rumah › Pendinginan › Apa itu sinkrofasotron? Apa itu synchrophasotron: prinsip operasi dan hasil yang diperoleh Apa prinsip operasi synchrophasotron

Apa itu sinkrofasotron? Apa itu synchrophasotron: prinsip operasi dan hasil yang diperoleh Apa prinsip operasi synchrophasotron

Anggota parlemen Inggris hanya membutuhkan waktu 15 menit untuk memutuskan investasi pemerintah sebesar £1 miliar dalam pembangunan sinkrofasotron. Setelah itu, mereka berdiskusi hangat tentang harga kopi selama satu jam, tak kurang, di buffet parlemen. Maka mereka memutuskan: mereka menurunkan harga sebesar 15%.

Tampaknya tugas-tugas tersebut sama sekali tidak sebanding dalam kompleksitasnya, dan semuanya, secara logis, seharusnya terjadi justru sebaliknya. Satu jam untuk sains, 15 menit untuk minum kopi. Tapi tidak! Ternyata kemudian, mayoritas politisi terhormat dengan cepat memberikan “untuk” terdalam mereka, sama sekali tidak tahu apa itu “synchrophasotron”.

Marilah kami, para pembaca yang budiman, bersama Anda mengisi kesenjangan pengetahuan ini dan tidak menjadi seperti kepicikan ilmiah beberapa kawan.

Apa itu sinkrofasotron?

Synchrophasotron adalah instalasi elektronik untuk penelitian ilmiah - akselerator siklik partikel elementer (neutron, proton, elektron, dll.). Bentuknya seperti cincin besar dengan berat lebih dari 36 ribu ton. Magnetnya yang sangat kuat dan tabung percepatannya memberikan partikel mikroskopis energi gerakan terarah yang sangat besar. Di kedalaman resonator fasotron, pada kedalaman 14,5 meter, transformasi yang sungguh fantastis terjadi pada tingkat fisik: misalnya, sebuah proton kecil menerima 20 juta elektron volt, dan ion berat menerima 5 juta eV. Dan ini hanyalah sebagian kecil dari semua kemungkinan!

Berkat sifat unik dari akselerator siklik, para ilmuwan dapat mempelajari rahasia terdalam alam semesta: mempelajari struktur partikel yang dapat diabaikan dan proses fisik dan kimia yang terjadi di dalam cangkangnya; amati reaksi sintesis dengan mata kepala sendiri; menemukan sifat objek mikroskopis yang sampai sekarang tidak diketahui.

Phazotron menandai era baru penelitian ilmiah - wilayah penelitian di mana mikroskop tidak berdaya, yang bahkan dibicarakan oleh para penulis fiksi ilmiah inovatif dengan sangat hati-hati (penerbangan kreatif mereka yang mendalam tidak dapat memprediksi penemuan yang dibuat!).

Sejarah sinkrofasotron

Awalnya, akselerator bersifat linier, artinya tidak memiliki struktur siklik. Namun tak lama kemudian fisikawan harus meninggalkannya. Kebutuhan akan tingkat energi meningkat - dibutuhkan lebih banyak lagi. Namun desain linier tidak dapat mengatasinya: perhitungan teoretis menunjukkan bahwa untuk nilai-nilai ini, panjangnya pasti luar biasa.

Pada tahun 1929 E. Lawrence dari Amerika berupaya memecahkan masalah ini dan menciptakan siklotron, prototipe fasotron modern. Ujiannya berjalan dengan baik. Sepuluh tahun kemudian, pada tahun 1939. Lawrence menerima Hadiah Nobel.
Pada tahun 1938 Di Uni Soviet, fisikawan berbakat V.I.Veksler mulai aktif terlibat dalam masalah pembuatan dan peningkatan akselerator. Pada bulan Februari 1944 dia mengemukakan ide revolusioner tentang cara mengatasi hambatan energi. Wexler menyebut metodenya “autophasing.” Tepat setahun kemudian, teknologi yang sama ditemukan sepenuhnya secara independen oleh E. Macmillan, seorang ilmuwan dari Amerika.
Pada tahun 1949 di Uni Soviet di bawah kepemimpinan V.I. Veksler dan S.I. Vavilov, sebuah proyek ilmiah skala besar sedang dikembangkan - penciptaan sinkrofasotron dengan kekuatan 10 miliar elektron volt. Selama 8 tahun, di Institut Penelitian Nuklir di kota Dubno di Ukraina, sekelompok fisikawan teoretis, perancang, dan insinyur dengan susah payah mengerjakan instalasi tersebut. Itu sebabnya disebut juga Dubna Synchrophasotron.

Synchrophasotron ditugaskan pada Maret 1957, enam bulan sebelum satelit Bumi buatan pertama diluncurkan ke luar angkasa.

Penelitian apa yang sedang dilakukan di synchrophasotron?

Akselerator siklik resonansi Wechsler memunculkan galaksi penemuan luar biasa dalam banyak aspek fisika fundamental dan, khususnya, dalam beberapa masalah teori relativitas Einstein yang kontroversial dan jarang dipelajari:

perilaku struktur kuark inti selama interaksi;
pembentukan partikel kumulatif sebagai hasil reaksi yang melibatkan inti;
mempelajari sifat-sifat deuteron yang dipercepat;
interaksi ion berat dengan target (menguji ketahanan sirkuit mikro);
daur ulang Uranium-238.

Hasil yang diperoleh di bidang ini berhasil digunakan dalam pembangunan pesawat luar angkasa, desain pembangkit listrik tenaga nuklir, pengembangan robotika dan peralatan untuk bekerja dalam kondisi ekstrim. Namun hal yang paling menakjubkan adalah serangkaian penelitian yang dilakukan di synchrophasotron membawa para ilmuwan semakin dekat untuk memecahkan misteri besar asal mula alam semesta.

Seluruh dunia tahu bahwa pada tahun 1957 Uni Soviet meluncurkan satelit Bumi buatan pertama di dunia. Namun, hanya sedikit orang yang mengetahui bahwa pada tahun yang sama Uni Soviet mulai menguji synchrophasotron, yang merupakan nenek moyang dari Large Hadron Collider modern di Jenewa. Artikel ini akan membahas apa itu synchrophasotron dan cara kerjanya.

Menjawab pertanyaan tentang apa itu synchrophasotron, harus dikatakan bahwa itu adalah perangkat berteknologi tinggi dan intensif ilmu pengetahuan yang dimaksudkan untuk mempelajari mikrokosmos. Secara khusus, gagasan sinkrofasotron adalah sebagai berikut: perlu, dengan menggunakan medan magnet kuat yang diciptakan oleh elektromagnet, untuk mempercepat berkas partikel elementer (proton) ke kecepatan tinggi, dan kemudian mengarahkan berkas ini ke sasaran yang diam. . Dari tumbukan seperti itu, proton harus “pecah” menjadi beberapa bagian. Tidak jauh dari target terdapat detektor khusus - ruang gelembung. Detektor ini memungkinkan seseorang mempelajari sifat dan propertinya menggunakan jejak yang ditinggalkan oleh bagian proton.

Mengapa sinkrofasotron Uni Soviet perlu dibangun? Dalam eksperimen ilmiah yang tergolong "sangat rahasia" ini, para ilmuwan Soviet mencoba menemukan sumber energi baru yang lebih murah dan efisien daripada uranium yang diperkaya. Tujuan ilmiah murni untuk mempelajari lebih dalam tentang sifat interaksi nuklir dan dunia partikel subatom juga dicapai.

Prinsip operasi sinkrofasotron

Uraian di atas tentang tugas-tugas yang dihadapi synchrophasotron mungkin tampak tidak terlalu sulit bagi banyak orang untuk diterapkan dalam praktiknya, tetapi sebenarnya tidak demikian. Terlepas dari kesederhanaan pertanyaan tentang apa itu sinkrofasotron, untuk mempercepat proton hingga kecepatan luar biasa yang dibutuhkan, diperlukan tegangan listrik ratusan miliar volt. Ketegangan seperti itu tidak dapat diciptakan hingga saat ini. Oleh karena itu, diputuskan untuk mendistribusikan energi yang dipompa ke proton dari waktu ke waktu.

Prinsip pengoperasian synchrophasotron adalah sebagai berikut: seberkas proton mulai bergerak melalui terowongan berbentuk cincin, di beberapa tempat terowongan ini terdapat kapasitor yang menimbulkan lonjakan tegangan pada saat berkas proton terbang melaluinya. . Jadi, pada setiap putaran terjadi sedikit percepatan proton. Setelah berkas partikel melakukan beberapa juta putaran melalui terowongan sinkrofasotron, proton akan mencapai kecepatan yang diinginkan dan diarahkan menuju sasaran.

Perlu dicatat bahwa elektromagnet yang digunakan selama percepatan proton memainkan peran pemandu, yaitu menentukan lintasan berkas, tetapi tidak ikut serta dalam percepatannya.

Masalah yang dihadapi para ilmuwan saat melakukan percobaan

Untuk lebih memahami apa itu synchrophasotron dan mengapa pembuatannya merupakan proses yang sangat kompleks dan intensif pengetahuan, kita harus mempertimbangkan masalah yang muncul selama pengoperasiannya.

