Što je sinhrofazotron? Što je sinkrofazotron: princip rada i dobiveni rezultati Koji je princip rada sinkrofazotrona

Britanskim parlamentarcima trebalo je samo 15 minuta da donesu odluku o vladinom ulaganju od jedne milijarde funti u izgradnju sinkrofazotrona. Nakon toga su u saborskom švedskom stolu, ni manje ni više, sat vremena žustro raspravljali o cijeni kave. I tako su odlučili: snizili su cijenu za 15%.

Reklo bi se da zadaci uopće nisu usporedivi po složenosti, a sve se, logično, trebalo dogoditi upravo suprotno. Sat vremena za znanost, 15 minuta za kavu. Ali ne! Kako se kasnije pokazalo, većina uglednih političara brzo je dala svoje najdublje “za”, nemajući pojma što je to “sinhrofazotron”.

Dopusti nam, dragi čitatelju, da zajedno s tobom popunimo ovu prazninu u znanju i ne budemo poput znanstvene kratkovidnosti nekih drugova.

Što je sinhrofazotron?

Sinhrofazotron je elektronička instalacija za znanstvena istraživanja - ciklički akcelerator elementarnih čestica (neutrona, protona, elektrona i dr.). Ima oblik ogromnog prstena, težine više od 36 tisuća tona. Njegovi ultra-snažni magneti i cijevi za ubrzavanje daju mikroskopskim česticama kolosalnu energiju usmjerenog gibanja. U dubini fazotronskog rezonatora, na dubini od 14,5 metara, događaju se doista fantastične transformacije na fizičkoj razini: primjerice, sićušni proton dobije 20 milijuna elektronvolti, a teški ion 5 milijuna eV. A ovo je samo skromni djelić svih mogućnosti!

Upravo zahvaljujući jedinstvenim svojstvima cikličkog akceleratora znanstvenici su uspjeli saznati najintimnije tajne svemira: proučavati strukturu zanemarivih čestica te fizikalne i kemijske procese koji se odvijaju unutar njihovih ljuski; promatrati reakciju sinteze vlastitim očima; otkriti prirodu dosad nepoznatih mikroskopskih objekata.

Fazotron je označio novu eru znanstvenog istraživanja - područje istraživanja na kojem je mikroskop bio nemoćan, o čemu su s velikim oprezom govorili čak i inovativni pisci znanstvene fantastike (njihov pronicljivi kreativni polet nije mogao predvidjeti učinjena otkrića!).

Povijest sinhrofazotrona

U početku su akceleratori bili linearni, odnosno nisu imali cikličku strukturu. Ali ubrzo su ih fizičari morali napustiti. Zahtjevi za razinama energije su porasli - bilo je potrebno više. Ali linearni dizajn se nije mogao nositi: teorijski izračuni su pokazali da za te vrijednosti mora biti nevjerojatne duljine.

• Godine 1929 Amerikanac E. Lawrence pokušava riješiti taj problem i izumljuje ciklotron, prototip modernog fazotrona. Testovi idu dobro. Deset godina kasnije, 1939. Lawrence dobiva Nobelovu nagradu.
• Godine 1938 U SSSR-u se talentirani fizičar V. I. Veksler počeo aktivno baviti pitanjem stvaranja i poboljšanja akceleratora. U veljači 1944 dolazi na revolucionarnu ideju kako prevladati energetsku barijeru. Wexler svoju metodu naziva "autofaziranje". Točno godinu dana kasnije istu je tehnologiju potpuno neovisno otkrio E. Macmillan, znanstvenik iz SAD-a.
• Godine 1949. u Sovjetskom Savezu pod vodstvom V.I. Veksler i S.I. Vavilov, razvija se veliki znanstveni projekt - stvaranje sinkrofazotrona snage 10 milijardi elektron volti. Osam godina, u Institutu za nuklearna istraživanja u gradu Dubno u Ukrajini, grupa teorijskih fizičara, dizajnera i inženjera mukotrpno je radila na instalaciji. Zbog toga se još naziva i Sinhrofazotron Dubne.

Sinhrofazotron je pušten u rad u ožujku 1957., šest mjeseci prije leta u svemir prvog umjetnog Zemljinog satelita.

Koja se istraživanja provode na sinhrofazotronu?

Wechslerov rezonantni ciklički akcelerator iznjedrio je galaksiju izvanrednih otkrića u mnogim aspektima fundamentalne fizike i, posebno, u nekim kontroverznim i malo proučenim problemima Einsteinove teorije relativnosti:

• ponašanje kvarkovske strukture jezgri tijekom međudjelovanja;
• stvaranje kumulativnih čestica kao rezultat reakcija koje uključuju jezgre;
• proučavanje svojstava ubrzanih deuterona;
• interakcija teških iona s metama (ispitivanje otpora mikrosklopova);
• recikliranje urana-238.

Rezultati dobiveni u tim područjima uspješno se koriste u izgradnji svemirskih brodova, projektiranju nuklearnih elektrana, razvoju robotike i opreme za rad u ekstremnim uvjetima. Ali najnevjerojatnije je to što niz studija provedenih na sinhrofazotronu dovodi znanstvenike sve bliže rješavanju velike misterije nastanka Svemira.

Cijeli svijet zna da je SSSR 1957. lansirao prvi svjetski umjetni satelit Zemlje. Međutim, malo ljudi zna da je iste godine Sovjetski Savez započeo testiranje sinhrofazotrona, koji je praotac modernog Velikog hadronskog sudarača u Ženevi. U članku će se govoriti o tome što je sinkrofazotron i kako radi.

Odgovarajući na pitanje što je sinkrofazotron, valja reći da je to visokotehnološki i znanstveno intenzivan uređaj koji je bio namijenjen proučavanju mikrokozmosa. Konkretno, ideja sinkrofazotrona bila je sljedeća: bilo je potrebno, koristeći snažna magnetska polja stvorena elektromagnetima, ubrzati snop elementarnih čestica (protona) do velikih brzina, a zatim ga usmjeriti na metu u mirovanju . Od takvog sudara, protoni će se morati "razbiti" na komade. Nedaleko od mete nalazi se poseban detektor - komora s mjehurićima. Ovaj detektor omogućuje proučavanje njihove prirode i svojstava pomoću tragova koje ostavljaju dijelovi protona.

Zašto je bilo potrebno izgraditi sinhrofazotron SSSR-a? U ovom znanstvenom eksperimentu, koji je bio klasificiran kao "strogo povjerljivo", sovjetski znanstvenici pokušali su pronaći novi izvor jeftinije i učinkovitije energije od obogaćenog urana. Težilo se i čisto znanstvenim ciljevima dubljeg proučavanja prirode nuklearnih interakcija i svijeta subatomskih čestica.

Princip rada sinkrofazotrona

Gornji opis zadataka s kojima se suočava sinkrofazotron možda se mnogima ne čini previše teškim za provedbu u praksi, ali to nije tako. Unatoč jednostavnosti pitanja što je sinkrofazotron, da bi se protoni ubrzali do potrebnih enormnih brzina, potrebni su električni naponi od stotina milijardi volti. Takve se tenzije ni danas ne mogu stvarati. Stoga je odlučeno da se energija upumpana u protone rasporedi kroz vrijeme.

Princip rada sinhrofazotrona bio je sljedeći: snop protona počinje svoje kretanje kroz tunel u obliku prstena, na nekom mjestu tog tunela nalaze se kondenzatori koji stvaraju naponski udar u trenutku kada snop protona leti kroz njih. . Dakle, pri svakom zavoju dolazi do blagog ubrzanja protona. Nakon što snop čestica napravi nekoliko milijuna okretaja kroz tunel sinkrofazotrona, protoni će postići željene brzine i usmjeriti se prema cilju.

Vrijedno je napomenuti da su elektromagneti korišteni tijekom ubrzavanja protona imali vodeću ulogu, odnosno određivali su putanju snopa, ali nisu sudjelovali u njegovom ubrzanju.

Problemi s kojima su se znanstvenici susretali prilikom provođenja pokusa

Da bismo bolje razumjeli što je sinkrofazotron i zašto je njegovo stvaranje vrlo složen proces koji zahtijeva mnogo znanja, treba razmotriti probleme koji se javljaju tijekom njegovog rada.

