敲开原子核

回旋加速器象埃及金字塔一样，可以作为非功利主义的纪念碑在历史上永存。恩里科·费米自上世纪来，科学家已意识到原子是可以分割的，原子是由电子及原子核组成的。原子核半径只有10-15米，体积只有原子体积的一千万亿分之一，但却集中了几乎原子的全部质量。中子和质子的发现又揭示出原子核是由中子与质子组成的，而质子与中子之间是由很强的核力结合在一起的，核力只在10^-15米的范围内起作用，因此要打开原子核，必须有一种能量很高的粒子去轰击原子核，把原子核中的核子轰出来，这就要借助于劳伦斯发明的回旋加速器。1901年8月8日，劳伦斯生于美国坎顿，祖籍挪威人，祖父和父亲都是教师，并享有一定的声誉。劳伦斯从小就接受了良好的教育熏陶，对科学又有一股坚韧不拔的钻研精神和虚怀若谷的品格。他发明回旋加速器是偶然在浏览一本“电工学文献”的杂志时从维德奥，一位名不经传小人物所绘的插图中受到启发的。带电粒子在电场中要受到电场的作用力而被加速，但若要把带电粒子加速到很高能量就需要几百万伏的高压或更高的电压，这是十分困难的事，因此劳伦斯想到通过多次加速的办法来实现高能量带电粒子。
     首先我们注意到带电粒子在磁场中运动时是作圆周运动，运动周期只与本身电量及质量，磁场等有关，而与运动速度无关，这使劳伦斯想到了下图所示的装置：将两个金属“D”形盒的直边相对放置，在直边上加上交流电压，垂直“D”盒方向加磁场B，这就构成了回旋加速器。当带电粒子处在两直边之间时，电荷被加速，粒子以一定速度进入D₁中，作圆周运动；运动半个周期后，又进入电场中，而这时电场也正好变成相反方向，因此电荷又被加速，再以更大的速度进入D₂盒中；经半个圆周后，再次进入电场中。如此不断循环下去，粒子不断被加速达到一很高的能量，然后引出来就可以用来轰击原子核了。带电粒子在回旋时，随着粒子速度的增大，回旋半径也不断增大，只要D盒半径足够大，就可以使粒子达到极高的能量。目前已能把带电粒子加速到5亿电子伏特的能量，它相当于用五亿伏高压加速一个单位电量的粒子所获得的能量！