Що таке синхрофазотрон простими словами. Синхрофазотрон: що таке, принцип дії і опис. Детальніше про пристрій
Ти - не раб!
Закритий освітній курс для дітей еліти: "Істинне облаштування світу".
http://noslave.org
Матеріал з Вікіпедії - вільної енциклопедії
синхрофазотрон (від синхро низация + фаза + Елек трон) - резонансний циклічний прискорювач з незмінною в процесі прискорення довжиною рівноважної орбіти. Щоб частки в процесі прискорення залишалися на тій же орбіті, змінюється як провідне магнітне поле, так і частота прискорювального електричного поля. Останнє необхідно, щоб пучок приходив в прискорює секцію завжди в фазі з високочастотним електричним полем. У тому випадку, якщо частинки ультрарелятивістських, частота звернення, при фіксованій довжині орбіти, не змінюється з ростом енергії, і частота ВЧ-генератора також повинна залишатися незмінною. Такий прискорювач вже називається синхротроном.
Напишіть відгук про статтю "синхрофазотрон"
Примітки
Див. також
|
||||||||||||
Уривок, що характеризує синхрофазотрон
Ми вийшли з будинку разом, як ніби я теж збиралася йти з нею на ринок, а за першим же поворотом дружно розлучилися, і кожна вже пішла своєю дорогою і у своїх справах ...Будинок, в якому все ще жив батько маленької Вест був у першому у нас будується «новому районі» (так називали перші багатоповерхівки) і знаходився від нас приблизно в сорока хвилинах швидкої ходьби. Ходити я дуже любила завжди, і це не приносило мені ніяких незручностей. Тільки я дуже не любила сам цей новий район, бо вдома в ньому будувалися, як сірникові коробки - всі однакові і безликі. І так як місце це тільки-тільки ще починало забудовуватися, то в ньому не було жодного дерева або будь-який-небудь «зелені», і воно було схожим на кам'яно-асфальтовий макет якогось потворного, несправжнього містечка. Все було холодним і бездушним, і відчувала я себе там завжди дуже погано - здавалося, там мені просто не було чим дихати ...
І ще, знайти номери будинків, навіть при найбільшому бажанні, там було майже що неможливо. Як, наприклад, в той момент я стояла між будинками № 2 і № 26, і ніяк не могла зрозуміти, як же таке може бути?!. І гадала, де ж мій «зниклий» будинок № 12? .. В цьому не було ніякої логіки, і я ніяк не могла зрозуміти, як люди в такому хаосі можуть жити?
Нарешті з чужою допомогою мені вдалося якимось чином знайти потрібний будинок, І я вже стояла у зачинених дверей, Гадаючи, як же зустріне мене цей абсолютно мені незнайомий чоловік? ..
Я зустрічала таким же чином багато чужих, невідомих мені людей, і це завжди спочатку вимагало великої нервової напруги. Я ніколи не відчувала себе комфортно, вриваючись в чию то приватне життя, тому, кожен такий «похід» завжди здавався мені трішки божевільним. І ще я прекрасно розуміла, як дико це мало звучати для тих, хто буквально тільки що втратив рідного їм людини, а якась маленька дівчинка раптом вторгалася в їх життя, і заявляла, що може допомогти їм поговорити з померлою дружиною, сестрою, сином, матір'ю, батьком ... Погодьтеся - це мало звучати для них абсолютно і повністю ненормально! І, якщо чесно, я до сих пір не можу зрозуміти, чому ці люди слухали мене взагалі?!.
У 1957 році Радянський Союз здійснив революційний науковий прорив відразу в двох напрямках: в жовтні був запущений перший штучний супутник Землі, а за кілька місяців до цього, в березні, в Дубні почав працювати легендарний синхрофазотрон - гігантська установка для дослідження мікросвіту. Ці дві події потрясли весь світ, і слова «супутник» і «синхрофазотрон» міцно увійшли в наше життя.
