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Ciclotron inventado - História

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O Ciclotron, também conhecido como destruidor de átomos, foi inventado por Ernest Lawrence, um físico americano da Universidade da Califórnia em Berkely. O acelerador de partículas, como também era conhecido, permitia pesquisas avançadas nas áreas de biologia e física. Em 1939, Lawrence recebeu o Prêmio Nobel de Física por seu trabalho.

História

A Universidade de Chicago foi uma das primeiras universidades a ter um ciclotron instalado academicamente (1968). Essa máquina, na foto acima, e o programa que ela suportava tinham uma longa e histórica história em radioquímica e instrumentação. Investigadores como Katherine Lathrop, Paul Harper, Robert (Bob) Beck e outros forneceram uma rica paleta de interesses de pesquisa. A maior parte da história dos primeiros dias do Departamento de Radiologia da Universidade de Chicago pode ser encontrada neste ligação.

Katherine Lathrop, um membro do Projeto Manhattan, foi um membro chave da equipe da Universidade de Chicago que introduziu o 99m Tc na prática clínica no início dos anos 1960 como um agente radiotraçador na medicina nuclear. Essa substância radioativa é agora usada dezenas de milhares de vezes por dia nos Estados Unidos e dezenas de milhões de vezes por ano em todo o mundo em exames de medicina nuclear projetados para identificar tumores ou metabolismo anormal. Harper e Lathrop também desenvolveram o método comercial para a produção de 125 I, outro radionuclídeo diagnóstico comumente usado. Ela faleceu em 2005.

O ciclotron CS-15 foi instalado em 1968 e funcionou por 30 anos. Estava alojado dentro de um cofre no subsolo do Instituto Frank McLean. A radioquímica foi realizada no andar de cima, onde havia um aparelho de PET. O CS-15 foi desativado em 1997 devido a mudanças no foco da pesquisa patrocinada pelo DOE. Interesse renovado no início de 2000 para iniciar um programa de radioquímica em torno de um novo ciclotron de última geração.

Para imagens do novo Ciclotron, veja o Galeria . Para ver como o Ciclotron foi movido para dentro da abóbada, veja Inserção do Ciclotron vídeo.


Robert R. Wilson, professor de física em Harvard e projetista do ciclotron de Harvard & # 8217s, foi o primeiro a propor o uso de prótons para tratar o câncer.

Robert R. Wilson foi um físico americano conhecido por seu trabalho no Projeto Manhattan durante a Segunda Guerra Mundial. Ele fez parte da equipe que desenvolveu a bomba atômica e mais tarde chefiou um imenso grupo de físicos que idealizou, projetou, construiu e operou o Laboratório Nacional de Aceleração Fermi (Fermilab) fora de Chicago.

Embora Wilson fosse um cientista dedicado, ele também foi um defensor dos direitos humanos e defendeu o uso pacífico da energia atômica que ajudou a liberar. O Oklahoma Proton Center é um exemplo desse uso pacífico.

A contribuição de Robert Wilson para a terapia de prótons foi manifestada em um artigo que publicou em 1946. Intitulado “Uso Radiológico de Prótons Rápidos” (Radiologia 1946: 47: 487-91), o artigo estabeleceu os fundamentos e técnicas ainda hoje usados ​​no Oklahoma Proton Centros e centros de terapia de prótons em todo o mundo.

Robert Rathbun Wilson (4 de março de 1914 - 16 de janeiro de 2000)

O Laboratório de Radiação de Berkeley conduziu estudos extensivos sobre prótons e confirmou as previsões de Wilson & # 8217s. Em 1954, eles trataram o primeiro paciente com prótons. Os pesquisadores começaram a reconhecer o potencial total de isolar prótons para tratar condições médicas. A compreensão avançada da aceleração de partículas, feixes de prótons e sua aplicação de tratamento de radiação tem mostrado melhores resultados para pacientes diagnosticados com muitas formas de câncer. Wilson é considerado & # 8220 o pai da terapia por prótons & # 8221 por todas as suas pesquisas e esforços para o avanço da terapia por prótons.

Ciclotron de 60 polegadas de Lawrence & # 8217s, com pólos magnéticos de 60 polegadas de diâmetro, no Laboratório de Radiação Lawrence da Universidade da Califórnia (1939), o acelerador mais poderoso do mundo na época. Imagem de um ciclotron moderno no Oklahoma Proton Center usado para acelerar prótons a mais de dois terços da velocidade da luz e utilizado no tratamento de cânceres humanos.


