М. Стэнли Ливингстон

Милтон Стэнли Ливингстон
Рожденный	( 1905-05-25 ) 25 мая 1905 г. Бродхед , Висконсин
Умер	25 августа 1986 г. ) ( 1986-08-25 ) ( 81 год Санта-Фе, Нью-Мексико
Альма-матер	Помона Колледж Дартмутский колледж Калифорнийский университет, Беркли
Известный	развитие циклотрона и сильной фокусировки
Супруг (а)	Лоис Робинсон, Маргарет Хьюз
Награды	Премия Энрико Ферми (1986)
Научная карьера
Поля	Физика ( физика ускорителей )
Учреждения	Калифорнийский университет в Беркли , Корнельский университет , Массачусетский технологический институт , Брукхейвенская национальная лаборатория
Диссертация	Производство ионов водорода с высокой скоростью без использования высокого напряжения   (1931 г.)
Докторантура	Эрнест Лоуренс
Подпись

Милтон Стэнли Ливингстон (25 мая 1905 – 25 августа 1986) был американским физиком-ускорителем , соавтором циклотрона с Эрнестом Лоуренсом и соавтором с Эрнестом Курантом и Хартландом Снайдером принципа сильной фокусировки , который позволил разработать современные крупномасштабные ускорители частиц . Он построил циклотроны в Калифорнийском университете , Корнелльском университете и Массачусетском технологическом институте . Во время Второй мировой войны он служил в группе оперативного исследования Управления военно-морских исследований .

Ливингстон был председателем ускорительного проекта в Брукхейвенской национальной лаборатории , директором Кембриджского ускорителя электронов, членом Национальной академии наук , профессором физики в Массачусетском технологическом институте и лауреатом премии Энрико Ферми от Департамента США. Энергия . Он был заместителем директора Национальной ускорительной лаборатории с 1967 по 1970 год.

Ранняя жизнь

Ливингстон родился в Бродхеде, штат Висконсин , 25 мая 1905 года в семье Маквортера Ливингстона, министра религии, и его жены Сары Джейн. Сара была членом семьи Тен Эйк , влиятельной нью-йоркской семьи, голландское происхождение которой восходит к 1640-м годам. У него было три сестры. Семья переехала в Калифорнию, когда Ливингстону было пять лет, и он вырос в Бербанке , Помоне и Сан-Димасе . Его отец стал учителем и директором средней школы. Его мать умерла, когда ему было 12 лет, а отец позже женился повторно. Таким образом, Ливингстон приобрел пятерых сводных братьев.

Окончив среднюю школу в 1921 году, Ливингстон поступил в близлежащий колледж Помоны , намереваясь специализироваться на химии . но ему не понравилось, как там преподают химию, и он договорился с профессором физики Роландом Р. Тайлстоном также посещать курсы физики. Он получил степень бакалавра искусств (AB) в 1926 году. с двойной специализацией по физике и химии. Тайлстон организовал для него поступление в Дартмутский колледж со стипендией преподавателя. В 1928 году ему была присвоена степень магистра искусств (MA). изучение дифракции рентгеновских лучей , и проработал еще год инструктором.

Циклотроны

М. Стэнли Ливингстон (слева) и Эрнест О. Лоуренс рядом с 27-дюймовым циклотроном в Радиационной лаборатории в 1934 году.

В течение того же года Ливингстон подал заявку в аспирантуру на преподавательскую стипендию и был принят как в Гарвардский университет , так и в Калифорнийский университет . Он принял последнее и вернулся в Калифорнию. Он написал докторскую диссертацию на тему «Производство высокоскоростных ионов водорода без использования высокого напряжения». тема, предложенная Эрнестом Лоуренсом , который заметил, что ионы с массой $M$ и зарядить $e$ движущийся в однородном магнитном поле $B$ циркулировать с постоянной частотой $\omega$ независимая от энергии:

${\omega }={eB \over Mc}$

Следовательно, теоретически, если частица пройдет через электрод с напряжением VN раз, она приобретет энергию в НеВ. Задачей Стэнли было проверить, сработает ли это. В январе 1931 года Стэнли удалось сделать именно это, применив напряжение 1 кВ для ускорения ионов водорода до 80 кэВ. По настоянию Лоуренса Стэнли быстро написал свою диссертацию и представил ее в апреле 1931 года, чтобы в следующем году иметь право на должность инструктора. Его устный экзамен оказался более трудным. Раймонд Бирдж начал задавать вопросы о ядерной физике, и Ливингстону пришлось признать, что он ничего не знал о работах Эрнеста Резерфорда , Джеймса Чедвика и Чарльза Драммонда Эллиса и не читал их монографию 1930 года «Излучение радиоактивных веществ» . Тем не менее Лоуренсу удалось убедить экзаменаторов присудить Ливингстону докторскую степень.