Prvo, što je veća brzina protonskog snopa, oni počinju imati veću masu prema poznatom Einsteinovom zakonu. Pri brzinama bliskim svjetlosnim, masa čestica postaje tolika da su za njihovo držanje na željenoj putanji potrebni snažni elektromagneti. Što je veća veličina sinkrofazotrona, to se veći magneti mogu ugraditi.

Drugo, stvaranje sinkrofazotrona također je bilo komplicirano gubicima energije protonskog snopa tijekom njihovog kružnog ubrzanja, a što je veća brzina snopa, ti gubici postaju značajniji. Ispostavilo se da je za ubrzavanje zrake do potrebnih gigantskih brzina potrebno imati goleme snage.

Kakvi su rezultati dobiveni?

Bez sumnje, eksperimenti na sovjetskom sinhrofazotronu dali su ogroman doprinos razvoju suvremenih područja tehnologije. Dakle, zahvaljujući ovim eksperimentima, znanstvenici SSSR-a uspjeli su poboljšati proces obrade korištenog urana-238 i dobili neke zanimljive podatke sudarajući ubrzane ione različitih atoma s metom.

Rezultati pokusa na sinkrofazotronu i danas se koriste u izgradnji nuklearnih elektrana, svemirskih raketa i robotike. Dostignuća sovjetske znanstvene misli korištena su u konstrukciji najsnažnijeg sinkrofazotrona našeg vremena, a to je Veliki hadronski sudarač. Sam sovjetski akcelerator služi znanosti Ruske Federacije, a nalazi se u Institutu FIAN (Moskva), gdje se koristi kao ionski akcelerator.

Što je sinkrofazotron: princip rada i dobiveni rezultati - sve o putovanju na mjesto

Ovo je nedokučivo poznata riječ "sinhrofazotron"! Podsjeti me kako je to dospjelo u uši običnog čovjeka u Sovjetskom Savezu? Bio je neki film ili popularna pjesma, točno se sjećam što je bilo! Ili je to jednostavno bila analogija neizgovorljive riječi?

Sada se prisjetimo što je to i kako je nastalo...

Godine 1957. Sovjetski Savez napravio je revolucionarni znanstveni iskorak u dva smjera odjednom: u listopadu je lansiran prvi umjetni Zemljin satelit, a nekoliko mjeseci ranije, u ožujku, počeo je s radom legendarni sinhrofazotron, golema instalacija za proučavanje mikrosvijeta. u Dubni. Ova dva događaja šokirala su cijeli svijet, a riječi "satelit" i "sinhrofazotron" čvrsto su se ustalile u našim životima.

Sinkrofazotron je vrsta akceleratora nabijenih čestica. Čestice u njima se ubrzavaju do velikih brzina, a time i do visokih energija. Na temelju rezultata njihovih sudara s drugim atomskim česticama prosuđuje se struktura i svojstva tvari. Vjerojatnost sudara određena je intenzitetom ubrzanog snopa čestica, odnosno brojem čestica u njemu, stoga je intenzitet, uz energiju, važan parametar akceleratora.

Akceleratori dosežu goleme veličine i nije ih slučajno pisac Vladimir Kartsev nazvao piramidama nuklearnog doba po kojima će potomci suditi o razini naše tehnologije.

Prije izgradnje akceleratora, jedini izvor visokoenergetskih čestica bile su kozmičke zrake. To su uglavnom protoni s energijom reda nekoliko GeV, koji slobodno dolaze iz svemira, te sekundarne čestice nastale njihovom interakcijom s atmosferom. No protok kozmičkih zraka je kaotičan i slabog intenziteta, pa su se s vremenom počela stvarati posebna postrojenja za laboratorijska istraživanja - akceleratori s kontroliranim snopovima čestica visoke energije i većeg intenziteta.

Rad svih akceleratora temelji se na dobro poznatoj činjenici: nabijenu česticu ubrzava električno polje. Međutim, nemoguće je dobiti čestice vrlo visoke energije samo jednom ubrzavanjem između dvije elektrode, jer bi to zahtijevalo primjenu ogromnog napona na njih, što je tehnički nemoguće. Stoga se čestice visoke energije dobivaju uzastopnim prolaskom između elektroda.

Akceleratori u kojima čestica prolazi kroz sukcesivno smještene ubrzavačke praznine nazivaju se linearnim. S njima je započeo razvoj akceleratora, ali je zahtjev za povećanjem energije čestica doveo do gotovo nerealno dugih duljina ugradnje.

Godine 1929. američki znanstvenik E. Lawrence predložio je dizajn akceleratora u kojem se čestica kreće spiralno, više puta prolazeći kroz isti razmak između dviju elektroda. Putanja čestice je savijena i upletena jednolikim magnetskim poljem usmjerenim okomito na orbitalnu ravninu. Akcelerator je nazvan ciklotron. Godine 1930.-1931., Lawrence i njegovi kolege izgradili su prvi ciklotron na Kalifornijskom sveučilištu (SAD). Za ovaj izum je 1939. godine dobio Nobelovu nagradu.

U ciklotronu jednolično magnetsko polje stvara veliki elektromagnet, a električno polje se stvara između dviju šupljih elektroda u obliku slova D (otuda im i naziv "dees"). Na elektrode se dovodi izmjenični napon koji mijenja polaritet svaki put kada čestica napravi pola kruga. Zbog toga električno polje uvijek ubrzava čestice. Ova ideja se ne bi mogla ostvariti da čestice s različitim energijama imaju različite periode revolucije. Ali, na sreću, iako se brzina povećava s povećanjem energije, period revolucije ostaje konstantan, jer se promjer putanje povećava u istom omjeru. Upravo to svojstvo ciklotrona omogućuje korištenje konstantne frekvencije električnog polja za ubrzanje.

Uskoro su se ciklotroni počeli stvarati u drugim istraživačkim laboratorijima.

Zgrada sinkrofazotrona 1950-ih

Potreba za stvaranjem ozbiljne akceleratorske baze u Sovjetskom Savezu objavljena je na vladinoj razini u ožujku 1938. godine. Grupa istraživača s Lenjingradskog instituta za fiziku i tehnologiju (LPTI), predvođena akademikom A.F. Ioffe se obratio predsjedniku Vijeća narodnih komesara SSSR-a V.M. Molotov s pismom u kojem je predloženo stvaranje tehničke osnove za istraživanja u području strukture atomske jezgre. Pitanja o strukturi atomske jezgre postala su jedan od središnjih problema prirodne znanosti, a Sovjetski Savez je znatno zaostao u njihovom rješavanju. Dakle, ako je Amerika imala barem pet ciklotrona, onda Sovjetski Savez nije imao nijedan (jedini ciklotron Instituta za radij Akademije znanosti (RIAN), pokrenut 1937., praktički nije radio zbog nedostataka u dizajnu). Apel Molotovu sadržavao je zahtjev da se stvore uvjeti za završetak izgradnje ciklotrona LPTI do 1. siječnja 1939. godine. Rad na njegovom stvaranju, koji je započeo 1937., obustavljen je zbog nedosljednosti odjela i prestanka financiranja.

Doista, u vrijeme kada je pismo napisano, u vladinim krugovima zemlje postojalo je jasno nesporazum o važnosti istraživanja u području atomske fizike. Prema memoarima M.G. Meshcheryakov, 1938. čak se postavilo pitanje likvidacije Instituta za radij, koji se, po nekim mišljenju, bavio nepotrebnim istraživanjima urana i torija, dok je zemlja pokušavala povećati proizvodnju ugljena i topljenje čelika.

Pismo Molotovu imalo je učinka i već u lipnju 1938. komisija Akademije znanosti SSSR-a, na čelu s P.L. Kapitsa je, na zahtjev vlade, dao zaključak o potrebi izgradnje ciklotrona od 10–20 MeV na LFTI, ovisno o vrsti ubrzanih čestica, i poboljšanju ciklotrona RIAN.