Синхрофазотрон є один з видів прискорювачів заряджених частинок. Частинки в них розганяють до великих швидкостей і, отже, до високих енергій. За результатом їх зіткнень з іншими атомними частками судять про будову і властивості матерії. Імовірність зіткнень визначається інтенсивністю прискореного пучка частинок, тобто кількістю частинок в ньому, тому інтенсивність поряд з енергією - важливий параметр прискорювача.
Про необхідність створення в Радянському Союзі серйозної прискорювальної бази було заявлено на урядовому рівні в березні 1938 року. Група дослідників Ленінградського фізико-технічного інституту (ЛФТИ) на чолі з академіком А.Ф. Іоффе звернулася до голови РНК СРСР В.М. Молотову з листом, в якому пропонувалося створити технічну базу для досліджень в області будови атомного ядра. Питання будови атомного ядра стали однією з центральних проблем природознавства, а Радянський Союз в їх вирішенні значно відставав. Так, якщо в Америці було принаймні п'ять циклотронів, то в Радянському Союзі не було жодного (єдиний циклотрон Радієвий інституту АН (РИАН), пущений в 1937 році, через дефекти проектування практично не працював). Звернення до Молотову містило прохання створити умови для закінчення станом на 1 січня 1939 року побудови циклотрона ЛФТИ. Роботу по його створенню, розпочату в 1937 році, призупинили через відомчих неузгодженостей і припинення фінансування.
У листопада 1938 року С.І. Вавилов в зверненні до президії АН запропонував будувати циклотрон ЛФТИ в Москві і перевести до складу Фізичного інституту АН (ФІАН) з ЛФТИ лабораторію І.В. Курчатова, яка займалася його створенням. Сергій Іванович хотів, щоб центральна лабораторія з вивчення атомного ядра розташовувалася там же, де перебувала Академія наук, тобто в Москві. Однак його не підтримали в ЛФТИ. Спори закінчилися в кінці 1939 року, коли А.Ф. Іоффе запропонував створити відразу три циклотрона. 30 липня 1940 року в засіданні президії АН СРСР було вирішено доручити Ріанна в поточному році дообладнати діючий циклотрон, ФІАН - до 15 жовтня підготувати необхідні матеріали по будівництву нового потужного циклотрона, а ЛФТИ - закінчити будівництво циклотрона в першому кварталі 1941 року.
У зв'язку з цим рішенням у ФІАН створили так звану циклотрон бригаду, до якої увійшли Володимир Йосипович Векслер, Сергій Миколайович Вернов, Павло Олексійович Черенков, Леонід Васильович Грошев і Євген Львович Фейнберг. 26 вересня 1940 року бюро Відділення фізико-математичних наук (ОФМН) заслухав інформацію В.І. Векслера про проектний завданні на циклотрон, схвалив його основні характеристики та кошторис на будівництво. Циклотрон був розрахований на прискорення дейтронів до енергії 50 МеВ.
Отже, ми підійшли до найголовнішого, до людини, яка внесла значний вклад в розвиток фізики в нашій країні в ті роки - Володимир Йосипович Векслер. Про це видатного фізика і піде далі мова.
В. І. Векслер народився на Україні в місті Житомирі 3 березня 1907 року. Його батько загинув у першій світовій війні.
У 1921 році, в період сильного голоду і розрухи, з великими труднощами, без грошей, Володя Векслер потрапляє в голодну преднеповскую Москву. Підліток виявляється в будинку-комуні, заснованої в Хамовниках, в старовинному особняку, покинутому господарями.
Векслера відрізняв інтерес до фізики та практичної радіотехніці, він сам зібрав детекторний радіоприймач, що в ті роки було справою надзвичайно важким, багато читав, в школі добре вчився.
Вийшовши з комуни, Векслер зберіг багато виховані нею погляди і звички.
Зауважимо, що покоління, до якого належав Володимир Йосипович, в переважній своїй більшості з повною зневагою відносилося до побутових сторонах свого життя, але фанатично захоплювалося науковими, професійними і соціальними проблемами.
Векслер в числі інших комунарів закінчив дев'ятирічну середню школу і разом з усіма випускниками поступив робочим на виробництво, де працював електромонтером більше двох років.
Його тяга до знань, любов до книги і рідкісна кмітливість були помічені і в кінці 20-х років юнак отримав "комсомольську путівку" до інституту.
