於是他和利文斯頓以更大的規模設計了一台D形電極、直徑為6858厘米的機器，準備把質子加速到5MeV能量。這時氘已經被尤裏(Urey)發現了，勞倫斯可以用氘核作為轟擊粒子，以獲得更佳效果。因為氘核是由一個質子和一個中子組成的複合核，氘核在靜電場作用下有可能解體，變成質子和中子。而中子的穿透能力特別強，這樣就可以利用回旋加速器產生許多重要的人工核反應。
6858厘米回旋加速器的運行帶來了豐碩成果。許多放射性同位素陸續在伯克利發現。伯克利加州大學成了核物理的研究中心，他們把生產出來的放射性同位素提供給醫生、生物化學家、農業和工程科學家，廣泛應用在醫療、生物、農業等領域。
1936年，在勞倫斯主持下，他們將6858厘米回旋加速器改裝成9398厘米的，使粒子能量達到6MeV。用它測量了中子的磁矩，並且產生出了第一個人造元素——锝(Tc)。
為了表彰勞倫斯發明的回旋加速器的功績，1939年諾貝爾物理學獎授給了勞倫斯。
然而，勞倫斯仍不願加速器停留在這個水平。他認為，在這個水平上工作，還遠不足以發現微觀世界的奧秘。所以新的一代回旋加速器又在設計之中。
一台大型的回旋加速器，從設計、製作、安裝、調試直到進行各項實驗活動，都需要各種人才的分工協作、互相配合。勞倫斯在諾貝爾獎頒獎會上的演說詞中講到：“從工作一開始就要靠許多實驗室的眾多能幹而積極的合作者的集體努力”，“各方麵的人才都參加到這項工作中來，不論從哪個方麵來衡量，取得的成功都依賴於密切和有效的合作。”
1958年勞倫斯因病去世，終年57歲。為了紀念他，伯克利加州大學輻射實驗室改名為勞倫斯輻射實驗室。他的一生為回旋加速器奮鬥不息，雖然他自己沒有直接做出科學發現或者創立科學理論，但是在他的領導和培養下或者在跟他協作的過程中，許多人做出了重大貢獻。在他的實驗室裏，先後有8人獲得諾貝爾獎。由於加速器的應用，物理學進入了一個新階段，“大科學”從此開始了。
17.核乳膠的發明
1950年諾貝爾物理學獎授予英國布裏斯托爾大學的鮑威爾(CFPowell)，表彰他發展了研究核過程的光學方法，和他用這一方法做出的有關介子的發現。
所謂研究核過程的光學方法，指的是運用特製的照相乳膠記錄核反應和粒子徑跡的方法，這種特製的乳膠就叫做核乳膠。
鮑威爾1903年12月5日生於英格蘭肯特(Kent)的湯布裏奇(Tonbridge)。他父親是一位槍炮製造商，長期從事這方麵的貿易。他的祖父曾創建一所私立學校。家庭的影響使他從小就有崇尚實踐和重視學術的素養。他11歲時就在當地的學校取得了獎學金，後來又在社會上贏得了公開獎學金到劍橋大學的西尼·塞索克斯(SidneySussex)學院學習。1924～1925年以頭等成績通過了自然科學學位考試，1925年畢業。1925～1927年鮑威爾作為盧瑟福和CTR威爾遜的研究生在卡文迪什實驗室做研究工作，1927年獲博士學位。他的第一項研究是與雲室有關的凝聚現象，其結果間接地解釋了經噴嘴的蒸汽會產生高度電離這一反常現象。他證明了這是由於在快速膨脹的蒸汽中存在過飽和現象。他的結論關係到蒸汽渦輪機的設計和運轉。1928年鮑威爾去布裏斯托爾大學威爾斯物理實驗室工作，當丁鐸爾(AMTyndall)的助手，後來晉升為講師。1936年他參加地震考察隊訪問西印度群島，研究火山活動。第二年回以布裏斯托爾，1948年升任教授。他在這裏長年耐心地工作於發展一種測量正離子遷移率的精確技術，從而掌握了大多數普通氣體中的離子特性。在旅居加勒比海之後，他又回過來從事建造一台用於加速質子和氘核的科克饒夫高壓加速器，把加速器與威爾遜雲室結合起來，可以研究中子-質子散射。1938年他在從事宇宙射線實驗中采用各種照相乳膠直接記錄粒子的徑跡。當科克饒夫高壓加速器開始運轉時，鮑威爾用同樣的方法觀測反衝質子的徑跡，測量中子的能量，他和合作者發現乳膠中帶電粒子的徑跡長度可以對帶電粒子的射程給出精確的計量，不久就明確這一方法在核物理實驗中有非常大的好處。這一發現把他引向研究高能氘核束所產生的散射和蛻變過程。
後來鮑威爾又回過來從事宇宙射線的研究並研製出了靈敏度更高的照相乳膠。1947年他和奧恰利尼在海拔3000米的山頂上，用這種新乳膠直接記錄宇宙射線的輻射，並通過分析乳膠中射線的徑跡，證實了π±介子的存在，並且觀測到了π介子衰變成μ介子和中微子的過程。1949年鮑威爾又用這種方法發現了K介子的衰變方式。