U studenom 1938. S.I. Vavilov je u žalbi Prezidiju Akademije znanosti predložio izgradnju ciklotrona LPTI u Moskvi i prijenos laboratorija I.V.-a na Fizički institut Akademije znanosti (FIAN) iz LPTI-ja. Kurchatova, koji je sudjelovao u njegovom stvaranju. Sergej Ivanovič želio je da središnji laboratorij za proučavanje atomske jezgre bude smješten na istom mjestu gdje se nalazila Akademija znanosti, dakle u Moskvi. Međutim, u LPTI-ju ga nisu podržali. Kontroverza je okončana krajem 1939., kada je A.F. Ioffe je predložio stvaranje tri ciklotrona odjednom. Dana 30. srpnja 1940., na sastanku Prezidija Akademije znanosti SSSR-a, odlučeno je da se RIAN-u naloži da ove godine dogradi postojeći ciklotron, FIAN-u da do 15. listopada pripremi potrebne materijale za izgradnju novog snažnog ciklotrona. , a LFTI za dovršetak izgradnje ciklotrona u prvom kvartalu 1941. godine.

U vezi s tom odlukom FIAN je stvorio takozvani ciklotronski tim u koji su ušli Vladimir Josipovič Veksler, Sergej Nikolajevič Vernov, Pavel Aleksejevič Čerenkov, Leonid Vasiljevič Grošev i Evgenij Ljvovič Feinberg. Dana 26. rujna 1940., Ured Odjela za fizičke i matematičke znanosti (OPMS) čuo je informacije od V.I. Wexlera o specifikacijama dizajna za ciklotron, odobrio je njegove glavne karakteristike i procjene izgradnje. Ciklotron je dizajniran za ubrzavanje deuterona do energije od 50 MeV. FIAN je planirao započeti njegovu izgradnju 1941., a pustiti u vodu 1943. godine. Planove je poremetio rat.

Hitna potreba za stvaranjem atomske bombe natjerala je Sovjetski Savez da mobilizira napore u proučavanju mikrosvijeta. Dva ciklotrona izgrađena su jedan za drugim u Laboratoriju br. 2 u Moskvi (1944., 1946.); u Lenjingradu su nakon skidanja blokade obnovljeni ciklotroni RIAN-a i LPTI-ja (1946).

Iako je projekt ciklotrona FIAN odobren prije rata, postalo je jasno da je Lawrenceov dizajn iscrpio sebe, budući da energija ubrzanih protona nije mogla prijeći 20 MeV. Iz te energije počinje se osjećati učinak povećanja mase čestice pri brzinama razmjernim brzini svjetlosti, što proizlazi iz Einsteinove teorije relativnosti

Zbog povećanja mase dolazi do poremećaja rezonancije između prolaska čestice kroz ubrzavajući raspor i odgovarajuće faze električnog polja, što za sobom povlači kočenje.

Valja napomenuti da je ciklotron dizajniran za ubrzavanje samo teških čestica (protona, iona). To je zbog činjenice da zbog premale mase mirovanja elektron već pri energijama od 1-3 MeV postiže brzinu blisku brzini svjetlosti, zbog čega mu se masa znatno povećava i čestica brzo napušta rezonanciju. .

Prvi ciklički akcelerator elektrona bio je betatron, koji je izgradio Kerst 1940. prema Wideroeovoj ideji. Betatron se temelji na Faradayevom zakonu, prema kojem, kada se mijenja magnetski tok koji prodire kroz zatvoreni krug, u tom krugu se pojavljuje elektromotorna sila. U betatronu, zatvorena petlja je tok čestica koje se kreću u kružnoj orbiti u vakuumskoj komori konstantnog radijusa u postupno rastućem magnetskom polju. Kad se magnetski tok unutar orbite poveća, javlja se elektromotorna sila čija tangencijalna komponenta ubrzava elektrone. U betatronu, poput ciklotrona, postoji ograničenje za proizvodnju čestica vrlo visoke energije. To je zbog činjenice da, prema zakonima elektrodinamike, elektroni koji se kreću po kružnim orbitama emitiraju elektromagnetske valove, koji relativističkim brzinama odnose mnogo energije. Da bi se nadoknadili ti gubici, potrebno je značajno povećati veličinu jezgre magneta, koja ima praktičnu granicu.

Stoga su do ranih 1940-ih mogućnosti za dobivanje viših energija i od protona i od elektrona bile iscrpljene. Za daljnje istraživanje mikrosvijeta bilo je potrebno povećati energiju ubrzanih čestica, pa je zadatak pronalaska novih metoda ubrzanja postao hitan.

U veljači 1944. V.I. Wexler je iznio revolucionarnu ideju kako prevladati energetsku barijeru ciklotrona i betatrona. Bilo je tako jednostavno da se činilo čudnim zašto do toga nisu došli ranije. Ideja je bila da se tijekom rezonantnog ubrzanja rotacijske frekvencije čestica i akcelerirajućeg polja moraju stalno podudarati, drugim riječima, biti sinkroni. Pri ubrzavanju teških relativističkih čestica u ciklotronu, za sinkronizaciju je predloženo mijenjanje frekvencije akcelerirajućeg električnog polja prema određenom zakonu (kasnije je takav akcelerator nazvan sinkrociklotron).

Za ubrzavanje relativističkih elektrona predložen je akcelerator, koji je kasnije nazvan sinkrotron. U njemu se ubrzanje provodi izmjeničnim električnim poljem konstantne frekvencije, a sinkronizam osigurava magnetsko polje koje se mijenja prema određenom zakonu, a koje drži čestice u orbiti konstantnog radijusa.

U praktične svrhe bilo je potrebno teorijski provjeriti da su predloženi procesi akceleracije stabilni, odnosno da će uz manja odstupanja od rezonancije doći do faziranja čestica automatski. Teorijski fizičar ciklotronskog tima E.L. Feinberg je na to skrenuo Wexlerovu pozornost i sam je strogo matematički dokazao stabilnost procesa. Zato je Wexlerova ideja nazvana "princip autofaziranja".

Kako bi se raspravljalo o dobivenom rješenju, FIAN je održao seminar na kojem je Wexler održao uvodno izvješće, a Feinberg izvješće o održivosti. Rad je odobren, a iste 1944. godine časopis “Izvješća Akademije znanosti SSSR-a” objavio je dva članka koji su raspravljali o novim metodama ubrzanja (prvi se članak bavio akceleratorom koji se temelji na više frekvencija, kasnije nazvan mikrotron). Njihov autor naveden je samo kao Wexler, a Feinbergovo ime uopće nije spomenuto. Vrlo brzo je Feinbergova uloga u otkriću principa autofaziranja nezasluženo prepuštena potpunom zaboravu.

Godinu dana kasnije princip autofaziranja neovisno je otkrio američki fizičar E. MacMillan, ali je Wexler zadržao prioritet.

Treba napomenuti da se u akceleratorima koji se temelje na novom principu jasno očitovalo "pravilo poluge" - dobitak energije podrazumijevao je gubitak intenziteta snopa ubrzanih čestica, što je povezano s cikličkom prirodom njihovog ubrzanja. , za razliku od glatke akceleracije u ciklotronima i betatronima. Na ovu neugodnu točku odmah je ukazano na sjednici Razreda za fizikalne i matematičke znanosti 20. veljače 1945., ali su istodobno svi jednoglasno došli do zaključka da ta okolnost ni u kojem slučaju ne smije smetati provedbi projekta. Iako je, usput, borba za intenzitet naknadno stalno živcirala "akceleratore".

Na istoj sjednici, na prijedlog predsjednika Akademije znanosti SSSR-a S.I. Vavilov, odlučeno je odmah izgraditi dvije vrste akceleratora koje je predložio Wexler. Dana 19. veljače 1946., Specijalni odbor pri Vijeću narodnih komesara SSSR-a naložio je relevantnoj komisiji da razvije svoje projekte, navodeći kapacitet, vrijeme proizvodnje i mjesto izgradnje. (Na FIAN-u se odustalo od izrade ciklotrona.)

Kao rezultat toga, 13. kolovoza 1946. istodobno su izdane dvije rezolucije Vijeća ministara SSSR-a, koje je potpisao predsjednik Vijeća ministara SSSR-a I.V. Staljina i upravitelja poslova Vijeća ministara SSSR-a Ya.E. Chadaev, stvoriti sinkrociklotron s energijom deuterona od 250 MeV i sinkrotron s energijom od 1 GeV. Energiju akceleratora diktirala je prije svega politička konfrontacija između SAD-a i SSSR-a. U SAD-u su već stvorili sinkrociklotron s energijom deuterona od oko 190 MeV i počeli su graditi sinkrotron s energijom od 250–300 MeV. Domaći akceleratori trebali su energetski nadmašiti američke.