Коли Володимир Йосипович кінчав інститут, проводилася чергова реорганізація вищих учбових закладів і зміна їх назв. Вийшло так, що Векслер надходив в Плехановський інститут народного господарства, А закінчив МЕІ (Московський енергетичний інститут) і отримав кваліфікацію інженера за фахом ренгенотехніка.
У тому ж році він вступив до лабораторії рентгеноструктурного аналізу Всесоюзного електротехнічного інституту в Лефортові, де Володимир Йосипович почав свою роботу з побудови вимірювальних приладів і вивчення методів вимірювання іонізуючого випромінювання, тобто потоків заряджених частинок.
У цій лабораторії Векслер працював 6 років, швидко пройшовши шлях від лаборанта до завідувача. Тут вже проявився характерний "почерк" Векслера як талановитого вченого-експериментатора. Його учень, професор М. С. Рабинович згодом писав у своїх спогадах про Векслер: "Майже 20 років він сам збирав, монтував різні придумані їм установки, ніколи не гребуючи будь-якої роботи. Це дозволяло йому бачити не тільки фасад, не тільки її ідейну сторону , але і все, що ховається за остаточними результатами, за точністю вимірювань, за блискучими шафами установок. він все життя вчився і перенавчався. до самих останніх років життя вечорами, у відпустці він ретельно вивчав і конспектував теоретичні роботи ".
У вересні 1937 року Векслер перейшов з Всесоюзного електротехнічного інституту у Фізичний інститут Академії наук СРСР імені П. М. Лебедєва (ФІАН). Це була важлива подія в житті вченого.
До цього часу Володимир Йосипович уже захистив кандидатську дисертацію, темою якої був пристрій і застосування сконструйованих їм "пропорційних підсилювачів".
У ФІАН Векслер зайнявся вивченням космічних променів. На відміну від А. І. Алиханова і його співробітників, облюбували мальовничу гору Арагац у Вірменії, Векслер брав участь в експедиціях вчених на Ельбрус, а потім, пізніше, на Памір - Дах світу. Фізиків усього світу вивчали потоки заряджених частинок високої енергії, які неможливо було отримати в земних лабораторіях. Дослідники піднімалися ближче до таємничих потокам космічного випромінювання.
Навіть зараз космічні промені займають важливе місце в арсеналі астрофізиків і фахівців з фізики високих енергій, висуваються захоплююче цікаві теорії їх походження. У ті ж часи отримати частинки з такою енергією для вивчення було просто неможливо, а для фізикам було просто необхідно вивчати їх взаємодія з полями і іншими частками. Уже в тридцятих роках у багатьох вчених-атомників виникала думка: як добре було б отримати частки таких високих "космічних" енергій в лабораторії за допомогою надійних приладів для вивчення субатомних частинок, метод вивчення яких був один - бомбардування (як образно говорили раніше і рідко говорять тепер) одних частинок іншими. Резерфорд відкрив існування атомного ядра, бомбардуючи атоми потужними снарядами - альфа-частками. Таким же методом були відкриті ядерні реакції. Щоб перетворити один хімічний елемент в інший, треба було змінити склад ядра. Це досягалося шляхом бомбардування ядер альфа-частинками, а тепер - частками, розігнаними в потужних прискорювачах.
Після вторгнення гітлерівської Німеччини багато фізиків негайно включилися в роботи військового значення. Векслер перервав вивчення космічних променів і зайнявся конструюванням та удосконаленням радіотехнічної апаратури для потреб фронту.
В цей час Фізичний інститут Академії наук, як і деякі інші академічні інститути, евакуювався до Казані. Лише в 1944 році вдалося організувати з Казані експедицію на Памір, де група Векслера змогла продовжити розпочаті на Кавказі дослідження космічних променів і ядерних процесів, що викликаються частками високих енергій. Не розглядаючи докладно внесок Векслера у вивчення ядерних процесів, пов'язаних з космічними променями, якому були присвячені довгі роки його роботи, можна сказати, що він був досить значним і дав багато важливих результатів. Але, мабуть, найважливіше полягало в тому, що вивчення космічних променів привело вченого до зовсім нових ідей прискорення частинок. У горах Векслер прийшла в голову думка про будівництво прискорювачів заряджених частинок для створення власних "космічних променів".
