싱크로파소트론이란 무엇입니까? 싱크로파소트론이란 무엇입니까? 작동 원리 및 얻은 결과 싱크로파소트론의 작동 원리는 무엇입니까
영국 국회의원들이 싱크로파소트론 건설에 10억 파운드의 정부 투자를 결정하는 데 단 15분밖에 걸리지 않았습니다. 그 후 그들은 국회 뷔페에서 한 시간 동안 커피를 마시는 비용에 대해 열띤 토론을 벌였습니다. 그래서 그들은 가격을 15% 인하하기로 결정했습니다.
작업의 복잡성이 전혀 비교할 수 없는 것처럼 보이며 논리적으로 모든 것이 정반대로 발생했어야 합니다. 과학 시간은 1시간, 커피 시간은 15분입니다. 하지만! 나중에 밝혀 졌 듯이, 존경받는 정치인의 대다수는 "싱크로파소트론"이 무엇인지 전혀 모르고 신속하게 가장 깊은 "for"를 제공했습니다.
친애하는 독자 여러분, 여러분과 함께 이 지식 격차를 메우고 일부 동지들의 과학적 근시안처럼 되지 않도록 합시다.
싱크로파소트론이란 무엇입니까?
싱크로페이소트론은 과학 연구를 위한 전자 설비로 기본 입자(중성자, 양성자, 전자 등)의 순환 가속기입니다. 무게가 36,000톤이 넘는 거대한 고리 모양을 하고 있습니다. 초강력 자석과 가속관은 미세한 입자에 엄청난 방향성 운동 에너지를 제공합니다. 14.5m 깊이의 페이소트론 공진기 깊이에서는 물리적 수준에서 정말 환상적인 변화가 일어납니다. 예를 들어 작은 양성자는 2천만 전자 볼트를 받고 중이온은 5백만 eV를 받습니다. 그리고 이것은 모든 가능성 중 아주 작은 부분에 불과합니다!
과학자들이 우주의 가장 은밀한 비밀을 배울 수 있었던 것은 순환 가속기의 독특한 특성 덕분입니다. 무시할 수 있는 입자의 구조와 입자 껍질 내부에서 발생하는 물리적, 화학적 과정을 연구하는 것입니다. 합성 반응을 눈으로 관찰하세요. 지금까지 알려지지 않은 미세한 물체의 성질을 발견합니다.
Phazotron은 과학 연구의 새로운 시대를 열었습니다. 현미경이 무력한 연구 영역은 혁신적인 공상 과학 작가조차도 매우 조심스럽게 이야기했습니다 (그들의 통찰력있는 창의적인 비행은 발견을 예측할 수 없었습니다!).
싱크로파소트론의 역사
처음에 가속기는 선형이었습니다. 즉, 순환 구조가 없었습니다. 그러나 곧 물리학자들은 그것들을 포기해야 했습니다. 에너지 수준에 대한 요구 사항이 증가하여 더 많은 것이 필요했습니다. 그러나 선형 설계는 이에 대처할 수 없었습니다. 이론적 계산에 따르면 이러한 값의 경우 길이가 엄청나게 길어야 합니다.
- 1929년 미국의 E. Lawrence는 이 문제를 해결하기 위해 노력하고 현대 페이소트론의 원형인 사이클로트론을 발명했습니다. 테스트는 잘 진행되고 있습니다. 10년 후인 1939년. 로렌스는 노벨상을 받습니다.
- 1938년 소련에서는 재능있는 물리학자인 V.I. Veksler가 가속기 생성 및 개선 문제에 적극적으로 참여하기 시작했습니다. 1944년 2월 그는 에너지 장벽을 극복하는 방법에 대한 혁신적인 아이디어를 내놓았습니다. Wexler는 자신의 방법을 "자동 페이징(autophasing)"이라고 부릅니다. 정확히 1년 후, 미국의 과학자인 E. Macmillan이 동일한 기술을 완전히 독자적으로 발견했습니다.
- 1949년 소련에서 V.I. Veksler와 S.I. 100억 전자 볼트의 전력을 가진 싱크로파소트론을 생성하는 대규모 과학 프로젝트인 Vavilov가 개발 중입니다. 8년 동안 우크라이나 두브노(Dubno)시에 있는 핵 연구소에서는 이론 물리학자, 설계자, 엔지니어 그룹이 열심히 설치 작업을 진행했습니다. 이것이 Dubna 싱크로페이소트론이라고도 불리는 이유입니다.
싱크로파소트론은 최초의 인공 지구 위성이 우주로 비행하기 6개월 전인 1957년 3월에 작동되기 시작했습니다.
싱크로파소트론에서는 어떤 연구가 진행되고 있나요?
Wechsler의 공진 순환 가속기는 기초 물리학의 여러 측면, 특히 아인슈타인의 상대성 이론에 대한 논쟁의 여지가 있고 거의 연구되지 않은 문제에서 뛰어난 발견의 은하계를 일으켰습니다.
- 상호작용 중 핵의 쿼크 구조 거동;
- 핵과 관련된 반응의 결과로 누적 입자가 형성됩니다.
- 가속된 중수소의 특성을 연구합니다.
- 중이온과 표적의 상호작용(마이크로회로의 저항 테스트);
- 우라늄-238의 재활용.
이 분야에서 얻은 결과는 우주선 건설, 원자력 발전소 설계, 극한 조건에서 작동하는 로봇 및 장비 개발에 성공적으로 사용됩니다. 그러나 가장 놀라운 점은 싱크로파소트론에서 수행된 일련의 연구가 과학자들을 우주 기원의 위대한 미스터리 해결에 더욱 가까이 다가가고 있다는 것입니다.
1957년 소련이 세계 최초의 인공 지구 위성을 발사했다는 사실은 전 세계가 알고 있습니다. 그러나 같은 해에 소련이 제네바에서 현대 대형 강입자 충돌기의 조상인 싱크로파소트론 시험을 시작했다는 사실을 아는 사람은 거의 없습니다. 이 기사에서는 싱크로파소트론이 무엇인지, 그리고 그것이 어떻게 작동하는지 논의할 것입니다.
싱크로파소트론이 무엇인지 묻는 질문에 대답하자면, 그것은 소우주 연구를 위해 고안된 첨단 과학 집약적 장치라고 말할 수 있습니다. 특히 싱크로파소트론의 아이디어는 다음과 같습니다. 전자석에 의해 생성된 강력한 자기장을 사용하여 기본 입자(양성자) 빔을 고속으로 가속한 다음 이 빔을 정지 대상으로 보내는 것이 필요했습니다. . 그러한 충돌로 인해 양성자는 여러 조각으로 "부서져야" 합니다. 목표물에서 멀지 않은 곳에 특수 탐지기인 버블 챔버가 있습니다. 이 검출기를 사용하면 양성자 부분이 남긴 흔적을 사용하여 그 성질과 특성을 연구할 수 있습니다.
소련 싱크로파소트론을 만드는 것이 왜 필요했나요? '일급 비밀'로 분류된 이 과학 실험에서 소련 과학자들은 농축 우라늄보다 더 저렴하고 효율적인 새로운 에너지원을 찾으려고 노력했습니다. 핵 상호 작용의 본질과 아원자 입자의 세계에 대한 더 깊은 연구라는 순전히 과학적인 목표도 추구되었습니다.
싱크로파소트론의 작동 원리
싱크로파소트론이 직면한 작업에 대한 위의 설명은 실제로 구현하기가 너무 어려워 보이지 않을 수 있지만 그렇지 않습니다. 싱크로파소트론이 무엇인지에 대한 질문의 단순성에도 불구하고 양성자를 필요한 엄청난 속도로 가속하려면 수천억 볼트의 전기 전압이 필요합니다. 그러한 긴장은 오늘날에도 조성될 수 없습니다. 따라서 시간이 지남에 따라 양성자로 펌핑된 에너지를 분배하기로 결정되었습니다.
싱크로파소트론의 작동 원리는 다음과 같습니다. 양성자 빔이 고리 모양의 터널을 통해 이동하기 시작합니다. 이 터널의 일부 위치에는 양성자 빔이 통과하는 순간 전압 서지를 생성하는 커패시터가 있습니다. . 따라서 각 회전마다 양성자의 약간의 가속이 발생합니다. 입자 빔이 싱크로파소트론 터널을 통해 수백만 회전을 한 후 양성자는 원하는 속도에 도달하고 목표를 향해 향하게 됩니다.
양성자의 가속 중에 사용되는 전자석은 안내 역할을 한다는 점, 즉 빔의 궤적을 결정했지만 가속에는 참여하지 않았다는 점은 주목할 가치가 있습니다.
