+ vaihe + elektroni) on resonoiva syklinen kiihdytin, jonka tasapainokiertoradan pituus on vakio kiihdytysprosessin aikana. Jotta hiukkaset pysyisivät samalla kiertoradalla kiihdytysprosessin aikana, sekä johtava magneettikenttä että kiihtyvän sähkökentän taajuus muuttuvat. Jälkimmäinen on tarpeen, jotta säde saapuu kiihdytysosaan aina samassa vaiheessa suurtaajuisen sähkökentän kanssa. Siinä tapauksessa, että hiukkaset ovat ultrarelativistisia, pyörimistaajuus, kiinteällä kiertoradan pituudella, ei muutu energian kasvaessa, ja RF-generaattorin taajuuden on myös pysyttävä vakiona. Tällaista kiihdytintä kutsutaan jo synkrotroniksi.
Kulttuurissa
Juuri tällä laitteella ekaluokkalainen "työskenteli" Alla Pugatšovan kuuluisassa kappaleessa "Ensimmäisen luokkalaisen laulu". Synkrofasotroni mainitaan myös Gaidain komediassa "Operaatio Y ja Shurikin muut seikkailut". Tämä laite esitetään myös esimerkkinä Einsteinin suhteellisuusteorian soveltamisesta opetuslyhytelokuvassa "Mikä on suhteellisuusteoria?" Suurelle yleisölle suunnatuissa komediaesityksessä se esiintyy usein "käsittämättömänä" tieteellisenä välineenä tai esimerkkinä korkeasta teknologiasta.
+ elektroni) on resonoiva syklinen kiihdytin, jonka tasapainokiertoradan pituus on vakio kiihdytysprosessin aikana. Jotta hiukkaset pysyisivät samalla kiertoradalla kiihdytysprosessin aikana, sekä johtava magneettikenttä että kiihtyvän sähkökentän taajuus muuttuvat. Jälkimmäinen on tarpeen, jotta säde saapuu kiihdytysosaan aina samassa vaiheessa suurtaajuisen sähkökentän kanssa. Siinä tapauksessa, että hiukkaset ovat ultrarelativistisia, pyörimistaajuus, kiinteällä kiertoradan pituudella, ei muutu energian kasvaessa, ja RF-generaattorin taajuuden on myös pysyttävä vakiona. Tällaista kiihdytintä kutsutaan jo synkrotroniksi.
Kirjoita arvostelu artikkelista "Synchrophasotron"
Huomautuksia
Katso myös
|
||||||||||||
Ote, joka kuvaa synkrofasotronia
Kenraalin kasvot rypistyivät, hänen huulensa nykivät ja vapisivat. Hän otti muistivihkon, piirsi nopeasti jotain lyijykynällä, repäisi paperin, antoi sen hänelle, käveli nopeasti ikkunan luo, heitti ruumiinsa tuolille ja katseli ympärilleen huoneessa olevia kuin kysyen: miksi he katsovat häntä? Sitten kenraali kohotti päänsä, nosti niskaansa, ikään kuin aikoisi sanoa jotain, mutta heti, ikään kuin vahingossa hyräilemään itsekseen, hän teki oudon äänen, joka heti lakkasi. Toimiston ovi avautui ja Kutuzov ilmestyi kynnykselle. Pää sidottu kenraali, ikään kuin paenisi vaaraa, kumartui ja lähestyi Kutuzovia suurilla, nopeilla askeleilla ohuilla jaloillaan."Vous voyez le malheureux Mack, [Näet onnettoman Mackin.]", hän sanoi murtuneella äänellä.
Toimiston ovella seisovan Kutuzovin kasvot pysyivät täysin liikkumattomina useita hetkiä. Sitten kuin aalto, ryppy juoksi hänen kasvoillaan, hänen otsansa tasoittui; Hän kumarsi päänsä kunnioittavasti, sulki silmänsä, päästi äänettömästi Mackin kulkemaan ohitse ja sulki oven perässään.
Jo aiemmin levinnyt huhu itävaltalaisten tappiosta ja koko armeijan antautumisesta Ulmissa osoittautui todeksi. Puoli tuntia myöhemmin adjutantteja lähetettiin eri suuntiin käskyillä, jotka osoittivat, että tähän asti toimimattomien venäläisten joukkojen on pian kohdattava vihollinen.
Prinssi Andrei oli yksi niistä harvoista päämajan upseereista, jotka uskoivat hänen pääasiallisena kiinnostuksensa sotilasasioiden yleiseen suuntaan. Nähtyään Mackin ja kuultuaan hänen kuolemansa yksityiskohdat, hän tajusi, että puolet kampanjasta oli menetetty, ymmärsi venäläisten joukkojen aseman vaikeuden ja kuvitteli elävästi, mikä armeijaa odotti ja rooli, joka hänen täytyisi olla siinä. .
Neuvostoliitto teki vuonna 1957 vallankumouksellisen tieteellisen läpimurron kahteen suuntaan kerralla: lokakuussa laukaistiin ensimmäinen keinotekoinen maasatelliitti, ja muutamaa kuukautta aiemmin, maaliskuussa, aloitti toimintansa legendaarinen synkrofasotroni, jättimäinen mikromaailman tutkimiseen tarkoitettu installaatio. Dubnassa. Nämä kaksi tapahtumaa järkyttivät koko maailmaa, ja sanat "satelliitti" ja "synkrofasotroni" vakiintuivat elämäämme.
Synkrofasotroni on eräänlainen varautuneiden hiukkasten kiihdytin. Niissä olevat hiukkaset kiihdytetään suuriin nopeuksiin ja siten suuriin energioihin. Niiden törmäystulosten perusteella muiden atomihiukkasten kanssa arvioidaan aineen rakenne ja ominaisuudet. Törmäysten todennäköisyyden määrää kiihdytetyn hiukkassäteen intensiteetti eli siinä olevien hiukkasten määrä, joten intensiteetti on energian ohella tärkeä kiihdytin parametri.