З 1944 року В. І. Векслер перейшов до нової області, що посіла чільне місце в його науковій роботі. З цього часу ім'я Векслера вже назавжди пов'язано зі створенням великих «автофазірующіх» прискорювачів і розробкою нових методів прискорення.
Однак він не втратив інтересу до космічних променів і продовжував працювати в цій галузі. Векслер брав участь у високогірних наукових експедиціях на Памір а протягом 1946-1947 років. У космічних променях виявляють частки фантастично високих енергій, недоступних для прискорювачів. Векслеру було ясно, що «природний прискорювач» частинок до таких високих енергій не може йти в порівняння з «творінням рук людських».
Векслер запропонував вихід з цього глухого кута в 1944 році. новий принцип, За яким діяли прискорювачі Векслера, автор назвав автофазіровкой.
До цього часу був створений прискорювач заряджених частинок типу "циклотрон" (Векслер у популярній газетній статті так пояснив принцип дії циклотрона: "У цьому приладі заряджена частинка, рухаючись в магнітному полі по спіралі, безперервно прискорюється змінним електричним полем. Завдяки цьому до циклотроні вдається повідомити частинкам енергію в 10-20 мільйонів електрон-вольт "). Але стало ясно, що порога 20 МеВ цим методом не перейти.
В циклотроні магнітне поле змінюється циклічно, розганяючи заряджені частинки. Але в процесі прискорення відбувається збільшення маси частинок (як це і повинно бути по СТО - спеціальної теорії відносності). Це призводить до порушення процесу - через певне число оборотів магнітне поле замість прискорення починає гальмувати частинки.
Векслер пропонує почати повільно збільшувати в часі магнітне поле в циклотроні, маючи магніт змінним струмом. Тоді виявиться, що в середньому частота звернення частинок по колу автоматично буде підтримуватися рівною частоті електричного поля, прикладеного до дуантов (парі магнітних систем, викривляє шлях і прискорює частинки магнітним полем).
При кожному проходженні через щілину дуантов частки мають і додатково отримують різне збільшення маси (і відповідно, отримують різне збільшення радіуса, за яким їх завертає магнітне поле) в залежності від напруги поля між дуантами в момент прискорення даної частинки. Серед всіх частинок можна виділити рівноважні ( "успішні") частки. Для цих частинок механізм, автоматично підтримує сталість періоду обігу, особливо простий.
"Щасливих" частки при кожному проходженні через щілину дуантов відчувають збільшення маси і збільшення радіусу кола. Воно точно компенсує зменшення радіуса, викликане збільшенням магнітного поля за час одного обороту. Отже, "щасливі" (рівноважні) частинки можуть резонансно прискорюватися до тих пір, поки відбувається зростання магнітного поля.
Виявилося, що такий же здатністю володіють і майже всі інші частинки, тільки розгін триває довше. В процесі прискорення всі частинки будуть відчувати коливання близько радіусу орбіти рівноважних частинок. Енергія частинок в середньому буде дорівнює енергії рівноважних частинок. Отже, практично майже всі частинки беруть участь в резонансному прискоренні.
Якщо замість того щоб повільно збільшувати в часі магнітне поле в прискорювачі (циклотроні), маючи магніт змінним струмом, збільшувати період змінного електричного поля, прикладеного до дуантов, то і тоді встановиться режим «автофазіровкі».
"Може здатися, що для появи автофазіровкі і здійснення резонансного прискорення обов'язково змінювати в часі або магнітне поле, або період електричного. Насправді це не так. Мабуть, найбільш простий по ідеї (але далеко не простий по практичному здійсненню) спосіб прискорення, встановлений автором раніше за інших способів, може бути реалізований при незмінному в часі магнітному полі та постійній частоті ".
