに却下された。[ 117 ] [ 118 ] [ 119 ] [ 120 ]彼女は夫より44年以上長生きし、 2003年1月6日にカリフォルニア州ウォルナットクリークで92歳で亡くなった。[ 18 ] [ 19 ]

ジョージ・B・カウフマンはこう書いています。

彼以前は、「リトルサイエンス」は主に個人が小規模かつ少額の資金で研究を行っていた。その後、産業界、特に政府による巨額の人的資源と資金の投入により、大規模な研究チームによって行われる「ビッグサイエンス」が国家経済の主要部分を占めるようになった。[ 121 ]

ローレンスは、クリストファー・ノーラン監督の2023年の映画『オッペンハイマー』でジョシュ・ハートネットによって演じられている。[ 122 ]

参考文献

引用

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参考文献

さらに読む

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  • ヒルツィック、マイケル著『ビッグサイエンス：アーネスト・ローレンスと軍産複合体を生み出した発明』（サイモン・アンド・シュスター、2015年）オンライン
ウィキメディア・コモンズには、アーネスト・O・ロレンスに関連するメディアがあります。
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