과학자들이 실험을 수행할 때 직면한 문제
싱크로파소트론이 무엇인지, 왜 그 생성이 매우 복잡하고 지식 집약적인 과정인지 더 잘 이해하려면 작동 중에 발생하는 문제를 고려해야 합니다.
첫째, 아인슈타인의 유명한 법칙에 따르면 양성자 빔의 속도가 빠를수록 더 많은 질량을 갖기 시작합니다. 빛에 가까운 속도에서는 입자의 질량이 너무 커져서 원하는 궤도를 유지하려면 강력한 전자석이 필요합니다. 싱크로파소트론의 크기가 클수록 설치할 수 있는 자석의 크기도 커집니다.
둘째, 싱크로파소트론의 생성은 원형 가속 중 양성자 빔의 에너지 손실로 인해 복잡해졌으며 빔 속도가 높을수록 이러한 손실은 더 커집니다. 빔을 필요한 엄청난 속도로 가속하려면 엄청난 힘이 필요하다는 것이 밝혀졌습니다.
어떤 결과가 얻어졌나요?
의심할 바 없이, 소련 싱크로파소트론의 실험은 현대 기술 분야의 발전에 큰 공헌을 했습니다. 따라서 이러한 실험 덕분에 소련 과학자들은 우라늄-238을 사용하는 처리 과정을 개선할 수 있었고 서로 다른 원자의 가속 이온을 표적과 충돌시켜 흥미로운 데이터를 얻을 수 있었습니다.
싱크로파소트론의 실험 결과는 오늘날까지도 원자력 발전소, 우주 로켓 및 로봇 공학 건설에 사용되고 있습니다. 소련 과학 사상의 성과는 우리 시대의 가장 강력한 싱크로파소트론인 대형 강입자 충돌기의 건설에 사용되었습니다. 소련 가속기 자체는 러시아 연방의 과학에 봉사하며 FIAN 연구소(모스크바)에 위치하고 있으며 그곳에서 이온 가속기로 사용됩니다.
싱크로파소트론이란 무엇입니까? 작동 원리와 얻은 결과 - 현장 여행에 관한 모든 것
이것은 알기 어려운 친숙한 단어 "싱크로파소트론"입니다! 그것이 소련의 일반 사람들의 귀에 어떻게 들어갔는지 기억해 주시겠습니까? 어떤 영화나 유행가가 있었는데 그게 뭔지 정확히 기억해요! 아니면 단순히 발음할 수 없는 단어의 유사어였습니까?
이제 그것이 무엇인지, 어떻게 만들어졌는지 기억해 봅시다...
1957년 소련은 두 방향에서 동시에 혁명적인 과학적 돌파구를 마련했습니다. 10월에 최초의 인공 지구 위성이 발사되었고, 몇 달 전인 3월에는 마이크로 월드 연구를 위한 거대 시설인 전설적인 싱크로파소트론이 가동되기 시작했습니다. 두브나에서. 이 두 사건은 전 세계를 충격에 빠뜨렸고, '위성'과 '싱크로파소트론'이라는 단어는 우리 삶에 확고히 자리 잡았습니다.
싱크로파소트론은 하전입자가속기의 일종이다. 그 안에 있는 입자는 고속으로 가속되어 결과적으로 높은 에너지를 갖게 됩니다. 다른 원자 입자와의 충돌 결과를 바탕으로 물질의 구조와 특성을 판단합니다. 충돌 확률은 가속된 입자 빔의 강도, 즉 입자 수에 따라 결정되므로 강도는 에너지와 함께 가속기의 중요한 매개변수입니다.
가속기는 엄청난 크기에 도달하며 작가 Vladimir Kartsev가 이를 핵 시대의 피라미드라고 불렀으며, 이를 통해 후손이 우리 기술 수준을 판단할 것입니다.
가속기가 만들어지기 전에는 고에너지 입자의 유일한 원천은 우주선뿐이었습니다. 이들은 주로 우주에서 자유롭게 나오는 수 GeV 정도의 에너지를 가진 양성자와 대기와의 상호 작용으로 인해 발생하는 2차 입자입니다. 그러나 우주선의 흐름은 혼란스럽고 강도가 낮기 때문에 시간이 지남에 따라 실험실 연구를 위해 고에너지 및 고강도 입자의 제어된 빔을 갖춘 가속기라는 특수 장치가 만들어지기 시작했습니다.
모든 가속기의 작동은 잘 알려진 사실에 기초합니다. 즉, 하전 입자는 전기장에 의해 가속됩니다. 그러나 두 전극 사이에서 단 한 번만 가속시켜 매우 높은 에너지의 입자를 얻는 것은 불가능합니다. 이를 위해서는 막대한 전압을 가해야 하기 때문에 기술적으로 불가능합니다. 따라서 전극 사이를 반복적으로 통과시키면 고에너지 입자를 얻을 수 있다.
입자가 연속적으로 위치한 가속 간격을 통과하는 가속기를 선형 가속기라고 합니다. 가속기의 개발은 이것으로 시작되었지만 입자 에너지를 증가시켜야 한다는 요구 사항으로 인해 설치 길이가 거의 비현실적으로 길어졌습니다.
1929년 미국 과학자 E. 로렌스는 입자가 두 전극 사이의 동일한 간격을 반복적으로 통과하면서 나선형으로 움직이는 가속기 설계를 제안했습니다. 입자의 궤적은 궤도면에 수직으로 향하는 균일한 자기장에 의해 구부러지고 비틀어집니다. 가속기는 사이클로트론(cyclotron)이라고 불렸다. 1930~1931년에 로렌스와 그의 동료들은 캘리포니아 대학교(미국)에서 최초의 사이클로트론을 만들었습니다. 이 발명으로 그는 1939년에 노벨상을 받았습니다.
사이클로트론에서는 대형 전자석에 의해 균일한 자기장이 생성되고 두 개의 D자형 중공 전극(그래서 이름이 "dees") 사이에 전기장이 생성됩니다. 교류 전압이 전극에 가해지며 입자가 반바퀴 회전할 때마다 극성이 변경됩니다. 이로 인해 전기장은 항상 입자를 가속시킵니다. 에너지가 다른 입자의 회전 주기가 다르다면 이 아이디어는 실현될 수 없습니다. 그러나 다행스럽게도 에너지가 증가함에 따라 속도는 증가하지만 궤적의 직경은 동일한 비율로 증가하므로 회전 기간은 일정하게 유지됩니다. 가속을 위해 일정한 주파수의 전기장의 사용을 허용하는 것은 사이클로트론의 이러한 특성입니다.
곧 다른 연구실에서도 사이클로트론이 만들어지기 시작했습니다.
1950년대 싱크로페이소트론 건물
1938년 3월, 소련에 강력한 가속기 기지를 건설할 필요성이 정부 차원에서 발표되었습니다. Academician A.F.가 이끄는 Leningrad Institute of Physics and Technology(LPTI)의 연구원 그룹. Ioffe는 소련 V.M. 인민위원회 의장으로 변했습니다. 원자핵 구조 분야의 연구를 위한 기술 기반을 만들겠다고 제안한 편지와 함께 몰로토프. 원자핵의 구조에 관한 질문은 자연과학의 핵심 문제 중 하나가 되었고, 소련은 이를 해결하는 데 크게 뒤처졌습니다. 따라서 미국에 사이클로트론이 5개 이상 있었다면 소련에는 사이클로트론이 하나도 없었습니다(1937년에 출시된 과학 아카데미 라듐 연구소(RIAN)의 유일한 사이클로트론은 설계 결함으로 인해 실제로 작동하지 않았습니다). 화염병에 대한 호소에는 1939년 1월 1일까지 LPTI 사이클로트론 건설을 완료하기 위한 조건을 만들어 달라는 요청이 포함되어 있었습니다. 1937년에 시작된 창설 작업은 부서 간 불일치와 자금 지원 중단으로 인해 중단되었습니다.
실제로 편지가 작성될 당시 국가 정부에서는 원자물리학 분야 연구의 타당성에 대해 명백한 오해가 있었습니다. M.G. 의 회고록에 따르면. Meshcheryakov는 1938 년에 국가가 석탄 생산량과 철강 제련을 늘리려고 노력하는 동안 우라늄과 토륨에 대한 불필요한 연구에 참여한 라듐 연구소를 청산하는 문제도있었습니다.
화염병에게 보낸 편지는 이미 1938년 6월에 P.L.이 이끄는 소련 과학 아카데미의 위원회에 영향을 미쳤습니다. Kapitsa는 정부의 요청에 따라 가속된 입자의 유형에 따라 LFTI에 10~20MeV 사이클로트론을 구축하고 RIAN 사이클로트론을 개선해야 한다는 결론을 내렸습니다.