Tarve luoda vakava kiihdytintukikohta Neuvostoliittoon ilmoitettiin hallitustasolla maaliskuussa 1938. Leningradin fysiikan ja teknologian instituutin (LPTI) tutkijoiden ryhmä, jota johtaa akateemikko A.F. Ioffe kääntyi Neuvostoliiton kansankomissaarien neuvoston puheenjohtajan V.M. Molotov kirjeellä, jossa ehdotettiin teknisen perustan luomista atomiytimen rakenteen tutkimukselle. Atomin ytimen rakennetta koskevista kysymyksistä tuli yksi luonnontieteen keskeisistä ongelmista, ja Neuvostoliitto jäi huomattavasti jälkeen niiden ratkaisemisessa. Joten, jos Amerikassa oli vähintään viisi syklotronia, niin Neuvostoliitolla ei ollut yhtään (tiedeakatemian Radium-instituutin (RIAN) ainoa syklotroni, joka käynnistettiin vuonna 1937, ei käytännössä toiminut suunnitteluvirheiden vuoksi). Molotoville osoitettu vetoomus sisälsi pyynnön luoda edellytykset LPTI-syklotronin rakentamisen valmistumiselle 1. tammikuuta 1939 mennessä. Vuonna 1937 alkanut työ sen luomiseksi keskeytettiin osastojen epäjohdonmukaisuuksien ja rahoituksen lopettamisen vuoksi.
Marraskuussa 1938 S.I. Vavilov ehdotti vetoomuksessaan Tiedeakatemian puheenjohtajistoon, että LPTI-syklotroni rakennettaisiin Moskovaan ja IV:n laboratorio siirrettäisiin tiedeakatemian fysiikan instituuttiin (FIAN) LPTI:ltä. Kurchatova, joka oli mukana sen luomisessa. Sergei Ivanovitš halusi atomiytimen tutkimuksen keskuslaboratorion sijoittuvan samaan paikkaan, jossa Tiedeakatemia sijaitsi, eli Moskovaan. Häntä ei kuitenkaan tuettu LPTI:ssä. Kiista päättyi vuoden 1939 lopussa, kun A.F. Ioff ehdotti kolmen syklotronin luomista kerralla. 30. heinäkuuta 1940 Neuvostoliiton tiedeakatemian puheenjohtajiston kokouksessa päätettiin antaa RIANille tehtäväksi asentaa nykyinen syklotroni uudelleen tänä vuonna, FIAN valmistelemaan tarvittavat materiaalit uuden tehokkaan syklotronin rakentamiseen 15. lokakuuta mennessä. , ja LFTI saattaakseen päätökseen syklotronin rakentamisen vuoden 1941 ensimmäisellä neljänneksellä.
Tämän päätöksen yhteydessä FIAN loi niin sanotun syklotroniryhmän, johon kuuluivat Vladimir Iosifovich Veksler, Sergei Nikolaevich Vernov, Pavel Alekseevich Cherenkov, Leonid Vasilyevich Groshev ja Evgeniy Lvovich Feinberg. 26. syyskuuta 1940 fysiikan ja matemaattisten tieteiden osaston toimisto (OPMS) kuuli tiedot V.I. Wexler syklotronin suunnitteluspesifikaatioista hyväksyi sen tärkeimmät ominaisuudet ja rakennusarviot. Syklotroni on suunniteltu kiihdyttämään deuteronit 50 MeV:n energiaan.
Joten tulemme tärkeimpään asiaan, henkilöön, joka antoi merkittävän panoksen fysiikan kehitykseen maassamme noina vuosina - Vladimir Iosifovich Veksler. Tästä erinomaisesta fyysikasta keskustellaan edelleen.
V. I. Veksler syntyi Ukrainassa Zhitomirin kaupungissa 3. maaliskuuta 1907. Hänen isänsä kuoli ensimmäisessä maailmansodassa.
Vuonna 1921, ankaran nälänhädän ja tuhon aikana, suurilla vaikeuksilla ja ilman rahaa, Volodja Veksler huomasi olevansa nälkäisessä NEP-Moskovassa. Teini-ikäinen joutuu Khamovnikiin perustettuun kommuunitaloon, vanhaan, omistajien hylkäämään kartanoon.
Wexler erottui kiinnostuksestaan fysiikkaa ja käytännön radiotekniikkaa kohtaan, hän itse kokosi ilmaisinradiovastaanottimen, mikä oli noina vuosina epätavallisen vaikea tehtävä, hän luki paljon ja opiskeli hyvin koulussa.
Lähdettyään kunnasta Wexler säilytti monia näkemyksiään ja tapojaan, joita hän oli vaalinut.
Huomattakoon, että se sukupolvi, johon Vladimir Iosifovich kuului, ylivoimainen enemmistö kohteli elämänsä jokapäiväisiä puolia täysin halveksuen, mutta oli fanaattisesti kiinnostunut tieteellisistä, ammatillisista ja sosiaalisista ongelmista.
Wexler valmistui muiden kuntalaisten ohella yhdeksänvuotisesta lukiosta ja siirtyi kaikkien valmistuneiden kanssa tuotantoon työntekijänä, jossa hän työskenteli sähköasentajana yli kaksi vuotta.
Hänen tiedonjanonsa, kirjojen rakkautensa ja harvinainen älykkyytensä huomattiin, ja 20-luvun lopulla nuori mies sai "komsomolilipun" instituuttiin.