У 1955 році, коли Векслер написав свою брошуру про прискорювачах, цей принцип, як вказував автор, ліг в основу прискорювача - мікротрона - прискорювача, що вимагає потужні джерела мікрохвиль. За твердженням Векслера, мікротрон "не отримав ще розповсюдження (1955). Однак кілька прискорювачів електронів на енергію до 4 МеВ працює вже ряд років".
Векслер був блискучим популяризатором фізики, але, на жаль, через зайнятість рідко виступав з популярними статтями.
Принцип автофазіровкі показав, що можна мати стійку область фаз і, отже, можна змінювати частоту прискорює поля, не побоюючись вийти з області резонансного прискорення. Необхідно тільки правильно вибрати фазу прискорення. Зміною частоти поля стало можливо легко компенсувати зміна маси частинок. Більше того, зміна частоти дозволило швидко розкручується спіраль циклотрона наблизити до кола та прискорювати частинки до тих пір, поки вистачало напруженості магнітного поля, щоб утримати частки на заданій орбіті.
Описаний прискорювач з автофазіровкой, в якому змінюється частота електромагнітного поля, називається сінхроціклотроном, або ФАЗОТРОН.
У синхрофазотроні використовується комбінація двох принципів автофазіровкі. Перший з них лежить в основі ФАЗОТРОН, про який вже говорилося, - це зміна частоти електромагнітного поля. Другий принцип використаний в синхротронах - тут змінюється напруженість магнітного поля.
З часу відкриття автофазіровкі вчені та інженери почали проектувати прискорювачі на мільярди електрон-вольт. Першим з них в нашій країні був протонний прискорювач - синхрофазотрон на 10 мільярдів електрон-вольт в Дубні.
Проектування цього великого прискорювача почалося в 1949 році з ініціативи В. І. Векслера та С. І. Вавилова, пуск в експлуатацію відбувся в 1957 році. Другий великий прискорювач побудований в Протвино поблизу Серпухова вже на енергію 70 ГеВ. На ньому працюють зараз не тільки радянські дослідники, а й фізики інших країн.
Але задовго до пуску двох гігантських "мільярдних" прискорювачів у Фізичному інституті Академії наук (ФІАН) під керівництвом Векслера були побудовані прискорювачі релятивістських частинок. У 1947 році відбувся пуск прискорювача електронів до енергій 30 МеВ, який служив моделлю більшого прискорювача електронів - синхротрона на енергію 250 МеВ. Синхротрон був запущений в 1949 році. На цих прискорювачах наукові співробітники Фізичного інституту Академії наук СРСР виконали першокласні роботи по мезонів фізики і атомного ядра.
Після запуску дубненского синхрофазотрона настав період швидкого прогресу в будівництві прискорювачів на великі енергії. В СРСР і в інших країнах були побудовані і введені в дію багато прискорювачі. До них відносяться згадуваний вже прискорювач на 70 ГеВ в Серпухові, на 50 ГеВ в Батавії (США), на 35 ГеВ в Женеві (Швейцарія), на 35 ГеВ в Каліфорнії (США). В даний час фізики ставлять перед собою завдання створення прискорювачів на кілька тераелектрон-вольт (тераелектрон-вольт - 1012 еВ).
У 1944 році, коли народився термін "автофазіровкой". Векслеру було 37 років. Векслер виявився обдарованим організатором наукової роботи і главою наукової школи.
Метод автофазіровкі як дозрілий плід очікував вченого-провидця, який його зніме і заволодіє ім. Через рік незалежно від Векслера принцип автофазіровкі відкрив відомий американський вчений мак-Мілан. Він визнав пріоритет радянського вченого. Мак-Мілан не раз зустрічався з Векслером. Вони були дуже дружні, і дружба двох чудових учених ніколи нічим не затьмарювалися до самої смерті Векслера.
Прискорювачі, побудовані в останні роки, Хоча і засновані на принципі автофазіровкі Векслера, але, звичайно, значно удосконалені в порівнянні з машинами першого покоління.
Крім автофазіровкі, Векслер висловив інші ідеї прискорення частинок, які виявилися дуже плідними. Розвитком цих ідей Векслера широко займаються в СРСР і інших країнах.