1938년 11월, S.I. Vavilov는 과학 아카데미 상임위원회에 항소하여 모스크바에 LPTI 사이클로트론을 건설하고 I.V.의 실험실을 LPTI에서 과학 아카데미 물리학 연구소(FIAN)로 이전할 것을 제안했습니다. 창작에 참여한 Kurchatova. Sergei Ivanovich는 원자핵 연구를 위한 중앙 실험실이 과학 아카데미가 위치한 곳, 즉 모스크바에 위치하기를 원했습니다. 그러나 그는 LPTI에서 지원을 받지 못했습니다. 논쟁은 1939년 말 A.F. Ioffe는 한 번에 세 개의 사이클로트론을 만들 것을 제안했습니다. 1940년 7월 30일 소련 과학 아카데미 상임위원회 회의에서 RIAN에 올해 기존 사이클로트론을 개조하도록 지시하고 FIAN은 10월 15일까지 새로운 강력한 사이클로트론 건설에 필요한 재료를 준비하도록 지시하기로 결정되었습니다. , LFTI는 1941년 1분기에 사이클로트론 건설을 완료했습니다.
이 결정과 관련하여 FIAN은 Vladimir Iosifovich Veksler, Sergei Nikolaevich Vernov, Pavel Alekseevich Cherenkov, Leonid Vasilyevich Groshev 및 Evgeniy Lvovich Feinberg를 포함하는 소위 사이클로트론 팀을 만들었습니다. 1940년 9월 26일, 물리 및 수리 과학부(OPMS)는 V.I. 사이클로트론의 설계 사양에 대해 Wexler는 주요 특성과 구성 견적을 승인했습니다. 사이클로트론은 중수소를 50MeV의 에너지로 가속하도록 설계되었습니다. FIAN은 1941년에 건설을 시작하여 1943년에 착수할 계획이었습니다. 전쟁으로 인해 계획이 중단되었습니다.
원자폭탄을 만들어야 하는 긴급한 필요성 때문에 소련은 미시세계 연구에 힘을 쏟았습니다. 두 개의 사이클로트론이 모스크바의 제2연구소에서 차례로 건설되었습니다(1944, 1946). 레닌그라드에서는 봉쇄가 해제된 후 RIAN과 LPTI의 사이클로트론이 복원되었습니다(1946).
FIAN 사이클로트론 프로젝트는 전쟁 전에 승인되었지만 가속된 양성자의 에너지가 20MeV를 초과할 수 없었기 때문에 로렌스의 설계가 소진되었다는 것이 분명해졌습니다. 아인슈타인의 상대성 이론에 따라 빛의 속도에 상응하는 속도로 입자의 질량을 증가시키는 효과가 느껴지기 시작하는 것은 바로 이 에너지입니다.
질량의 증가로 인해 가속 간격을 통한 입자의 통과와 전기장의 해당 위상 사이의 공명이 중단되어 제동이 수반됩니다.
사이클로트론은 무거운 입자(양성자, 이온)만 가속하도록 설계되었습니다. 이는 정지 질량이 너무 작기 때문에 이미 1-3 MeV의 에너지를 갖는 전자가 빛의 속도에 가까운 속도에 도달하여 그 결과 질량이 눈에 띄게 증가하고 입자가 빠르게 공명을 벗어나기 때문입니다. .
최초의 순환 전자 가속기는 Wideroe의 아이디어를 기반으로 1940년 Kerst가 제작한 베타트론이었습니다. 베타트론은 폐회로를 통과하는 자속이 변할 때 이 회로에 기전력이 나타난다는 패러데이의 법칙을 기반으로 합니다. 베타트론에서 폐루프는 점진적으로 증가하는 자기장 내에서 일정한 반경의 진공 챔버에서 원형 궤도로 움직이는 입자의 흐름입니다. 궤도 내부의 자속이 증가하면 기전력이 발생하고 접선 성분이 전자를 가속시킵니다. 사이클로트론과 마찬가지로 베타트론에서도 매우 높은 에너지 입자를 생성하는 데에는 한계가 있습니다. 이는 전기 역학의 법칙에 따라 원형 궤도에서 움직이는 전자가 전자기파를 방출하여 상대론적 속도로 많은 에너지를 운반한다는 사실 때문입니다. 이러한 손실을 보상하기 위해서는 자심의 크기를 대폭 늘릴 필요가 있는데, 이는 현실적으로 한계가 있다.
따라서 1940년대 초에는 양성자와 전자 모두에서 더 높은 에너지를 얻을 수 있는 가능성이 고갈되었습니다. 미시세계에 대한 추가적인 연구를 위해서는 가속된 입자의 에너지를 증가시킬 필요가 있었기 때문에 새로운 가속방법을 찾는 작업이 시급해졌다.
1944년 2월 V.I. 웩슬러는 사이클로트론과 베타트론의 에너지 장벽을 극복하는 방법에 대한 혁신적인 아이디어를 제시했습니다. 그것은 너무 단순해서 그들이 왜 더 일찍 거기에 오지 않았는지 이상하게 보였습니다. 아이디어는 공진 가속 중에 입자의 회전 주파수와 가속 필드가 지속적으로 일치해야 한다는 것, 즉 동기식이어야 한다는 것입니다. 사이클로트론에서 무거운 상대론적 입자를 가속할 때 동기화를 위해 특정 법칙에 따라 가속 전기장의 주파수를 변경하는 것이 제안되었습니다(나중에 이러한 가속기를 싱크로사이클로트론이라고 함).
상대론적 전자를 가속화하기 위해 나중에 싱크로트론이라고 불리는 가속기가 제안되었습니다. 그 안에서 가속은 일정한 주파수의 교류 전기장에 의해 수행되고, 입자를 일정한 반경의 궤도에 유지하는 특정 법칙에 따라 변하는 자기장에 의해 동시성이 보장됩니다.
실제적인 목적을 위해서는 제안된 가속 프로세스가 안정적인지, 즉 공명에서 약간의 편차가 있어도 입자의 위상 조정이 자동으로 발생하는지 이론적으로 검증해야 했습니다. 사이클로트론 팀의 이론물리학자 E.L. Feinberg는 Wexler의 관심을 이것으로 이끌었고 그 자신도 프로세스의 안정성을 엄격하게 수학적으로 증명했습니다. 이것이 Wexler의 아이디어가 "자동 위상 원리"라고 불리는 이유입니다.
결과 솔루션을 논의하기 위해 FIAN은 세미나를 열었고 Wexler는 소개 보고서를, Feinberg는 지속 가능성에 대한 보고서를 제공했습니다. 작업이 승인되었고 같은 1944년에 "소련 과학 아카데미 보고서" 저널에 새로운 가속 방법을 논의하는 두 개의 기사가 게재되었습니다(첫 번째 기사는 나중에 마이크로트론이라고 불리는 다중 주파수 기반 가속기를 다루었습니다). 저자는 Wexler로만 기재되어 있었고 Feinberg의 이름은 전혀 언급되지 않았습니다. 곧, 자동 위상 원리 발견에서 Feinberg의 역할은 완전히 망각되도록 맡겨졌습니다.
1년 후, 미국 물리학자 E. MacMillan이 자동 위상화의 원리를 독립적으로 발견했지만 Wexler가 우선권을 유지했습니다.
새로운 원리에 기반한 가속기에서는 "지렛대 규칙"이 명확하게 나타났습니다. 에너지 증가는 가속 입자 빔의 강도 손실을 수반하며 이는 가속의 주기적 특성과 관련됩니다. , 사이클로트론과 베타트론의 부드러운 가속과는 대조적입니다. 이 불쾌한 점은 1945년 2월 20일 물리 및 수리 과학부 세션에서 즉시 지적되었지만 동시에 모든 사람들은 이 상황이 어떤 경우에도 프로젝트 실행을 방해해서는 안 된다는 결론에 만장일치로 도달했습니다. 그건 그렇고, 강도를위한 투쟁은 이후 "가속기"를 끊임없이 짜증나게했습니다.
같은 세션에서 소련 과학 아카데미 S.I. Vavilov는 Wexler가 제안한 두 가지 유형의 가속기를 즉시 구축하기로 결정했습니다. 1946년 2월 19일, 소련 인민위원회 산하 특별위원회는 관련 위원회에 용량, 생산 시간 및 건설 장소를 나타내는 프로젝트를 개발하도록 지시했습니다. (사이클로트론의 생성은 FIAN에서 포기되었습니다.)