Pertama, semakin tinggi kecepatan berkas proton, semakin banyak massa yang dimilikinya menurut hukum Einstein yang terkenal. Pada kecepatan mendekati cahaya, massa partikel menjadi begitu besar sehingga untuk mempertahankannya pada lintasan yang diinginkan, diperlukan elektromagnet yang kuat. Semakin besar ukuran synchrophasotron maka semakin besar pula magnet yang dapat dipasang.

Kedua, pembuatan sinkrofasotron juga diperumit oleh hilangnya energi berkas proton selama percepatan melingkar, dan semakin tinggi kecepatan berkas, semakin besar pula kehilangan energi tersebut. Ternyata untuk mempercepat pancaran sinar tersebut ke kecepatan raksasa yang dibutuhkan, diperlukan kekuatan yang sangat besar.

Hasil apa yang diperoleh?

Tidak diragukan lagi, eksperimen di sinkrofasotron Soviet memberikan kontribusi besar bagi perkembangan bidang teknologi modern. Oleh karena itu, berkat eksperimen ini, para ilmuwan Uni Soviet mampu meningkatkan proses pemrosesan uranium-238 bekas dan memperoleh beberapa data menarik dengan menumbukkan ion-ion dipercepat dari atom-atom berbeda dengan suatu target.

Hasil percobaan di synchrophasotron masih digunakan hingga saat ini dalam pembangunan pembangkit listrik tenaga nuklir, roket luar angkasa, dan robotika. Prestasi pemikiran ilmiah Soviet digunakan dalam pembangunan sinkrofasotron paling kuat di zaman kita, yaitu Large Hadron Collider. Akselerator Soviet sendiri melayani ilmu pengetahuan Federasi Rusia, berlokasi di Institut FIAN (Moskow), di mana ia digunakan sebagai akselerator ion.

Apa itu synchrophasotron: prinsip operasi dan hasil yang diperoleh - semua tentang perjalanan ke situs

Ini adalah kata “synchrophasotron” yang sulit dipahami! Ingatkan saya bagaimana hal ini sampai ke telinga orang-orang biasa di Uni Soviet? Ada film atau lagu populer, saya ingat persis apa itu! Atau apakah itu sekadar analogi dari kata yang tidak dapat diucapkan?

Sekarang mari kita ingat apa itu dan bagaimana itu dibuat...

Pada tahun 1957, Uni Soviet membuat terobosan ilmiah revolusioner dalam dua arah sekaligus: pada bulan Oktober satelit Bumi buatan pertama diluncurkan, dan beberapa bulan sebelumnya, pada bulan Maret, synchrophasotron yang legendaris, sebuah instalasi raksasa untuk mempelajari dunia mikro, mulai beroperasi. di Dubna. Kedua peristiwa ini mengejutkan seluruh dunia, dan kata “satelit” dan “synchrophasotron” menjadi tertanam kuat dalam kehidupan kita.

Synchrophasotron adalah jenis akselerator partikel bermuatan. Partikel-partikel di dalamnya dipercepat hingga kecepatan tinggi dan, akibatnya, hingga energi tinggi. Berdasarkan hasil tumbukannya dengan partikel atom lain, struktur dan sifat materi dinilai. Kemungkinan tumbukan ditentukan oleh intensitas berkas partikel yang dipercepat, yaitu jumlah partikel di dalamnya, oleh karena itu intensitas, bersama dengan energi, merupakan parameter penting dari akselerator.

Akselerator mencapai ukuran yang sangat besar, dan bukan suatu kebetulan jika penulis Vladimir Kartsev menyebutnya piramida zaman nuklir, yang dengannya keturunan akan menilai tingkat teknologi kita.

Sebelum akselerator dibangun, satu-satunya sumber partikel berenergi tinggi adalah sinar kosmik. Ini terutama adalah proton dengan energi beberapa GeV, yang berasal bebas dari luar angkasa, dan partikel sekunder yang timbul dari interaksinya dengan atmosfer. Tetapi aliran sinar kosmik kacau dan memiliki intensitas rendah, sehingga seiring waktu, instalasi khusus mulai dibuat untuk penelitian laboratorium - akselerator dengan pancaran partikel berenergi tinggi dan intensitas lebih tinggi yang terkontrol.

Pengoperasian semua akselerator didasarkan pada fakta yang diketahui: partikel bermuatan dipercepat oleh medan listrik. Namun, tidak mungkin memperoleh partikel berenergi sangat tinggi dengan mempercepatnya hanya satu kali di antara dua elektroda, karena hal ini memerlukan penerapan tegangan yang sangat besar pada partikel tersebut, yang secara teknis tidak mungkin. Oleh karena itu, partikel berenergi tinggi diperoleh dengan melewatkannya berulang kali di antara elektroda.

Akselerator di mana suatu partikel melewati celah percepatan yang terletak berurutan disebut linier. Pengembangan akselerator dimulai dengan mereka, namun kebutuhan untuk meningkatkan energi partikel menyebabkan panjang instalasi yang hampir tidak realistis.

Pada tahun 1929, ilmuwan Amerika E. Lawrence mengusulkan desain akselerator di mana sebuah partikel bergerak dalam bentuk spiral, berulang kali melewati celah yang sama antara dua elektroda. Lintasan partikel dibengkokkan dan dipelintir oleh medan magnet seragam yang diarahkan tegak lurus terhadap bidang orbit. Akseleratornya disebut siklotron. Pada tahun 1930-1931, Lawrence dan rekan-rekannya membangun siklotron pertama di Universitas California (AS). Untuk penemuan ini ia dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 1939.

Dalam siklotron, medan magnet seragam diciptakan oleh elektromagnet besar, dan medan listrik dihasilkan antara dua elektroda berongga berbentuk D (karena itulah namanya, “dees”). Tegangan bolak-balik diterapkan pada elektroda, yang mengubah polaritas setiap kali partikel melakukan setengah putaran. Oleh karena itu, medan listrik selalu mempercepat partikel. Gagasan ini tidak dapat terwujud jika partikel-partikel dengan energi berbeda memiliki periode revolusi yang berbeda. Namun untungnya, meskipun kecepatan bertambah seiring bertambahnya energi, periode revolusi tetap konstan, karena diameter lintasan bertambah dengan perbandingan yang sama. Sifat siklotron inilah yang memungkinkan penggunaan medan listrik frekuensi konstan untuk percepatan.

Segera, siklotron mulai dibuat di laboratorium penelitian lain.

Gedung Synchrophasotron pada tahun 1950-an

Kebutuhan untuk menciptakan basis akselerator yang serius di Uni Soviet diumumkan di tingkat pemerintah pada bulan Maret 1938. Sekelompok peneliti dari Institut Fisika dan Teknologi Leningrad (LPTI) yang dipimpin oleh Akademisi A.F. Ioffe menoleh ke Ketua Dewan Komisaris Rakyat Uni Soviet V.M. Molotov dengan surat yang diusulkan untuk dijadikan landasan teknis penelitian di bidang struktur inti atom. Pertanyaan tentang struktur inti atom menjadi salah satu masalah utama ilmu pengetahuan alam, dan Uni Soviet sangat tertinggal dalam penyelesaiannya. Jadi, jika Amerika memiliki setidaknya lima siklotron, maka Uni Soviet tidak memilikinya (satu-satunya siklotron dari Institut Radium Akademi Ilmu Pengetahuan (RIAN), yang diluncurkan pada tahun 1937, praktis tidak berfungsi karena cacat desain). Permohonan kepada Molotov berisi permintaan untuk menciptakan kondisi agar selesainya pembangunan siklotron LPTI paling lambat tanggal 1 Januari 1939. Pekerjaan pembuatannya, yang dimulai pada tahun 1937, dihentikan karena inkonsistensi departemen dan penghentian pendanaan.

Memang, pada saat surat ini ditulis, terdapat kesalahpahaman yang jelas di kalangan pemerintahan negara tentang relevansi penelitian di bidang fisika atom. Menurut memoar M.G. Meshcheryakov, pada tahun 1938 bahkan ada pertanyaan untuk melikuidasi Institut Radium, yang, menurut beberapa pendapat, terlibat dalam penelitian yang tidak perlu tentang uranium dan thorium, sementara negara tersebut berusaha meningkatkan produksi batu bara dan peleburan baja.

Surat kepada Molotov berdampak, dan pada bulan Juni 1938, sebuah komisi dari Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet, yang dipimpin oleh P.L. Kapitsa, atas permintaan pemerintah, memberikan kesimpulan tentang perlunya membangun siklotron 10-20 MeV di LFTI, tergantung pada jenis partikel yang dipercepat, dan untuk meningkatkan siklotron RIAN.