Kun Vladimir Iosifovich valmistui korkeakoulusta, suoritettiin toinen korkeakoulujen uudelleenjärjestely ja niiden nimet muutettiin. Kävi ilmi, että Wexler tuli Plekhanovin kansantalouden instituuttiin ja valmistui MPEI:stä (Moscow Energy Institute) ja sai tutkinnon insinööriksi, jolla on erikoisuus röntgentekniikassa.
Samana vuonna hän tuli All Unionin sähköteknisen instituutin röntgeLefortovon, jossa Vladimir Iosifovich aloitti työnsä rakentamalla mittalaitteita ja tutkimalla ionisoivan säteilyn mittausmenetelmiä, ts. varautuneiden hiukkasten virrat.
Wexler työskenteli tässä laboratoriossa 6 vuotta ja nousi nopeasti laboratorioassistentista johtajaksi. Täällä on jo ilmennyt Wexlerille tyypillinen "käsikirjoitus" lahjakkaana kokeellisena tiedemiehenä. Hänen oppilaansa, professori M. S. Rabinovich kirjoitti muistelmissaan Wexleristä: ”Lähes 20 vuoden ajan hän itse kokosi ja asensi erilaisia keksimiään installaatioita, koska hän ei koskaan pelännyt mitään työtä puolella , mutta myös kaikkea, mikä on piilossa lopputulosten takana, mittaustarkkuuden takana, installaatioiden kiiltävän kaapin takana tutkii huolellisesti ja teki muistiinpanoja teoreettisista töistä."
Syyskuussa 1937 Wexler muutti liittovaltion sähköteknisestä instituutista P. N. Lebedevin (FIAN) nimettyyn Neuvostoliiton tiedeakatemian fysikaaliseen instituuttiin. Tämä oli tärkeä tapahtuma tiedemiehen elämässä.
Tähän mennessä Vladimir Iosifovich oli jo puolustanut väitöskirjaansa, jonka aiheena oli hänen suunnittelemiensa "suhteellisten vahvistimien" suunnittelu ja käyttö.
FIANissa Wexler alkoi tutkia kosmisia säteitä. Toisin kuin A. I. Alikhanov ja hänen kollegansa, jotka ihastuivat viehättävään Aragats-vuoreen Armeniassa, Wexler osallistui tieteellisiin tutkimusmatkoihin Elbrukselle ja myöhemmin Pamireille - maailman katolle. Fyysikot ympäri maailmaa tutkivat korkean energian varautuneiden hiukkasten virtoja, joita ei voitu saada maallisissa laboratorioissa. Tutkijat nousivat lähemmäksi kosmisen säteilyn salaperäisiä virtoja.
Kosmiset säteet ovat nykyäänkin tärkeässä asemassa astrofyysikkojen ja korkeaenergisen fysiikan asiantuntijoiden arsenaalissa, ja niiden alkuperästä esitetään jännittävän mielenkiintoisia teorioita. Samanaikaisesti oli yksinkertaisesti mahdotonta saada hiukkasia sellaisella energialla tutkimukseen, ja fyysikoille oli yksinkertaisesti välttämätöntä tutkia niiden vuorovaikutusta kenttien ja muiden hiukkasten kanssa. Jo 30-luvulla monet atomitutkijat ajattelivat: kuinka hyvä olisi saada niin korkean "kosmisen" energian omaavia hiukkasia laboratorioon käyttämällä luotettavia subatomisten hiukkasten tutkimiseen tarkoitettuja laitteita, joiden tutkimusmenetelmä oli yksi - pommittaminen (kuten he kuvaannollisesti tapana sanoa ja harvoin sanoa nyt) jotkut hiukkaset toisten toimesta. Rutherford löysi atomiytimen olemassaolon pommittamalla atomeja voimakkailla ammuksilla - alfahiukkasilla. Ydinreaktiot löydettiin samalla menetelmällä. Kemiallisen alkuaineen muuttamiseksi toiseksi oli tarpeen muuttaa ytimen koostumusta. Tämä saavutettiin pommittamalla ytimiä alfahiukkasilla, ja nyt hiukkasilla, jotka on kiihdytetty tehokkailla kiihdyttimillä.
Natsi-Saksan hyökkäyksen jälkeen monet fyysikot ryhtyivät välittömästi sotilaallisesti merkittävään työhön. Wexler keskeytti kosmisten säteiden tutkimuksensa ja alkoi suunnitella ja parantaa radiolaitteita rintaman tarpeisiin.
Tällä hetkellä Tiedeakatemian fysiikan instituutti, kuten jotkut muut akateemiset instituutit, evakuoitiin Kazaniin. Vasta vuonna 1944 Kazanista oli mahdollista järjestää retkikunta Pamireihin, jossa Wexlerin ryhmä pystyi jatkamaan Kaukasuksella aloitettua tutkimusta kosmisista säteistä ja korkeaenergisten hiukkasten aiheuttamista ydinprosesseista. Ottamatta huomioon yksityiskohtaisesti Wexlerin panosta kosmisiin säteisiin liittyvien ydinprosessien tutkimukseen, jolle hänen työnsä oli omistettu monta vuotta, voimme sanoa, että hän oli erittäin merkittävä ja antoi monia tärkeitä tuloksia. Mutta ehkä tärkeintä, hänen kosmisten säteiden tutkimus johti hänet täysin uusiin käsityksiin hiukkaskiihtyvyydestä. Vuoristossa Wexler keksi ajatuksen rakentaa varautuneita hiukkaskiihdyttimiä omien "kosmisten säteidensä" luomiseksi.
Vuodesta 1944 lähtien V. I. Veksler muutti uudelle alueelle, jolla oli pääpaikka hänen tieteellisessä työssään. Siitä lähtien Wexlerin nimi on aina liitetty suurten "autophasing" -kiihdyttimien luomiseen ja uusien kiihdytysmenetelmien kehittämiseen.