그 결과, 1946년 8월 13일 소련 장관 협의회 의장 I.V. 스탈린과 소련 장관 협의회 업무 관리자 Ya.E. Chadaev는 중양자 에너지가 250MeV인 싱크로사이클로트론과 에너지가 1GeV인 싱크로트론을 생성합니다. 가속기의 에너지는 주로 미국과 소련 간의 정치적 대결에 의해 결정되었습니다. 미국에서는 이미 중수소 에너지가 약 190MeV인 싱크로사이클로트론을 만들었으며 에너지가 250~300MeV인 싱크로트론을 만들기 시작했습니다. 국내 가속기는 에너지 측면에서 미국 가속기를 능가해야했습니다.
싱크로사이클로트론은 새로운 원소의 발견, 즉 우라늄보다 저렴한 자원에서 원자 에너지를 생산하는 새로운 방법에 대한 희망과 관련이 있었습니다. 싱크로트론의 도움으로 그들은 당시 소련 물리학자들이 가정했듯이 핵분열을 일으킬 수 있는 중간자를 인위적으로 생성하려고 했습니다.
두 결의안 모두 원자폭탄 제조 프로젝트의 일환으로 가속기 건설이 진행되었기 때문에 "일급비밀(특수 폴더)"라는 스탬프가 찍혀 발행되었습니다. 그들의 도움으로 그들은 당시 대규모 근사 모델 세트를 사용하여 수행되었던 폭탄 계산에 필요한 정확한 핵력 이론을 얻기를 희망했습니다. 사실, 모든 것이 처음에 생각했던 것만큼 간단하지 않은 것으로 밝혀졌으며 오늘날까지 그러한 이론이 만들어지지 않았다는 점에 유의해야 합니다.
결의안은 가속기 건설 현장을 결정했습니다. 싱크로트론 - 모스크바, Kaluzhskoe 고속도로(현재 Leninsky Prospekt), Lebedev Physical Institute 영토; 싱크로사이클로트론 - 모스크바에서 북쪽으로 125km 떨어진 Ivankovskaya 수력 발전소 지역 (당시 Kalinin 지역). 처음에는 두 액셀러레이터의 생성을 FIAN에 맡겼습니다. V.I.가 싱크로트론 작업 책임자로 임명되었습니다. Veksler 및 싱크로사이클로트론용 - D.V. Skobeltsyn.
왼쪽에는 기술 과학 박사 L.P. 교수가 있습니다. Zinoviev (1912-1998), 오른쪽 - 소련 과학 아카데미 V.I. 싱크로파소트론을 만드는 동안의 웩슬러(1907-1966)
6개월 후, 원자력 프로젝트 I.V. Fianov 싱크로사이클로트론에 대한 작업 진행에 불만족한 Kurchatov는 이 주제를 그의 실험실 2번으로 옮겼습니다. 그는 M.G.를 주제의 새로운 리더로 임명했습니다. Meshcheryakov는 Leningrad Radium Institute에서 일을 그만 두었습니다. Meshcheryakov의 지도 아래 2번 연구실에서는 싱크로사이클로트론 모델을 만들었으며, 이는 이미 자동 위상 원리의 정확성을 실험적으로 확인했습니다. 1947년 칼리닌 지역에서 가속기 건설이 시작되었습니다.
1949년 12월 14일 M.G. Meshcheryakov 싱크로사이클로트론은 예정대로 성공적으로 발사되었으며 소련에서 이러한 유형의 최초의 가속기가 되었습니다. 이는 1946년 미국 버클리에서 만들어진 유사한 가속기의 에너지를 초과했습니다. 1953년까지 기록으로 남았습니다.
처음에는 싱크로사이클로트론을 기반으로 한 이 연구소는 비밀 유지를 위해 소련 과학 아카데미(GTL)의 수력기술 연구소로 불렸으며 제2 연구소의 분과였습니다. 1953년에 이 연구소는 독립적인 핵 문제 연구소로 전환되었습니다. M.G.가 이끄는 소련 과학 아카데미(INP)의 회원입니다. Meshcheryakov.
우크라이나 과학 아카데미 A.I. 레이푼스키(Leypunsky, 1907-1972)는 자동 위상 원리에 기초하여 나중에 싱크로페이소트론(Synchrophasotron)이라고 불리는 가속기의 설계를 제안했습니다(사진: "Science and Life")
여러 가지 이유로 싱크로트론 생성이 불가능했습니다. 첫째, 예상치 못한 어려움으로 인해 더 낮은 에너지인 30MeV와 250MeV에서 두 개의 싱크로트론을 구축해야 했습니다. 그들은 Lebedev Physical Institute의 영토에 위치하고 모스크바 외부에 1 GeV 싱크로트론을 구축하기로 결정했습니다. 1948년 6월, 그는 Kalinin 지역에서 이미 건설 중인 싱크로사이클로트론에서 수 킬로미터 떨어진 장소를 할당받았지만 우크라이나 과학 아카데미 Alexander Ilyich Leypunsky의 학자가 제안한 가속기를 선호했기 때문에 그곳에도 건설되지 않았습니다. 그것은 다음과 같이 일어났습니다.
1946년에 A.I. 레이푼스키는 자동위상 원리를 바탕으로 싱크로트론과 싱크로사이클로트론의 기능을 결합한 가속기를 만들 수 있다는 아이디어를 제시했습니다. 이후 Wexler는 이러한 유형의 가속기를 싱크로페이소트론(Synchrophasotron)이라고 불렀습니다. 싱크로사이클로트론이 처음에 페이소트론이라고 불렸고 싱크로트론과 결합하여 싱크로페이소트론이 얻어졌다는 점을 고려하면 이름이 분명해집니다. 그 안에서 제어 자기장의 변화로 인해 입자는 싱크로트론처럼 링 모양으로 움직이고 가속도는 싱크로사이클로트론에서처럼 시간에 따라 주파수가 변하는 고주파 전기장을 생성합니다. 이를 통해 싱크로사이클로트론에 비해 가속된 양성자의 에너지를 크게 증가시킬 수 있었습니다. 싱크로파소트론에서 양성자는 선형 가속기(인젝터)에서 사전 가속됩니다. 메인 챔버에 유입된 입자는 자기장의 영향으로 내부에서 순환하기 시작합니다. 이 모드를 베타트론이라고 합니다. 그런 다음 정반대의 두 직선 간격에 배치된 전극에 고주파 가속 전압이 켜집니다.
자동 위상 원리에 기반한 세 가지 유형의 가속기 중에서 싱크로파소트론은 기술적으로 가장 복잡하며 많은 사람들이 그 생성 가능성을 의심했습니다. 그러나 Leypunsky는 모든 것이 잘 될 것이라고 확신하면서 대담하게 자신의 아이디어를 구현하기 시작했습니다.
1947년, 오브닌스코예 역(현재 오브닌스크 시) 근처의 실험실 "B"에서 그의 지휘 하에 있는 특별 가속기 그룹이 가속기 개발을 시작했습니다. 싱크로파소트론의 첫 번째 이론가는 Yu.A.였습니다. 크루트코프, O.D. Kazachkovsky와 L.L. Sabsovich. 1948년 2월 가속기에 관한 비공개 회의가 열렸는데, 여기에는 장관들 외에 A.L. 당시 이미 잘 알려진 무선 엔지니어링 전문가이자 Leningrad Elektrosila 및 변압기 공장의 수석 엔지니어였던 Mints. 그들은 모두 레이푼스키가 제안한 가속기를 만들 수 있다고 말했습니다. 첫 번째 이론적 결과를 장려하고 주요 공장의 엔지니어들의 지원을 통해 양성자 에너지가 1.3~1.5 GeV인 대형 가속기를 위한 특정 기술 프로젝트 작업을 시작하고 레이푼스키 아이디어의 정확성을 확인하는 실험 작업을 시작할 수 있었습니다. 1948년 12월 가속기의 기술적 설계가 준비되었고, 1949년 3월까지 레이푼스키는 10 GeV 싱크로파소트론의 예비 설계를 제시할 예정이었습니다.
그리고 갑자기 1949년 작업 중에 정부는 싱크로파소트론에 대한 작업을 레베데프 물리 연구소로 이전하기로 결정했습니다. 무엇을 위해? 왜? 결국 FIAN은 이미 1 GeV 싱크로트론을 만들고 있습니다! 예, 문제는 1.5 GeV 싱크로트론과 1 GeV 싱크로트론 두 프로젝트 모두 비용이 너무 많이 들고 타당성에 대한 의문이 제기되었다는 것입니다. 그것은 국내 최고의 물리학자들이 모인 FIAN의 특별 회의 중 하나에서 마침내 해결되었습니다. 그들은 전자 가속에 대한 관심이 부족하기 때문에 1 GeV 싱크로트론을 구축하는 것이 불필요하다고 생각했습니다. 이 입장의 주요 상대는 M.A였습니다. 마르코프. 그의 주요 주장은 이미 잘 연구된 전자기 상호 작용을 사용하여 양성자와 핵력을 모두 연구하는 것이 훨씬 더 효과적이라는 것입니다. 그러나 그는 자신의 관점을 옹호하지 못했고 긍정적인 결정은 레이푼스키의 프로젝트에 유리한 것으로 드러났습니다.
