Nacimiento |
11 de julio de 1902 Oslo ( Noruega ) |
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Muerte |
11 de octubre de 1996 Obersiggenthal ( Suiza ) |
Casa | Noruega , Alemania , Suiza |
Nacionalidad | noruego |
Áreas | Física , Acelerador de partículas |
Instituciones |
Universidad Técnica de Aquisgrán , Brown-Boveri et Cie , Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich |
Diplomado | Doctorado |
Director de tesis | Walter Rogowski |
Reconocido por | Diseño de aceleradores de partículas |
Premios | Medalla Röntgen (1969) |
Rolf Widerøe (11 de julio de 1902 - 11 de octubre de 1996) Es un físico noruego especialista en aceleradores de partículas . Propuso el concepto de betatrón , que no logró realizar, y el concepto de acelerador de resonancia lineal, que demostró ser factible. Él está indirectamente en el origen del desarrollo del ciclotrón por Ernest O. Lawrence . Es el autor del principio de sincrotrón , los anillos de almacenamiento y la colisión frontal de partículas para incrementar la energía de interacción .
Rolf Widerøe nació en Kristiana, ahora Oslo , en 1902. Es hijo de Theodor Widerøe (1868-1947), agente comercial, y Carla Johanne Launer (1875-1971). Tiene un hermano, Viggo (1904-2002), piloto de avión y empresario, fundador de la compañía aérea noruega Widerøe . Desde su infancia, Rolf Widerøe se interesó por los descubrimientos científicos de su tiempo, en particular la radiactividad. En 1919, mientras terminaba la escuela secundaria en Halling High School en Oslo, se enteró de la lectura del periódico local que Ernest Rutherford había desintegrado núcleos de nitrógeno bombardeándolos con partículas alfa . Luego se da cuenta de que, para romper átomos de manera más eficiente, sería deseable tener flujos de partículas más densos con más energía que las partículas alfa producidas naturalmente. Imagina que tales haces de partículas podrían producirse utilizando la aceleración de partículas cargadas en un campo eléctrico. Con sus ideas en mente, convenció a sus padres para que le permitieran estudiar ingeniería eléctrica en Alemania en el Instituto de Tecnología de Karlsruhe . En 1924, regresó brevemente a Noruega y trabajó en una fábrica de locomotoras (Norges Statsbaner), donde completó los 72 días de servicio militar obligatorio.
Widerøe regresó a Karsruhe en 1925 para preparar una tesis construyendo un acelerador de electrones sobre el principio del transformador eléctrico . Pero cuando presentó su proyecto al profesor Wolfang Gaede, inventor de la bomba de difusión y que podría ser su supervisor de tesis, atrajo la siguiente respuesta: “Los electrones van a tener que realizar un largo viaje antes de alcanzar la energía deseada. Serán absorbidos por las moléculas de gas residual. Tu idea no funcionará, ¡olvídalo! " Widerøe convencidos de que su idea puede caminar y el vacío de 10 -6 Torr visitada con la bomba de difusión es suficiente para 90% de los electrones que permanecen en órbita. Pero la oposición de Gaede hace imposible su implementación en Karsruhe. Luego se dirigió a Walter Rogoski , profesor de física en la Universidad Técnica de Aix-la-Chapelle , especialista en tubos de rayos catódicos y osciloscopios. Rogoski está interesado en el proyecto y acepta patrocinar su tesis. Por tanto, Widerøe emprende en Aix-la-Chapelle la construcción de un "transformador de haz" o un "transformador de haz" según las denominaciones que da del dispositivo en su tesis.
Sin embargo, Widerøe no logra construir una máquina que funcione. Concluyó su trabajo con la siguiente nota: “Resultó muy difícil mantener los electrones en la órbita correcta [...] Por lo general, después de una vuelta, el rayo golpea las paredes. Por esta razón, no se pudo demostrar ninguna aceleración. El transformador se activó muchas veces pero no se pudieron observar electrones de alta energía. " Él atribuye su falla a un defecto de enfoque del haz de electrones.
Acelerador de resonancia linealComo dispositivo original, pero que no funciona, no puede ser objeto de una tesis, hay que buscar otro proyecto. Luego retomó el concepto planteado en 1924 por el investigador sueco Gustav Ising de acelerar iones pesados positivos y que este último no había intentado demostrar experimentalmente. Este es el primer diagrama de un acelerador lineal. El principio es hacer pasar los cationes a través de una serie de electrodos cilíndricos alineados a lo largo de su eje de revolución. Los paquetes de iones se aceleran con cada paso de un electrodo a otro con un campo eléctrico alterno de radiofrecuencia y fase correctamente elegida. Estos pulsos sucesivos evitan tener que utilizar tensiones muy elevadas. Widerøe logra construir un acelerador con tres electrodos y aceleradores de iones de sodio y potasio.
PublicaciónLa tesis se presenta el 27 de octubre de 1927 y publicado en Diciembre de 1928. Rolf Widerøe describe su trabajo en ambos tipos de aceleradores:
Lo que la historia confirmará. La prueba del concepto de aceleración de iones por resonancia se convierte en el paradigma de todos los aceleradores de partículas de alta energía que se construirán posteriormente.
Ernest Lawrence , que acababa de ser nombrado profesor en Berkeley en 1928, leyó el artículo de Widerøe con gran interés.