Hän ei kuitenkaan menettänyt kiinnostusta kosmisiin säteisiin ja jatkoi työskentelyä tällä alalla. Wexler osallistui korkean vuoren tieteellisiin tutkimusmatkoihin Pamireihin vuosina 1946-1947. Kosmisissa säteissä havaitaan fantastisen suuren energian hiukkasia, jotka eivät ole kiihdyttimien ulottuvilla. Wexlerille oli selvää, että hiukkasten "luonnollista kiihdytintä" niin suuriin energioihin asti ei voida verrata "ihmiskäsien luomiseen".
Wexler ehdotti ulospääsyä tästä umpikujasta vuonna 1944. Kirjoittaja kutsui uutta periaatetta, jonka mukaan Wechslerin kiihdyttimet toimivat autophasing.
Tähän mennessä oli luotu "syklotroni"-tyyppisten varautuneiden hiukkasten kiihdytin (Wechsler selitti suositussa sanomalehtiartikkelissa syklotronin toimintaperiaatetta seuraavasti: "Tässä laitteessa varautunut hiukkanen, joka liikkuu magneettikenttä kiihtyy jatkuvasti vaihtuvalla sähkökentällä Tämän ansiosta on mahdollista kommunikoida syklotronihiukkasten kanssa 10-20 miljoonan elektronivoltin energialla. Mutta kävi selväksi, että 20 MeV:n kynnystä ei voitu ylittää tällä menetelmällä.
Syklotronissa magneettikenttä muuttuu syklisesti kiihdyttäen varautuneita hiukkasia. Mutta kiihtyvyysprosessissa hiukkasten massa kasvaa (kuten sen pitäisi olla SRT:n - erityisen suhteellisuusteorian - mukaan). Tämä johtaa prosessin häiriintymiseen - tietyn kierrosluvun jälkeen magneettikenttä alkaa kiihtymisen sijaan hidastaa hiukkasia.
Wexler ehdottaa, että syklotronin magneettikenttää aletaan hitaasti lisätä ajan myötä syöttämällä magneettia vaihtovirralla. Sitten käy ilmi, että keskimäärin hiukkasten pyörimistaajuus ympyrässä pysyy automaattisesti yhtä suurena kuin deesiin kohdistetun sähkökentän taajuus (pari magneettijärjestelmää, joka taivuttaa polkua ja kiihdyttää hiukkasia magneettikenttä).
Jokaisella dees-raon läpikululla hiukkasilla on ja lisäksi ne saavat erilaisen massalisäyksen (ja vastaavasti ne saavat eri lisäyksen säteeseen, jota pitkin magneettikenttä kääntää ne) riippuen kenttien välisestä jännitteestä. tietyn hiukkasen kiihtymishetkellä. Kaikista hiukkasista voidaan erottaa tasapainohiukkaset ("onnekas"). Näille hiukkasille mekanismi, joka ylläpitää automaattisesti kiertoradan vakioisuutta, on erityisen yksinkertainen.
"Onnenhiukkasten" massa kasvaa ja ympyrän säde kasvaa joka kerta, kun ne kulkevat dee-raon läpi. Se kompensoi tarkasti yhden kierroksen aikana tapahtuvan magneettikentän kasvun aiheuttaman säteen pienenemisen. Näin ollen "onnen" (tasapainon) hiukkasia voidaan kiihdyttää resonoivasti niin kauan kuin magneettikenttä kasvaa.
Kävi ilmi, että melkein kaikilla muilla hiukkasilla on sama kyky, vain kiihtyvyys kestää pidempään. Kiihdytysprosessin aikana kaikki hiukkaset kokevat värähtelyjä tasapainohiukkasten kiertoradan säteen ympärillä. Hiukkasten energia on keskimäärin yhtä suuri kuin tasapainohiukkasten energia. Joten melkein kaikki hiukkaset osallistuvat resonanssikiihtyvyyteen.
Jos sen sijaan, että lisäämme hitaasti magneettikenttää kiihdyttimessä (syklotronissa) ajan myötä ja syötämme magneettia vaihtovirralla, lisäämme deeseihin kohdistetun vaihtosähkökentän jaksoa, niin "automaattinen vaiheistus" -tila perustetaan.
"Voi vaikuttaa siltä, että automaattisen vaiheistuksen ja resonanssikiihtyvyyden tapahtumiseksi on välttämätöntä muuttaa ajallisesti joko magneettikenttää tai sähköjaksoa. Itse asiassa näin ei ole. Ehkä yksinkertaisin käsitteeltä (mutta kaukana siitä Yksinkertainen käytännön toteutuksessa) kiihtyvyysmenetelmä, jonka tekijä on määritellyt aikaisemmin kuin muut menetelmät, voidaan toteuttaa ajassa vakiolla ja vakiotaajuudella."
Vuonna 1955, kun Wexler kirjoitti esitteensä kiihdyttimistä, tämä periaate, kuten kirjoittaja huomautti, muodosti perustan kiihdyttimelle - mikrotronille - kiihdyttimelle, joka vaatii tehokkaita mikroaaltolähteitä. Wexlerin mukaan mikrotroni "ei ole vielä yleistynyt (1955), mutta useat elektronikiihdyttimet, joiden energia on jopa 4 MeV, ovat toimineet useiden vuosien ajan."
Wexler oli loistava fysiikan popularisoija, mutta valitettavasti kiireisen aikataulunsa vuoksi hän julkaisi harvoin suosittuja artikkeleita.
