larak hedefe çarpacaktı. Lawrence heyecanla çalışma arkadaşlarına yüksek voltaj gerekmeden parçacıkların çok yüksek enerjilerini elde etmek için bir yöntem keşfettiğini anlattı. Başlangıçta Niels Edlefsen ile çalıştı. İlk siklotronu pirinç, kablo ve mühür mumundan yaptılar. Bu sadece 10 cm çapında, tek el ile tutulabilir ve yaklaşık 25$ tutarındaydı.

Edlefsen Eylül 1930’da profesör asistanlığı ile meşgul olduğundan ayrıldı ve Lawrence yerini David H. Sloan ve M. Stanley Livingston, Widerøe'ın hızlandırıcısını geliştirme ve Edlefsen’ın siklotronu üzerinde çalışmıştı, ile değiştirdi. Her ikisi de kendi finansal desteklerine sahipti. Her iki tasarım da 1931 Mayısında Sloan’ın çizgisel hızlandırıcısının iyonları 1 MeV hızlandırabildiğini pratik olarak ispatladı. Livingston daha büyük bir teknik zorluğa sahipti ama 1,800 voltu 11 inçlik siklotronuna uyguladığında, 2 Ocak 1931, 80,000 elektron volt protonun etrafında döndüğünü elde etti. Bir hafta sonra 3,000 volt ile 1.22 MeV elde etti, doktora tezi için fazlasıydı bile.

Tekrarlanan bir model olmasına karşın yakında başarının ilk işareti görülecekti ve Lawrence yeni daha büyük bir makine planlamaya başladı. Lawrence ve Livingston 1932 başlarında 69 cm’lik bir siklotron planı çizdiler. $800 11 inçlik siklotron mıknatıs 2 ton ağırlığındaydı ama Lawrence hurdalıkta, Palo Alto, 27 inç aslen Birinci Dünya Savaşı sırasında Atlantik okyanusunu aşan radyo bağlantıları gücü için yapılmış paslanmakta olan 80 ton devasa mıknatıs buldu. Siklotronda güçlü bir bilimsel alete sahipti ama bu bilimsel buluş olarak çevrilmedi. Nisan 1932’de John Cockcroft ve Ernest Walton Cavendish laboratuvarı İngiltere’de lityumu protonlar ile birlikte bombaladıklarını açıkladılar ve helyuma dönüştürmede başarılı oldular. Enerji oldukça düşük gerektirdiği görüldü- 11 inç siklotron kapasitesindeki için. Bunun öğrenildiği sırada Lawrence, Berkeley’e telgraf çekti ve Cockcroft ve Walton’ın sonuçlarının doğrulanıp doğrulanmadığını sordu. Takım olmaları buluş için yeterli kaynak olmayışından dolayı Eylül’e kadar uzadı.

Önemli buluşların Lawrence’ın Radyasyon Laboratuvarından sıyrılmasına rağmen bilimsel kullanımından ayrıca Lawrence siklotronun gelişimine odaklandı. Lawrence yüksek enerji fiziği deneyleri için gerekli olan mühim ekipmanları tedarik edebildi. 1930larda bu aletin etrafında yeni alan olan nükleer fizik araştırması alanında dünyanın önde gelecek olan laboratuvarını kurdu. 1934 yılında siklotron için patent aldı.

Şubat 1936’da Harvard Üniversitesi başkanı, James B Conant, Lawrence ve Oppenheimer’e cazip bir teklif sundu. Kaliforniya Üniversitesi başkanı, Robert Gordon Sproul da şartları geliştirme ile karşılık verdi. 1 Temmuz 1936’da Radyasyon Laboratuvarı Kaliforniya Üniversitesinin resmi bir bölümü oldu ve Lawrence resmi tam zamanlı asistan olarak buranın başına geçti. Üniversite yıllık 20,000 doları araştırma aktiviteleri için ayırmayı kabul etti. Lawrence işe alınacaklar için basit bir iş modeli benimsedi: “Laboratuvarını mezun olmuş öğrenciler ve fizik bölümü öğrencileri ile doldurdu. Yeni mezunlar herhangi bir şey için çalışmaya gönüllü olacaklardı.” 