이것은 Dubna에서 10 GeV 싱크로파소트론의 모습입니다.
가장 큰 가속기를 만들겠다는 웩슬러의 소중한 꿈은 무너지고 있었습니다. 현재 상황을 참고 싶지 않은 그는 S.I. 바빌로바(Vavilova)와 D.V. Skobeltsyna는 1.5 GeV 싱크로파소트론 건설을 포기하고 이전에 A.I에 맡겨졌던 10 GeV 가속기 설계를 시작할 것을 제안했습니다. 레이펀스키. 정부는 1948년 4월 캘리포니아 대학의 6-7 GeV 싱크로파소트론 프로젝트에 대해 알려졌고 적어도 한동안은 미국보다 앞서기를 원했기 때문에 이 제안을 받아들였습니다.
1949년 5월 2일, 소련 장관 협의회는 이전에 싱크로트론에 할당된 영토에 7-10 GeV의 에너지를 가진 싱크로파소트론을 생성하라는 법령을 발표했습니다. 주제는 Lebedev Physical Institute로 이전되었고 V.I.가 과학 및 기술 책임자로 임명되었습니다. Wexler, Leypunsky는 꽤 잘하고 있었지만.
이는 첫째, Wexler가 자동 위상 원리의 저자로 간주되었으며 동시대 사람들의 회상에 따르면 L.P.가 그에게 매우 호의적이라는 사실로 설명할 수 있습니다. 베리아. 둘째, S.I. Vavilov는 당시 FIAN의 이사일 뿐만 아니라 소련 과학 아카데미의 회장이기도 했습니다. Leypunsky는 Wexler의 대리인이 되겠다는 제안을 받았지만 그는 거부하고 향후 싱크로파소트론 생성에 참여하지 않았습니다. Leypunsky O.D. Kazachkovsky는 "곰 두 마리가 한 굴에 어울리지 않을 것이 분명했습니다." 이후 A.I. 레이푼스키와 O.D. Kazachkovsky는 원자로 분야의 선도적인 전문가가 되었으며 1960년에는 레닌상을 수상했습니다.
결의안에는 가속기 개발에 참여한 Lebedev Physical Institute of Laboratory "B" 직원으로의 근무 이전과 해당 장비 이전에 관한 조항이 포함되어 있습니다. 그리고 전달할 내용이 있었습니다. 실험실 "B"의 가속기에 대한 작업은 그 당시 모델 단계와 주요 결정의 정당화 단계로 옮겨졌습니다.
Leypunsky는 함께 일하기 쉽고 흥미로웠기 때문에 모든 사람이 FIAN으로의 이적에 열광하지는 않았습니다. 그는 훌륭한 과학 감독자일 뿐만 아니라 훌륭한 사람이기도 했습니다. 그러나 양도를 거부하는 것은 거의 불가능했습니다. 그 가혹한시기에 거부는 재판과 수용소로 위협 받았습니다.
실험실 "B"에서 이전된 그룹에는 엔지니어 Leonid Petrovich Zinoviev가 포함되었습니다. 가속기 그룹의 다른 구성원과 마찬가지로 그는 Leypunsky 연구실에서 처음으로 미래 가속기 모델에 필요한 개별 구성 요소, 특히 인젝터에 전원을 공급하기 위한 이온 소스 및 고전압 펄스 회로를 개발하는 작업을 진행했습니다. Leypunsky는 유능하고 창의적인 엔지니어에게 즉시 관심을 끌었습니다. 그의 지시에 따라 Zinoviev는 양성자 가속의 전체 과정을 시뮬레이션할 수 있는 파일럿 설치 제작에 처음으로 참여했습니다. 그렇다면 싱크로파소트론의 아이디어를 실현하는 선구자 중 한 사람이 된 Zinoviev가 그 창조와 개선의 모든 단계를 거치는 유일한 사람이 될 것이라고 아무도 상상할 수 없었습니다. 그리고 그분은 그냥 지나가시는 것이 아니라 그들을 인도하실 것입니다.
실험실 "B"에서 얻은 이론 및 실험 결과는 Lebedev Physical Institute에서 10 GeV 싱크로파소트론을 설계할 때 사용되었습니다. 그러나 가속기 에너지를 이 값으로 높이려면 상당한 수정이 필요했습니다. 당시 전 세계적으로 이러한 대규모 시설을 건설한 경험이 없었기 때문에 창작의 어려움은 더욱 악화되었습니다.
이론가 M.S. Rabinovich와 A.A. FIAN의 Kolomensky는 기술 프로젝트를 물리적으로 입증했습니다. 싱크로파소트론의 주요 구성 요소는 과학 아카데미의 모스크바 무선 기술 연구소와 A.L. 이사의 지도력 하에 레닌그라드 연구소에서 개발되었습니다. 민트와 E.G. 모기.
필요한 경험을 얻기 위해 우리는 180MeV의 에너지를 가진 싱크로파소트론 모델을 구축하기로 결정했습니다. 그것은 비밀 유지상의 이유로 창고 2 번이라고 불리는 특수 건물의 Lebedev Physical Institute 영토에 위치하고 있습니다. 1951 년 초 Wexler는 장비 설치, 조정을 포함하여 모델에 대한 모든 작업을 맡겼습니다. 그리고 Zinoviev에 대한 포괄적인 출시입니다.
Fianov 모델은 결코 작지 않았습니다. 직경 4m의 자석 무게는 290톤이었습니다. 그 후 Zinoviev는 첫 번째 계산에 따라 모델을 조립하고 출시하려고 시도했지만 처음에는 아무것도 작동하지 않았다고 회상했습니다. 모델이 출시되기 전에는 예상치 못한 많은 기술적 어려움을 극복해야 했습니다. 1953년에 이런 일이 일어났을 때 웩슬러는 이렇게 말했습니다. “그렇습니다! Ivankovsky 싱크로파소트론이 작동할 거예요!” 우리는 Kalinin 지역에서 이미 1951년에 건설을 시작한 대형 10 GeV 싱크로파소트론에 대해 이야기하고 있었습니다. 건설은 코드명 TDS-533(건설 기술국 533)이라는 조직에 의해 수행되었습니다.
모델 출시 직전에 미국 잡지에 하드 포커싱이라고 불리는 가속기 자기 시스템의 새로운 디자인에 대한 메시지가 예기치 않게 나타났습니다. 이는 반대 방향의 자기장 구배를 갖는 일련의 교번 섹션 형태로 수행됩니다. 이는 가속된 입자의 진동 진폭을 크게 줄여 진공 챔버의 단면적을 크게 줄이는 것을 가능하게 합니다. 결과적으로 자석을 만드는 데 사용되는 철의 양이 많이 절약됩니다. 예를 들어, 하드 포커싱을 기반으로 하는 제네바의 30 GeV 가속기는 Dubna 싱크로파소트론에 비해 에너지는 3배, 둘레는 3배 더 크고 자석은 10배 더 가볍습니다.
하드 포커싱 자석의 설계는 1952년 미국 과학자 Courant, Livingston 및 Snyder에 의해 제안 및 개발되었습니다. 그들보다 몇 년 전에 Christofilos는 같은 아이디어를 내놓았지만 출판하지는 않았습니다.
Zinoviev는 즉시 미국인의 발견을 높이 평가하고 Dubna 싱크로파소트론을 재설계할 것을 제안했습니다. 하지만 이렇게 하려면 시간을 희생해야 합니다. Wexler는 "아니요, 적어도 하루 동안은 말이죠. 하지만 우리는 미국인보다 앞서야 합니다."라고 말했습니다. 아마도 냉전 시대에 그는 "중류에서 말을 바꾸지 않는다"는 말이 옳았을 것입니다. 그리고 그들은 이전에 개발된 프로젝트에 따라 계속해서 대형 가속기를 구축했습니다. 1953년에 건설 중인 싱크로파소트론을 기반으로 소련 과학 아카데미(EFLAN)의 전기물리학 연구소가 설립되었습니다. V.I.가 이사로 임명되었습니다. 웩슬러.
1956년에 INP와 EFLAN은 공동 핵 연구 연구소(JINR) 설립의 기초를 형성했습니다. 그 위치는 Dubna 시로 알려졌습니다. 그때까지 싱크로사이클로트론의 양성자 에너지는 680MeV였으며, 싱크로페이소트론의 건설이 완료되었습니다. JINR이 설립된 첫날부터 싱크로파소트론 건물의 양식화된 그림(V.P. Bochkarev 제작)이 공식 상징이 되었습니다.