Autophasing-periaate on osoittanut, että on mahdollista saada stabiili vaihealue ja siksi on mahdollista muuttaa kiihdytyskentän taajuutta ilman pelkoa poistumisesta resonanssikiihtyvyysalueelta. Sinun tarvitsee vain valita oikea kiihdytysvaihe. Kenttätaajuutta muuttamalla saatiin helposti kompensoitua hiukkasmassan muutos. Lisäksi taajuuden muuttaminen mahdollisti syklotronien nopeasti pyörivän spiraalin tuomisen lähemmäs ympyrää ja kiihdyttää hiukkasia, kunnes magneettikentän voimakkuus riitti pitämään hiukkaset tietyllä kiertoradalla.
Kuvattua autophasing-kiihdytintä, jossa sähkömagneettisen kentän taajuus muuttuu, kutsutaan synkrosyklotroniksi tai fasotroniksi.
Synkrofasotronissa käytetään kahden automaattisen vaiheistuksen periaatteen yhdistelmää. Ensimmäinen niistä sijaitsee fasotronin sydämessä, joka on jo mainittu - tämä on muutos sähkömagneettisen kentän taajuudessa. Toista periaatetta käytetään synkrotroneissa - tässä magneettikentän voimakkuus muuttuu.
Automaattisen vaiheistuksen keksimisen jälkeen tiedemiehet ja insinöörit ovat alkaneet suunnitella kiihdyttimiä, jotka kykenevät toimimaan miljardeissa elektronivolteissa. Ensimmäinen niistä maassamme oli protonikiihdytin - 10 miljardin elektronivoltin synkrofasotroni Dubnassa.
Tämän suuren kiihdyttimen suunnittelu aloitettiin vuonna 1949 V. I. Vekslerin ja S. I. Vavilovin aloitteesta, ja se otettiin käyttöön vuonna 1957. Toinen suuri kiihdytin rakennettiin Protvinoon lähellä Serpukhovia, jonka energia oli 70 GeV. Sen parissa työskentelevät nyt paitsi Neuvostoliiton tutkijat, myös muiden maiden fyysikot.
Mutta kauan ennen kahden jättimäisen "miljardin dollarin" kiihdytin lanseerausta tiedeakatemian fysikaaliseen instituuttiin (FIAN) rakennettiin Wexlerin johdolla relativistisia hiukkaskiihdyttimiä. Vuonna 1947 lanseerattiin elektronikiihdytin 30 MeV:n energioihin asti, joka toimi mallina suuremmasta elektronikiihdyttimestä - synkrotronista, jonka energia oli 250 MeV. Synkrotroni laukaistiin vuonna 1949. Näitä kiihdyttimiä käyttämällä Neuvostoliiton tiedeakatemian fysiikan instituutin tutkijat suorittivat ensiluokkaista työtä mesonfysiikasta ja atomin ytimestä.
Dubna-synkrofasotronin käynnistämisen jälkeen korkean energian kiihdyttimien rakentamisessa alkoi nopean edistymisen aika. Neuvostoliitossa ja muissa maissa rakennettiin ja otettiin käyttöön monia kiihdyttimiä. Näitä ovat jo mainittu 70 GeV kiihdytin Serpukhovissa, 50 GeV Bataviassa (USA), 35 GeV Genevessä (Sveitsi), 35 GeV Kaliforniassa (USA). Tällä hetkellä fyysikot asettavat itselleen tehtävän luoda useiden teraelektronivolttien kiihdyttimiä (teraelektronivoltti - 1012 eV).
Vuonna 1944, jolloin termi "autophasing" syntyi. Wexler oli 37-vuotias. Wexler osoittautui lahjakkaaksi tieteellisen työn järjestäjäksi ja tieteellisen koulun johtajaksi.
Autophasing-menetelmä, kuten kypsä hedelmä, odotti tiedenäkijää, joka poistaisi sen ja ottaisi sen haltuunsa. Vuotta myöhemmin, Wexleristä riippumatta, kuuluisa amerikkalainen tiedemies McMilan löysi automaattisen vaiheistuksen periaatteen. Hän tunnusti Neuvostoliiton tiedemiehen prioriteetin. McMillan tapasi Wexlerin useammin kuin kerran. He olivat erittäin ystävällisiä, ja kahden merkittävän tiedemiehen ystävyyttä ei koskaan varjostanut mikään ennen Wexlerin kuolemaa.
Sisäänrakennettu kiihdytin viime vuodet Vaikka ne perustuvat Wechslerin automaattiseen vaiheistusperiaatteeseen, ne ovat tietysti huomattavasti parempia kuin ensimmäisen sukupolven koneissa.
Automaattisen vaiheistuksen lisäksi Wexler keksi muita ideoita hiukkaskiihdytykseen, jotka osoittautuivat erittäin hedelmällisiksi. Näiden Wexlerin ideoiden kehittämistä jatketaan laajalti Neuvostoliitossa ja muissa maissa.
Maaliskuussa 1958 Neuvostoliiton tiedeakatemian perinteinen vuosikokous pidettiin tiedemiesten talossa Kropotkinskaya-kadulla. Wexler hahmotteli ajatuksen uudesta kiihtyvyyden periaatteesta, jota hän kutsui "koherentiksi". Sen avulla voit nopeuttaa yksittäisten hiukkasten lisäksi myös plasmahyytymiä, jotka koostuvat suuresta määrästä hiukkasia. "Koherentti" kiihdytysmenetelmä, kuten Wechsler varovasti sanoi vuonna 1958, antaa mahdollisuuden ajatella mahdollisuutta kiihdyttää hiukkasia tuhannen miljardin elektronivoltin energioihin ja vieläkin korkeampiin.