У березні 1958 року в Будинку вчених на Кропоткинской вулиці відбулося традиційне річне збори Академії наук СРСР. Векслер виклав ідею нового принципу прискорення, названого їм "когерентним". Він дозволяє прискорювати не тільки окремі частинки, але і згустки плазми, що складаються з великого числа частинок. "Когерентний" метод прискорення, як обережно говорив Векслер в 1958 році, дозволяє думати про можливість прискорення частинок до енергій в тисячу мільярдів електрон-вольт і навіть вище.
У 1962 році Векслер на чолі делегації вчених вилетів до Женеви для участі в роботі Міжнародної конференції з фізики високих енергій. Серед сорока членів радянської делегації були такі великі фізики, як А. І. Алиханов, Н. Н. Боголюбов, Д. І. Блохинцев, І. Я. Померанчук, М. А. Марков. Багато вчених, що входили до складу делегації, були фахівцями з прискорювачів та учнями Векслера.
Володимир Йосипович Векслер протягом ряду років був головою Комісії з фізики високих енергій Міжнародного союзу теоретичної і прикладної фізики.
25 жовтня 1963 року Векслеру і його американському колезі - директору радіаційної лабораторії Каліфорнійського університету імені Лоуренса Едвіну Мак-Міллану - була присуджена американська премія «Атом для світу».
Векслер був беззмінним директором Лабораторії високих енергій Об'єднаного інституту ядерних досліджень в Дубні. Тепер про перебування Векслера в цьому місті нагадує названнная його ім'ям вулиця.
У Дубні довгі роки концентрувалася науково-дослідна робота Векслера. Він поєднував свою роботу в Об'єднаному інституті ядерних досліджень з роботою у Фізичному інституті імені П. М. Лебедєва, де в далекій молодості почав свій шлях дослідника, був професором МГУ, де завідував кафедрою.
У 1963 році Векслер був обраний академіком-секретарем відділення ядерної фізики Академії наук СРСР і беззмінно займав цей важливий пост.
Наукові досягнення В. І. Векслера були високо оцінені присудженням йому Державної премії Першого ступеня і Ленінської премії (1959). Видатна наукова, педагогічна, організаційна та громадська діяльність вченого була відзначена трьома орденами Леніна, орденом Трудового Червоного Прапора і медалями СРСР.
Володимир Йосипович Векслер раптово помер 20 вересня 1966 від повторного інфаркту. Йому було всього 59 років. У житті він завжди здавався молодшим за свої роки, був енергійним, діяльним і невтомним.
За своєю суттю синхрофазотрон являє собою величезну установку для прискорення заряджених частинок. Швидкості елементів в цьому пристрої дуже великі, як і виділяється при цьому енергія. Отримуючи картину взаємного зіткнення часток, вчені можуть судити про властивості матеріального світу і його будову.
Про необхідність створення прискорювача говорилося ще до початку Великої Вітчизняної війни, Коли група радянських фізиків на чолі з академіком А. Іоффе направила в уряд СРСР лист. У ньому наголошувалося на важливості створення технічної бази для вивчення будови ядра атома. Ці питання вже тоді стали центральною проблемою природознавства, їх рішення могло просунути вперед прикладну науку, військову справу і енергетику.
У 1949 році почалося проектування першої установки - протонного прискорювача. Ця споруда була до 1957 року побудовано в Дубні. Прискорювач протонів, який отримав назву «синхрофазотрон», являє собою споруду величезних розмірів. Він сконструйований у вигляді окремого корпусу науково-дослідного інституту. Основну частину площі споруди займає магнітне кільце діаметром близько 60 м. Воно потрібне для створення електромагнітного поля з необхідними характеристиками. У просторі магніту і відбувається прискорення частинок.
Принцип роботи синхрофазотрона
Перший потужний прискорювач-синхрофазотрон спочатку передбачалося спорудити на основі комбінації двох принципів, до цього окремо використовувалися в ФАЗОТРОН і синхротроні. Перший з принципів - зміна частоти електромагнітного поля, другий - зміна рівня напруженості магнітного поля.