Pada bulan November 1938, S.I. Vavilov, dalam permohonannya kepada Presidium Akademi Ilmu Pengetahuan, mengusulkan untuk membangun siklotron LPTI di Moskow dan memindahkan laboratorium IV ke Institut Fisika Akademi Ilmu Pengetahuan (FIAN) dari LPTI. Kurchatova, yang terlibat dalam penciptaannya. Sergei Ivanovich ingin laboratorium pusat studi inti atom berlokasi di tempat yang sama dengan Akademi Ilmu Pengetahuan berada, yaitu di Moskow. Namun, dia tidak mendapat dukungan di LPTI. Kontroversi tersebut berakhir pada akhir tahun 1939, ketika A.F. Ioffe mengusulkan pembuatan tiga siklotron sekaligus. Pada tanggal 30 Juli 1940, pada pertemuan Presidium Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet, diputuskan untuk menginstruksikan RIAN untuk memperbaiki siklotron yang ada tahun ini, FIAN untuk menyiapkan bahan-bahan yang diperlukan untuk pembangunan siklotron baru yang kuat pada tanggal 15 Oktober , dan LFTI untuk menyelesaikan pembangunan siklotron pada kuartal pertama tahun 1941.

Sehubungan dengan keputusan ini, FIAN membentuk apa yang disebut tim siklotron, yang terdiri dari Vladimir Iosifovich Veksler, Sergei Nikolaevich Vernov, Pavel Alekseevich Cherenkov, Leonid Vasilyevich Groshev dan Evgeniy Lvovich Feinberg. Pada tanggal 26 September 1940, Biro Departemen Ilmu Fisika dan Matematika (OPMS) mendengar informasi dari V.I. Wexler mengenai spesifikasi desain siklotron, menyetujui karakteristik utama dan perkiraan konstruksinya. Siklotron dirancang untuk mempercepat deuteron hingga energi 50 MeV. FIAN berencana memulai pembangunannya pada tahun 1941 dan meluncurkannya pada tahun 1943. Rencana tersebut terganggu oleh perang.

Kebutuhan mendesak untuk membuat bom atom memaksa Uni Soviet mengerahkan upaya untuk mempelajari dunia mikro. Dua siklotron dibangun satu demi satu di Laboratorium No. 2 di Moskow (1944, 1946); di Leningrad, setelah pencabutan blokade, siklotron RIAN dan LPTI dipulihkan (1946).

Meskipun proyek siklotron FIAN telah disetujui sebelum perang, menjadi jelas bahwa desain Lawrence telah kehabisan tenaga, karena energi proton yang dipercepat tidak dapat melebihi 20 MeV. Dari energi inilah pengaruh peningkatan massa suatu partikel dengan kecepatan yang sepadan dengan kecepatan cahaya mulai terasa, yang mengikuti teori relativitas Einstein.

Karena peningkatan massa, resonansi antara lewatnya suatu partikel melalui celah percepatan dan fase medan listrik yang sesuai terganggu, yang menyebabkan pengereman.

Perlu dicatat bahwa siklotron dirancang untuk mempercepat partikel berat saja (proton, ion). Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa karena massa diam yang terlalu kecil, elektron yang sudah memiliki energi 1–3 MeV mencapai kecepatan mendekati kecepatan cahaya, akibatnya massanya meningkat secara nyata dan partikel dengan cepat meninggalkan resonansi. .

Akselerator elektron siklik pertama adalah betatron, dibuat oleh Kerst pada tahun 1940 berdasarkan ide Wideroe. Betatron didasarkan pada hukum Faraday, yang menyatakan bahwa ketika fluks magnet yang menembus sirkuit tertutup berubah, gaya gerak listrik muncul di sirkuit ini. Dalam betatron, loop tertutup adalah aliran partikel yang bergerak dalam orbit melingkar dalam ruang vakum dengan radius konstan dalam medan magnet yang meningkat secara bertahap. Ketika fluks magnet di dalam orbit meningkat, timbul gaya gerak listrik, yang komponen tangensialnya mempercepat elektron. Dalam betatron, seperti siklotron, ada batasan untuk menghasilkan partikel berenergi sangat tinggi. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa, menurut hukum elektrodinamika, elektron yang bergerak dalam orbit melingkar memancarkan gelombang elektromagnetik, yang membawa banyak energi dengan kecepatan relativistik. Untuk mengkompensasi kerugian ini, perlu untuk meningkatkan ukuran inti magnet secara signifikan, yang memiliki batas praktis.

Jadi, pada awal tahun 1940-an, kemungkinan untuk memperoleh energi yang lebih tinggi baik dari proton maupun elektron telah habis. Untuk penelitian lebih lanjut tentang dunia mikro, perlu untuk meningkatkan energi partikel yang dipercepat, sehingga tugas menemukan metode percepatan baru menjadi mendesak.

Pada bulan Februari 1944, V.I. Wexler mengemukakan ide revolusioner tentang cara mengatasi hambatan energi siklotron dan betatron. Itu sangat sederhana sehingga terasa aneh mengapa mereka tidak membahasnya lebih awal. Idenya adalah bahwa selama percepatan resonansi, frekuensi rotasi partikel dan medan percepatan harus selalu bertepatan, dengan kata lain, sinkron. Ketika mempercepat partikel relativistik berat dalam siklotron, untuk sinkronisasi diusulkan untuk mengubah frekuensi medan listrik percepatan menurut hukum tertentu (kemudian, akselerator seperti itu disebut sinkrosiklotron).

Untuk mempercepat elektron relativistik, diusulkan akselerator, yang kemudian disebut sinkrotron. Di dalamnya, percepatan dilakukan oleh medan listrik bolak-balik dengan frekuensi konstan, dan sinkronisme disediakan oleh medan magnet yang bervariasi menurut hukum tertentu, yang menjaga partikel tetap berada dalam orbit dengan radius konstan.

Untuk tujuan praktis, perlu diverifikasi secara teoritis bahwa proses percepatan yang diusulkan stabil, yaitu, dengan sedikit penyimpangan dari resonansi, pentahapan partikel akan terjadi secara otomatis. Fisikawan teoretis dari tim siklotron E.L. Feinberg menarik perhatian Wexler pada hal ini dan dirinya sendiri secara matematis membuktikan stabilitas proses. Itulah sebabnya gagasan Wexler disebut “prinsip autophasing”.

Untuk membahas solusi yang dihasilkan, FIAN mengadakan seminar, di mana Wexler memberikan laporan pengantar, dan Feinberg memberikan laporan tentang keberlanjutan. Pekerjaan tersebut disetujui, dan pada tahun 1944 yang sama, jurnal “Reports of the USSR Academy of Sciences” menerbitkan dua artikel yang membahas metode akselerasi baru (artikel pertama membahas tentang akselerator berdasarkan beberapa frekuensi, yang kemudian disebut mikrotron). Penulisnya hanya terdaftar sebagai Wexler, dan nama Feinberg tidak disebutkan sama sekali. Segera, peran Feinberg dalam penemuan prinsip autophasing benar-benar dilupakan.

Setahun kemudian, prinsip autophasing ditemukan secara independen oleh fisikawan Amerika E. MacMillan, tetapi Wexler tetap mempertahankan prioritasnya.

Perlu dicatat bahwa dalam akselerator yang didasarkan pada prinsip baru, "aturan leverage" dimanifestasikan dengan jelas - peningkatan energi menyebabkan hilangnya intensitas pancaran partikel yang dipercepat, yang dikaitkan dengan sifat siklus percepatannya. , berbeda dengan akselerasi mulus pada siklotron dan betatron. Hal yang tidak menyenangkan ini segera diutarakan pada sidang Departemen Ilmu Fisika dan Matematika pada tanggal 20 Februari 1945, namun pada saat yang sama semua orang dengan suara bulat sampai pada kesimpulan bahwa keadaan ini tidak boleh mengganggu pelaksanaan proyek. Meskipun, omong-omong, perebutan intensitas kemudian terus-menerus mengganggu para “akselerator”.

Pada sesi yang sama, atas usulan Presiden Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet S.I. Vavilov, diputuskan untuk segera membangun dua jenis akselerator yang diusulkan oleh Wexler. Pada 19 Februari 1946, Komite Khusus di bawah Dewan Komisaris Rakyat Uni Soviet menginstruksikan komisi terkait untuk mengembangkan proyek mereka, dengan menunjukkan kapasitas, waktu produksi, dan tempat konstruksi. (Pembuatan siklotron ditinggalkan di FIAN.)

Akibatnya, pada 13 Agustus 1946, dua resolusi Dewan Menteri Uni Soviet dikeluarkan secara bersamaan, ditandatangani oleh Ketua Dewan Menteri Uni Soviet I.V. Stalin dan manajer urusan Dewan Menteri Uni Soviet Ya.E. Chadaev, untuk membuat sinkrosiklotron dengan energi deuteron 250 MeV dan sinkrotron dengan energi 1 GeV. Energi akselerator terutama ditentukan oleh konfrontasi politik antara Amerika Serikat dan Uni Soviet. Di AS, mereka telah membuat sinkrosiklotron dengan energi deuteron sekitar 190 MeV dan mulai membuat sinkrotron dengan energi 250–300 MeV. Akselerator domestik seharusnya melebihi akselerator Amerika dalam hal energi.