Ciclotron inventado - História

Lawrence inventa o cíclotron
1931

Foto: Ciclotron revestido de cobre de quatro polegadas, um dos modelos mais antigos de Ernest Lawrence

Quando Ernest Orlando Lawrence (1901-1958) obteve seu doutorado em física, o tópico mais quente era bombardear o núcleo do átomo para ver que novas partículas ele poderia produzir. Ernest Rutherford tinha mostrado apenas recentemente que atingir o átomo de um elemento poderia fazer com que ele emitisse elétrons e se transformasse em um elemento diferente.

Lawrence ingressou no corpo docente de física da Universidade da Califórnia (Berkeley) em 1928 e ficou intrigado com essa nova física. Até agora, as pessoas usaram partículas alfa (o produto da radioatividade natural) e prótons (átomos de hidrogênio, contendo uma carga positiva de 1) para bombardear outros átomos. Mas eles haviam exaurido aquele campo de pesquisa. Para aprender mais, eles precisavam de uma maneira artificial de acelerar essas partículas a uma energia maior. Vários aceleradores foram inventados para dar à partícula de bombardeio um enorme "chute" de potencial elétrico. Mas parecia que você precisaria de um impulso de cerca de 1 milhão de volts para obter a aceleração necessária, e fazer uma máquina para suportar essa potência era quase impossível.

Por volta dessa época, Lawrence leu por acaso um jornal alemão que descrevia um acelerador linear que aumentava a energia de uma partícula em etapas usando campos elétricos alternados. Isso aumentou a velocidade da partícula, mas para realmente aumentá-la até a energia desejada, o acelerador teria que ser muito longo. Lawrence sabia que um campo magnético desviaria as partículas carregadas em um caminho curvo. Ao fazer as partículas girarem em espiral, ele poderia aumentar sua energia pouco a pouco cada vez que circulassem um eletrodo. A máquina circular caberia em uma sala. As partículas iriam espiralar para fora à medida que ganhassem mais energia e, quando estivessem se movendo rápido o suficiente, seriam atiradas para fora do dispositivo com uma força incrível em um coletor.

A universidade deu a Lawrence o sinal verde para construir o que ele chamou de ciclotron em 1930. Com alguns alunos de pós-graduação, ele tentou várias configurações diferentes. Eles tiveram sucesso usando eletrodos, um oscilador de radiofrequência produzindo 10 watts, um vácuo, íons de hidrogênio e um eletroímã de 10 cm. Toda a engenhoca era muito pequena. Com um ímã maior, a equipe de Lawrence foi capaz de produzir 80.000 elétron-volts em 1931, e mais tarde no mesmo ano, com um ciclotron de 25 cm, 1 milhão de elétron-volts. Os ciclotrons foram ficando cada vez maiores, com novas e diferentes capacidades. Um ciclotron de 69 cm pode acelerar íons contendo prótons e nêutrons. Com isso, os pesquisadores produziram radioisótopos artificiais como technicium e carbono-14 usados ​​na medicina e na pesquisa de traçadores. Em 1939, um dispositivo de 152 cm estava sendo usado para fins médicos e Lawrence ganhou o Prêmio Nobel de Física. O trabalho foi iniciado em uma máquina de 467 cm em 1940, mas a Segunda Guerra Mundial interrompeu seu desenvolvimento. A equipe de Lawrence voltou sua atenção para a produção do urânio-235 necessário para a bomba atômica.

O desenvolvimento do cíclotron e o crescimento do Laboratório de Radiação de Lawrence tiveram enormes implicações para a ciência e a maneira como ela é feita. Essa nova ferramenta poderia sondar o núcleo do átomo e oferecer aplicações na medicina e na pesquisa química. Ele lançou a era moderna da física de alta energia. Mas também lançou a era da & quot grande ciência & quot - uma nova maneira de organizar o trabalho científico. Alimentar e cuidar dessas ferramentas cada vez maiores, complexas e caras exigia mais pessoal e, acima de tudo, mais dinheiro. Governos e empresas perceberam que tinham interesse em tais pesquisas e entraram como financiadores.

Ernest Lawrence morreu em 1958. Em 1961, o elemento 103 foi descoberto e denominado "lawrencium" em sua homenagem.