Uz sinkrociklotron su se povezivale nade u otkriće novih elemenata, novih načina proizvodnje atomske energije iz izvora jeftinijih od urana. Uz pomoć sinkrotrona namjeravali su umjetno proizvesti mezone koji su, kako su tada pretpostavljali sovjetski fizičari, bili sposobni izazvati nuklearnu fisiju.

Obje rezolucije su izdane s žigom "Strogo povjerljivo (posebna mapa)", budući da je izgradnja akceleratora provedena u sklopu projekta stvaranja atomske bombe. Uz njihovu pomoć, nadali su se dobiti točnu teoriju nuklearnih sila potrebnu za proračune bombi, koji su se u to vrijeme provodili samo pomoću velikog skupa približnih modela. Istina, pokazalo se da sve nije tako jednostavno kao što se u početku mislilo, a treba napomenuti da takva teorija do danas nije stvorena.

Rezolucije su odredile gradilišta za akceleratore: sinkrotron - u Moskvi, na Kalužskoj magistrali (sada Lenjinski prospekt), na području Fizičkog instituta Lebedev; sinkrociklotron - na području Ivankovske hidroelektrane, 125 kilometara sjeverno od Moskve (u to vrijeme Kalinjinska oblast). U početku je izrada oba akceleratora bila povjerena FIAN-u. Voditeljem rada na sinkrotronu imenovan je V.I. Veksler, a za sinkrociklotron - D.V. Skobeltsyn.

Lijevo je doktor tehničkih znanosti, profesor L.P. Zinovjev (1912–1998), s desne strane - akademik Akademije nauka SSSR-a V.I. Wexler (1907. – 1966.) tijekom izrade sinkrofazotrona

Šest mjeseci kasnije, voditelj nuklearnog projekta I.V. Kurčatov, nezadovoljan napretkom rada na sinkrociklotronu Fianov, prebacio je ovu temu u svoj Laboratorij br. 2. Za novog voditelja teme imenovao je M.G. Meshcheryakov, oslobođen rada u Lenjingradskom radijskom institutu. Pod vodstvom Meshcheryakova Laboratorij br. 2 izradio je model sinkrociklotrona, koji je već eksperimentalno potvrdio ispravnost principa autofaziranja. Godine 1947. započela je izgradnja akceleratora u Kalinjinskoj oblasti.

Dana 14. prosinca 1949. godine pod vodstvom M.G. Meščerjakovljev sinkrociklotron uspješno je lansiran prema planu i postao je prvi akcelerator ove vrste u Sovjetskom Savezu, nadmašivši energiju sličnog akceleratora stvorenog 1946. u Berkeleyu (SAD). Ostao je rekord sve do 1953. godine.

U početku se laboratorij, temeljen na sinkrociklotronu, zbog tajnosti nazivao Hidrotehnički laboratorij Akademije znanosti SSSR-a (GTL) i bio je ogranak Laboratorija br. 2. Godine 1953. pretvoren je u neovisni Institut za nuklearne probleme. Akademije znanosti SSSR-a (INP), na čelu s M.G. Meščerjakova.

Akademik Ukrajinske akademije znanosti A.I. Leypunsky (1907. – 1972.), temeljen na principu autofaziranja, predložio je dizajn akceleratora, kasnije nazvanog sinkrofazotron (foto: “Science and Life”).
Stvaranje sinkrotrona nije bilo moguće iz više razloga. Prvo, zbog nepredviđenih poteškoća bilo je potrebno izgraditi dva sinkrotrona na nižim energijama - 30 i 250 MeV. Nalazili su se na području Fizičkog instituta Lebedev i odlučili su izgraditi sinkrotron od 1 GeV izvan Moskve. U lipnju 1948. dodijeljeno mu je mjesto nekoliko kilometara od sinkrociklotrona koji je već bio u izgradnji u regiji Kalinin, ali ni tamo nikada nije izgrađen, jer je prednost dana akceleratoru koji je predložio akademik Ukrajinske akademije znanosti Alexander Ilyich Leypunsky. Dogodilo se sljedeće.

Godine 1946. A.I. Leypunsky je na temelju principa autofaziranja iznio ideju o mogućnosti stvaranja akceleratora koji bi kombinirao značajke sinkrotrona i sinkrociklotrona. Kasnije je Wexler ovu vrstu akceleratora nazvao sinkrofazotronom. Naziv postaje jasan ako se uzme u obzir da se sinkrociklotron u početku zvao fazotron te se u kombinaciji sa sinkrotronom dobiva sinkrofazotron. U njemu se, kao rezultat promjena upravljačkog magnetskog polja, čestice gibaju u prstenu, kao u sinkrotronu, a ubrzanje proizvodi visokofrekventno električno polje, čija frekvencija varira tijekom vremena, kao u sinkrociklotronu. To je omogućilo značajno povećanje energije ubrzanih protona u usporedbi sa sinkrociklotronom. U sinkrofazotronu se protoni prethodno ubrzavaju u linearnom akceleratoru – injektoru. Čestice unesene u glavnu komoru počinju kružiti u njoj pod utjecajem magnetskog polja. Ovaj mod se zove betatron. Zatim se uključuje visokofrekventni ubrzavajući napon na elektrodama postavljenim u dva dijametralno suprotna ravna raspora.

Od sva tri tipa akceleratora koji se temelje na principu autofaziranja, sinkrofazotron je tehnički najsloženiji i tada su mnogi sumnjali u mogućnost njegovog nastanka. Ali Leypunsky, uvjeren da će sve uspjeti, hrabro je krenuo u realizaciju svoje ideje.

Godine 1947., u Laboratoriju “B” u blizini postaje Obninskoye (sada grad Obninsk), posebna akceleratorska grupa pod njegovim vodstvom započela je razvoj akceleratora. Prvi teoretičari sinhrofazotrona bili su Yu.A. Krutkov, O.D. Kazačkovski i L.L. Sabsovich. U veljači 1948. održana je zatvorena konferencija o akceleratorima, kojoj su, osim ministara, prisustvovali i A.L. Mints, u to vrijeme već poznati stručnjak za radiotehniku, i glavni inženjeri Lenjingradske elektrosile i tvornica transformatora. Svi su izjavili da bi akcelerator koji je predložio Leypunsky mogao biti napravljen. Ohrabrujući prvi teorijski rezultati i podrška inženjera iz vodećih tvornica omogućili su početak rada na specifičnom tehničkom projektu velikog akceleratora s energijom protona od 1,3 do 1,5 GeV i početak eksperimentalnog rada koji je potvrdio ispravnost ideje Leipunskog. Do prosinca 1948. bio je spreman tehnički nacrt akceleratora, a do ožujka 1949. Leypunsky je trebao predstaviti idejni nacrt sinkrofazotrona od 10 GeV.

I iznenada 1949. godine, usred rada, vlada je odlučila prebaciti rad na sinkrofazotronu na Fizički institut Lebedev. Za što? Zašto? Uostalom, FIAN već stvara sinkrotron od 1 GeV! Da, činjenica je da su oba projekta, sinkrotron od 1,5 GeV i sinkrotron od 1 GeV, bili preskupi i postavilo se pitanje njihove izvedivosti. To je konačno riješeno na jednom od izvanrednih sastanaka u FIAN-u, gdje su se okupili vodeći fizičari zemlje. Smatrali su nepotrebnim izgraditi sinkrotron od 1 GeV zbog nedostatka velikog interesa za akceleraciju elektrona. Glavni protivnik ovog stava bio je M.A. Markov. Njegov glavni argument bio je da je mnogo učinkovitije proučavati i protone i nuklearne sile koristeći već dobro proučenu elektromagnetsku interakciju. Međutim, nije uspio obraniti svoje stajalište, a pozitivna odluka se pokazala u korist Leipunskog projekta.

Ovako izgleda sinhrofazotron od 10 GeV u Dubni

Wexlerov cijenjeni san o izgradnji najvećeg akceleratora se raspadao. Ne želeći se pomiriti s postojećom situacijom, on je uz podršku S.I. Vavilova i D.V. Skobeltsyna je predložio odustajanje od izgradnje sinkrofazotrona od 1,5 GeV i početak projektiranja akceleratora od 10 GeV, koji je prethodno bio povjeren A.I. Leypunsky. Vlada je prihvatila ovaj prijedlog, budući da se u travnju 1948. doznalo za projekt sinkrofazotrona 6-7 GeV na Kalifornijskom sveučilištu i htjeli su barem nakratko biti ispred Sjedinjenih Država.