Vuonna 1962 Wexler lensi tutkijoiden valtuuskunnan johdolla Geneveen osallistuakseen kansainväliseen korkean energian fysiikan konferenssiin. Neuvostoliiton valtuuskunnan neljänkymmenen jäsenen joukossa olivat sellaiset merkittävät fyysikot kuin A. I. Alikhanov, N. N. Bogolyubov, D. I. Blokhintsev, I. Pomeranchuk, M. A. Markov. Monet valtuuskunnan tiedemiehistä olivat kiihdytinasiantuntijoita ja Wexlerin opiskelijoita.
Vladimir Iosifovich Veksler oli useita vuosia Kansainvälisen teoreettisen ja soveltavan fysiikan liiton korkean energian fysiikan toimikunnan puheenjohtaja.
25. lokakuuta 1963 Wexler ja hänen amerikkalainen kollegansa Edwin McMillan, Kalifornian Lawrencen yliopiston säteilylaboratorion johtaja, saivat American Atom for Peace -palkinnon.
Wexler oli Dubnan yhteisen ydintutkimusinstituutin korkean energian laboratorion pysyvä johtaja. Nyt hänen mukaansa nimetty katu muistuttaa Wexlerin oleskelusta tässä kaupungissa.
Wexlerin tutkimustyö keskittyi Dubnaan useiden vuosien ajan. Hän yhdisti työnsä Joint Institute for Nuclear Researchissa työhön P. N. Lebedevin fysikaalisessa instituutissa, jossa hän kaukaisessa nuoruudessaan aloitti tutkijanuransa ja oli professori Moskovan valtionyliopistossa, jossa hän johti laitosta.
Vuonna 1963 Veksler valittiin Neuvostoliiton tiedeakatemian ydinfysiikan osaston akateemikko-sihteeriksi, ja hän toimi pysyvästi tässä tärkeässä virassa.
V. I. Vekslerin tieteellisiä saavutuksia arvostettiin suuresti myöntämällä hänelle ensimmäisen asteen valtionpalkinto ja Lenin-palkinto (1959). Tiedemiehen erinomaisesta tieteellisestä, pedagogisesta, organisatorisesta ja yhteiskunnallisesta toiminnasta palkittiin kolme Leninin ritarikuntaa, Työn punaisen lipun ritarikunta ja Neuvostoliiton mitalit.
Vladimir Iosifovich Veksler kuoli äkillisesti 20. syyskuuta 1966 toiseen sydänkohtaukseen. Hän oli vain 59-vuotias. Elämässä hän näytti aina vuotiaan nuoremmalta, oli energinen, aktiivinen ja väsymätön.
Teknologia kehittyi Neuvostoliitossa nopeasti. Katsokaapa ensimmäisen keinotekoisen maasatelliitin laukaisua, jota koko maailma seurasi. Harvat ihmiset tietävät, että samana vuonna, 1957, synkrofasotroni alkoi toimia Neuvostoliitossa (eli sitä ei vain saatu valmiiksi ja otettu käyttöön, vaan se käynnistettiin). Tämä sana tarkoittaa installaatiota alkuainehiukkasten kiihdyttämiseen. Melkein kaikki nykyään ovat kuulleet Large Hadron Colliderista - se on uudempi ja paranneltu versio tässä artikkelissa kuvatusta laitteesta.
Mikä tämä on - synkrofasotroni? Mitä varten se on?
Tämä asennus on suuri alkuainehiukkasten (protonien) kiihdytin, joka mahdollistaa mikrokosmosen syvällisemmän tutkimuksen sekä näiden samojen hiukkasten vuorovaikutuksen keskenään. Tapa opiskella on hyvin yksinkertainen: hajota protonit pieniin osiin ja katso mitä sisällä on. Kaikki kuulostaa yksinkertaiselta, mutta protonin rikkominen on erittäin vaikea tehtävä, joka vaati niin valtavan rakenteen rakentamista. Täällä erityisen tunnelin kautta hiukkaset kiihdytetään valtaviin nopeuksiin ja lähetetään sitten kohteeseen. Kun he osuvat siihen, ne hajoavat pieniksi paloiksi. Synkrofasotronin lähin ”kollega”, Large Hadron Collider, toimii suunnilleen samalla periaatteella, vain siellä hiukkaset kiihtyvät vastakkaisiin suuntiin eivätkä osu seisovaan kohteeseen, vaan törmäävät toisiinsa.
Nyt ymmärrät hieman, että tämä on synkrofasotroni. Installaation uskottiin mahdollistavan tieteellisen läpimurron mikromaailman tutkimuksen alalla. Tämä puolestaan mahdollistaa uusien elementtien ja tapojen löytää halpoja energialähteitä. Ihannetapauksessa he halusivat löytää elementtejä, jotka ovat tehokkaampia ja samalla vähemmän haitallisia ja helpompia kierrättää.
Sotilaallinen käyttö
On syytä huomata, että tämä asennus luotiin tieteellisen ja teknologisen läpimurron toteuttamiseksi, mutta sen tavoitteet eivät olleet vain rauhanomaisia. Tieteellinen ja teknologinen läpimurto johtuu suurelta osin sotilaallisesta varustelukilpailusta. Synkrofasotroni luotiin otsikon "Top Secret" alla, ja sen kehittäminen ja rakentaminen toteutettiin osana atomipommin luomista. Oletettiin, että laite mahdollistaisi täydellisen ydinvoimien teorian luomisen, mutta kaikki ei osoittautunut niin yksinkertaiseksi. Vielä tänäkin päivänä tämä teoria puuttuu, vaikka teknologinen kehitys on ottanut suuria harppauksia eteenpäin.
yksinkertaisilla sanoilla?