Yeni 27 inçlik siklotronu kullanarak Berkeley takımı bombaladıkları her elementin oldukça yeni keşfedilmiş olan ağır hidrojen, döteryum, ile aynı aralıkta olduğunu keşfettiler. Daha sonrasında yeni ve şimdiye kadar bilinmeyen bir parçacık varlığı varsaydılar. Bu sınırsız enerjinin olanaklı kaynağıydı. The New York Times’tan William Laurence Lawrence’ı “yeni bir mucizevi bilim çalışanı” olarak tanımladı. Cockroft’un daveti üzerine Lawrence 1933 yılında Belçika’daki Solvay Konferansına katıldı. Bu düzenli olan dünyadaki üst seviye fizikçilerin toplanmasıydı. Neredeyse hepsi Avrupa’dandı ama Robert A. Millikan ya da Arthur Compton gibi Amerikalı göze çarpan bilimciler de davet edildi. Lawrence’tan siklotron hakkında sunum yapılması istendi. Lawrence’ın sınırsız enerjideki talepleri Solvay’de oldukça farklı bir tepki ile karşılandı. Lawrence Cavendish Laboratuvarı’ndan James Chadwick’in, 1932 yılında nötronu keşfetmiş olan fizikçi, kuşkusunun kaybolduğuna rastladı. Cadwick’e göre Lawrence’ın ne yaptığı Büyük Bilim değildi, Kötü Bilimdi. İngiliz aksanında Amerikanlara tenezzül ediliyor gibi duyuldu. Chadwick, Lawrence’ın takımının gözlemlerinin aletleri kirletmeleri önerisini sundu.
Berkeley’e döndüğüne Lawrence, Chadwick’i ikna etmek amaçlı topladıkları sonuçlardan titizlikle yeterli kanıt aramak için takımını seferber etti. Bu sırada Cavendish Laboratuvarında Rutherford ve Mark Oliphant Ağır hidrojen füzelerinin helyum-3ten geldiğini buldu. Bu siklotroncuların gözlemlediklerine etkiye neden olur. Bunda sadece Chadwick haklı değildi, onlar da kirlenme gözlüyorlardı ama gözden kaçmış başka bir önemli buluş olan nükleer füzyonunu buldular. Lawrence’ın karşılığı hala daha geniş siklotronlar icadına devam etmek oldu. Haziran 1937’de 27 inçlik siklotronun yerine 37 inçlik siklotron geçti. Devamında ise, Mayıs 1939, bunu 60 inçlik siklotron takip etti. Haziranda bu demiri bombardıman etmek ve onun ilk radyoaktif izotoplarını elde etmek için kullanıldı.

Sağlık alanından para kazanmak nükleer fiziğe göre daha kolay olduğu için, örnek olarak kanser tedavisi, Lawrence siklotronu tıbbi araştırmalarda kullanmaya teşvik etti. Kardeşi John ve Kaliforniya Üniversitesi psikoloji bölümünden Israel Lyon Chaikoff ile çalışırken Lawrence radyoaktif izotopların tedavi amaçlı kullanımını araştırmayı destekledi. Fosfor-32 siklotronda kolaylıkla üretildi ve John polisitemi vera, kemik iliği rahatsızlığı sonucu vücudun aşırı oranda kırmızı kan hücresi üretmesi, hastalığına yakalanmış kadınları tedavi etmekte kullandı. 1938 yılında John 37 inçlik siklotronu fosfor-32 ile lösemili fareler üzerinde denedi. Radyoaktif fosforun hızlı gelişen kanser hücrelerinde yoğunlaştığını buldu. Daha sonrasında bu hasta insanlarda kliniksel denemelere öncü oldu. 1948 tedavinin evrimi gösterdi ki kesin koşullar altında azalma meydana geliyor. Lawrence ayrıca nötronların tedavi için kullanılmasını umdu. Bunu deneyen ilk kanser hastası 60 inçlik siklotrondan 20 Kasımda nötron tedavisi gördü. Chaikoff radyoaktif izotopları radyoaktif izleyiciler olarak biyokimyasal reaksiyon mekanizmalarını keşfetmek için kullandı.

Lawrence Kasım 1939’da “siklotronun icadı ve gelişimi ve onunla elde ettiği sonuçlar için, özellikle radyoaktif elementler, Nobel Fizik ödülü aldı. Berkeley’de de olduğu gibi Güney Dakotalı olup ilk Nobel Ödülü alan kişiydi ve devlet destekli üniversitede olup da ilk onurlandırılan oldu. İkinci Dünya Savaşı nedeni ile ödül töreni 29 Şubat 1940’ta Kaliforniya, Berkeley’de oldu. Lawrence’a madalyası Carl E. Wallerstedt, İsveç’in San Francisco’daki genel konsolu, tarafından verildi.