Synchrocyclotron dikaitkan dengan harapan akan penemuan unsur-unsur baru, cara-cara baru untuk memproduksi energi atom dari sumber yang lebih murah daripada uranium. Dengan bantuan sinkrotron, mereka bermaksud menghasilkan meson secara artifisial, yang seperti diasumsikan oleh fisikawan Soviet pada saat itu, mampu menyebabkan fisi nuklir.

Kedua resolusi tersebut dikeluarkan dengan cap “Sangat Rahasia (folder khusus)”, karena pembangunan akselerator dilakukan sebagai bagian dari proyek pembuatan bom atom. Dengan bantuan mereka, mereka berharap memperoleh teori akurat tentang gaya nuklir yang diperlukan untuk perhitungan bom, yang pada saat itu hanya dilakukan dengan menggunakan sejumlah besar model perkiraan. Benar, semuanya ternyata tidak sesederhana yang diperkirakan semula, dan perlu dicatat bahwa teori seperti itu belum tercipta hingga saat ini.

Resolusi tersebut menentukan lokasi pembangunan akselerator: sinkrotron - di Moskow, di Jalan Raya Kaluzhskoe (sekarang Leninsky Prospekt), di wilayah Institut Fisika Lebedev; synchrocyclotron - di area pembangkit listrik tenaga air Ivankovskaya, 125 kilometer utara Moskow (saat itu wilayah Kalinin). Awalnya, pembuatan kedua akselerator tersebut dipercayakan kepada FIAN. V.I ditunjuk sebagai kepala pekerjaan sinkrotron. Veksler, dan untuk sinkrosiklotron - D.V. Skobeltsyn.

Di sebelah kiri adalah Doktor Ilmu Teknik, Profesor L.P. Zinoviev (1912–1998), di sebelah kanan - Akademisi Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet V.I. Wexler (1907–1966) selama pembuatan synchrophasotron

Enam bulan kemudian, kepala proyek nuklir I.V. Kurchatov, yang tidak puas dengan kemajuan pengerjaan sinkrosiklotron Fianov, memindahkan topik ini ke Laboratorium No. 2. Dia menunjuk MG sebagai pemimpin baru topik tersebut. Meshcheryakov, dibebaskan dari pekerjaan di Institut Radium Leningrad. Di bawah kepemimpinan Meshcheryakov, Laboratorium No. 2 menciptakan model sinkrosiklotron, yang secara eksperimental telah mengkonfirmasi kebenaran prinsip autophasing. Pada tahun 1947, pembangunan akselerator dimulai di wilayah Kalinin.

Pada tanggal 14 Desember 1949, di bawah pimpinan M.G. Sinkronisasi Meshcheryakov berhasil diluncurkan sesuai jadwal dan menjadi akselerator pertama jenis ini di Uni Soviet, melebihi energi akselerator serupa yang dibuat pada tahun 1946 di Berkeley (AS). Itu tetap menjadi rekor sampai tahun 1953.

Awalnya, laboratorium berbasis sinkrosiklotron ini disebut Laboratorium Hidroteknik Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet (GTL) untuk tujuan kerahasiaan dan merupakan cabang dari Laboratorium No. 2. Pada tahun 1953 diubah menjadi Institut Masalah Nuklir yang independen. dari Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet (POLRI), dipimpin oleh M.G. Meshcheryakov.

Akademisi Akademi Ilmu Pengetahuan Ukraina A.I. Leypunsky (1907–1972), berdasarkan prinsip autophasing, mengusulkan desain akselerator, yang kemudian disebut synchrophasotron (foto: “Ilmu Pengetahuan dan Kehidupan”)
Pembuatan sinkrotron tidak dimungkinkan karena beberapa alasan. Pertama, karena kesulitan yang tidak terduga, perlu dibangun dua sinkrotron dengan energi lebih rendah - 30 dan 250 MeV. Mereka berlokasi di wilayah Institut Fisika Lebedev, dan mereka memutuskan untuk membangun sinkrotron 1 GeV di luar Moskow. Pada bulan Juni 1948, ia diberi tempat beberapa kilometer dari sinkrosiklotron yang sudah dibangun di wilayah Kalinin, tetapi tidak pernah dibangun di sana juga, karena akselerator yang diusulkan oleh Akademisi Akademi Ilmu Pengetahuan Ukraina Alexander Ilyich Leypunsky lebih disukai. Hal itu terjadi sebagai berikut.

Pada tahun 1946, A.I. Leypunsky, berdasarkan prinsip autophasing, mengemukakan gagasan tentang kemungkinan menciptakan akselerator yang menggabungkan fitur sinkrotron dan sinkrosiklotron. Selanjutnya, Wexler menyebut akselerator jenis ini sebagai synchrophasotron. Namanya menjadi jelas jika kita menganggap bahwa sinkrosiklotron pada awalnya disebut fasotron dan, dalam kombinasi dengan sinkrotron, diperoleh sinkrofasotron. Di dalamnya, sebagai akibat dari perubahan medan magnet kontrol, partikel bergerak dalam sebuah cincin, seperti pada sinkrotron, dan percepatan menghasilkan medan listrik frekuensi tinggi, yang frekuensinya bervariasi seiring waktu, seperti pada sinkrosiklotron. Hal ini memungkinkan peningkatan energi proton yang dipercepat secara signifikan dibandingkan dengan sinkrosiklotron. Dalam sinkrofasotron, proton dipercepat sebelumnya dalam akselerator linier - sebuah injektor. Partikel yang dimasukkan ke dalam ruang utama mulai bersirkulasi di dalamnya di bawah pengaruh medan magnet. Mode ini disebut betatron. Kemudian tegangan percepatan frekuensi tinggi dinyalakan pada elektroda yang ditempatkan pada dua celah lurus yang berlawanan secara diametral.

Dari ketiga jenis akselerator yang berdasarkan prinsip autophasing, synchrophasotron secara teknis adalah yang paling kompleks, dan kemudian banyak yang meragukan kemungkinan pembuatannya. Namun Leypunsky, yakin bahwa semuanya akan berhasil, dengan berani mulai mengimplementasikan idenya.

Pada tahun 1947, di Laboratorium “B” dekat stasiun Obninskoe (sekarang kota Obninsk), kelompok akselerator khusus di bawah kepemimpinannya mulai mengembangkan akselerator. Ahli teori sinkrofasotron pertama adalah Yu.A. Krutkov, O.D. Kazachkovsky dan L.L. Sabsovich. Pada bulan Februari 1948 diadakan konferensi tertutup tentang akselerator, yang selain para menteri juga dihadiri oleh A.L. Mints, yang sudah menjadi spesialis terkenal di bidang teknik radio pada waktu itu, dan kepala insinyur di pabrik Elektrosila dan transformator Leningrad. Mereka semua menyatakan bahwa akselerator yang diusulkan Leypunsky bisa dibuat. Mendorong hasil teoretis pertama dan dukungan para insinyur dari pabrik terkemuka memungkinkan dimulainya pengerjaan proyek teknis khusus untuk akselerator besar dengan energi proton 1,3–1,5 GeV dan memulai pekerjaan eksperimental yang mengonfirmasi kebenaran gagasan Leipunsky. Pada bulan Desember 1948, desain teknis akselerator telah siap, dan pada bulan Maret 1949, Leypunsky seharusnya menyajikan desain awal sinkrofasotron 10 GeV.

Dan tiba-tiba pada tahun 1949, di tengah pekerjaan, pemerintah memutuskan untuk memindahkan pekerjaan synchrophasotron ke Institut Fisika Lebedev. Untuk apa? Mengapa? Lagipula, FIAN sudah membuat sinkrotron 1 GeV! Ya, faktanya kedua proyek tersebut, sinkrotron 1,5 GeV dan sinkrotron 1 GeV, terlalu mahal, dan timbul pertanyaan tentang kelayakannya. Hal ini akhirnya diselesaikan pada salah satu pertemuan khusus di FIAN, tempat berkumpulnya para fisikawan terkemuka negara itu. Mereka menganggap tidak perlu membangun sinkrotron 1 GeV karena kurangnya minat terhadap percepatan elektron. Penentang utama posisi ini adalah M.A. Markov. Argumen utamanya adalah bahwa mempelajari proton dan gaya nuklir jauh lebih efektif menggunakan interaksi elektromagnetik yang sudah dipelajari dengan baik. Namun, dia gagal mempertahankan sudut pandangnya, dan keputusan positifnya ternyata mendukung proyek Leipunsky.

Seperti inilah tampilan sinkrofasotron 10 GeV di Dubna

Impian Wexler untuk membangun akselerator terbesar runtuh. Tak mau menerima keadaan saat ini, ia dengan dukungan S.I. Vavilova dan D.V. Skobeltsyna mengusulkan untuk meninggalkan pembangunan sinkrofasotron 1,5 GeV dan mulai merancang akselerator 10 GeV, yang sebelumnya dipercayakan kepada A.I. Leypunsky. Pemerintah menerima usulan ini, karena pada bulan April 1948 diketahui tentang proyek sinkrofasotron 6-7 GeV di Universitas California dan mereka ingin menjadi yang terdepan di Amerika Serikat setidaknya untuk sementara.