Как только появились первые признаки успеха, Лоуренс начал планировать новую, более крупную машину, которая стала известна как циклотрон . В начале 1932 года Лоуренс и Ливингстон разработали проект 27-дюймового (69 см) циклотрона стоимостью 800 долларов с магнитом весом 2 тонны. Затем Лоуренс нашел массивный 80-тонный магнит, который первоначально был построен для питания трансатлантической радиосвязи во время Первой мировой войны , но теперь ржавел на свалке в Пало-Альто . Это позволило им построить 27-дюймовый циклотрон.

В лице циклотрона у них был мощный научный инструмент, но это не привело к научным открытиям. В апреле 1932 года Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон в Кавендишской лаборатории что они бомбардировали литий протонами в Англии объявили , и сумели превратить его в гелий . Требуемая энергия оказалась довольно низкой — вполне в пределах возможностей 11-дюймового циклотрона. Узнав об этом, Лоуренс телеграфировал в Беркли и попросил проверить результаты Кокрофта и Уолтона. На это команде потребовалось до сентября, в основном из-за отсутствия адекватной аппаратуры обнаружения.

Между 1932 и 1934 годами Ливингстон был автором или соавтором более дюжины статей по ядерной физике и циклотрону, но он чувствовал себя затмеваемым Лоуренсом и не думал, что получил достаточную оценку за свое участие в разработке циклотрона, для которого Лоуренс получит Нобелевскую премию по физике в ноябре 1939 года. Поэтому Ливингстон принял предложение стать доцентом Корнелльского университета в 1934 году. Он построил циклотрон на 2 МэВ в Корнелле с помощью гранта в 800 долларов и помощи аспирантов и ведомственного цеха, первого, построенного за пределами Беркли. Он работал с Робертом Бахером и Гансом Бете , помогая создать одну из трех важных статей, появившихся в «Обзорах современной физики» , которые стали известны как «Библия Бете». Он также объединился с Бете, чтобы впервые продемонстрировать, что нейтрон обладает магнитным моментом . Ливингстон вспоминал, что Бете:

… дал мне представление об основах физики и о том, что происходит в ядерной физике. Вместе с ним я впервые почувствовал, насколько глубока эта область, насколько она сложна и как много нам нужно в плане новой информации. Я узнал о многих новых концепциях, таких как магнитные моменты и квантовые аспекты, о которых я никогда не слышал, пока работал с Лоуренсом. Это была другая среда. Теперь я следил за ученым и был очень впечатлен.

Физики из Массачусетского технологического института (MIT) решили, что им тоже нужен циклотрон, и Робли Эванс нанял Ливингстона для создания там 42-дюймового (110 см) циклотрона в 1938 году. В следующем году Ливингстон стал преподавателем в Массачусетском технологическом институте, и год спустя доцент. Циклотрон был завершен в 1940 году. Во время Второй мировой войны он работал с циклотроном Управления медицинских исследований Управления научных исследований и разработок (OSRD), производя радиоактивные изотопы фосфора и железа, которые использовались в качестве индикаторов в медицинских экспериментах. . Результатом этих исследований стали новые методы стабилизации крови, чтобы ее можно было поставлять в войска на отдаленных театрах военных действий. В 1944 году Ливингстон присоединился к Филипа Морса в группе оперативного исследования Управлении военно-морских исследований и работал в Вашингтоне, округ Колумбия, и Лондоне над радиолокационным противодействием подводным лодкам .