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J ohn D. Cockcroft e Ernest Walton, do Cavendish Laboratory em Cambridge, Inglaterra, procurou um caminho para o núcleo por meio de uma previsão da mecânica quântica. George Gamow sugeriu ser uma partícula com muito pouca energia para superar a repulsão elétrica do núcleo através da barreira. (O truque era que a energia da partícula não estava bem definida, de acordo com o Princípio da Incerteza de Heisenberg). Em 1930, Cockcroft e Walton usaram um transformador de 200 quilovolts para acelerar os prótons por um tubo de descarga reto, mas eles concluíram que o tunelamento de Gamow não funcionava e decidiram buscar energias mais altas.

Para penetrar no núcleo, Cockcroft e Walton construíram um multiplicador de voltagem que usava uma pilha complexa de capacitores conectados por diodos retificadores como interruptores. Abrindo e fechando interruptores na sequência adequada, eles poderiam acumular um potencial de 800 quilovolts a partir de um transformador de 200 quilovolts. Eles usaram o potencial para acelerar prótons por um tubo evacuado de 2,5 metros de comprimento. Em 1932, eles colocaram um alvo de lítio no final do tubo e descobriram que os prótons desintegraram um núcleo de lítio em duas partículas alfa. Uma equipe soviética em Kharkov encontrou o mesmo resultado vários meses depois.


Robert Van de Graaff.


Acelerador Cockcroft-Walton.


Cientistas trabalhando em um
Gerador Van de Graaff.

O Gerador Van de Graaff

R obert Van de Graaff trabalhou como engenheiro para a Alabama Power Company antes de obter seu Ph.D. em física em Oxford. Enquanto um pós-doutorado em Princeton, ele concebeu um dispositivo para construir uma alta tensão usando princípios simples da eletrostática. Uma correia de material isolante transporta eletricidade de uma fonte pontual para um grande condutor esférico isolado. Outro cinto também fornece eletricidade da carga oposta para outra esfera. As esferas desenvolvem um potencial até que o campo elétrico rompe o ar e uma enorme faísca & quotarcs & quot através. Em 1931, Van de Graaff podia carregar uma esfera até 750 quilovolts, dando 1,5 megavolts de diferença entre duas esferas de carga oposta.

Aumentando o raio das esferas, Van de Graaff poderia atingir tensões mais altas sem formar arco. A tensão máxima em teoria, em megavolts, era aproximadamente igual ao raio da esfera em pés. Ele logo estava planejando um par de esferas de 4,5 metros de largura.

Anotações de Lawrence no artigo de Wider & oumle.

O acelerador linear

As dificuldades de manter as altas tensões levaram vários físicos a proporem partículas em aceleração usando uma tensão mais baixa mais de uma vez. Lawrence soube de um desses esquemas na primavera de 1929, enquanto folheava uma edição da Archiv f & uumlr Elektrotechnik, um jornal alemão para engenheiros elétricos. Lawrence lia alemão apenas com grande dificuldade, mas foi recompensado por sua diligência: ele encontrou um artigo de um engenheiro norueguês, Rolf Wider & oumle, cujo título ele poderia traduzir como "Em um novo princípio para a produção de tensões mais altas". Os diagramas explicou o princípio e Lawrence pulou o texto.

Direito: Os diagramas de Rolf Wider & oumle que descrevem um método para acelerar íons inspiraram a invenção do ciclotron de Ernest Lawrence.

As partículas com carga elétrica positiva são atraídas para o primeiro eletrodo cilíndrico por um potencial negativo, no momento em que emergem do tubo, o potencial muda para positivo, o que as impulsiona para longe do eletrodo com um segundo impulso. Adicionar lacunas e eletrodos pode estender o esquema para energias mais altas.

O ciclotron

O acelerador linear provou ser útil para íons pesados ​​como o mercúrio, mas projéteis mais leves (como partículas alfa) exigiam um tubo de vácuo de muitos metros de comprimento. Lawrence julgou isso impraticável. Em vez disso, ele pensou em dobrar as partículas em um caminho circular, usando um campo magnético, a fim de enviá-las através do mesmo eletrodo repetidamente.

Alguns cálculos rápidos mostraram que tal dispositivo pode capitalizar nas leis da eletrodinâmica. A aceleração centrípeta de uma partícula carregada em um campo magnético perpendicular B é evB / c, onde e é a carga, v a velocidade da partícula ec a velocidade da luz. A força centrífuga mecânica na partícula é mv 2 / r, onde m é a massa er o raio de sua órbita. Equilibrar as duas forças para uma órbita estável produz o que agora é conhecido como a equação do ciclotron: v / r = eB / mc.