Pada tanggal 2 Mei 1949, sebuah dekrit dikeluarkan oleh Dewan Menteri Uni Soviet tentang pembuatan sinkrofasotron dengan energi 7–10 GeV di wilayah yang sebelumnya dialokasikan untuk sinkrotron. Topik tersebut dipindahkan ke Institut Fisika Lebedev, dan V.I.ditunjuk sebagai direktur ilmiah dan teknisnya. Wexler, meskipun Leypunsky melakukannya dengan cukup baik.

Hal ini dapat dijelaskan, pertama, oleh fakta bahwa Wexler dianggap sebagai penulis prinsip autophasing dan, menurut ingatan orang-orang sezamannya, L.P. Beria. Kedua, S.I. Vavilov pada waktu itu tidak hanya menjadi direktur FIAN, tetapi juga presiden Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet. Leypunsky ditawari untuk menjadi wakil Wexler, tetapi dia menolak dan tidak berpartisipasi dalam pembuatan synchrophasotron di masa depan. Menurut Deputi Leypunsky O.D. Kazachkovsky, “jelas bahwa dua beruang tidak akan bisa hidup berdampingan dalam satu sarang.” Selanjutnya A.I. Leypunsky dan O.D. Kazachkovsky menjadi ahli reaktor terkemuka dan pada tahun 1960 dianugerahi Hadiah Lenin.

Resolusi tersebut mencakup klausul tentang pemindahan karyawan yang terlibat dalam pengembangan akselerator untuk bekerja di Institut Fisika Lebedev Laboratorium "B", dengan pemindahan peralatan yang sesuai. Dan ada yang ingin disampaikan: pengerjaan akselerator di Laboratorium “B” saat itu sudah dibawa ke tahap model dan justifikasi keputusan-keputusan utama.

Tidak semua orang antusias dengan perpindahan ke FIAN, karena Leypunsky mudah dan menarik untuk diajak bekerja sama: dia tidak hanya seorang pembimbing ilmiah yang hebat, tetapi juga orang yang luar biasa. Namun, hampir tidak mungkin untuk menolak pemindahan tersebut: pada saat yang sulit itu, penolakan mengancam dengan pengadilan dan kamp.

Kelompok yang dipindahkan dari Laboratorium “B” termasuk insinyur Leonid Petrovich Zinoviev. Dia, seperti anggota kelompok akselerator lainnya, di laboratorium Leypunsky adalah orang pertama yang mengerjakan pengembangan komponen individu yang diperlukan untuk model akselerator masa depan, khususnya sumber ion dan rangkaian pulsa tegangan tinggi untuk memberi daya pada injektor. Leypunsky segera menarik perhatian insinyur yang kompeten dan kreatif. Atas instruksinya, Zinoviev adalah orang pertama yang terlibat dalam pembuatan instalasi percontohan di mana seluruh proses percepatan proton dapat disimulasikan. Maka tidak ada yang bisa membayangkan bahwa, setelah menjadi salah satu pionir dalam mewujudkan gagasan sinkrofasotron, Zinoviev akan menjadi satu-satunya orang yang akan melalui semua tahapan penciptaan dan peningkatannya. Dan dia tidak hanya akan lulus, tapi juga memimpin mereka.

Hasil teoretis dan eksperimental yang diperoleh di Laboratorium “B” digunakan di Institut Fisika Lebedev saat merancang sinkrofasotron 10 GeV. Namun, meningkatkan energi akselerator ke nilai ini memerlukan modifikasi yang signifikan. Kesulitan dalam pembuatannya semakin diperparah oleh kenyataan bahwa pada saat itu belum ada pengalaman dalam pembangunan instalasi sebesar itu di seluruh dunia.

Di bawah bimbingan ahli teori M.S. Rabinovich dan A.A. Kolomensky di FIAN membuat pembenaran fisik untuk proyek teknis tersebut. Komponen utama synchrophasotron dikembangkan oleh Institut Radioteknik Moskow dari Akademi Ilmu Pengetahuan dan Institut Penelitian Leningrad di bawah kepemimpinan direktur mereka A.L. Mint dan E.G. Nyamuk.

Untuk mendapatkan pengalaman yang diperlukan, kami memutuskan untuk membangun model sinkrofasotron dengan energi 180 MeV. Itu terletak di wilayah Institut Fisika Lebedev di sebuah gedung khusus, yang karena alasan kerahasiaan disebut gudang No. 2. Pada awal tahun 1951, Wexler mempercayakan semua pekerjaan pada model tersebut, termasuk pemasangan peralatan, penyesuaian. dan peluncuran komprehensifnya, kepada Zinoviev.

Model Fianov sama sekali tidak kecil - magnetnya dengan diameter 4 meter berbobot 290 ton. Selanjutnya, Zinoviev mengenang bahwa ketika mereka merakit model sesuai dengan perhitungan pertama dan mencoba meluncurkannya, pada awalnya tidak ada yang berhasil. Banyak kesulitan teknis yang tidak terduga harus diatasi sebelum model ini diluncurkan. Ketika hal ini terjadi pada tahun 1953, Wexler berkata: “Itu dia! Sinkronisasi Ivankovsky akan berfungsi!” Kami berbicara tentang sinkrofasotron besar 10 GeV, yang sudah mulai dibangun pada tahun 1951 di wilayah Kalinin. Konstruksinya dilakukan oleh organisasi dengan kode nama TDS-533 (Direktorat Teknis Konstruksi 533).

Sesaat sebelum peluncuran model tersebut, sebuah pesan tiba-tiba muncul di majalah Amerika tentang desain baru sistem magnet akselerator, yang disebut pemfokusan keras. Itu dilakukan dalam bentuk sekumpulan bagian bolak-balik dengan gradien medan magnet yang berlawanan arah. Hal ini secara signifikan mengurangi amplitudo osilasi partikel yang dipercepat, yang pada gilirannya memungkinkan pengurangan penampang ruang vakum secara signifikan. Hasilnya, sejumlah besar besi yang digunakan untuk membuat magnet dapat dihemat. Misalnya, akselerator 30 GeV di Jenewa, berdasarkan fokus keras, memiliki energi tiga kali lipat dan keliling sinkrofasotron Dubna tiga kali lipat, serta magnetnya sepuluh kali lebih ringan.

Desain magnet pemfokusan keras diusulkan dan dikembangkan oleh ilmuwan Amerika Courant, Livingston dan Snyder pada tahun 1952. Beberapa tahun sebelum mereka, Christofilos mengemukakan ide yang sama, tetapi tidak mempublikasikannya.

Zinoviev segera mengapresiasi penemuan Amerika dan mengusulkan desain ulang sinkrofasotron Dubna. Namun hal ini harus mengorbankan waktu. Wexler kemudian berkata: “Tidak, setidaknya untuk satu hari, tapi kita harus berada di depan Amerika.” Mungkin, dalam kondisi Perang Dingin, dia benar - “seseorang tidak akan berganti kuda di tengah arus.” Dan mereka terus membangun akselerator besar sesuai dengan proyek yang dikembangkan sebelumnya. Pada tahun 1953, berdasarkan sinkrofasotron yang sedang dibangun, Laboratorium Elektrofisika Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet (EFLAN) didirikan. VI ditunjuk sebagai direkturnya. Wexler.

Pada tahun 1956, Polri dan EFLAN membentuk dasar dari Institut Gabungan Penelitian Nuklir (JINR) yang didirikan. Lokasinya kemudian dikenal sebagai kota Dubna. Pada saat itu, energi proton pada sinkrosiklotron adalah 680 MeV, dan pembangunan sinkrofasotron telah selesai. Sejak hari pertama pembentukan JINR, gambar bergaya bangunan synchrophasotron (oleh V.P. Bochkarev) menjadi simbol resminya.

Model ini membantu memecahkan sejumlah masalah pada akselerator 10 GeV, namun desain banyak node mengalami perubahan signifikan karena perbedaan ukuran yang besar. Diameter rata-rata elektromagnet synchrophasotron adalah 60 meter, dan beratnya 36 ribu ton (menurut parameternya, masih tetap ada di Guinness Book of Records). Berbagai macam masalah teknik baru yang kompleks muncul, yang berhasil dipecahkan oleh tim.

Akhirnya, semuanya sudah siap untuk peluncuran akselerator secara menyeluruh. Atas perintah Wexler, dipimpin oleh L.P. Zinoviev. Pekerjaan dimulai pada akhir Desember 1956, situasinya tegang, dan Vladimir Iosifovich tidak menyayangkan dirinya maupun karyawannya. Kami sering bermalam di dipan tepat di ruang kendali instalasi yang besar. Menurut memoar A.A. Kolomensky, Wexler menghabiskan sebagian besar energinya yang tidak ada habisnya pada saat itu untuk “memeras” bantuan dari organisasi eksternal dan menerapkan proposal yang masuk akal, yang sebagian besar datang dari Zinoviev. Wexler sangat menghargai intuisi eksperimentalnya, yang memainkan peran penting dalam peluncuran akselerator raksasa.