이 모델은 10 GeV 가속기의 여러 문제를 해결하는 데 도움이 되었지만 크기의 큰 차이로 인해 많은 노드의 설계가 크게 변경되었습니다. 싱크로파소트론 전자석의 평균 직경은 60m, 무게는 36,000톤이었습니다(매개변수에 따르면 여전히 기네스북에 남아 있습니다). 다양한 범위의 새로운 복잡한 엔지니어링 문제가 발생했고 팀은 이를 성공적으로 해결했습니다.
드디어 액셀러레이터의 종합 출시를 위한 모든 준비가 완료되었습니다. Wexler의 명령에 따라 L.P. 지노비에프. 작업은 1956년 12월 말에 시작되었고 상황은 긴장되었고 Vladimir Iosifovich는 자신이나 직원을 아끼지 않았습니다. 우리는 시설의 거대한 제어실에 있는 유아용 침대에서 하룻밤을 보내는 경우가 많았습니다. A.A. 의 회고록에 따르면. Kolomensky, Wexler는 당시 외부 조직의 도움을 "강탈"하고 주로 Zinoviev에서 나온 합리적인 제안을 구현하는 데 대부분의 지칠 줄 모르는 에너지를 소비했습니다. 웩슬러는 거대 가속기의 발사에 결정적인 역할을 한 그의 실험적 직관을 높이 평가했습니다.
아주 오랫동안 그들은 베타트론 모드를 얻을 수 없었습니다. 이 모드가 없으면 출시가 불가능했습니다. 그리고 결정적인 순간에 싱크로파소트론에 생명을 불어넣기 위해 무엇을 해야 하는지 이해한 사람은 지노비예프였습니다. 2주 동안 준비한 실험은 마침내 성공하여 모두가 기뻐했습니다. 1957년 3월 15일, Dubna 싱크로파소트론이 작동하기 시작했습니다. Pravda 신문은 1957년 4월 11일 전 세계에 보도했습니다(V.I. Veksler 기사). 흥미로운 점은 발사 당일부터 가속기의 에너지가 점차 높아져 당시 미국 버클리의 대표적인 싱크로파소트론의 에너지인 6.3GeV를 넘어섰을 때만 이런 소식이 나왔다는 점이다. “83억 전자볼트가 있어요!” -신문은 소련에서 기록 가속기가 만들어 졌다고 보도했습니다. Wexler의 소중한 꿈이 이루어졌습니다!
4월 16일 양성자 에너지가 설계값인 10GeV에 도달했지만 아직 해결되지 않은 기술적 문제가 적지 않아 가속기는 불과 몇 달 만에 가동에 들어갔다. 그러나 가장 중요한 것은 우리 뒤에있었습니다. 싱크로파소트론이 작동하기 시작했습니다.
웩슬러는 1957년 5월 공동연구소 학술위원회의 두 번째 회의에서 이 사실을 보고했습니다. 동시에 연구소 소장 D.I. Blokhintsev는 첫째, 싱크로파소트론 모델이 1년 반 만에 생성된 반면 미국에서는 약 2년이 걸렸다고 지적했습니다. 둘째, 싱크로파소트론 자체는 처음에는 비현실적으로 보였지만 예정대로 3개월 만에 발사되었습니다. Dubna가 처음으로 세계적으로 명성을 얻은 것은 싱크로파소트론의 출시였습니다.
연구소 과학위원회의 세 번째 세션에서 과학 아카데미 V.P. Dzhelepov는 "Zinoviev는 모든 측면에서 스타트업의 영혼이었고 이 문제에 엄청난 양의 에너지와 노력, 즉 기계 설정 중 창의적인 노력을 기여했습니다."라고 언급했습니다. D.I. Blokhintsev는 "Zinoviev는 실제로 복잡한 조정을 위한 엄청난 노력을 기울였습니다."라고 덧붙였습니다.
수천 명의 사람들이 싱크로파소트론 생성에 참여했지만 Leonid Petrovich Zinoviev는 여기서 특별한 역할을했습니다. Veksler는 다음과 같이 썼습니다. “싱크로파소트론 출시의 성공과 이에 대한 광범위한 물리적 작업을 시작할 가능성은 주로 L.P.가 이러한 작업에 참여하는 것과 관련이 있습니다. 지노비에프."
Zinoviev는 가속기 출시 후 FIAN으로 돌아갈 계획이었습니다. 그러나 Wexler는 싱크로파소트론의 관리를 다른 사람에게 맡길 수 없다고 믿고 그에게 머물 것을 간청했습니다. Zinoviev는 30년 이상 가속기 작업에 동의하고 감독했습니다. 그의 리더십과 직접적인 참여로 액셀러레이터는 지속적으로 개선되었습니다. Zinoviev는 싱크로파소트론을 좋아했으며 이 철 거인의 숨결을 매우 미묘하게 느꼈습니다. 그에 따르면, 액셀러레이터의 한 부분도 손대지 않은 부분이 없고, 그 목적을 모르는 부분이 없었다고 한다.
1957년 10월 이고르 바실리예비치(Igor Vasilyevich)가 의장을 맡은 쿠르차토프 연구소(Kurchatov Institute) 과학위원회의 확대 회의에서 싱크로파소트론 개발에 참여한 다양한 조직의 17명이 소련에서 가장 권위 있는 레닌상 후보로 지명되었습니다. 시간. 그러나 조건에 따라 수상자 수는 12명을 초과할 수 없었다. 1959년 4월 JINR 고에너지 연구소 V.I. 소장에게 상이 수여되었습니다. 같은 실험실 L.P.의 부서장 Veksler Zinoviev, 소련 장관 협의회 산하 원자력 사용 본부 부국장 D.V. 레닌그라드 연구소 E.G. 소장 Efremov. Komar와 그의 협력자 N.A. Monoszon, A.M. Stolov, 소련 과학 아카데미 A.L. 모스크바 무선 공학 연구소 소장 Mints, 같은 연구소 F.A.의 직원. 보도피아노프, S.M. Rubchinsky, FIAN 직원 A.A. 콜로멘스키, V.A. 페투호프, M.S. 라비노비치. Veksler와 Zinoviev는 Dubna의 명예 시민이되었습니다.
싱크로파소트론은 45년 동안 계속 사용되었습니다. 이 기간 동안 이에 대한 많은 발견이 이루어졌습니다. 1960년에 싱크로파소트론 모델은 전자 가속기로 변환되었으며, 이는 여전히 레베데프 물리 연구소에서 작동되고 있습니다.
출처
문학:
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http://fodeka.ru/blog/?p=1099
http://www.larisa-zinovyeva.com
예를 들어, 다른 설정과 그 모양에 대해 알려드리겠습니다. 또한 무엇을 기억하십시오. 아니면 혹시 모르시나요? 아니면 그게 뭐야? 원문은 홈페이지에 있습니다 InfoGlaz.rf이 사본이 작성된 기사에 대한 링크 -1957년 소련은 여러 분야에서 과학적, 기술적 혁신을 이루었습니다. 인공 지구 위성을 성공적으로 발사했으며 이 사건이 발생하기 몇 달 전에 싱크로파소트론이 Dubna에서 작동하기 시작했습니다. 그것은 무엇이며 그러한 설치가 필요한 이유는 무엇입니까? 이 문제는 당시 소련 시민뿐만 아니라 전 세계를 걱정했습니다. 물론 과학계에서는 그 내용을 이해했지만 일반 시민들은 이 말을 듣고 당황했다. 오늘날에도 대부분의 사람들은 이 단어를 한 번 이상 들었음에도 불구하고 싱크로파소트론의 본질과 원리를 이해하지 못합니다. 이 장치가 무엇이며 어떤 용도로 사용되었는지 알아 봅시다.
싱크로파소트론은 어떤 용도로 사용되나요?
이 설치물은 소우주를 연구하고 기본 입자의 구조와 입자 간의 상호 작용 법칙을 이해하기 위해 개발되었습니다. 지식 자체의 방법은 매우 간단했습니다. 입자를 부수고 안에 무엇이 있는지 확인하는 것입니다. 그러나 양성자를 어떻게 깨뜨릴 수 있습니까? 이를 위해 입자를 가속시켜 표적에 부딪히는 싱크로파소트론이 만들어졌습니다. 후자는 고정되어 있을 수 있지만 현대의 대형 강입자 충돌기(오래된 싱크로파소트론의 개선된 버전)에서는 표적이 움직이고 있습니다. 그곳에서 양성자 광선은 빠른 속도로 서로를 향해 움직이며 서로 충돌합니다.