Lawrence ficou surpreso ao descobrir que a frequência de rotação de uma partícula é independente do raio da órbita: f = v / 2 r = eB / 2mc, com r desaparecendo da equação. O método circular permitiria, portanto, um campo elétrico alternando em uma frequência constante para chutar as partículas para energias cada vez mais altas. À medida que suas velocidades aumentavam, também aumentava o raio de sua órbita. Cada rotação levaria a mesma quantidade de tempo, mantendo as partículas em sintonia com o campo alternado à medida que espiralavam para fora.

Um campo elétrico com uma frequência de cerca de quatro milhões de ciclos por segundo, ficava no reino das ondas curtas de rádio. A experiência de Lawrence com essas ondas seria útil, e avanços recentes em osciladores de válvula a vácuo de alta potência seriam indispensáveis. Combinado com um campo magnético razoável, um potencial nos eletrodos de apenas dez mil volts poderia acelerar uma partícula alfa a um milhão de elétron-volts. Ímãs maiores prometiam energias mais altas. Em teoria, o esquema oferecia a rota há muito procurada para estudar o núcleo. Lawrence pressionou alunos e professores a confirmar seus cálculos e esboçou um dispositivo.


Lawrence e o Ciclotron: o nascimento da Big Science

Um anúncio oficial da União Internacional de Química Pura e Aplicada, lançado em 30 de dezembro de 2015, ainda deixa os cientistas animados. A sétima linha da tabela periódica está oficialmente completa, graças à adição dos elementos 113, 115, 117 e 118 (com nomes temporários ununtritium, ununpentium, ununseptium e ununoctium, respectivamente). Foram necessários muitos experimentos usando vários aceleradores de partículas de vários países diferentes, mas todo esse trabalho finalmente valeu a pena. Mas o que esse trabalho envolve? Como o urânio é o último elemento que ocorre naturalmente, todos os que vêm depois dele são feitos pelo homem. Sintetizar esses elementos requer esmagar um átomo em outro e monitorar os produtos da fissão. O truque para criar um elemento sintético é fornecer energia suficiente para a colisão. Hoje, temos muitos aceleradores avançados de todas as formas e tamanhos para ajudar a alcançar esse & mdash, incluindo aquele usado em um recente PLOS ONE estude & mdash e tudo começou com um homem chamado Ernest Orlando Lawrence.

Lawrence e o Laboratório de Radiação

Na costa leste da Baía de São Francisco está uma cidade conhecida por sua comida, ativismo e ciência, Berkeley, Califórnia. Na verdade, a Universidade da Califórnia, Berkeley (UC Berkeley) produziu tantos ganhadores do Prêmio Nobel que reservaram estacionamento no campus. UC Berkeley afirma ter 22 professores vencedores do Prêmio Nobel e 29 ex-alunos vencedores do Prêmio Nobel. O primeiro laureado da UC Berkeley foi Lawrence, o inventor do ciclotron.

Figura 1. Diagrama de um ciclotron. Imagem obtida através do Wikimedia Commons. A imagem é de domínio público. Autor desconhecido.

Em 1928, Lawrence, um nativo de Dakota do Sul com um PhD da Universidade de Yale, foi contratado como professor assistente de física na UC Berkeley. Ele entrou em um mundo onde os departamentos de física, química e engenharia eram completamente separados e seus membros nunca se misturavam. Mas um dia, ele rabiscou uma ideia em um guardanapo que mudaria a história. Essa ideia não apenas abriria o caminho para a descoberta elementar, mas também traria colaboração multidisciplinar e o que Lawrence chamou de "ciência dquobig", um termo que ele usaria para descrever projetos como o Large Hadron Collider e o Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory.

Sua ideia era fornecer energia a uma partícula sem o uso de altas tensões. Naquela época, para acelerar uma partícula, você precisava de um acelerador linear. No entanto, os aceleradores lineares requerem altas tensões porque o campo elétrico só pode transferir energia para a partícula uma vez. Isso limita a aceleração que pode ser alcançada em uma configuração linear. Lawrence percebeu que usar um acelerador circular poderia resolver esse problema. O mesmo campo elétrico pode ser usado para acelerar partículas mais de uma vez. Lawrence criou um dispositivo que chamou de & ldquoproton-merry-go-round & rdquo (Ernest Lawrence & rsquos Cyclotron) na época.

O ciclotron

Figura 2. O protótipo de ciclotrons construído por Lawrence. Em exibição no Lawrence Hall of Science. Imagem de Deb McCaffrey.