Дальнейшая жизнь

Ливингстон вернулся в Массачусетский технологический институт вскоре после окончания войны, но в 1946 году консорциум университетов, включая Массачусетский технологический институт, объединился, чтобы создать Брукхейвенскую национальную лабораторию на Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк , как центр для проведения исследований в области большой науки , выходящих за рамки ресурсы одного академического учреждения. Морс был назначен первым директором Брукхейвена и попросил Ливингстона возглавить строительство ускорителя для новой национальной лаборатории. Было решено, что это должен быть новый тип ускорителя, известный как синхротрон , который был предложен Эдвином Макмилланом в 1945 году. Исидор Исаак Раби, в частности, утверждал, что он должен быть более мощным, чем любой, запланированный Лабораторией Лоуренса Беркли .

Как оказалось, Комиссия по атомной энергии (AEC) не пожелала финансировать два гигантских ускорителя на 10 ГэВ, но была готова профинансировать два меньших ускорителя на 2,5 ГэВ и 6 ГэВ. На встрече, на которой Брукхейвен представляли Морс, Ливингстон и Леланд Джон Хауорт , команда из Брукхейвена приняла меньший вариант, надеясь, что они смогут завершить его первыми и тем самым получить преимущество в создании машины на 10 ГэВ. Машина, известная как Космотрон , была одобрена AEC в апреле 1948 года и достигла своей полной мощности в 3,3 ГэВ в 1953 году.

Ливингстон не смог остаться в Брукхейвене, чтобы увидеть завершение проекта «Космотрон», поскольку ему грозила потеря должности в Массачусетском технологическом институте, и он решил вернуться туда в 1948 году. В Массачусетском технологическом институте он преподавал и участвовал в эксперименте 1950 года, проведенном Национальной лабораторией Лос-Аламоса по исследованию времени жизни короткоживущих продуктов деления. Однако он все еще думал об ускорителях и в 1952 году вместе с Эрнестом Курантом , Хартландом Снайдером и Дж. Блюеттом в Брукхейвене разработал принцип сильной фокусировки , согласно которому суммарное воздействие на пучок заряженных частиц, проходящих через переменные градиенты поля, заключается в заставить луч сходиться. Преимущества сильной фокусировки были затем быстро осознаны и использованы в синхротроне переменного градиента , который достиг 33 ГэВ в 1960 году. План по созданию синхротрона в Массачусетском технологическом институте и Гарварде также был реализован под руководством Ливингстона, в результате чего был создан Кембриджский ускоритель электронов (CEA), который вступил в строй в 1962 году. Водородная пузырьковая камера в CEA взорвалась 6 июля 1965 года, в результате чего восемь человек получили ранения, один из них был смертельным.

Национальная ускорительная лаборатория , переименованная в Национальную ускорительную лабораторию имени Ферми в 1974 году, была основана в Батавии, штат Иллинойс , в 1967 году. Как и Брукхейвен, им управлял консорциум университетов. Роберт Р. Уилсон был назначен его первым директором, а Ливингстон - его заместителем директора. Они инициировали разработку того, что впоследствии стало Тэватроном , ускорителем частиц с энергией 1 ТэВ .

Ливингстон вышел на пенсию в 1970 году и переехал в Санта-Фе, штат Нью-Мексико . Он продолжал время от времени работать консультантом в соседней Лос-Аламосской национальной лаборатории, а иногда выступал в качестве административного судьи в Комиссии по ядерному регулированию . Он женился на Лоис Робинсон, когда был аспирантом Беркли в 1930 году. У них было двое детей: дочь Дайан и сын Стивен. Они развелись в 1949 году, и он женился на Маргарет (Пегги) Хьюз в 1952 году. После смерти Пегги он снова женился на Лоис в 1959 году. Он умер в Санта-Фе 25 августа 1986 года от осложнений, вызванных раком простаты . У него остались жена Лоис и дети Дайана и Стивен.

Награды и отличия

• Почетные степени Дартмутского колледжа (1963 г.), Гамбурга, Германия (1967 г.), и колледжа Помона (1971 г.).
• Избран в Национальную академию наук (1970).
• Премия Энрико Ферми от Министерства энергетики США (1986) (посмертно)

Ссылки

• Херкен, Грегг (2002). Братство бомбы: запутанные жизни и преданность Роберта Оппенгеймера, Эрнеста Лоуренса и Эдварда Теллера . Холт в мягкой обложке. ISBN  978-0-8050-6589-3 .

• Хейлброн, JL ; Зайдель, Роберт В. (1989). Лоуренс и его лаборатория: история лаборатории Лоуренса в Беркли . Беркли: Издательство Калифорнийского университета . ISBN  978-0-520-06426-3 .