이 시설은 농축 우라늄보다 더 효율적이고 환경에 덜 해롭고 더 안전할 값싼 자원으로부터 원자력 에너지를 생산하기 위한 새로운 원소와 방법의 발견, 즉 과학적 돌파구를 가능하게 할 것이라고 믿어졌습니다.
군사적 목적
물론 군사적 목표도 추구되었습니다. 평화로운 목적을 위한 원자력의 생성은 순진한 사람들의 변명일 뿐입니다. 싱크로파소트론 프로젝트가 "일급 비밀"로 분류된 것은 아무것도 아닙니다. 이 가속기의 건설은 새로운 원자 폭탄을 만드는 프로젝트의 일부로 수행되었기 때문입니다. 그 도움으로 그들은 폭탄을 계산하고 생성하는 데 필요한 향상된 핵력 이론을 얻고 싶었습니다. 사실, 모든 것이 훨씬 더 복잡한 것으로 밝혀졌으며 오늘날에도 이 이론은 누락되었습니다.
간단한 단어로 싱크로파소트론이란 무엇입니까?
요약하자면, 이 설치물은 기본 입자, 특히 양성자의 가속기입니다. 싱크로페이소트론은 내부에 진공이 있는 비자성 루프 튜브와 강력한 전자석으로 구성됩니다. 또는 자석이 켜져 진공관 내부로 하전 입자를 안내합니다. 가속기의 도움으로 최대 속도에 도달하면 특별한 목표로 보내집니다. 양성자가 그것을 치고 목표물 자체를 부수고 스스로 부숴줍니다. 파편은 서로 다른 방향으로 날아가서 버블 챔버에 자국을 남깁니다. 과학자 그룹은 이러한 흔적을 사용하여 그 특성을 분석합니다.
이전에도 그랬지만 현대 시설(예: 대형 강입자 충돌기)에서는 양성자 조각에 대한 더 많은 정보를 제공하는 버블 챔버 대신 최신 감지기를 사용합니다.
설치 자체는 매우 복잡하고 첨단 기술입니다. 싱크로파소트론은 현대 대형 강입자 충돌기의 "먼 친척"이라고 말할 수 있습니다. 실제로 이것은 현미경과 유사하다고 할 수 있습니다. 이 두 장치는 모두 미시 세계를 연구하기 위한 것이지만 연구 원리는 다릅니다.
장치에 대한 추가 정보
그래서 우리는 이미 싱크로파소트론이 무엇인지 알고 있으며, 여기서 입자가 엄청난 속도로 가속된다는 것도 알고 있습니다. 밝혀진 바와 같이, 양성자를 엄청난 속도로 가속하려면 수천억 볼트의 전위차를 생성해야 합니다. 불행히도 인류는 이것을 할 수 없기 때문에 입자를 점차적으로 가속시키는 아이디어를 생각해 냈습니다.
설치에서 입자는 원을 그리며 움직이며 각 회전마다 에너지를 공급받아 가속도를 받습니다. 그리고 그러한 재충전은 작지만 수백만 번의 회전을 통해 필요한 에너지를 얻을 수 있습니다.
싱크로파소트론의 작동은 바로 이 원리에 기초합니다. 작은 값으로 가속된 기본 입자는 자석이 있는 터널로 발사됩니다. 그들은 링에 수직인 자기장을 생성합니다. 많은 사람들은 이 자석이 입자를 가속한다고 잘못 믿고 있지만 실제로는 그렇지 않습니다. 그들은 궤적을 변경하여 원을 그리며 움직이도록 강요하지만 가속하지는 않습니다. 가속 자체는 특정 가속 간격으로 발생합니다.
입자 가속
이러한 가속기간은 고주파수로 전압이 인가되는 커패시터이다. 그건 그렇고, 이것이 이번 설치의 전체 작업의 기초입니다. 전압이 0이 되는 순간 양성자 빔이 이 커패시터로 날아갑니다. 입자가 커패시터를 통해 날아가면서 전압이 증가하여 입자 속도가 빨라집니다. 다음 원에서는 교류 전압의 주파수가 링 주위의 입자 순환 주파수와 동일하게 특별히 선택되므로 이것이 반복됩니다. 결과적으로 양성자는 동기적으로 그리고 위상적으로 가속됩니다. 따라서 이름은 싱크로파소트론입니다.
그건 그렇고, 이 가속 방법은 어떤 유익한 효과가 있습니다. 갑자기 양성자 빔이 필요한 속도보다 빠르게 날아가면 음의 전압 값으로 가속도 간격으로 날아가기 때문에 속도가 약간 느려집니다. 이동 속도가 낮으면 효과는 반대가 됩니다. 입자는 가속도를 받고 주요 양성자 무리를 따라잡습니다. 결과적으로 조밀하고 조밀한 입자 빔이 동일한 속도로 이동합니다.
문제
이상적으로는 입자가 가능한 최고 속도로 가속되어야 합니다. 그리고 양성자가 각 원에서 점점 더 빠르게 이동한다면 왜 가능한 최대 속도까지 가속될 수 없습니까? 몇 가지 이유가 있습니다.
첫째, 에너지의 증가는 입자의 질량의 증가를 의미합니다. 불행하게도 상대론적 법칙은 어떤 원소도 빛의 속도 이상으로 가속되는 것을 허용하지 않습니다. 싱크로파소트론에서 양성자의 속도는 빛의 속도에 거의 도달하여 질량이 크게 증가합니다. 결과적으로 반경의 원형 궤도를 유지하기가 어려워집니다. 자기장 내에서 입자의 운동 반경은 질량에 반비례하고 자기장의 강도에 정비례한다는 것은 학교 시절부터 알려져 왔습니다. 그리고 입자의 질량이 증가하므로 반경이 증가하고 자기장이 강해져야 합니다. 이러한 조건은 오늘날에도 기술이 제한되어 있기 때문에 연구 조건을 구현하는 데 한계가 있습니다. 지금까지 몇 테슬라보다 높은 유도력을 갖는 장을 만드는 것은 불가능했습니다. 그것이 그들이 긴 터널을 만드는 이유입니다. 왜냐하면 반경이 크면 엄청난 속도의 무거운 입자가 자기장에 유지될 수 있기 때문입니다.
두 번째 문제는 원에서 가속도를 갖는 동작입니다. 특정 속도로 움직이는 전하는 에너지를 방출하는, 즉 에너지를 잃는 것으로 알려져 있습니다. 결과적으로 입자는 가속 중에 일정량의 에너지를 지속적으로 잃으며 속도가 높을수록 더 많은 에너지를 소비합니다. 어느 시점에서는 가속 구간에서 받은 에너지와 회전당 동일한 양의 에너지 손실 사이에 평형이 발생합니다.
싱크로파소트론에서 수행된 연구
이제 우리는 싱크로파소트론의 작동 원리가 무엇인지 이해합니다. 이를 통해 많은 연구와 발견이 이루어질 수 있었습니다. 특히 과학자들은 가속된 중수소의 특성, 핵의 양자 구조 거동, 중이온과 표적의 상호작용을 연구하고 우라늄-238을 재활용하는 기술을 개발할 수 있었습니다.
시험결과의 적용
이 분야에서 얻은 결과는 오늘날 우주선 건설, 원자력 발전소 설계, 특수 장비 및 로봇 공학 개발에 사용됩니다. 이 모든 것에서 싱크로파소트론은 과학에 대한 기여를 과대평가하기 어려운 장치라는 결론이 나옵니다.
결론
50년 동안 이러한 시설은 과학의 이익을 위해 봉사해 왔으며 전 세계 과학자들이 적극적으로 사용하고 있습니다. 이전에 생성된 싱크로파소트론 및 유사한 장치(소련에서만 생성된 것이 아님)는 진화 사슬의 하나의 링크일 뿐입니다. 오늘날에는 엄청난 에너지를 지닌 뉴클로트론이라는 더 진보된 장치가 등장하고 있습니다.
이러한 장치 중 가장 발전된 장치 중 하나는 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider)입니다. 싱크로파소트론의 작용과 달리 두 개의 입자 빔을 반대 방향으로 충돌하므로 충돌로 인해 방출되는 에너지가 싱크로파소트론의 에너지보다 몇 배 더 높습니다. 이는 기본 입자에 대한 보다 정확한 연구의 기회를 열어줍니다.
아마도 이제 싱크로파소트론이 무엇인지, 왜 필요한지 이해해야 할 것입니다. 이번 설치를 통해 우리는 많은 것을 발견할 수 있었습니다. 현재는 전자가속기로 바뀌어 현재 레베데프 물리연구소에서 연구 중이다.
