Ernest Orlando Lawrence nacque a Canton, South Dakota, nel 1901.
Il fisico statunitense è noto per avere inventato e sviluppato il ciclotrone, macchina acceleratrice delle particelle nucleari, impiegata per la scoperta degli elementi transuranici.
Lawrence studiò presso le università del South Dakota, del Minnesota, di Chicago e di Yale.
Fu nominato assistente di fisica all'università della California nel 1927 e professore ordinario nel 1930; l'anno seguente fondò il Radiation Laboratory di Berkeley, divenendone direttore nel 1936. Fu insignito del premio Nobel per la fisica nel 1939 e dell'Enrico Fermi Award nel 1957.
Il maggior contributo alla scienza fu senz'altro la realizzazione del primo ciclotrone, nel 1930.

Costruì il primo ciclotrone di vetro con una camera di accelerazione di 10 cm di diametro.

Successivamente realizzò altri ciclotroni con la cavità di diametro sempre più grande, fino a quello del 1939 di diametro 1,5 m, usato in ricerche mediche, soprattutto per la cura del cancro.
Determinante fu anche il suo apporto alla realizzazione del progetto Manhattan per la preparazione della bomba atomica ed ha brevettato il tubo catodico per la televisione a colori.
Una larga parte di costruttori di macchine acceleratrici si formò a Berkeley nel Radiation Laboratory da lui creato (ora Lawrence Berkeley Laboratory).
Dopo la seconda guerra mondiale partecipò a congressi mondiali per il controllo atomico.
Per l'aggressiva colite ulcerosa di cui soffriva fu costretto a d abbandonare i negoziati di ginevra del 1958.
Ricoverato in una clinica a Palo Alto in California, moriva il 27 agosto dello stesso anno.

Ernest Lawrence e suo fratello intuirono le importanti applicazioni mediche dei ciclotroni: la produzione di isotopi per ricerca biologica e medica e la generazione di fasci di neutroni e di isotopi per il trattamento del cancro. Nel 1938 la madre dei Lawrence fu la prima paziente di cancro a venir curata con successo con irraggiamento di neutroni prodotti da ciclotroni.
Nella medicina gli acceleratori giocano un duplice ruolo: formazione di immagini e terapia. Acceleratori per la diagnostica ad immagini generano radiazioni che attraversano direttamente gli organi da indagare e producono materiali radioattivi per una successiva iniezione nel paziente. Le radiazioni emesse dagli organi esaminati, opportunamente rivelate, forniscono delle immagini utilizzate per diagnosi e per definire il trattamento medico più adeguato. Le radiazioni degli acceleratori impiegati per terapia costituiscono di per sé il mezzo per il trattamento, applicate in dosi ben definite.

Il ciclotrone

Realizzato nel 1931 da Lawrence, è la prima macchina acceleratrice che impiega un campo magnetico per spingere le particelle in un'orbita a spirale di raggio crescente con l'energia, ed è il capostipite dei moderni acceleratori di particelle.

Le particelle ionizzate (ionizzazione) vengono inviate nella zona centrale di un tamburo orizzontale circolare, diviso in due parti semicircolari fra le quali esiste un piccolo spazio libero, ove viene applicato un campo elettrico ad alta frequenza, mentre un elettromagnete produce un campo magnetico fisso perpendicolare.

Le particelle ionizzate vengono accelerate per l'azione del campo elettrico e, superato lo spazio libero, per effetto del campo magnetico si muovono concentricamente al tamburo e si trovano all'estremità opposta dello spazio libero nel momento in cui si inverte il campo elettrico e vengono spinte con un movimento accelerato nell'altra parte semicircolare del tamburo. Il procedimento di accelerazione viene ripetuto più volte e le particelle descrivono un percorso a spirale di molte centinaia di orbite di raggio sempre crescente, sino a raggiungere il raggio esterno della parte semicircolare, da dove vengono poi estratte.