2. svibnja 1949. Vijeće ministara SSSR-a izdalo je dekret o stvaranju sinkrofazotrona s energijom od 7–10 GeV na području koje je prethodno bilo dodijeljeno za sinkrotron. Tema je prebačena na Fizički institut Lebedev, a V.I. imenovan je njegovim znanstvenim i tehničkim direktorom. Wexler, iako je Leypunsky sasvim dobro išlo.

To se može objasniti, prvo, činjenicom da se Wexler smatra autorom principa autofaziranja i, prema sjećanjima suvremenika, L.P. je bio vrlo naklonjen prema njemu. Berija. Drugo, S. I. Vavilov je u to vrijeme bio ne samo direktor FIAN-a, već i predsjednik Akademije znanosti SSSR-a. Leypunskyju je ponuđeno da postane Wexlerov zamjenik, ali je on odbio i u budućnosti nije sudjelovao u stvaranju sinkrofazotrona. Prema riječima zamjenika Leypunsky O.D. Kazačkovskog, "bilo je jasno da se dva medvjeda neće slagati u jednoj jazbini." Nakon toga A.I. Leypunsky i O.D. Kazačkovski je postao vodeći stručnjak za reaktore i 1960. godine dobio je Lenjinovu nagradu.

Rezolucija je uključivala klauzulu o premještaju na rad u Fizički institut Lebedev zaposlenika Laboratorija "B" uključenih u razvoj akceleratora, uz prijenos odgovarajuće opreme. I bilo je nešto za prenijeti: rad na akceleratoru u Laboratoriju "B" do tada je bio doveden do faze modela i opravdanja glavnih odluka.

Nisu svi bili oduševljeni prelaskom na FIAN, budući da je s Leypunskim bilo lako i zanimljivo raditi: on nije bio samo izvrstan znanstveni mentor, nego i prekrasna osoba. Međutim, bilo je gotovo nemoguće odbiti premještaj: u to surovo vrijeme odbijanje je prijetilo suđenjem i logorima.

Grupa prebačena iz Laboratorija “B” uključivala je inženjera Leonida Petroviča Zinovjeva. On je, kao i ostali članovi akceleratorske skupine, u Leypunskyjevom laboratoriju najprije radio na razvoju pojedinačnih komponenti potrebnih za model budućeg akceleratora, posebice izvora iona i visokonaponskih impulsnih krugova za napajanje injektora. Leypunsky je odmah skrenuo pozornost na kompetentnog i kreativnog inženjera. Po njegovim je uputama Zinovjev prvi sudjelovao u izradi pilotske instalacije u kojoj bi se mogao simulirati cijeli proces ubrzanja protona. Tada nitko nije mogao zamisliti da će, postavši jedan od pionira u oživljavanju ideje o sinhrofazotronu, Zinovjev biti jedina osoba koja će proći kroz sve faze njegovog stvaranja i usavršavanja. I neće samo proći, nego će ih voditi.

Teorijski i eksperimentalni rezultati dobiveni u Laboratoriju “B” korišteni su na Fizičkom institutu Lebedev pri projektiranju sinkrofazotrona od 10 GeV. Međutim, povećanje energije akceleratora na ovu vrijednost zahtijevalo je značajne izmjene. Teškoće njegovog stvaranja bile su uvelike otežane činjenicom da u to vrijeme nije bilo iskustva u izgradnji tako velikih instalacija u cijelom svijetu.

Pod vodstvom teoretičara M.S. Rabinovich i A.A. Kolomenskog na FIAN-u izradio fizičku potporu tehničkog projekta. Glavne komponente sinkrofazotrona razvili su Moskovski radiotehnički institut Akademije znanosti i Lenjingradski istraživački institut pod vodstvom njihovih direktora A.L. Mints i E.G. Komarac.

Kako bismo stekli potrebno iskustvo, odlučili smo izraditi model sinkrofazotrona s energijom od 180 MeV. Nalazio se na području Fizičkog instituta Lebedev u posebnoj zgradi, koja se zbog tajnosti zvala skladište br. 2. Početkom 1951. Wexler je povjerio sav rad na modelu, uključujući instalaciju opreme, podešavanje i njegovo sveobuhvatno lansiranje, Zinovjevu.

Model Fianov nipošto nije bio mali - njegov magnet promjera 4 metra težio je 290 tona. Nakon toga, Zinovjev se prisjetio da kada su sastavili model u skladu s prvim izračunima i pokušali ga pokrenuti, isprva ništa nije uspjelo. Mnoge nepredviđene tehničke poteškoće morale su biti prevladane prije nego što je model lansiran. Kad se to dogodilo 1953. Wexler je rekao: “To je to! Sinhrofazotron Ivankovskog će raditi!” Radilo se o velikom sinhrofazotronu od 10 GeV, koji se već počeo graditi 1951. u Kalinjinskoj oblasti. Izgradnju je izvodila organizacija kodnog naziva TDS-533 (Tehnička uprava za izgradnju 533).

Neposredno prije lansiranja modela, u jednom američkom časopisu neočekivano se pojavila poruka o novom dizajnu magnetskog sustava akceleratora, nazvanom tvrdo fokusiranje. Izvodi se u obliku niza izmjeničnih dionica sa suprotno usmjerenim gradijentima magnetskog polja. Time se značajno smanjuje amplituda oscilacija ubrzanih čestica, što zauzvrat omogućuje značajno smanjenje presjeka vakuumske komore. Kao rezultat toga, uštedi se velika količina željeza koja se koristi za izradu magneta. Primjerice, akcelerator od 30 GeV u Ženevi, temeljen na tvrdom fokusiranju, ima tri puta veću energiju i tri puta veći obujam od sinkrofazotrona iz Dubne, a magnet mu je deset puta lakši.

Dizajn tvrdih fokusirajućih magneta predložili su i razvili američki znanstvenici Courant, Livingston i Snyder 1952. godine. Nekoliko godina prije njih Christofilos je došao na istu ideju, ali je nije objavio.

Zinovjev je odmah cijenio otkriće Amerikanaca i predložio redizajn sinkrofazotrona u Dubni. Ali ovo bi moralo žrtvovati vrijeme. Wexler je tada rekao: "Ne, barem jedan dan, ali moramo biti ispred Amerikanaca." Vjerojatno je u uvjetima Hladnog rata bio u pravu - "konje se ne mijenja na pola puta". I nastavili su graditi veliki akcelerator prema prethodno izrađenom projektu. Godine 1953., na temelju sinkrofazotrona u izgradnji, stvoren je Elektrofizički laboratorij Akademije znanosti SSSR-a (EFLAN). Za ravnatelja je imenovan V.I. Wexler.

Godine 1956. INP i EFLAN formirali su osnovu osnovanog Zajedničkog instituta za nuklearna istraživanja (JINR). Njegov položaj postao je poznat kao grad Dubna. Do tada je energija protona na sinkrociklotronu iznosila 680 MeV, a izgradnja sinkrofazotrona bila je dovršena. Od prvih dana osnivanja JINR-a, stilizirani crtež sinhrofazotronske zgrade (autor V.P. Bochkarev) postao je njegov službeni simbol.

Model je pomogao riješiti niz problema za akcelerator od 10 GeV, ali je dizajn mnogih čvorova doživio značajne promjene zbog velike razlike u veličini. Prosječni promjer sinkrofazotronskog elektromagneta bio je 60 metara, a težina 36 tisuća tona (prema svojim parametrima i dalje ostaje u Guinnessovoj knjizi rekorda). Pojavio se čitav niz novih složenih inženjerskih problema koje je tim uspješno riješio.

Napokon je sve bilo spremno za sveobuhvatno lansiranje akceleratora. Po nalogu Wexlera, vodio ga je L.P. Zinovjev. Radovi su započeli krajem prosinca 1956., situacija je bila napeta, a Vladimir Iosifovich nije štedio ni sebe ni svoje zaposlenike. Često smo ostajali preko noći na krevetićima točno u ogromnoj kontrolnoj sobi instalacije. Prema memoarima A.A. Kolomenskog, Wexler je najveći dio svoje neiscrpne energije u to vrijeme trošio na "iznuđivanje" pomoći od vanjskih organizacija i na provođenje razumnih prijedloga, koji su uglavnom dolazili od Zinovjeva. Wexler je visoko cijenio svoju eksperimentalnu intuiciju koja je odigrala odlučujuću ulogu u pokretanju golemog akceleratora.