Працює синхрофазотрон за принципом циклічного прискорювача. Щоб перебування частинки на одній і тій же рівноважної орбіті, частота прискорювального поля змінюється. Пучок частинок завжди приходить в ускорительную частина установки в фазі з електричним полем високої частоти. Синхрофазотрон іноді називають протонним синхротроном, які мають слабку фокусування. Важливий параметр синхрофазотрона - інтенсивність пучка, яка визначається числом містяться в ньому частинок.
У синхрофазотроні майже повністю усуваються похибки і недоліки, властиві його попередникові - циклотрон. Змінюючи індукцію магнітного поля і частоту перезарядки частинок, протонний прискорювач збільшує енергію частинок, направляючи їх у потрібне курсу. Створення такого приладу зробило революцію в ядерній
Парламентаріям Великобританії знадобилося всього 15 хвилин, щоб вирішити питання про державну інвестиції розміром 1 млрд. Фунтів у будівництво синхрофазотрона. Після цього - вони протягом однієї години бурхливо обговорювали вартість кави, ні багато ні мало, в парламентському буфеті. І таки вирішили: знизили ціну на 15%.
Здавалося б, завдання-то за складністю взагалі не можна порівняти, і все за логікою речей мало статися з точністю до навпаки. Час - на науку, 15 хвилин - на каву. Але ж ні! Як з'ясувалося пізніше, більшість високоповажних політиків оперативно дали своє сокровенне «за», абсолютно не маючи поняття, що таке «синхрофазотрон».
Давайте, дорогий читачу, разом з вами заповнимо цю прогалину знань і не будемо уподібнюватися наукової недалекоглядності деяких товаришів.
Що таке синхрофазотрон?
Синхрофазотрон - електронна установка для наукових досліджень - циклічний прискорювач елементарних частинок (нейтронів, протонів, електронів і ін). Має форму величезного кільця, вагою понад 36 тис. Тонн. Його надпотужні магніти і прискорюють трубки наділяють мікроскопічні частинки колосальною енергією спрямованого руху. У надрах резонатора ФАЗОТРОН, на глибині 14,5метра, відбуваються, по істині, фантастичні перетворення на фізичному рівні: наприклад, крихітний протон отримує 20 млн. Електрон-вольт, а важкий іон - 5 млн. ЕВ. І це лише скромна дещиця всіх можливостей!
Саме, завдяки унікальним властивостям циклічного прискорювача, ученим удалося пізнати найбільші таємниці світобудови: вивчити будову мізерно малих частинок і фізико-хімічні процеси, що відбуваються всередині їх оболонок; на власні очі спостерігати реакцію синтезу; відкривати природу досі незвіданих мікроскопічних об'єктів.
Фазотрон ознаменував нову еру наукових досліджень - територію досліджень, де був безсилий мікроскоп, про яку з великою обережністю говорили навіть фантасти-новатори (їх прозорливий творчий політ не зміг передбачити свершённих відкриттів!).
Історія синхрофазотрона
Спочатку, прискорювачі були лінійними, тобто не мали циклічної структури. Але незабаром фізикам довелося від них відмовитися. Вимоги до величинам енергії збільшувалися - її потрібно було більше. А лінійна конструкція не справлялася: теоретичні розрахунки показували, що для цих значень, вона повинна бути неймовірної довжини.
- У 1929р. американець Е.Лоуренс робить спроби вирішити цю проблему і винаходить циклотрон, прообраз сучасного ФАЗОТРОН. Випробування проходять успішно. Через десять років, в 1939 р. Лоуренс удостоюється Нобелівської премії.
- У 1938р. в СРСР питанням створення і удосконалення прискорювачів починає активно займатися талановитий фізик В.І.Векслер. У лютому 1944р. до нього приходить революційна ідея як подолати енергетичний бар'єр. Свій метод Векслер називає «автофазіровкой». Рівно через рік, цю ж технологію абсолютно незалежно відкриває Е.Макміллан, вчений з США.