Jos teemme yhteenvedon ja puhumme ymmärrettävällä kielellä? Synkrofasotroni on laitos, jossa protonit voidaan kiihdyttää suureen nopeuteen. Se koostuu silmukasta putkesta, jonka sisällä on tyhjiö, ja tehokkaista sähkömagneeteista, jotka estävät protoneja liikkumasta satunnaisesti. Kun protonit saavuttavat maksiminopeudensa, niiden virtaus suunnataan kohti erityistä kohdetta. Iskemällä siihen protonit hajoavat pieniksi paloiksi. Tiedemiehet voivat nähdä lentävien palasten jälkiä erityisessä kuplakammiossa, ja näistä jälkistä he analysoivat itse hiukkasten luonnetta.
Kuplakammio on hieman vanhentunut laite protonien jälkien sieppaamiseen. Nykyään tällaisissa laitoksissa käytetään tarkempia tutkia, jotka tarjoavat enemmän tietoa protonifragmenttien liikkeestä.
Synkrofasotronin yksinkertaisesta periaatteesta huolimatta tämä asennus itsessään on huipputeknologiaa, ja sen luominen on mahdollista vain riittävällä teknisellä ja tieteellisellä kehityksellä, joka tietysti Neuvostoliitolla oli. Analogian antamiseksi tavallinen mikroskooppi on laite, jonka tarkoitus on sama kuin synkrofasotronin tarkoitus. Molemmilla laitteilla voit tutkia mikromaailmaa, vain jälkimmäinen mahdollistaa "kaivamisen syvemmälle" ja sillä on hieman ainutlaatuinen tutkimusmenetelmä.
Yksityiskohdat
Laitteen toiminta kuvattiin yllä yksinkertaisin sanoin. Tietenkin synkrofasotronin toimintaperiaate on monimutkaisempi. Tosiasia on, että hiukkasten kiihdyttämiseksi suuriin nopeuksiin on tarpeen tarjota satojen miljardien volttien potentiaaliero. Tämä on mahdotonta edes nykyisessä teknologian kehitysvaiheessa, edellisestä puhumattakaan.
Siksi päätettiin kiihdyttää hiukkasia asteittain ja ajaa niitä ympyrässä pitkään. Jokaisella kierroksella protonit jännitettiin. Miljoonien kierrosten ohituksen seurauksena oli mahdollista saavuttaa vaadittu nopeus, jonka jälkeen ne lähetettiin kohteeseen.
Juuri tätä periaatetta käytettiin synkrofasotronissa. Aluksi hiukkaset liikkuivat tunnelin läpi alhaisella nopeudella. Jokaisella kierroksella he pääsivät ns. kiihdytysväleihin, joissa he saivat lisäenergiaa ja lisäntyivät nopeutta. Nämä kiihdytysosuudet ovat kondensaattoreita, joiden vaihtojännitteen taajuus on yhtä suuri kuin renkaan läpi kulkevien protonien taajuus. Toisin sanoen hiukkaset osuivat kiihtyvyysosaan negatiivisella varauksella, tällä hetkellä jännite kasvoi jyrkästi, mikä antoi heille nopeuden. Jos hiukkaset osuivat kiihdytyskohtaan positiivisella varauksella, niiden liike hidastui. Ja tämä on positiivinen piirre, koska sen takia koko protonisäde liikkui samalla nopeudella.
Ja tämä toistettiin miljoonia kertoja, ja kun hiukkaset saavuttivat vaaditun nopeuden, ne lähetettiin erityiseen kohteeseen, johon ne törmäsivät. Myöhemmin joukko tutkijoita tutki hiukkasten törmäyksen tuloksia. Näin synkrofasotroni toimi.
Magneettien rooli
Tiedetään, että tässä valtavassa hiukkaskiihdytyskoneessa käytettiin myös tehokkaita sähkömagneetteja. Ihmiset uskovat virheellisesti, että niitä käytettiin protonien nopeuttamiseen, mutta näin ei ole. Hiukkasia kiihdytettiin erityisten kondensaattoreiden (kiihtyvyysosien) avulla, ja magneetit pitivät protonit vain tiukasti määritellyllä liikeradalla. Ilman niitä alkuainehiukkasten säteen johdonmukainen liike olisi mahdotonta. Ja sähkömagneettien suuri teho selittyy protonien suurella massalla suurilla nopeuksilla.
Mitä ongelmia tiedemiehet kohtasivat?
Yksi suurimmista ongelmista tämän asennuksen luomisessa oli juuri hiukkasten kiihtyvyys. Tietysti niitä voitiin kiihdyttää joka kierroksella, mutta kiihtyessään niiden massa kasvoi. Lähellä valonnopeutta (kuten tiedämme, mikään ei voi liikkua valon nopeutta nopeammin) niiden massa kasvoi valtavaksi, mikä vaikeutti niiden pitämistä ympyräradalla. From koulun opetussuunnitelma Tiedämme, että elementtien liikesäde magneettikentässä on kääntäen verrannollinen niiden massaan, joten protonien massan kasvaessa jouduttiin kasvattamaan sädettä ja käyttämään suuria, vahvoja magneetteja. Tällaiset fysiikan lait rajoittavat suuresti tutkimuksen mahdollisuuksia. Muuten, he voivat myös selittää, miksi synkrofasotroni osoittautui niin valtavaksi. Mitä suurempi tunneli, sitä suurempia magneetteja voidaan asentaa luomaan voimakas magneettikenttä, joka pitää protonit liikkumassa haluttuun suuntaan.
Toinen ongelma on energian menetys liikkuessa. Hiukkaset, kun ne kulkevat ympyrän ympäri, säteilevät energiaa (menettävät sen). Näin ollen nopeudella liikkuessa osa energiasta haihtuu ja mitä suurempi nopeus, sitä suuremmat häviöt. Ennemmin tai myöhemmin tulee hetki, jolloin emittoidun ja vastaanotetun energian arvoja verrataan, mikä tekee hiukkasten kiihtyvyyden edelleen mahdottomaksi. Tästä syystä kapasiteettia tarvitaan lisää.