“Una noche a principios de 1929, mientras hojeaba las revistas recientes en la biblioteca de la universidad, encontré un artículo de Widerøe en una revista de ingeniería eléctrica alemana sobre múltiples aceleraciones de iones positivos. No hablo alemán con fluidez, miré los diagramas y fotografías del dispositivo de Widerøe. A partir de estas figuras, entendí el enfoque general del problema, es decir, las múltiples aceleraciones de los iones positivos inducidas por la aplicación de voltajes de radiofrecuencia apropiados a una serie de electrodos cilíndricos alineados. Esta nueva idea me impresionó de inmediato como la respuesta adecuada que buscaba para resolver el problema técnico de la aceleración de iones positivos. Sin profundizar en el artículo, hice algunas estimaciones de las dimensiones que debería tener un acelerador de protones lineal en un rango de energía superior a un millón de electronvoltios. Cálculos simples mostraron que el acelerador debería tener unos pocos metros de longitud, lo que en ese momento parecía una longitud incómoda para un instrumento de laboratorio. Entonces me pregunté si, en lugar de usar una serie de electrodos cilíndricos en una fila, no sería posible usar repetidamente dos electrodos doblando la ruta de los iones positivos a través de los electrodos aplicando un campo magnético. Un breve análisis del problema mostró que un campo magnético uniforme haría el truco, que la velocidad angular de los iones que fluyen en el campo magnético sería independiente de su energía, y que circularían alternativamente en los electrodos huecos en resonancia con un campo eléctrico oscilante, a una cierta frecuencia que ahora se conoce como frecuencia de ciclotrón . "En el otoño de 1930, Lawrence le pidió a un estudiante, Milton Stanley Livingston , que construyera lo que llamó un "ciclotrón". Esto produce un ciclotrón de 10 cm de diámetro que produce iones de hidrógeno molecular a 80 keV sin mucha dificultad. Es el primero de una serie de ciclotrones de potencia creciente construidos en el laboratorio de Lawrence.
De hecho, Widerøe falló por poco al inventar el ciclotrón. Al discutir su acelerador lineal con Fleger, un colega asistente en Aquisgrán, este último preguntó si no podía hacer girar sus iones en órbitas espirales con un campo magnético. Widerøe, probablemente traumatizado por sus experimentos fallidos con el betatrón, respondió: “Es posible, pero sería difícil estabilizar los iones en sus órbitas y probablemente se perderían por la colisión en las paredes. " (Rolf Widerøe, citado por Per F. Dahl)
En cuanto al acelerador lineal, solo los iones pesados podrían acelerarse con aceleradores de dimensiones modestas. En 1931, David H. Sloane, otro estudiante de Lawrence, diseñó y construyó un linac (acelerador lineal) primero con 8 electrodos, luego con 21 electrodos en un tubo de 80 cm, con el que aceleró los iones de mercurio a 130 keV. Más tarde, logró acelerar los iones de mercurio a 1,26 y luego a 2,8 MeV. Para acelerar los protones, será necesario esperar el desarrollo de osciladores de frecuencias más altas (más allá de los MHz) que estarán disponibles solo después de la guerra.
En 1928, Widerøe trabajó en Berlín en AEG, donde desarrolló relés de protección. En 1932, decidió regresar a Noruega cuando Hitler tomó el poder en Alemania. Luego trabajó para varias empresas noruegas.
En 1941, Viggo Widerøe fue arrestado por actos de resistencia. En 1943, los alemanes "invitaron" a Rolf Widerøe a Alemania para continuar su trabajo en el betatron. Impulsado por el deseo de continuar su investigación y la promesa de que su hermano tendría un mejor destino durante su detención, aceptó ir a Hamburgo para construir el betatrón alemán. Es probable que tuviera acceso a las publicaciones de Kerst sobre betatrón que aparecieron en Physical Review en 1941. Sus colaboradores en Hamburgo son R. Kollath del laboratorio de investigación AEG, G. Schumann y un físico austriaco, Bruno Touschek. Construyeron con éxito un betatrón de 15 Mev que estaba operativo a finales de 1944 en un departamento de radioterapia , el primer betatrón de Europa. Al final de la guerra, el avión fue desmantelado y transportado a Inglaterra como botín de guerra.
Durante este período, mientras Hamburgo fue bombardeada y las alertas eran frecuentes, presentó en Alemania varias patentes relacionadas con aceleradores y sus equipos auxiliares:
Por trabajar con los nazis , a Rolf Widerøe le confiscaron su pasaporte noruego durante algún tiempo. Debe pagar una multa de 5,000 coronas noruegas, perder sus derechos civiles y pagar al estado 120,000 coronas sobre lo que recibió en regalías por su patente de betatron. Esto muestra que el principio del betatrón es de gran interés para investigadores e ingenieros.
A pesar de sus problemas con la justicia de su país, en 1946 presentó en Noruega una patente sobre el principio del sincrotrón . En la década de 1950, supervisó la construcción del sincrotrón de electrones de 100 MeV en la Universidad de Turín .
A principios de 1946, recibió un pasaporte temporal y emigró a Suiza . Se incorporó al emplazamiento de Brown-Boveri et Cie en Baden, donde se hizo cargo del laboratorio de radiación. Permaneció allí hasta 1961. Inmediatamente desarrolló un segundo betatrón para aplicaciones médicas e industriales, el primero de una serie de betatrones Brown-Boveri.
En 1952, el comité fundador del CERN se le acercó para participar en el diseño de los dos aceleradores cuya construcción estaba prevista. Widerøe participa como consultor en el diseño del sincrotrón de protones.
De 1953 a 1972, enseñó en el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich .
Desde 1959, participó en la construcción de aceleradores para DESY , el Centro Alemán de Física de Partículas y Radiación Sincrotrón en Hamburgo.
Al final de su vida, Rolf Widerøe estaba interesado principalmente en las tecnologías médicas, centrándose en los tratamientos contra el cáncer. Desarrolla dispositivos de radioterapia de alto voltaje (megavoltios).
Publicó hasta 180 artículos en revistas científicas y de ingeniería y registró más de 200 patentes durante su vida.
Rolf Widerøe muere el 11 de octubre de 1996en Obersiggenthal en Suiza.