1940 Martında Arthur Compton, Vannevar Bush, James B. Conant, Karl T. Compton ve Alfred Lee Loomis Lawrence’ın 4500 ton mıknatıs ve 2.65 milyon dolara mal olan 184 inç siklotronu tartışmak için Berkeley’e geldiler. Rockefeller Kuruluşu projenin başlaması için 1.15 milyon dolar yatırımda bulundular.

İkinci Dünya Savaşı Avrupa’da patlak verdiğinde Lawrence askeri projelerde çalışmaya koyuldu. MIT Radyasyon Laboratuvarı’ndaki, Amerikan fizikçilerin Oliphant’ın İngiltere’deki takımı tarafından icat edilen çukur magnetronu geliştirdikleri yer, çalışanlara yardım etti. Güvenlik sebeplerinden dolayı yeni laboratuvarın adı Lawrence’ın Berkeley’deki laboratuvarından kasti olarak kopyalandı. Ayrıca Alman denizaltılarını saptamak için teknik geliştirme amacı ile sualtı ses laboratuvarlarındaki çalışanlarla birlikte çalışmaya koyuldu. Bu sırada Berkeley’deki siklotronlarla ilgili iş yürümeye devam etti. Aralık 1940’ta Glenn T. Seaborg ve Emilio Segre 60 inçlik siklotronla ağır hidrojen içeren yeni bir element, neptünyum-238, ile uranyum-238 bombardıman ettiler. Plutonyumun keşfini İkinci Dünya Savaşının ertesi yılına kadar sır olarak tuttular. Bunun nedeni keşiften sonra izotoplarından birinin, plütonyum-239, nükleer füzyon olması koşulunda atom bombasında kullanılabileceği saptanmasıydı.

Lawrence, Segre’ya araştırma asistanı- bir element keşfeden biri için oldukça düşük bir pozisyon- olarak altı ay için ayda 300 Amerikan Doları alacak şekilde iş teklifinde bulundu. Fakat Lawrence Segre’nin hukuksal açıdan Kaliforniya’da kalması gerektiğini öğrendiğinde aylık ücretini 116 Amerikan Dolarına düşürdü. Kaliforniya Üniversitesi vekili Segre’nın çalışma iznini kendi ulusuna olmasını sonlandırdığında Lawrence Segre’yi yarı zamanlı ders veren olarak Rockefeller Kuruluşunun maaşını ödemesi ile işe aldı. Benzer bir durum doktora öğrencilerinden olan Chien-Shiung Wu, Çinli, ve Kenneth Ross MacKenzie, Kanadalı, için de mezun olduklarında yapıldı.

Eylül 1941’de Oliphant, Lawrence ile one yeni 184 inç (4,7 metre) siklotronun olduğunu gösterdikleri yer olan Berkeley’deki Oppenheimer’da buluştu. Oliphant dönüşünde Amerikalıları İngiliz MAUD Komitesi yönergelerini, atom bombası gelişiminde desteklenen program, takip etmedikleri için görevden aldı. Lawrence çoktan uranyum—235in uranyum-238den yarılanabilir izotop ayrıştırma problemi, işlem günümüzde [[uranyum zenginleştirilmesi olarak bilinmektedir, üzerinde düşünmüştü. İki izotop da neredeyse aynı kimyasal özelliklere sahip olduğu için uranyum izotoplarını ayırmak zordu ve sadece kesin açıdan küçük kütle farkını kullanarak ayırmak mümkündü. Bu izotopları [[kütle spektrometresi]] ile ayırmak Oliphant’ın 1934 yılında lityum ile öncelik ettiği bir teknikti.

Lawrence eski 37 inçlik siklotronunu dev kütle spektrometresine dönüştürdü. Kendi önergesi ile Manhattan Projesinin direktörü [[Brigadier General]] [[Leslie R. Groves, Jr.]] New Meksika’daki [[Los Alamos Laboratuvarı]]nın başına atandı. Radyasyon Laboratuvarı elektromanyetik uranyum zenginleştirme işlemini geliştirirken Los Alamos Laboratuvarı atom bombaları tasarladı ve yaptı. Radyasyon Laboratuvarı gibi o da Kaliforniya Üniversitesi tarafından yönetiliyordu.

Elektromanyetik izotop ayırmada kalütronlar, iki laborat