A ideia de Lawrence & rsquos era simples (relativamente falando). Ele usou ímãs poderosos para criar um campo magnético perpendicular que conduziria as partículas em um caminho circular. Ele continha as partículas em dois discos de metal, que são duas peças de metal moldadas como se para encerrar um disco. As escrituras, no entanto, estavam separadas por uma lacuna crucial. Quando os atos eram polarizados por uma corrente de RF, eles forneciam energia à partícula toda vez que ela cruzava a lacuna. Isso faria com que o caminho circular se tornasse um caminho em espiral para fora, com a partícula acelerando ao longo do caminho. Eventualmente, a partícula iria bater em seu alvo e vários processos nucleares poderiam ocorrer. Seu primeiro dispositivo foi feito de & ldquowire e lacre e provavelmente custou US $ 25 no total. & Rdquo (Sobre: ​​Lawrence Hall of Science.) Seu próximo modelo, que foi o primeiro dispositivo funcional, está em exibição no Lawrence Hall of Science em Berkeley. O dispositivo ficaria conhecido como ciclotron.

Cada vez que Lawrence criava um ciclotron funcional, ele imediatamente voltava seus olhos para um ciclotron maior. No entanto, para começar a aumentar seus dispositivos do tamanho de uma bancada, ele precisaria da ajuda de engenheiros. Ele fez amizade com um engenheiro elétrico da UC Berkeley chamado Leonard Fuller, que lhe forneceria os ímãs de que precisava. Ele também fez amizade com Gilbert Lewis. Lewis era para o departamento de química da UC Berkeley o que Lawrence era para o departamento de física, exceto que Lewis nunca recebeu o Prêmio Nobel. (De acordo com Coffey, isso ocorre porque Lewis não jogou bem com os outros, especificamente o comitê do Nobel.) Lewis também descobriu os deuterons, uma partícula crucial nas descobertas do ciclotron e rsquos. Com a ajuda de Fuller e Lewis, Lawrence foi capaz de construir um ciclotron de 27 polegadas. Este dispositivo era tão grande que não cabia mais no laboratório. Lawrence fundou o Laboratório de Radiação em outro prédio para abrigar seus cíclotrons. Latimer Hall fica hoje onde ficava o & ldquoRad Lab & rdquo.

Figura 3. O ciclotron de 37 polegadas em exibição no Lawrence Hall of Science. Foto de Deb McCaffrey.

Nasce a ciência nuclear

Com o Rad Lab operacional, Lawrence e "seus] rapazes" (Ernest Lawrence Exhibit) rapidamente começaram a fazer descobertas. O ciclotron de 27 polegadas foi redesenhado como um ciclotron de 37 polegadas. Este dispositivo de 37 polegadas forneceu o primeiro elemento artificial: tecnécio. Foi também uma parte fundamental do Projeto Manhattan - o Laboratório Rad foi capaz de separar o urânio-235 magneticamente, abrindo caminho para a bomba lançada em Hiroshima. O ciclotron de 37 polegadas ainda pode ser visto em frente ao Lawrence Hall of Science.

Claro, 37 polegadas ainda não era grande o suficiente para Lawrence. Ele ajudou seu irmão a criar um ciclotron de 60 polegadas que iria descobrir o carbono-14 e sintetizar o neptúnio e o plutônio. Sua obra-prima, porém, foi o ciclotron de 184 polegadas que ele construiu após receber o Prêmio Nobel. Sem surpresa, este dispositivo exigiria uma instalação ainda maior. Um prédio com um telhado em cúpula distinto foi construído na colina acima do campus para abrigá-lo. Outra questão era que as velocidades se aproximariam do limite em que a relatividade especial deve ser levada em consideração. O dispositivo teve que ser convertido em um sincrociclotron. As duas principais modificações foram para variar a frequência de RF e substituir um dee por uma versão aberta de dee (consulte a figura 1 para um lembrete de como é um dee). A contribuição desse gigante científico para a física foram os mésons artificiais, mas o irmão de Lawrence e rsquos, John, também a usou para fazer avanços médicos significativos. Em 1958, Ernest Lawrence faleceu, deixando um enorme legado para trás.

Figura 4. Uma visão da Fonte de Luz Avançada do pátio da Biblioteca Doe. Foto de Deb McCaffrey.

Nos ombros de um gigante

Embora o cíclotron de 184 polegadas não exista mais, o teto em cúpula distinto ainda marca a crista onde ele esteve. O Laboratório de Radiação de Berkeley se tornou o Laboratório Nacional Ernest Orlando Lawrence Berkeley e o ciclotron foi substituído por uma fonte de luz síncrotron que ainda está em uso hoje.