Voimme sanoa, että ymmärrämme nyt tarkemmin, että tämä on synkrofasotroni. Mutta mitä tutkijat tarkalleen ottaen saavuttivat testien aikana?
Mitä tutkimuksia on tehty?
Luonnollisesti tämän asennuksen työ ei mennyt ilman jälkiä. Ja vaikka sen odotettiin tuottavan vakavampia tuloksia, jotkut tutkimukset osoittautuivat erittäin hyödyllisiksi. Erityisesti tutkijat tutkivat kiihdytettyjen deuteronien ominaisuuksia, raskaiden ionien vuorovaikutusta kohteiden kanssa ja kehittivät tehokkaamman tekniikan käytetyn uraani-238:n kierrätykseen. Ja vaikka kaikki nämä tulokset merkitsevät keskivertoihmiselle vähän, tieteen alalla niiden merkitystä on vaikea yliarvioida.
Tulosten soveltaminen
Synkrofasotronilla tehtyjen testien tuloksia käytetään nykyäänkin. Niitä käytetään erityisesti avaruusraketteilla, robotiikassa ja monimutkaisilla laitteilla toimivien voimalaitosten rakentamisessa. Tietenkin tämän hankkeen panos tieteen ja tekniikan kehitykseen on melko suuri. Joitakin tuloksia sovelletaan myös sotilaallisella alalla. Ja vaikka tutkijat eivät ole pystyneet löytämään uusia elementtejä, joita voitaisiin käyttää uusien atomipommejen luomiseen, kukaan ei tiedä, onko tämä totta vai ei. On täysin mahdollista, että joitain tuloksia piilotetaan väestöltä, koska on syytä ottaa huomioon, että tämä hanke toteutettiin otsikolla "Top Secret".
Johtopäätös
Nyt ymmärrät, että tämä on synkrofasotroni ja mikä sen rooli on Neuvostoliiton tieteellisessä ja teknologisessa kehityksessä. Nykyäänkin tällaisia asennuksia käytetään aktiivisesti monissa maissa, mutta on jo kehittyneempiä vaihtoehtoja - nukleotroneja. Large Hadron Collider on ehkä paras synkrofasotroni-idean toteutus tähän mennessä. Tämän asennuksen avulla tutkijat voivat ymmärtää mikromaailmaa tarkemmin törmäämällä kaksi valtavilla nopeuksilla liikkuvaa protonisädettä.
Mitä tulee Neuvostoliiton synkrofasotronin nykyiseen tilaan, se muutettiin elektronikiihdyttimeksi. Nyt hän työskentelee FIANissa.
Synkrofasotroni on ytimessä valtava laitteisto varautuneiden hiukkasten nopeuttamiseksi. Tämän laitteen elementtien nopeudet ovat erittäin korkeat, samoin kuin vapautuva energia. Saatuaan kuvan hiukkasten keskinäisestä törmäyksestä tiedemiehet voivat arvioida aineellisen maailman ominaisuuksia ja sen rakennetta.
Kiihdytin luomisen tarpeesta keskusteltiin jo ennen Suurta Isänmaallinen sota, kun akateemikko A. Ioffen johtama Neuvostoliiton fyysikkojen ryhmä lähetti kirjeen Neuvostoliiton hallitukselle. Se korosti teknisen perustan luomisen tärkeyttä atomiytimen rakenteen tutkimiselle. Näistä kysymyksistä tuli jo luonnontieteen keskeinen ongelma, ja niiden ratkaisu voisi edistää soveltavaa tiedettä, sotilasasioita ja energiaa.
Vuonna 1949 aloitettiin ensimmäisen asennuksen, protonikiihdytin, suunnittelu. Tämä rakennus rakennettiin Dubnaan vuonna 1957. Protonikiihdytin, jota kutsutaan "synkrofasotroniksi", on valtavan kokoinen rakenne. Se on suunniteltu erilliseksi tutkimuslaitoksen rakennukseksi. Suurin osa rakenteen pinta-alasta on halkaisijaltaan noin 60 m:n magneettirenkaalla. On luotava tarvittavat ominaisuudet omaava sähkömagneettinen kenttä. Juuri magneetin tilassa hiukkaset kiihtyvät.
Synkrofasotronin toimintaperiaate
Ensimmäinen tehokas synkrofasotronikiihdytin oli alun perin tarkoitus rakentaa perustuen kahden periaatteen yhdistelmään, joita käytettiin aiemmin erikseen fasotronissa ja synkrotronissa. Ensimmäinen periaate on muutos sähkömagneettisen kentän taajuudessa, toinen on muutos magneettikentän voimakkuuden tasolla.
Synkrofasotroni toimii syklisen kiihdyttimen periaatteella. Jotta hiukkanen pysyisi samalla tasapainoradalla, kiihtyvyyskentän taajuus muuttuu. Hiukkassäde saapuu asennuksen kiihtyvään osaan aina vaiheittain suurtaajuisen sähkökentän kanssa. Synkrofasotronia kutsutaan joskus heikosti fokusoivaksi protonisynkrotroniksi. Synkrofasotronin tärkeä parametri on säteen intensiteetti, joka määräytyy sen sisältämien hiukkasten lukumäärän mukaan.
Synkrofasotroni eliminoi lähes täysin edeltäjäänsä syklotronin luontaiset virheet ja haitat. Muuttamalla magneettikentän induktiota ja hiukkasten latauksen taajuutta protonikiihdytin lisää hiukkasten energiaa ohjaten ne haluttuun suuntaan. Tällaisen laitteen luominen mullisti ydinvoiman