Untuk waktu yang sangat lama mereka tidak bisa mendapatkan mode betatron, yang tanpanya peluncuran tidak mungkin dilakukan. Dan Zinoviev-lah yang, pada saat genting, memahami apa yang perlu dilakukan untuk menghidupkan sinkrofasotron. Eksperimen yang telah dipersiapkan selama dua minggu ini akhirnya berhasil dan menyenangkan semua orang. Pada tanggal 15 Maret 1957, sinkrofasotron Dubna mulai bekerja, seperti yang dilaporkan surat kabar Pravda ke seluruh dunia pada tanggal 11 April 1957 (artikel oleh V.I. Veksler). Menariknya, berita ini muncul hanya ketika energi akselerator, yang secara bertahap ditingkatkan sejak hari peluncuran, melebihi energi 6,3 GeV dari synchrophasotron Amerika yang terkemuka di Berkeley. “Ada 8,3 miliar elektron volt!” - surat kabar itu melaporkan, mengumumkan bahwa akselerator rekor telah dibuat di Uni Soviet. Impian Wexler yang berharga telah menjadi kenyataan!

Pada tanggal 16 April, energi proton mencapai nilai desain 10 GeV, tetapi akselerator baru dioperasikan beberapa bulan kemudian, karena masih banyak masalah teknis yang belum terpecahkan. Namun hal utama sudah berlalu - synchrophasotron mulai bekerja.

Wexler melaporkan hal ini pada sesi kedua Dewan Akademik Institut Gabungan pada Mei 1957. Pada saat yang sama, direktur institut D.I. Blokhintsev mencatat, pertama, model synchrophasotron dibuat dalam waktu satu setengah tahun, sedangkan di Amerika membutuhkan waktu sekitar dua tahun. Kedua, synchrophasotron sendiri diluncurkan dalam tiga bulan, sesuai jadwal, meski pada awalnya tampak tidak realistis. Peluncuran synchrophasotron-lah yang membuat Dubna terkenal pertama di dunia.

Pada sesi ketiga dewan ilmiah institut, Anggota Koresponden dari Akademi Ilmu Pengetahuan V.P. Dzhelepov mencatat bahwa “Zinoviev dalam segala hal adalah jiwa dari startup dan menyumbangkan sejumlah besar energi dan upaya untuk masalah ini, yaitu upaya kreatif selama penyiapan mesin.” SEBUAH D.I. Blokhintsev menambahkan bahwa “Zinoviev sebenarnya menanggung beban berat dalam melakukan penyesuaian yang rumit.”

Ribuan orang terlibat dalam pembuatan synchrophasotron, tetapi Leonid Petrovich Zinoviev memainkan peran khusus dalam hal ini. Veksler menulis: “Keberhasilan peluncuran synchrophasotron dan kemungkinan memulai berbagai pekerjaan fisik sebagian besar terkait dengan partisipasi L.P. Zinoviev."

Zinoviev berencana kembali ke FIAN setelah peluncuran akselerator. Namun, Wexler memintanya untuk tetap tinggal, percaya bahwa dia tidak dapat mempercayakan pengelolaan synchrophasotron kepada orang lain. Zinoviev menyetujui dan mengawasi pekerjaan akselerator selama lebih dari tiga puluh tahun. Di bawah kepemimpinan dan partisipasi langsungnya, akselerator terus ditingkatkan. Zinoviev menyukai synchrophasotron dan dengan sangat halus merasakan nafas raksasa besi ini. Menurutnya, tidak ada satu pun bagian dari pedal gas tersebut, bahkan sedikit pun, yang tidak ia sentuh dan tidak ia ketahui tujuannya.

Pada bulan Oktober 1957, pada pertemuan panjang dewan ilmiah Institut Kurchatov, yang diketuai oleh Igor Vasilyevich sendiri, tujuh belas orang dari berbagai organisasi yang berpartisipasi dalam pembuatan synchrophasotron dinominasikan untuk Hadiah Lenin paling bergengsi di Uni Soviet pada saat itu. waktu. Namun sesuai ketentuan, jumlah pemenang tidak boleh melebihi dua belas orang. Pada bulan April 1959, hadiah tersebut diberikan kepada direktur Laboratorium Energi Tinggi JINR V.I. Veksler, kepala departemen laboratorium yang sama L.P. Zinoviev, Wakil Kepala Direktorat Utama Penggunaan Energi Atom di bawah Dewan Menteri Uni Soviet D.V. Efremov, direktur Institut Penelitian Leningrad E.G. Komar dan kolaboratornya N.A. Monoszon, A.M. Stolov, direktur Institut Teknik Radio Moskow dari Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet A.L. Mints, karyawan dari institut yang sama F.A. Vodopyanov, S.M. Rubchinsky, karyawan FIAN A.A. Kolomensky, V.A. Petukhov, M.S. Rabinovich. Veksler dan Zinoviev menjadi warga kehormatan Dubna.

Synchrophasotron tetap beroperasi selama empat puluh lima tahun. Selama ini, sejumlah penemuan dilakukan di sana. Pada tahun 1960, model synchrophasotron diubah menjadi akselerator elektron, yang masih beroperasi di Institut Fisika Lebedev.

sumber

Literatur:
Kolomensky A. A., Lebedev A. N. Teori akselerator siklik. - M., 1962.
Komar E. G. Akselerator partikel bermuatan. - M., 1964.
Livingood J. Prinsip pengoperasian akselerator siklik - M., 1963.
Oganesyan Yu Bagaimana siklotron diciptakan / Sains dan Kehidupan, 1980 No.4, hal. 73.
Hill R. Mengikuti jejak partikel - 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

Dan saya akan mengingatkan Anda tentang beberapa pengaturan lainnya: misalnya, dan seperti apa tampilannya. Ingat juga apa. Atau mungkin Anda tidak tahu? atau apa itu Artikel asli ada di website InfoGlaz.rf Tautan ke artikel tempat salinan ini dibuat -

Pada tahun 1957, Uni Soviet membuat terobosan ilmiah dan teknis di beberapa bidang: berhasil meluncurkan satelit Bumi buatan, dan beberapa bulan sebelum peristiwa ini, synchrophasotron mulai beroperasi di Dubna. Apa itu dan mengapa instalasi seperti itu diperlukan? Masalah ini tidak hanya mengkhawatirkan warga Uni Soviet saat itu, tetapi juga seluruh dunia. Tentu saja komunitas ilmiah memahami apa itu, tetapi warga biasa menjadi bingung ketika mendengar kata ini. Bahkan saat ini, kebanyakan orang belum memahami esensi dan prinsip synchrophasotron, meskipun mereka telah mendengar kata ini lebih dari satu kali. Mari kita cari tahu apa perangkat ini dan kegunaannya.

Untuk apa sinkrofasotron digunakan?

Instalasi ini dikembangkan untuk mempelajari mikrokosmos dan memahami struktur partikel elementer dan hukum interaksinya satu sama lain. Metode pengetahuannya sendiri sangat sederhana: pecahkan sebuah partikel dan lihat apa yang ada di dalamnya. Namun, bagaimana cara memecahkan proton? Untuk tujuan ini, synchrophasotron diciptakan, yang mempercepat partikel dan mengenai sasarannya. Yang terakhir mungkin tidak bergerak, tetapi dalam Large Hadron Collider modern (yang merupakan versi perbaikan dari synchrophasotron lama yang bagus) targetnya bergerak. Di sana, berkas proton bergerak menuju satu sama lain dengan kecepatan tinggi dan saling bertabrakan.

Instalasi ini diyakini akan memungkinkan terjadinya terobosan ilmiah, penemuan unsur-unsur baru dan metode produksi energi atom dari sumber murah yang lebih efisien daripada uranium yang diperkaya dan lebih aman serta tidak terlalu berbahaya bagi lingkungan.

Tujuan militer

Tentu saja, tujuan militer juga dikejar. Penciptaan energi atom untuk tujuan damai hanyalah sebuah alasan bagi mereka yang naif. Tak heran jika proyek synchrophasotron tergolong “Sangat Rahasia”, karena pembangunan akselerator ini dilakukan sebagai bagian dari proyek pembuatan bom atom baru. Dengan bantuannya, mereka ingin memperoleh teori gaya nuklir yang lebih baik, yang diperlukan untuk menghitung dan membuat bom. Benar, semuanya ternyata jauh lebih rumit, dan bahkan saat ini teori ini masih hilang.

Apa itu synchrophasotron dengan kata sederhana?

Ringkasnya, instalasi ini merupakan akselerator partikel elementer, khususnya proton. Synchrophasotron terdiri dari tabung melingkar non-magnetik dengan ruang hampa di dalamnya, serta elektromagnet yang kuat. Secara bergantian, magnet menyala, mengarahkan partikel bermuatan ke dalam tabung vakum. Ketika mereka mencapai kecepatan maksimum dengan bantuan akselerator, mereka dikirim ke sasaran khusus. Proton menabraknya, menghancurkan targetnya sendiri dan menghancurkan dirinya sendiri. Fragmen tersebut terbang ke berbagai arah dan meninggalkan bekas di ruang gelembung. Dengan menggunakan jejak-jejak ini, sekelompok ilmuwan menganalisis sifat mereka.