- У 1949р в Радянському Союзі під керівництвом В.І. Векслера і С.І. Вавилова розгортається великомасштабний науковий проект - створення синхрофазотрона потужністю 10 млрд. Електрон-вольт. Протягом 8 років на базі інституту ядерних досліджень в місті Дубно на Україні група фізиків-теоретиків, конструкторів і інженерів ретельно трудилася над установкою. Тому його ще називають Дубнинська синхрофазотрон.
Пуск синхрофазотрона в експлуатацію відбувся в березні 1957р., За півроку до польоту в космос першого штучного супутника Землі.
Які дослідження проводяться на синхрофазотроні?
Резонансний циклічний прискорювач Векслера породив плеяду видатних відкриттів в багатьох аспектах фундаментальної фізики і, зокрема, в деяких спірних і маловивчених проблемах теорії відносності Ейнштейна:
- поведінку кварковой структури ядер в процесі взаємодії;
- освіту кумулятивних часток в результаті реакцій за участю ядер;
- вивчення властивостей прискорених дейтронів;
- взаємодія важких іонів з мішенями (перевірка стійкості мікросхем);
- утилізація Урана-238.
Результати, отримані за цими напрямками, успішно застосовуються в будівництві космічних кораблів, проектуванні атомних електростанцій, розробці робототехніки та обладнання для роботи в екстремальних умовах. Але найдивніше те, що низка досліджень, здійснених на синхрофазотроні, все більше наближає вчених до розгадки великої таємниці походження Всесвіту.
Що таке синхрофазотрон?
Для початку трохи заглибимося в історію. Потреба в цьому пристрої вперше виникла в 1938 році. Група вчених-фізиків Ленінградського ФТІ звернулася до Молотову із заявою, що СРСР потребує дослідної база для вивчення будови атомного ядра. Аргументували дане прохання тим, що подібна область вивчення відіграє дуже важливу роль, а на даний момент Радянський Союз дещо відстає від західних колег. Адже в Америці на той час вже було 5 синхрофазотронів, в СРСР же жодного. Було запропоновано завершити будівництво вже розпочатого циклотрона, розвиток якого призупинилося через слабке фінансування та відсутності компетентних кадрів.
Зрештою, було прийнято рішення про будівництво синхрофазотрона, і на чолі цього проекту стояв Векслер. Будівництво було завершено в 1957 році. Так що ж таке синхрофазотрон? Попросту кажучи, - це прискорювач частинок. Він зраджує часткам величезної кінетичної енергії. В його основі лежить мінливе провідне магнітне поле і змінна частота головного поля. Таке поєднання дозволяє утримувати частинки на постійній орбіті. Використовується цей пристрій для вивчення найрізноманітніших властивостей частинок і їх взаємодії на високих енергетичних рівнях.
Апарат має дуже інтригуючі габарити: він займає цілий корпус університету, його вага дорівнює 36 тис. Тонн, а діаметр магнітного кільця - 60 м. Досить значні розміри для пристрою, основним завданням якого є вивчення частинок, розміри яких вимірюються в мікрометрів.
Принцип роботи синхрофазотрона
Дуже багато вчених фізики намагалися розробити пристрій, яке давало б можливість розганяти частинки, надаючи їм величезної енергії. Саме вирішенням цієї проблеми і є синхрофазотрон. Як же він працює і що лежить в основі?
Початок був покладений циклотроном. Розглянемо принцип його дії. Іони, які будуть прискорювати, потрапляють в вакуум, де знаходиться дуантов. В цей час на іони відбувається вплив магнітним полем: вони продовжують рухатися по осі, набираючи швидкість. Подолавши вісь і потрапивши в наступний зазор, починається набір ними швидкості. Для більшого прискорення потрібен постійний приріст радіуса дуги. При цьому час проходження буде постійним, не дивлячись на збільшення відстані. Через зростання швидкості спостерігається приріст маси іонів.
Таке явище тягне за собою втрату в наборі швидкості. Це і є основний недолік циклотрона. У синхрофазотроні дана проблема повністю усунено - за рахунок зміни індукції магнітного поля з прив'язаною масою і одночасної зміни частоти перезарядки частинок. Тобто, енергія частинок нарощується за рахунок електричного поля, задаючи напрямок за рахунок наявності магнітного поля.