Dugo vremena nisu mogli dobiti betatron mod, bez kojeg je lansiranje nemoguće. A Zinovjev je bio taj koji je u ključnom trenutku shvatio što treba učiniti da se sinkrofazotronu udahne život. Eksperiment koji je pripreman dva tjedna konačno je okrunjen uspjehom, na opću radost. Dana 15. ožujka 1957. godine počeo je s radom sinhrofazotron u Dubni, o čemu su novine Pravda 11. travnja 1957. godine izvijestile cijeli svijet (članak V. I. Vekslera). Zanimljivo je da se ova vijest pojavila tek kada je energija akceleratora, postupno podignuta od dana lansiranja, premašila energiju od 6,3 GeV tada vodećeg američkog sinkrofazotrona u Berkeleyu. "Postoji 8,3 milijarde elektron volti!" - objavile su novine, objavljujući da je u Sovjetskom Savezu stvoren rekordni akcelerator. Wexlerov cijenjeni san se ostvario!

Energija protona je 16. travnja dosegla projektiranu vrijednost od 10 GeV, no akcelerator je pušten u rad tek nekoliko mjeseci kasnije, budući da je ostalo još dosta neriješenih tehničkih problema. A ipak je ono glavno bilo iza nas - sinhrofazotron je proradio.

Wexler je to izvijestio na drugoj sjednici Akademskog vijeća Zajedničkog instituta u svibnju 1957. Istovremeno, ravnatelj instituta D.I. Blokhintsev je primijetio da je, prvo, model sinhrofazotrona napravljen za godinu i pol dana, dok je u Americi to trajalo oko dvije godine. Drugo, sam sinkrofazotron pušten je u rad za tri mjeseca, prema planu, iako se u prvi mah činilo nerealnim. Pokretanje sinkrofazotrona donijelo je Dubni prvu svjetsku slavu.

Na trećoj sjednici znanstvenog vijeća instituta, dopisni član Akademije znanosti V.P. Dželepov je primijetio da je "Zinovjev u svakom pogledu bio duša startupa i pridonio je kolosalnoj količini energije i truda ovom pitanju, naime kreativnog truda tijekom postavljanja stroja." D.I. Blokhintsev je dodao da je "Zinovjev zapravo podnio ogroman napor složene prilagodbe."

Tisuće ljudi sudjelovale su u stvaranju sinhrofazotrona, ali Leonid Petrovič Zinovjev odigrao je posebnu ulogu u tome. Veksler je napisao: “Uspjeh lansiranja sinkrofazotrona i mogućnost pokretanja širokog spektra fizičkog rada na njemu uvelike su povezani sa sudjelovanjem L.P.-a u tim radovima. Zinovjev."

Zinovjev se planirao vratiti u FIAN nakon pokretanja akceleratora. Međutim, Wexler ga je molio da ostane, smatrajući da nikome drugome ne može povjeriti upravljanje sinkrofazotronom. Zinovjev je pristao i nadzirao rad akceleratora više od trideset godina. Pod njegovim vodstvom i izravnim sudjelovanjem akcelerator se stalno usavršavao. Zinovjev je volio sinhrofazotron i vrlo je suptilno osjetio dah ovog željeznog diva. Prema njegovim riječima, nije postojao niti jedan dio akceleratora, čak ni najmanji dio, koji nije dotaknuo i čiju namjenu nije znao.

U listopadu 1957. godine, na proširenom sastanku znanstvenog vijeća Instituta Kurčatov, kojim je predsjedao sam Igor Vasiljevič, sedamnaest ljudi iz raznih organizacija koje su sudjelovale u stvaranju sinkrofazotrona nominirano je za tada najprestižniju Lenjinovu nagradu u Sovjetskom Savezu. vrijeme. No, prema uvjetima, broj laureata nije mogao premašiti dvanaest ljudi. U travnju 1959. nagrada je dodijeljena direktoru Laboratorija za visoke energije JINR V.I. Veksler, voditelj odjela istog laboratorija L.P. Zinovjev, zamjenik načelnika Glavne uprave za korištenje atomske energije pri Vijeću ministara SSSR-a D.V. Efremov, direktor Lenjingradskog istraživačkog instituta E.G. Komar i njegovi suradnici N.A. Monoszon, A.M. Stolov, direktor Moskovskog radiotehničkog instituta Akademije znanosti SSSR-a A.L. Mints, zaposlenici istog instituta F.A. Vodopyanov, S.M. Rubchinsky, zaposlenici FIAN-a A.A. Kolomenski, V.A. Petukhov, M.S. Rabinovich. Veksler i Zinovjev postali su počasni građani Dubne.

Sinkrofazotron je ostao u službi četrdeset pet godina. Tijekom tog vremena došlo se do brojnih otkrića na njemu. Godine 1960. model sinkrofazotrona pretvoren je u akcelerator elektrona, koji još uvijek radi na Fizikalnom institutu Lebedev.

izvori

Književnost:
Kolomenski A. A., Lebedev A. N. Teorija cikličkih akceleratora. - M., 1962.
Komar E. G. Akceleratori nabijenih čestica. - M., 1964.
Livingood J. Principi rada cikličkih akceleratora - M., 1963.
Oganesyan Yu. Kako je stvoren ciklotron / Znanost i život, 1980. br. 4, str. 73.
Hill R. Prateći tragove čestica - M., 1963.

http://elementy.ru/lib/430461?page_design=print

http://www.afizika.ru/zanimatelniestati/172-ktopridumalsihrofazatron

http://theor.jinr.ru/~spin2012/talks/plenary/Kekelidze.pdf

http://fodeka.ru/blog/?p=1099

http://www.larisa-zinovyeva.com

I podsjetit ću vas na neke druge postavke: na primjer, i kako to izgleda. Zapamtite također što . Ili možda ne znate? ili što je to Izvorni članak nalazi se na web stranici InfoGlaz.rf Link na članak iz kojeg je napravljena ova kopija -

Godine 1957. SSSR je napravio znanstveni i tehnički iskorak u nekoliko područja: uspješno je lansirao umjetni Zemljin satelit, a nekoliko mjeseci prije tog događaja u Dubni je počeo s radom sinkrofazotron. Što je to i zašto je takva instalacija potrebna? Ovo pitanje zabrinulo je ne samo građane SSSR-a u to vrijeme, već i cijeli svijet. Naravno, znanstvena zajednica je shvatila o čemu se radi, ali obični građani bili su zbunjeni kada su čuli ovu riječ. Ni danas većina ljudi ne razumije suštinu i princip sinhrofazotrona, iako su tu riječ čuli više puta. Hajde da shvatimo što je ovaj uređaj i za što je korišten.

Za što se koristi sinkrofazotron?

Ova instalacija razvijena je za proučavanje mikrokozmosa i razumijevanje strukture elementarnih čestica i zakona njihove međusobne interakcije. Sama metoda spoznaje bila je krajnje jednostavna: razbiti česticu i vidjeti što je unutra. Međutim, kako možete razbiti proton? U tu svrhu stvoren je sinkrofazotron koji ubrzava čestice i pogađa ih u metu. Potonji može biti stacionaran, ali u modernom Large Hadron Collideru (koji je poboljšana verzija dobrog starog sinkrofazotrona) meta se kreće. Tamo se snopovi protona kreću jedni prema drugima velikom brzinom i udaraju jedni o druge.

Vjerovalo se da će ova instalacija omogućiti znanstveni iskorak, otkriće novih elemenata i metoda za proizvodnju atomske energije iz jeftinih izvora koji će biti učinkovitiji od obogaćenog urana te sigurniji i manje štetni za okoliš.

Vojne svrhe

Dakako, težilo se i vojnim ciljevima. Stvaranje atomske energije u miroljubive svrhe samo je izgovor za naivne. Nije uzalud projekt sinkrofazotrona dobio oznaku "Strogo povjerljivo", jer je izgradnja ovog akceleratora izvedena u sklopu projekta stvaranja nove atomske bombe. Uz njegovu pomoć željeli su dobiti poboljšanu teoriju nuklearnih sila, potrebnu za proračun i izradu bombe. Istina, pokazalo se da je sve mnogo kompliciranije, a ni danas nema te teorije.