Mais acima na colina, o Lawrence Hall of Science entretém famílias com suas exposições e influencia os alunos de todo o país com o desenvolvimento de seu currículo. Do outro lado das cristas, o Laboratório Nacional Lawrence Livermore busca a fusão. Essas instituições são um testemunho das realizações científicas de Lawrence & rsquos. Mais importante, ele abriu o caminho para um novo paradigma da ciência, em que equipes multidisciplinares se unissem para construir experimentos colossais em busca do universo e segredos bem guardados.

Coffey, P. (2008) Cathedrals of Science: The Personalities and Rivalries That Made Modern Chemistry. imprensa da Universidade de Oxford.

Exposição Ernest Lawrence (n.d.) Lawrence Hall of Science

Hiltzik, M. (2015). Big Science: Ernest Lawrence e a invenção que lançou o complexo militar-industrial. Simon & amp Schuster.

Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (1993) Bright Beams: The Advanced Light Source.


Aceleradores Lineares

UMA BREVE HISTÓRIA DO DESENVOLVIMENTO DE ACELERADORES LINEARES:

& # 8220A instalação do primeiro acelerador linear clínico começou em junho de 1952 na Unidade de Pesquisa Radioterápica do Conselho de Pesquisa Médica (MRC) do Hospital Hammersmith, em Londres. Foi entregue para testes de física e outros testes em fevereiro de 1953 e começou a tratar pacientes em 7 de setembro daquele ano. & # 8221

& # 8220Hoje - Milhares de aceleradores lineares médicos são usados ​​em hospitais em todo o mundo e têm sido eficazes no tratamento de milhões de pacientes com câncer. Os pesquisadores continuam a melhorar ainda mais a eficácia dos aceleradores lineares médicos na luta contra o câncer. & # 8221

ESTÁGIOS NO DESENVOLVIMENTO DE ACELERADORES LINEARES:


1931 - um segundo próximo: o primeiro ciclotron

1937 - Primeiro tratamento clínico com gerador Van de Graaff na Harvard Medical School.
1932-1940 - A Década do Ciclotron
1940 - O Betatron
1945 - Novas idéias: a aceleração síncrona leva ao microtron
1947 - Mais Sincronicidade: O Síncrotron Eletrônico

1947 - Primeiro acelerador linear construído em Stanford por William Hansen e os irmãos Varian.
1952 - Energias Ainda Mais Elevadas: O Síncrotron de Prótons
1952 - Um forte salto à frente: focalizando o feixe
1953 - Sincrotrons tornam-se mais fortes

1953 - Paciente tratado com o primeiro acelerador linear médico no Hammersmith Hospital em Londres.

1953 - Dr. Henry Kaplan e o físico Edward Ginzton desenvolveram o primeiro acelerador linear médico do hemisfério ocidental. A unidade de 6MV foi instalada no Stanford-Lane Hospital, em San Francisco.
1946-1954 — O Linac Cresce: Um Linac de Elétron e Próton

1960 - Lançado o Varian Clinac ®6 / 100, o primeiro acelerador linear de radioterapia totalmente rotacional.
1966 - Stanford leva a sério o Linac: SLAC
1960 - O Colisor de Anel de Armazenamento
1969 - CERN entra na era do Collider
1970 - Alemanha entra na era do Collider
1981 — The First Proton-Antiproton Colliders: CERN e FNAL

1981 - Lançamento do Varian Clinac® 2500, o primeiro acelerador linear médico de energia dupla.

1985 - A Philips apresenta o SL25®, o primeiro acelerador linear médico totalmente controlado digitalmente.

1988 - a Varian apresenta o Varian Clinac ® 2100C, o primeiro acelerador controlado por computador da Varian.

1997 - Stanford continua sua pesquisa, usando terapia de radiação modulada por intensidade, que combina imagens com aceleradores lineares que emitem centenas de feixes finos de radiação de qualquer ângulo.

2004 - A radioterapia quadridimensional é implementada, responsável pelo movimento da respiração durante a imagem e a radioterapia.

PIONEIROS NO DESENVOLVIMENTO DE ACELERADORES LINEARES:

Em 1958, Karl Brown foi o primeiro a usar álgebra de matriz para calcular aberrações magnético-ópticas em espectrômetros de partículas carregadas, usados ​​por físicos para a análise precisa da estrutura nuclear e subnuclear. Ele desenvolveu um código de computador chamado TRANSPORT para facilitar o processo de design do equipamento

Henry Kaplan e Ed Ginzton, PhD, professor de engenharia elétrica e física, desenvolveram o primeiro acelerador linear médico do Hemisfério Ocidental, instalado no Stanford-Lane Hospital, em San Francisco.