鮑威爾所用的照相法是基於這樣的原理：帶電粒子穿過照相乳膠時，所經之處溴化銀顆粒會被帶電粒子電離，因而留下軌跡；一係列變黑的顆粒以一定間隔分布，其距離視粒子速率而定；粒子速率越大，則間距也越大。這是因為快速粒子比慢速粒子具有更小的電離能力。
這一方法其實並不新穎，早在20世紀初期就已用做顯示放射性輻射的手段。因為要在核過程的研究中運用這一方法，首先需要有一種對各種帶電粒子特別是快速粒子都很靈敏的乳膠。在30年代初期，這個問題似乎已經接近於解決，因為有人發現，可以用敏化乳膠片的辦法使之能對快速質子發生作用。不過這一方法用起來很困難，所以未能廣泛使用。
不需要事先敏化的乳膠在1935年就由列寧格勒的茲達諾夫和依爾福德(ILFORD)實驗室各自獨立地生產出來了。但是在核物理研究中，即使到了30年代照相法仍未得到普遍采用，隻有在宇宙射線的研究上還有一些人用到這種方法。許多核物理學家對這種方法還持懷疑態度，因為從測量到的徑跡長度計算粒子能量往往會得到很分散的結果。大家那個時候更相信的是威爾遜雲室。
鮑威爾的功績就在於驅散了對照相法的懷疑，他使照相法不僅對宇宙射線和結合核現象，而且在研究某些核過程中也能成為非常有效的手段。鮑威爾用新的依爾福德中間色調底片，研究了在核過程研究中照相法的用途和可靠性。從1939年至1945年他和他的合作者一方麵做了各種試驗，另一方麵不斷地改進材料的處理方法，研究有關技術，創製分析粒子徑跡的光學設備。他們的工作令人信服地證明了：在核物理的研究中，照相法和雲室及計數器是同樣有效的，有時照相法比雲室和計數器更為有效。照相法節省時間，節省材料。例如，用威爾遜雲室在20000張立體照片中可供測量的粒子徑跡隻有1600條，而鮑威爾和他的合作者在3平方厘米的照相底片中就找到了3000條可用的粒子徑跡。1946年在他們為改進和發展照相法的努力中作出了重要的一步，這就是他們用到了一種新型的名叫“C2”的乳膠，其特性在各方麵都超過了原來的乳膠。粒子的徑跡更為清晰，看不到幹擾本底，這就大大地提高測量的可靠性。後來還可以用照相法來發現罕見過程，可以在乳膠中摻某種原子以供特殊研究。改進的照相法對宇宙射線的研究就更為有效。乳膠可以連續記錄，而威爾遜雲室隻能記錄儀器操作的短暫時間間隙裏所通過的粒子和所發生的過程，因而顯得十分局限。可見，照相法在這些研究中大大優越於雲室法。在法國南部有一個高於海平麵2800米的觀測站用到了這種新型乳膠。後來又在高5500米處進行測量，測量結果在乳膠中找到了大量的孤立粒子徑跡，同時也有記錄蛻變的分叉，這些分叉就像一顆一顆的星。在乳膠中可以找到分叉數各不相等的“星”，從這些星可以判定，有一些是小質量的粒子闖進了乳膠，打到乳膠中的某些原子核上，引起這些原子核發生蛻變。然而是宇宙射線的什麼成分引起了原子核的蛻變?經過深入的研究，他們證明，這一活躍的粒子是介子，其質量比電子大幾百倍，帶的是負電。有些蛻變還可以觀察到慢速介子從原子核裏拋出來。1947年鮑威爾和他的合作者報告說，發現了一種介子，在其運動過程中又產生了另一介子。分析初始介子和二次介子的徑跡表明有可能存在兩類具有不同質量的介子。後來的實驗證實了這一理論。初始介子叫做π介子，二次介子叫做μ介子。初步測量表明π介子的質量大於μ介子的質量，而它們的電荷都等於基本電荷。
鮑威爾在進一步的實驗中確定π介子的質量是μ介子的135倍。這個關係與美國伯克利輻射實驗室的研究者們用46736厘米的回旋加速器所測定的結果——133倍符合甚好。他們還確定，π介子的質量比電子大285倍，而μ介子的質量比電子大216倍。兩種介子都可帶正電，也可帶負電。μ介子的壽命約為百萬分之一秒，而π介子還要短百倍。π介子是不穩定的，會自發地蛻變為μ介子。負π介子易於和原子核相互作用，所以在乳膠中它們在徑跡末端被原子俘獲，既可引起輕原子核的蛻變，也可引起重原子核的蛻變。由於鮑威爾用上一種對電子敏感的乳膠，他在1949年證明了μ介子會在其路程的末端蛻變為一個帶電的輕粒子和兩個以上的中性粒子。接著，鮑威爾又研究了π介子(現在叫做π子)，其質量為電子的1000倍。這一介子是別人發現的，但鮑威爾對之做了更加詳盡的探討。
鮑威爾研究核乳膠的成功使布裏斯托爾大學成了核物理研究的重要基地。他在1949年當選為英國皇家學會會員，1950年，也即核乳膠誕生的幾年之後就獲得了諾貝爾物理學獎。