Što je sinkrofazotron jednostavnim riječima?

Ukratko, ova instalacija je akcelerator elementarnih čestica, posebice protona. Sinhrofazotron se sastoji od nemagnetske petljaste cijevi s vakuumom iznutra, kao i snažnih elektromagneta. Naizmjenično se uključuju magneti, vodeći nabijene čestice unutar vakuumske cijevi. Kada uz pomoć akceleratora postignu najveću brzinu, šalju se na posebnu metu. Protoni ga pogode, razbiju samu metu i razbiju sami sebe. Fragmenti lete u različitim smjerovima i ostavljaju tragove u komori s mjehurićima. Koristeći te tragove, skupina znanstvenika analizira njihovu prirodu.

To je bio slučaj prije, ali moderne instalacije (kao što je Large Hadron Collider) koriste modernije detektore umjesto komore s mjehurićima, koji pružaju više informacija o fragmentima protona.

Sama instalacija je prilično složena i visokotehnološka. Možemo reći da je sinkrofazotron “daleki rođak” modernog Velikog hadronskog sudarača. Zapravo, može se nazvati analogom mikroskopa. Oba ova uređaja namijenjena su proučavanju mikrosvijeta, ali je princip proučavanja drugačiji.

Više o uređaju

Dakle, već znamo što je sinkrofazotron, kao i da se ovdje čestice ubrzavaju do enormnih brzina. Kako se pokazalo, da bi se protoni ubrzali do ogromnih brzina, potrebno je stvoriti potencijalnu razliku od stotina milijardi volti. Nažalost, čovječanstvo to nije u stanju, pa su došli na ideju postupnog ubrzavanja čestica.

U instalaciji se čestice kreću kružno, a pri svakom okretaju se napajaju energijom, dobivajući ubrzanje. I iako je takvo punjenje malo, tijekom milijuna okretaja možete dobiti potrebnu energiju.

Rad sinkrofazotrona temelji se upravo na tom principu. Elementarne čestice ubrzane do malih vrijednosti lansiraju se u tunel u kojem se nalaze magneti. Oni stvaraju magnetsko polje okomito na prsten. Mnogi ljudi pogrešno vjeruju da ti magneti ubrzavaju čestice, ali to zapravo nije tako. Oni samo mijenjaju svoju putanju, tjerajući ih da se kreću u krug, ali ih ne ubrzavaju. Samo ubrzanje događa se u određenim intervalima ubrzanja.

Ubrzanje čestica

Takav period ubrzanja je kondenzator na koji se napon primjenjuje na visokoj frekvenciji. Inače, to je temelj cjelokupnog rada ove instalacije. Snop protona uleti u ovaj kondenzator u trenutku kada je napon u njemu jednak nuli. Dok čestice lete kroz kondenzator, napon ima vremena da se poveća, što ubrzava čestice. Na sljedećem krugu to se ponavlja, jer je frekvencija izmjeničnog napona posebno odabrana jednakom frekvenciji kruženja čestice oko prstena. Posljedično, protoni se ubrzavaju sinkrono i u fazi. Otuda i naziv – sinhrofazotron.

Usput, ova metoda ubrzanja ima određeni blagotvoran učinak. Ako iznenada snop protona leti brže od potrebne brzine, tada leti u procjep ubrzanja pri negativnoj vrijednosti napona, zbog čega se malo usporava. Ako je brzina kretanja manja, tada će učinak biti suprotan: čestica dobiva ubrzanje i sustiže glavnu skupinu protona. Kao rezultat, gusti i kompaktni snop čestica kreće se istom brzinom.

Problemi

U idealnom slučaju, čestice bi trebale biti ubrzane do najveće moguće brzine. A ako se protoni kreću sve brže i brže na svakom krugu, zašto se onda ne mogu ubrzati do najveće moguće brzine? Postoji nekoliko razloga.

Prvo, povećanje energije implicira povećanje mase čestica. Nažalost, relativistički zakoni ne dopuštaju da se bilo koji element ubrzava iznad brzine svjetlosti. U sinhrofazotronu brzina protona gotovo dostiže brzinu svjetlosti, što znatno povećava njihovu masu. Kao rezultat toga, postaje ih teško zadržati u kružnoj orbiti polumjera. Od škole je poznato da je radijus gibanja čestica u magnetskom polju obrnuto proporcionalan masi i izravno proporcionalan jakosti polja. A budući da se masa čestica povećava, mora se povećati radijus i pojačati magnetsko polje. Ovi uvjeti stvaraju ograničenja u provedbi uvjeta za istraživanje, budući da su tehnologije i danas ograničene. Do sada nije bilo moguće stvoriti polje s indukcijom većom od nekoliko tesla. Zato prave tunele velike duljine, jer s velikim radijusom, teške čestice ogromne brzine mogu se zadržati u magnetskom polju.

Drugi problem je gibanje s ubrzanjem po kružnici. Poznato je da naboj koji se kreće određenom brzinom emitira energiju, odnosno gubi je. Posljedično, čestice konstantno gube nešto energije tijekom ubrzanja, a što im je veća brzina, troše više energije. U nekom trenutku dolazi do ravnoteže između energije primljene u dijelu ubrzanja i gubitka iste količine energije po okretaju.

Istraživanja provedena na sinhrofazotronu

Sada razumijemo koji je princip u osnovi rada sinkrofazotrona. Omogućio je niz studija i otkrića. Konkretno, znanstvenici su mogli proučavati svojstva ubrzanih deuterona, ponašanje kvantne strukture jezgri, interakciju teških iona s metama, a također su razvili tehnologiju za recikliranje urana-238.

Primjena rezultata ispitivanja

Rezultati dobiveni u tim područjima danas se koriste u izgradnji svemirskih brodova, projektiranju nuklearnih elektrana, kao iu razvoju specijalne opreme i robotike. Iz svega ovoga proizlazi da je sinkrofazotron uređaj čiji je doprinos znanosti teško precijeniti.

Zaključak

Već 50 godina takve instalacije služe za dobrobit znanosti i aktivno ih koriste znanstvenici diljem planeta. Prethodno stvoreni sinkrofazotron i slične instalacije (nastale su ne samo u SSSR-u) samo su jedna karika u lancu evolucije. Danas se pojavljuju napredniji uređaji - nuklotroni, koji imaju ogromnu energiju.

Jedan od najnaprednijih tih uređaja je Large Hadron Collider. Za razliku od djelovanja sinkrofazotrona, on sudara dva snopa čestica u suprotnim smjerovima, zbog čega je energija oslobođena sudarom višestruko veća od energije na sinkrofazotronu. To otvara mogućnosti za preciznije proučavanje elementarnih čestica.

Možda biste sada trebali razumjeti što je sinkrofazotron i zašto je potreban. Ova nam je instalacija omogućila da dođemo do brojnih otkrića. Danas je pretvoren u akcelerator elektrona, a trenutno radi na Fizičkom institutu Lebedev.

Tehnologija se u SSSR-u brzo razvijala. Pogledajte samo lansiranje prvog umjetnog satelita Zemlje, koje je gledao cijeli svijet. Malo ljudi zna da je te iste 1957. sinhrofazotron počeo s radom u SSSR-u (odnosno, nije samo dovršen i pušten u rad, nego i pušten u rad). Ova riječ označava instalaciju za ubrzavanje elementarnih čestica. Danas su gotovo svi čuli za Large Hadron Collider - to je novija i poboljšana verzija uređaja opisanog u ovom članku.

Što je ovo - sinhrofazotron? Čemu služi?

Ova instalacija je veliki akcelerator elementarnih čestica (protona) koji omogućuje dublje proučavanje mikrokozmosa, kao i međusobnu interakciju tih istih čestica. Način proučavanja je vrlo jednostavan: razbijte protone na male dijelove i pogledajte što je unutra. Sve zvuči jednostavno, ali razbijanje protona iznimno je težak zadatak koji je zahtijevao izgradnju tako ogromne strukture. Ovdje se kroz poseban tunel čestice ubrzavaju do enormnih brzina i potom šalju na cilj. Kad ga udare, rasprše se u male komadiće. Najbliži “kolega” sinhrofazotrona, Large Hadron Collider, radi na približno istom principu, samo što se tamo čestice ubrzavaju u suprotnim smjerovima i ne pogađaju stojeću metu, već se sudaraju jedna s drugom.