1972 - Dr. Peter Fessenden chega a Stanford e começa a desenvolver um acelerador linear que combate as células tumorais usando dois tipos de radiação. Trabalhando com a Varian Medical Systems, Inc., a equipe do Dr. Fessenden cria o primeiro acelerador linear que combinou o tratamento com raios-X e elétrons.


Ernest Lawrence e a invenção do ciclotron

Em 8 de agosto de 1901, o pioneiro cientista nuclear americano Ernest Orlando Lawrence nasceu. Ele recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1939 por sua invenção do ciclotron. Ele também é conhecido por seu trabalho na separação de isótopos de urânio para o Projeto Manhattan e por fundar o Laboratório Lawrence Berkeley e o Laboratório Lawrence Livermore.

& # 8220Estou ciente de que as conquistas científicas estão enraizadas no passado, são cultivadas até a estatura total por muitos contemporâneos e floresce apenas em ambientes favoráveis. Nenhum indivíduo é o único responsável por um único degrau ao longo do caminho do progresso, e onde o caminho é suave, o progresso é mais rápido. Em meu próprio trabalho, isso tem sido particularmente verdadeiro. & # 8221
- Ernest Orlando Lawrence, discurso de banquete do Prêmio Nobel (29 de fevereiro de 1940)

Crescendo na Dakota do Sul

Ernest Lawrence cresceu em South Dakota. Seus pais eram filhos de imigrantes noruegueses e lecionaram no colégio em Canton, Dakota do Sul. Sua mãe, Gunda, lembrava-se de sua enorme curiosidade quando ainda era criança. Aparentemente, o Lawrence de dois anos conseguiu acender uma fogueira com fósforos e queimar todas as suas roupas. Sua mãe ainda se lembrou de que & # 8220 Ernest sempre teve um temperamento feliz e a vida para ele parecia ser uma emoção após a outra, mas ele também foi sempre persistente e insistente!& # 8220. Com seus amigos de colégio, Lawrence construiu muito cedo uma estação transmissora de rádio de ondas curtas e mais tarde aplicou suas experiências à aceleração de prótons [1,2].

Carreira acadêmica

Lawrence matriculou-se na Universidade de Dakota do Sul e vendeu utensílios de cozinha para famílias de agricultores a fim de financiar sua educação. Esse treinamento foi útil mais tarde, quando Lawrence teve que vender projetos científicos para funcionários do governo e agências de financiamento. Após obter seu bacharelado, o jovem físico matriculou-se na Universidade de Minnesota para concluir seus estudos de mestrado e mudou-se para Yale, onde Lawrence recebeu seu doutorado. em 1925. Antes mesmo de completar 27 anos, Lawrence aceitou o cargo de professor associado em Berkeley, onde se tornou o mais jovem professor titular da instituição três anos depois [1]. Em 1936, ele se tornou Diretor do Laboratório de Radiação da University & # 8217s, permanecendo nesses cargos até sua morte [3].

O ciclotron

Supõe-se que ao ler um artigo científico de Rolf Widerøe sobre um dispositivo que produzia partículas de alta energia, ele se inspirou a trabalhar em um acelerador mais compacto que caberia nos laboratórios de Berkeley. Após um trabalho inicial sobre o potencial de ionização de vapores de metal, Lawrence inventou o cíclotron em 1929. O primeiro cíclotron que ele construiu tinha aparentemente apenas 10 cm de diâmetro e consistia em latão, arame e cera de vedação. Nesse período, Lawrence e seu grupo de pesquisa construiu uma máquina maior, que usou para bombardear vários elementos com partículas aceleradas. Em casos raros, elementos completamente novos e centenas de isótopos radioativos de elementos conhecidos até então desconhecidos foram gerados pelo bombardeio de partículas. Ele solicitou proteção de patente para sua invenção nos EUA em 26 de janeiro de 1932, que foi concedida a ele em 20 de fevereiro de 1934.

Diagrama da operação do ciclotron da patente de Lawrence & # 8217s 1934

Isótopos radioativos e terapia do câncer

Ele foi convidado para a Conferência Solvay de 1933 para fazer uma apresentação sobre o ciclotron e Lawrence estendeu o aparelho para um ciclotron de 37 polegadas em junho de 1937. Dois anos depois, foi usado pela primeira vez para bombardear ferro e produzir seus primeiros isótopos radioativos. Com um ciclotron mais poderoso, ele foi capaz de produzir os mésons conhecidos da radiação cósmica pela primeira vez em 1941, mais tarde ele estendeu seus estudos às antipartículas. No mesmo ano, o primeiro paciente com câncer recebeu terapia de nêutrons do ciclotron.