Hal ini pernah terjadi sebelumnya, namun instalasi modern (seperti Large Hadron Collider) menggunakan detektor yang lebih modern dibandingkan ruang gelembung, yang memberikan lebih banyak informasi tentang fragmen proton.

Pemasangannya sendiri cukup rumit dan berteknologi tinggi. Kita dapat mengatakan bahwa synchrophasotron adalah “kerabat jauh” dari Large Hadron Collider modern. Bahkan, bisa disebut analog dengan mikroskop. Kedua perangkat ini ditujukan untuk mempelajari dunia mikro, namun prinsip studinya berbeda.

Lebih lanjut tentang perangkat

Jadi, kita sudah mengetahui apa itu synchrophasotron, dan juga bahwa partikel di sini dipercepat hingga kecepatan yang sangat tinggi. Ternyata, untuk mengakselerasi proton hingga kecepatan yang sangat tinggi, diperlukan perbedaan potensial sebesar ratusan miliar volt. Sayangnya, umat manusia tidak mampu melakukan hal ini, sehingga muncullah ide untuk mempercepat partikel secara bertahap.

Dalam instalasi, partikel-partikel bergerak dalam lingkaran, dan pada setiap putaran mereka diberi energi, menerima percepatan. Dan meskipun pengisian ulang tersebut kecil, dalam jutaan putaran Anda dapat memperoleh energi yang diperlukan.

Pengoperasian synchrophasotron didasarkan pada prinsip ini. Partikel dasar yang dipercepat hingga nilai kecil diluncurkan ke dalam terowongan tempat magnet berada. Mereka menciptakan medan magnet yang tegak lurus terhadap cincin. Banyak orang secara keliru percaya bahwa magnet ini mempercepat partikel, padahal kenyataannya tidak demikian. Mereka hanya mengubah lintasannya, memaksanya bergerak melingkar, tetapi tidak mempercepatnya. Percepatan sendiri terjadi pada interval percepatan tertentu.

Akselerasi partikel

Periode percepatan seperti itu adalah kapasitor yang diberi tegangan pada frekuensi tinggi. Omong-omong, ini adalah dasar dari keseluruhan pengoperasian instalasi ini. Seberkas proton terbang ke kapasitor ini pada saat tegangan di dalamnya nol. Saat partikel terbang melalui kapasitor, tegangan mempunyai waktu untuk meningkat, yang mempercepat partikel. Pada lingkaran berikutnya, hal ini diulangi, karena frekuensi tegangan bolak-balik dipilih secara khusus sama dengan frekuensi sirkulasi partikel di sekitar cincin. Akibatnya, proton dipercepat secara serempak dan sefase. Oleh karena itu namanya - sinkrofasotron.

Omong-omong, metode akselerasi ini memiliki efek menguntungkan tertentu. Jika tiba-tiba seberkas proton terbang lebih cepat dari kecepatan yang dibutuhkan, maka ia terbang ke celah percepatan pada nilai tegangan negatif, itulah sebabnya ia sedikit melambat. Jika kecepatan geraknya lebih rendah, maka efeknya akan sebaliknya: partikel menerima percepatan dan mengejar kumpulan utama proton. Akibatnya, berkas partikel padat dan kompak bergerak dengan kecepatan yang sama.

Masalah

Idealnya, partikel harus dipercepat hingga kecepatan setinggi mungkin. Dan jika proton bergerak semakin cepat pada setiap lingkaran, mengapa proton tidak dapat dipercepat hingga kecepatan maksimumnya? Ada beberapa alasan.

Pertama, peningkatan energi berarti peningkatan massa partikel. Sayangnya, hukum relativistik tidak mengizinkan unsur apa pun untuk dipercepat melebihi kecepatan cahaya. Dalam sinkrofasotron, kecepatan proton hampir mencapai kecepatan cahaya, yang meningkatkan massanya secara signifikan. Akibatnya, mereka menjadi sulit untuk tetap berada dalam radius orbit melingkar. Telah diketahui sejak sekolah bahwa jari-jari gerak partikel dalam medan magnet berbanding terbalik dengan massa dan berbanding lurus dengan kuat medan. Dan karena massa partikel bertambah, jari-jarinya harus diperbesar dan medan magnetnya harus diperkuat. Kondisi ini menimbulkan keterbatasan dalam penerapan kondisi penelitian, karena teknologi masih terbatas hingga saat ini. Sejauh ini belum memungkinkan untuk membuat lapangan dengan induksi lebih tinggi dari beberapa tesla. Itu sebabnya mereka membuat terowongan yang sangat panjang, karena dengan radius yang besar, partikel berat dengan kecepatan yang sangat besar dapat tertahan dalam medan magnet.

Soal kedua adalah gerak dengan percepatan melingkar. Diketahui bahwa muatan yang bergerak dengan kecepatan tertentu mengeluarkan energi, yaitu kehilangan energi. Akibatnya, partikel terus-menerus kehilangan sejumlah energi selama percepatan, dan semakin tinggi kecepatannya, semakin banyak energi yang dikeluarkannya. Pada titik tertentu, terjadi keseimbangan antara energi yang diterima pada bagian percepatan dan hilangnya energi dalam jumlah yang sama per putaran.

Penelitian dilakukan di synchrophasotron

Sekarang kita memahami prinsip apa yang mendasari kerja synchrophasotron. Ini memungkinkan sejumlah penelitian dan penemuan dilakukan. Secara khusus, para ilmuwan mampu mempelajari sifat-sifat deuteron yang dipercepat, perilaku struktur kuantum inti, interaksi ion berat dengan target, dan juga mengembangkan teknologi untuk mendaur ulang uranium-238.

Penerapan hasil tes

Hasil yang diperoleh di bidang ini saat ini digunakan dalam pembangunan pesawat ruang angkasa, desain pembangkit listrik tenaga nuklir, serta dalam pengembangan peralatan khusus dan robotika. Dari semua ini dapat disimpulkan bahwa synchrophasotron adalah perangkat yang kontribusinya terhadap sains sulit ditaksir terlalu tinggi.

Kesimpulan

Selama 50 tahun, instalasi semacam itu telah memberikan manfaat bagi ilmu pengetahuan dan secara aktif digunakan oleh para ilmuwan di seluruh dunia. Synchrophasotron yang dibuat sebelumnya dan instalasi serupa (tidak hanya dibuat di Uni Soviet) hanyalah salah satu mata rantai dalam rantai evolusi. Saat ini, perangkat yang lebih canggih bermunculan - nuclotron, yang memiliki energi sangat besar.

Salah satu perangkat tercanggih adalah Large Hadron Collider. Berbeda dengan aksi sinkrofasotron, ia menumbuk dua berkas partikel dalam arah yang berlawanan, akibatnya energi yang dilepaskan dari tumbukan tersebut berkali-kali lebih tinggi daripada energi pada sinkrofasotron. Hal ini membuka peluang untuk studi partikel elementer yang lebih akurat.

Mungkin sekarang Anda harus memahami apa itu synchrophasotron dan mengapa diperlukan. Instalasi ini memungkinkan kami membuat sejumlah penemuan. Saat ini ia telah diubah menjadi akselerator elektron, dan saat ini bekerja di Institut Fisika Lebedev.

Teknologi di Uni Soviet berkembang pesat. Lihat saja peluncuran satelit Bumi buatan pertama yang disaksikan seluruh dunia. Hanya sedikit orang yang tahu bahwa pada tahun yang sama, 1957, synchrophasotron mulai bekerja di Uni Soviet (yaitu, tidak hanya selesai dan dioperasikan, tetapi juga diluncurkan). Kata ini berarti instalasi untuk mempercepat partikel elementer. Hampir semua orang saat ini pernah mendengar tentang Large Hadron Collider - ini adalah versi perangkat yang lebih baru dan lebih baik yang dijelaskan dalam artikel ini.

Apa ini - sinkrofasotron? Untuk apa?

Instalasi ini merupakan akselerator besar partikel elementer (proton), yang memungkinkan studi lebih mendalam tentang mikrokosmos, serta interaksi partikel-partikel yang sama satu sama lain. Cara mempelajarinya sangat sederhana: pecahkan proton menjadi bagian-bagian kecil dan lihat isinya. Kedengarannya sederhana, tetapi memecah proton adalah tugas yang sangat sulit, sehingga memerlukan konstruksi struktur sebesar itu. Di sini, melalui terowongan khusus, partikel dipercepat hingga kecepatan luar biasa dan kemudian dikirim ke sasaran. Ketika mereka menabraknya, mereka tersebar menjadi pecahan-pecahan kecil. “Rekan” terdekat dari synchrophasotron, Large Hadron Collider, beroperasi dengan prinsip yang kurang lebih sama, hanya saja di sana partikel-partikel tersebut berakselerasi ke arah yang berlawanan dan tidak mengenai target yang berdiri, tetapi saling bertabrakan.

Sekarang Anda sedikit mengerti bahwa ini adalah synchrophasotron. Instalasi tersebut diyakini akan memungkinkan terjadinya terobosan ilmiah di bidang penelitian dunia mikro. Pada gilirannya, hal ini akan memungkinkan ditemukannya unsur-unsur baru dan cara memperoleh sumber energi yang murah. Idealnya, mereka ingin menemukan unsur-unsur yang lebih unggul dalam efisiensi dan pada saat yang sama tidak terlalu berbahaya dan lebih mudah untuk didaur ulang.