Sada vam je malo jasno da je ovo sinhrofazotron. Vjerovalo se da će instalacija omogućiti znanstveni iskorak u području istraživanja mikrosvijeta. Zauzvrat, to će omogućiti otkrivanje novih elemenata i načina dobivanja jeftinih izvora energije. U idealnom slučaju, željeli su otkriti elemente koji su superiorniji u učinkovitosti, au isto vrijeme manje štetni i lakši za recikliranje.

Vojna upotreba

Vrijedno je napomenuti da je ova instalacija stvorena za izvođenje znanstvenog i tehnološkog proboja, ali njeni ciljevi nisu bili samo mirni. Znanstveni i tehnološki napredak uvelike duguje vojnoj utrci u naoružanju. Sinhrofazotron je nastao pod oznakom "Strogo povjerljivo", a njegov razvoj i konstrukcija provedeni su u sklopu stvaranja atomske bombe. Pretpostavljalo se da će uređaj omogućiti stvaranje savršene teorije nuklearnih sila, no pokazalo se da sve nije tako jednostavno. Ova teorija čak i danas nedostaje, iako je tehnološki napredak napravio velike korake naprijed.

jednostavnim riječima?

Ako rezimiramo i govorimo razumljivim jezikom? Sinkrofazotron je postrojenje u kojem se protoni mogu ubrzati do velike brzine. Sastoji se od zaobljene cijevi s vakuumom iznutra i snažnim elektromagnetima koji sprječavaju nasumično kretanje protona. Kada protoni postignu najveću brzinu, njihov tok se usmjerava prema posebnoj meti. Udarajući ga, protoni se raspršuju u male fragmente. Znanstvenici mogu vidjeti tragove letećih fragmenata u posebnoj komori s mjehurićima i iz tih tragova analiziraju prirodu samih čestica.

Komora s mjehurićima pomalo je zastario uređaj za hvatanje tragova protona. Danas takve instalacije koriste preciznije radare, koji daju više informacija o kretanju fragmenata protona.

Unatoč jednostavnom principu sinkrofazotrona, sama ova instalacija je visokotehnološka, ​​a njezino stvaranje moguće je samo uz dovoljan stupanj tehničkog i znanstvenog razvoja, koji je, naravno, posjedovao SSSR. Analogije radi, obični mikroskop je uređaj čija se namjena poklapa s namjenom sinhrofazotrona. Oba uređaja omogućuju vam istraživanje mikrosvijeta, samo što vam potonji omogućuje "kopanje dublje" i ima donekle jedinstvenu metodu istraživanja.

pojedinosti

Rad uređaja je gore opisan jednostavnim riječima. Naravno, princip rada sinkrofazotrona je složeniji. Činjenica je da je za ubrzanje čestica do velikih brzina potrebno osigurati potencijalnu razliku od stotina milijardi volti. To je nemoguće čak i na sadašnjem stupnju razvoja tehnologije, a da ne govorimo o prethodnom.

Stoga je odlučeno postupno ubrzavati čestice i dugo ih voziti u krug. U svakom krugu, protoni su bili pod naponom. Kao rezultat prolaska milijuna okretaja, bilo je moguće dobiti potrebnu brzinu, nakon čega su poslani na cilj.

Upravo je takav princip korišten u sinkrofazotronu. Isprva su se čestice kretale kroz tunel malom brzinom. U svakom krugu ulazili su u takozvane intervale ubrzanja, gdje su dobivali dodatnu energiju i dobivali na brzini. Ti dijelovi ubrzanja su kondenzatori, čija je frekvencija izmjeničnog napona jednaka frekvenciji protona koji prolaze kroz prsten. To jest, čestice su pogodile dio akceleracije s negativnim nabojem, u ovom trenutku napon se naglo povećao, što im je dalo brzinu. Ako su čestice pogodile mjesto ubrzanja s pozitivnim nabojem, tada je njihovo kretanje usporeno. I to je pozitivna osobina, jer se zbog nje cijeli snop protona kretao istom brzinom.

I to se ponavljalo milijune puta, a kada su čestice postigle potrebnu brzinu, slane su na posebnu metu na koju su se srušile. Nakon toga je skupina znanstvenika proučavala rezultate sudara čestica. Ovako je radio sinhrofazotron.

Uloga magneta

Poznato je da su u ovom ogromnom stroju za ubrzavanje čestica korišteni i snažni elektromagneti. Ljudi pogrešno vjeruju da su korišteni za ubrzavanje protona, ali to nije slučaj. Čestice su se ubrzavale uz pomoć posebnih kondenzatora (akceleracijskih sekcija), a magneti su samo držali protone u strogo određenoj putanji. Bez njih bi dosljedno kretanje snopa elementarnih čestica bilo nemoguće. A velika snaga elektromagneta objašnjava se velikom masom protona pri velikim brzinama.

S kojim su se problemima znanstvenici suočili?

Jedan od glavnih problema pri izradi ove instalacije bilo je upravo ubrzanje čestica. Naravno, mogli su se ubrzati u svakom krugu, ali kako su ubrzavali, njihova je masa postajala sve veća. Pri brzini bliskoj brzini svjetlosti (kao što znamo, ništa se ne može kretati brže od brzine svjetlosti), njihova je masa postala enormna, pa ih je bilo teško zadržati u kružnoj orbiti. Iz školskog programa znamo da je radijus gibanja elemenata u magnetskom polju obrnuto proporcionalan njihovoj masi, stoga smo, kako se masa protona povećavala, morali povećati radijus i koristiti velike, jake magnete. Takvi zakoni fizike uvelike ograničavaju mogućnosti istraživanja. Usput, oni također mogu objasniti zašto se sinhrofazotron pokazao tako ogromnim. Što je tunel veći, to se veći magneti mogu postaviti kako bi se stvorilo jako magnetsko polje koje će držati protone u željenom smjeru.

Drugi problem je gubitak energije prilikom kretanja. Čestice, prolazeći po krugu, emitiraju energiju (gube je). Posljedično, pri kretanju brzinom dio energije isparava, a što je veća brzina, to su i gubici veći. Prije ili kasnije dođe trenutak kada se usporede vrijednosti emitirane i primljene energije, što onemogućuje daljnje ubrzanje čestica. Posljedično, postoji potreba za većim kapacitetom.

Možemo reći da sada točnije razumijemo da je ovo sinkrofazotron. Ali što su točno znanstvenici postigli tijekom testiranja?

Koja su istraživanja provedena?

Naravno, rad ove instalacije nije prošao bez traga. I iako se očekivalo da će dati ozbiljnije rezultate, neke studije su se pokazale iznimno korisnima. Znanstvenici su posebno proučavali svojstva ubrzanih deuterona, interakcije teških iona s metama i razvili učinkovitiju tehnologiju za recikliranje istrošenog urana-238. I premda za prosječnu osobu svi ti rezultati malo znače, u znanstvenom polju njihov je značaj teško precijeniti.

Primjena rezultata

Rezultati ispitivanja provedenih na sinhrofazotronu koriste se i danas. Konkretno, koriste se u izgradnji elektrana koje rade na svemirskim raketama, robotici i složenoj opremi. Naravno, doprinos znanosti i tehničkom napretku ovog projekta je prilično velik. Neki rezultati primjenjuju se iu vojnoj sferi. I iako znanstvenici nisu uspjeli otkriti nove elemente koji bi se mogli koristiti za stvaranje novih atomskih bombi, nitko zapravo ne zna je li to istina ili ne. Sasvim je moguće da se neki rezultati skrivaju od stanovništva, jer vrijedi uzeti u obzir da je ovaj projekt proveden pod oznakom “Strogo tajno”.

Zaključak

Sada vam je jasno da je ovo sinkrofazotron i koja je njegova uloga u znanstvenom i tehnološkom napretku SSSR-a. I danas se takve instalacije aktivno koriste u mnogim zemljama, ali već postoje naprednije opcije - nuklotroni. Veliki hadronski sudarač je možda najbolja implementacija sinkrofazotronske ideje do danas. Korištenje ove instalacije omogućuje znanstvenicima da točnije razumiju mikrosvijet sudarajući dva snopa protona koji se kreću ogromnim brzinama.

Što se tiče trenutnog stanja sovjetskog sinkrofazotrona, on je pretvoren u akcelerator elektrona. Sada radi u FIAN-u.