O Prêmio Nobel de Física

Ernest Lawrence recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1939 e foi o primeiro em Berkeley a receber o Prêmio Nobel. Os cientistas também eram conhecidos como escritores incrivelmente prolíficos. A maior parte de seu trabalho foi publicado em The Physical Review and the Proceedings of the National Academy of Sciences. Ele foi condecorado com inúmeros prêmios e prêmios, incluindo a Medalha de Mérito e obteve o doutorado honorário de treze da American University e uma da British University, a University of Glasgow [3].

Vida posterior

Lawrence foi fundamental no desenvolvimento da bomba atômica durante a Segunda Guerra Mundial, após a guerra ele fez campanha para a proibição de testes nucleares e foi membro da delegação dos EUA na conferência de Genebra de 1958 sobre o assunto. Depois da guerra, Lawrence fez campanha extensiva pelo patrocínio governamental de grandes programas científicos. O 103º elemento da tabela periódica química, Lawrencium (Lr), foi nomeado em sua homenagem.

Ernest Orlando Lawrence faleceu em 27 de agosto de 1958 aos 57 anos.

Na pesquisa de vídeos acadêmicos da yovisto, você pode se interessar por uma aula de vídeo sobre Aceleradores de partículas na Berkeley University pelo Professor Norman.


Ciclotron inventado - História

Esta entrada contribuiu com Dana Romero

Um dispositivo inventado por E. O. Lawrence e M. S. Livingston em Berkeley em 1931 que é usado para acelerar partículas carregadas por meio de um campo magnético. Uma partícula de massa m e cobrar q movendo-se com velocidade v irá interagir com um campo magnético de força B cuja direção é perpendicular ao plano de sua viagem com força

A força do campo magnético é perpendicular à direção da partícula, resultando em um caminho circular dentro do ciclotron. Igualando F com uma força centrípeta dá

dá a razão carga-massa da partícula em termos de valores conhecidos para v, B, e R.

As partículas dos ciclotrons emitem radiação chamada radiação do ciclotron.

Livingston, M. S. Aceleradores de alta energia. New York: Interscience Publishers, 1954.

Livingston, M. S. e Blewett, J. P. Aceleradores de partículas. Nova York: McGraw-Hill, 1962.

Livingston, M. S. Aceleradores de partículas: uma breve história. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1969.

Mann, W. B. The Cyclotron, 2ª ed. Nova York: Chemical Publishing Co., 1945.

Wilson, R. R. e Littauer, R. Aceleradores: Máquinas de Física Nuclear. Garden City, NY: Anchor Books, 1960.


História

The Lab’s legacy began in the summer of 1928, when a 27-year-old physics professor named Ernest O. Lawrence was wooed from his faculty position at Yale University to a job at the University of California’s Berkeley campus. While at Berkeley, Lawrence invented a unique particle accelerator called a cyclotron which would prove his hypothesis: whirling charged particles around to boost their energies, then casting them toward a target is an effective way to smash open atomic nuclei. The cyclotron would go on to win Lawrence the 1939 Nobel Prize in physics and usher in a new era in the study of subatomic particles. Through his work, Lawrence launched the modern era of multidisciplinary, team science. In August of 1931, when he created the Radiation Laboratory in a modest building on the Berkeley campus, Lawrence began recruiting a brilliant circle of colleagues from physics, chemistry, biology, engineering and medicine, whose groundbreaking teamwork would be critical to the laboratory’s legendary success. When his plans for bigger and better atom-smashing cyclotrons required more room, he moved the laboratory off campus and up to its present location in the Berkeley hills, overlooking the San Francisco Bay. After his death in 1959, the Lab was officially renamed the Ernest O. Lawrence Berkeley Laboratory.

The old Radiation Laboratory

Today, Berkeley Lab continues the tradition of multidisciplinary scientific teams working together to solve global problems in human health, technology, energy, and the environment. Thirteen Nobelists have worked here. And countless other researchers have contributed to the Lab’s success as an institution for furthering our nation’s scientific endeavors, whether in fundamental research, science education, or technology transfer.

Go here to view an article written in 2001 to commemorate the 100th anniversary of Lawrence’s birth in 1901.

As a youth, Lawrence was a ham-radio enthusiast and set up South Dakota’s first-ever radio station.


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