Penggunaan militer

Perlu dicatat bahwa instalasi ini diciptakan untuk melakukan terobosan ilmu pengetahuan dan teknologi, namun tujuannya tidak hanya damai. Terobosan ilmu pengetahuan dan teknologi banyak dipengaruhi oleh perlombaan senjata militer. Sinkronisasi fasotron dibuat dengan judul "Sangat Rahasia", dan pengembangan serta konstruksinya dilakukan sebagai bagian dari pembuatan bom atom. Diasumsikan bahwa perangkat ini akan memungkinkan terciptanya teori gaya nuklir yang sempurna, tetapi ternyata tidak sesederhana itu. Bahkan saat ini teori ini belum ada, meskipun kemajuan teknologi telah membuat kemajuan besar.

dengan kata sederhana?

Jika kita meringkas dan berbicara dalam bahasa yang dapat dimengerti? Synchrophasotron adalah fasilitas di mana proton dapat dipercepat hingga kecepatan tinggi. Ini terdiri dari tabung melingkar dengan ruang hampa di dalamnya dan elektromagnet kuat yang mencegah proton bergerak secara acak. Ketika proton mencapai kecepatan maksimumnya, alirannya diarahkan menuju target khusus. Ketika menabraknya, proton berhamburan menjadi pecahan-pecahan kecil. Para ilmuwan dapat melihat jejak pecahan yang beterbangan di ruang gelembung khusus, dan dari jejak tersebut mereka menganalisis sifat partikel itu sendiri.

Ruang gelembung adalah perangkat yang agak ketinggalan jaman untuk menangkap jejak proton. Saat ini, instalasi semacam itu menggunakan radar yang lebih akurat, yang memberikan lebih banyak informasi tentang pergerakan fragmen proton.

Terlepas dari prinsip sinkrofasotron yang sederhana, instalasi ini sendiri berteknologi tinggi, dan pembuatannya hanya mungkin dilakukan dengan tingkat perkembangan teknis dan ilmiah yang memadai, yang tentu saja dimiliki oleh Uni Soviet. Sebagai analogi, mikroskop biasa adalah alat yang tujuannya sama dengan tujuan sinkrofasotron. Kedua perangkat memungkinkan Anda menjelajahi dunia mikro, hanya perangkat terakhir yang memungkinkan Anda “menggali lebih dalam” dan memiliki metode penelitian yang agak unik.

Detail

Pengoperasian perangkat dijelaskan di atas dengan kata-kata sederhana. Tentu saja prinsip pengoperasian synchrophasotron lebih kompleks. Faktanya adalah untuk mempercepat partikel ke kecepatan tinggi, perlu disediakan beda potensial ratusan miliar volt. Hal ini tidak mungkin terjadi bahkan pada tahap perkembangan teknologi saat ini, apalagi tahap sebelumnya.

Oleh karena itu, diputuskan untuk mempercepat partikel secara bertahap dan menggerakkannya membentuk lingkaran dalam waktu yang lama. Pada setiap putaran, proton diberi energi. Sebagai hasil dari melewati jutaan putaran, dimungkinkan untuk memperoleh kecepatan yang diperlukan, setelah itu dikirim ke sasaran.

Prinsip inilah yang digunakan dalam synchrophasotron. Pada awalnya, partikel-partikel tersebut bergerak melalui terowongan dengan kecepatan rendah. Di setiap putaran, mereka memasuki apa yang disebut interval akselerasi, di mana mereka menerima tambahan energi dan menambah kecepatan. Bagian percepatan ini adalah kapasitor, yang frekuensi tegangan bolak-baliknya sama dengan frekuensi proton yang melewati cincin. Artinya, partikel-partikel tersebut menabrak bagian percepatan dengan muatan negatif, pada saat ini tegangan meningkat tajam, yang memberi mereka kecepatan. Jika partikel bermuatan positif memasuki titik percepatan, maka pergerakannya melambat. Dan ini merupakan ciri positif, karena seluruh berkas proton bergerak dengan kecepatan yang sama.

Dan ini terulang jutaan kali, dan ketika partikel mencapai kecepatan yang dibutuhkan, mereka dikirim ke target khusus, tempat mereka jatuh. Setelah itu, sekelompok ilmuwan mempelajari hasil tumbukan partikel tersebut. Beginilah cara kerja sinkrofasotron.

Peran magnet

Diketahui bahwa elektromagnet yang kuat juga digunakan dalam mesin percepatan partikel yang sangat besar ini. Orang-orang secara keliru percaya bahwa mereka digunakan untuk mempercepat proton, padahal kenyataannya tidak demikian. Partikel dipercepat dengan bantuan kapasitor khusus (bagian percepatan), dan magnet hanya menahan proton pada lintasan yang ditentukan secara ketat. Tanpa mereka, pergerakan seberkas partikel elementer yang konsisten tidak mungkin terjadi. Dan tingginya daya elektromagnet dijelaskan oleh banyaknya massa proton dengan kecepatan tinggi.

Masalah apa yang dihadapi para ilmuwan?

Salah satu masalah utama dalam pembuatan instalasi ini justru adalah percepatan partikel. Tentu saja, mereka dapat berakselerasi di setiap putaran, tetapi seiring dengan akselerasinya, massanya menjadi lebih tinggi. Pada kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya (seperti yang kita ketahui, tidak ada yang bisa bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya), massanya menjadi sangat besar, sehingga sulit untuk mempertahankannya pada orbit melingkar. Kita mengetahui dari kurikulum sekolah bahwa jari-jari gerak unsur-unsur dalam medan magnet berbanding terbalik dengan massanya, oleh karena itu, seiring bertambahnya massa proton, kita harus menambah jari-jarinya dan menggunakan magnet yang besar dan kuat. Hukum fisika seperti itu sangat membatasi kemungkinan penelitian. Omong-omong, mereka juga bisa menjelaskan mengapa synchrophasotron menjadi begitu besar. Semakin besar terowongannya, semakin besar pula magnet yang dapat dipasang untuk menciptakan medan magnet yang kuat agar proton tetap bergerak ke arah yang diinginkan.

Masalah kedua adalah hilangnya energi saat bergerak. Partikel, ketika melewati lingkaran, memancarkan energi (kehilangannya). Akibatnya, ketika bergerak dengan kecepatan tinggi, sebagian energinya menguap, dan semakin tinggi kecepatannya, semakin besar pula kerugiannya. Cepat atau lambat, akan tiba saatnya ketika nilai energi yang dipancarkan dan diterima dibandingkan, sehingga percepatan partikel lebih lanjut menjadi tidak mungkin. Oleh karena itu, dibutuhkan kapasitas yang lebih besar.

Kita dapat mengatakan bahwa kita sekarang memahami dengan lebih akurat bahwa ini adalah sinkrofasotron. Tapi apa sebenarnya yang dicapai para ilmuwan selama pengujian?

Penelitian apa yang telah dilakukan?

Tentu saja, pekerjaan instalasi ini tidak luput dari perhatian. Meskipun diharapkan memberikan hasil yang lebih serius, beberapa penelitian terbukti sangat berguna. Secara khusus, para ilmuwan mempelajari sifat-sifat deuteron yang dipercepat, interaksi ion berat dengan target, dan mengembangkan teknologi yang lebih efektif untuk mendaur ulang uranium-238 bekas. Dan meskipun bagi kebanyakan orang, semua hasil ini tidak berarti apa-apa, dalam bidang ilmiah signifikansinya sulit untuk ditaksir terlalu tinggi.

Penerapan hasil

Hasil pengujian yang dilakukan di synchrophasotron masih digunakan sampai sekarang. Secara khusus, mereka digunakan dalam pembangunan pembangkit listrik yang menggunakan roket luar angkasa, robotika, dan peralatan kompleks. Tentu saja kontribusi terhadap kemajuan ilmu pengetahuan dan teknis proyek ini cukup besar. Beberapa hasil juga diterapkan dalam bidang militer. Dan meskipun para ilmuwan belum dapat menemukan unsur-unsur baru yang dapat digunakan untuk membuat bom atom baru, tidak ada yang tahu pasti apakah ini benar atau tidak. Ada kemungkinan bahwa beberapa hasil disembunyikan dari publik, karena patut dipertimbangkan bahwa proyek ini dilaksanakan dengan judul “Sangat Rahasia”.

Kesimpulan

Sekarang Anda memahami bahwa ini adalah synchrophasotron, dan apa perannya dalam kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi Uni Soviet. Bahkan saat ini, instalasi semacam itu digunakan secara aktif di banyak negara, tetapi sudah ada opsi yang lebih canggih - nuclotron. Large Hadron Collider mungkin merupakan implementasi terbaik dari ide synchrophasotron hingga saat ini. Penggunaan instalasi ini memungkinkan para ilmuwan untuk memahami dunia mikro secara lebih akurat dengan bertabrakan dengan dua berkas proton yang bergerak dengan kecepatan luar biasa.