소련의 기술은 빠르게 발전했습니다. 전 세계가 지켜본 최초의 인공 지구 위성의 발사를 살펴보십시오. 같은 해인 1957년에 싱크로파소트론이 소련에서 작동하기 시작했다는 사실을 아는 사람은 거의 없습니다. 즉, 완성되어 작동되기만 한 것이 아니라 출시되었습니다. 이 단어는 소립자를 가속하기 위한 장치를 의미합니다. 오늘날 거의 모든 사람들이 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider)에 대해 들어본 적이 있을 것입니다. 이는 이 기사에 설명된 장치의 새롭고 향상된 버전입니다.
이것은 무엇입니까 - 싱크로파소트론? 그것은 무엇을 위한 것입니까?
이 시설은 기본 입자(양성자)의 대형 가속기로서 소우주에 대한 더 심층적인 연구는 물론 동일한 입자 간의 상호 작용을 가능하게 합니다. 연구 방법은 매우 간단합니다. 양성자를 작은 부분으로 나누고 그 안에 무엇이 있는지 확인하는 것입니다. 모든 것이 간단하게 들리지만 양성자를 깨뜨리는 것은 매우 어려운 작업이므로 거대한 구조를 건설해야 했습니다. 여기에서는 특수 터널을 통해 입자가 엄청난 속도로 가속된 다음 목표물로 보내집니다. 부딪히면 작은 조각으로 흩어집니다. 싱크로파소트론의 가장 가까운 "동료"인 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider)는 거의 동일한 원리로 작동합니다. 여기서만 입자가 반대 방향으로 가속되고 서있는 목표에 부딪치지 않고 서로 충돌합니다.
이제 이것이 싱크로파소트론이라는 것을 조금 이해하게 되었습니다. 이 설치를 통해 미시 세계 연구 분야에서 과학적 혁신을 이룰 수 있을 것으로 믿어졌습니다. 결과적으로 이는 새로운 원소의 발견과 값싼 에너지원을 얻는 방법을 가능하게 할 것입니다. 이상적으로 그들은 효율성이 뛰어나면서도 덜 유해하고 재활용하기 쉬운 요소를 찾고 싶었습니다.
군용
이 시설은 과학적, 기술적 혁신을 수행하기 위해 만들어졌지만 그 목표는 단지 평화롭기만 한 것이 아니라는 점은 주목할 가치가 있습니다. 과학적, 기술적 혁신은 군사 군비 경쟁에 크게 힘입었습니다. 싱크로파소트론은 '일급비밀'이라는 제목으로 만들어졌고, 그 개발과 건설은 원자폭탄 제조의 일환으로 진행됐다. 이 장치를 사용하면 완벽한 핵력 이론을 만들 수 있다고 가정했지만 모든 것이 그렇게 간단하지는 않은 것으로 나타났습니다. 기술적 진보가 큰 진전을 이루었음에도 불구하고 오늘날에도 이 이론은 누락되어 있습니다.
간단히 말해서?
이해하기 쉬운 언어로 요약하고 말한다면? 싱크로페이소트론은 양성자를 고속으로 가속할 수 있는 시설이다. 내부에 진공이 있는 고리형 튜브와 양성자가 무작위로 움직이는 것을 방지하는 강력한 전자석으로 구성됩니다. 양성자가 최대 속도에 도달하면 그 흐름은 특별한 목표를 향해 향하게 됩니다. 그것을 치면 양성자가 작은 조각으로 흩어집니다. 과학자들은 특수 기포실에서 날아다니는 파편의 흔적을 볼 수 있으며, 이러한 흔적을 통해 입자 자체의 특성을 분석합니다.
버블 챔버는 양성자의 흔적을 포착하기 위한 약간 오래된 장치입니다. 오늘날 이러한 시설에서는 양성자 조각의 이동에 대한 더 많은 정보를 제공하는 보다 정확한 레이더를 사용합니다.
싱크로파소트론의 단순한 원리에도 불구하고, 이 설치 자체는 첨단 기술이며, 물론 소련이 소유한 충분한 수준의 기술 및 과학적 개발이 있어야만 제작이 가능합니다. 비유하자면, 일반 현미경은 싱크로파소트론의 목적과 목적이 일치하는 장치입니다. 두 장치 모두 마이크로 세계를 탐색할 수 있게 해 주지만, 후자만이 "더 깊이 파고들" 수 있게 하며 다소 독특한 연구 방법을 가지고 있습니다.
세부
장치의 작동은 위에서 간단한 단어로 설명되었습니다. 물론 싱크로파소트론의 작동 원리는 더 복잡합니다. 사실 입자를 고속으로 가속하려면 수천억 볼트의 전위차를 제공해야 합니다. 이는 이전 기술은 말할 것도 없고 현 기술 개발 단계에서도 불가능하다.
따라서 입자를 점진적으로 가속시켜 오랫동안 원을 그리며 구동하기로 결정했습니다. 각 랩마다 양성자에 에너지가 공급되었습니다. 수백만 번의 회전을 거친 결과 필요한 속도를 얻을 수 있었고 그 후 목표물로 보내졌습니다.
이것이 바로 싱크로파소트론에서 사용된 원리이다. 처음에는 입자가 터널을 통해 낮은 속도로 이동했습니다. 각 랩에서 그들은 소위 가속 간격에 진입하여 추가 에너지 충전을 받고 속도를 얻었습니다. 이러한 가속 섹션은 교류 전압의 주파수가 링을 통과하는 양성자의 주파수와 동일한 커패시터입니다. 즉, 입자가 음전하로 가속 구간에 부딪히는 순간 전압이 급격히 증가하여 속도가 발생합니다. 입자가 양전하로 가속 지점에 부딪히면 움직임이 느려집니다. 그리고 이것은 긍정적인 특징입니다. 왜냐하면 그것 때문에 전체 양성자 빔이 같은 속도로 움직이기 때문입니다.
그리고 이것은 수백만 번 반복되었고 입자가 필요한 속도를 얻었을 때 입자는 특별한 목표로 보내져 충돌했습니다. 그 후, 과학자 그룹이 입자 충돌의 결과를 연구했습니다. 이것이 싱크로파소트론이 작동하는 방식입니다.
자석의 역할
이 거대한 입자 가속기에도 강력한 전자석이 사용된 것으로 알려져 있다. 사람들은 양성자를 가속시키는 데 사용되었다고 잘못 믿고 있지만 사실은 그렇지 않습니다. 입자는 특수 커패시터(가속 섹션)의 도움으로 가속되었으며 자석은 양성자를 엄격하게 지정된 궤적에만 유지했습니다. 그것들 없이는 기본 입자 빔의 일관된 움직임이 불가능할 것입니다. 그리고 전자석의 높은 출력은 고속에서 대량의 양성자에 의해 설명됩니다.
과학자들은 어떤 문제에 직면했습니까?
이 설치물의 주요 문제점 중 하나는 바로 입자의 가속이었습니다. 물론 매 랩마다 가속할 수 있지만 가속할수록 질량이 높아졌습니다. 빛의 속도에 가까운 속도(우리가 알고 있듯이 빛의 속도보다 빠른 것은 아무것도 없음)에서는 질량이 거대해져서 원형 궤도를 유지하기가 어려워졌습니다. 우리는 학교 커리큘럼을 통해 자기장 내 요소의 운동 반경이 질량에 반비례한다는 것을 알고 있습니다. 따라서 양성자의 질량이 증가함에 따라 반경을 늘리고 크고 강한 자석을 사용해야 했습니다. 이러한 물리 법칙은 연구 가능성을 크게 제한합니다. 그건 그렇고, 싱크로파소트론이 왜 그렇게 거대해졌는지 설명할 수도 있습니다. 터널이 클수록 더 큰 자석을 설치하여 강력한 자기장을 생성하여 양성자가 원하는 방향으로 계속 움직일 수 있습니다.
두 번째 문제는 이동 시 에너지 손실입니다. 입자는 원 주위를 지날 때 에너지를 방출합니다(잃습니다). 결과적으로 빠른 속도로 이동할 때 에너지의 일부가 증발하고 속도가 빨라질수록 손실도 커집니다. 조만간 방출된 에너지와 수신된 에너지의 값이 비교되는 순간이 오는데, 이로 인해 입자의 추가 가속이 불가능해집니다. 결과적으로 더 큰 용량이 필요합니다.
이제 이것이 싱크로파소트론이라는 것을 더 정확하게 이해한다고 말할 수 있습니다. 하지만 과학자들은 테스트 중에 정확히 무엇을 달성했습니까?
어떤 연구가 이루어졌나요?
당연히 이번 설치 작업은 흔적도 없이 진행되지 않았습니다. 더 심각한 결과가 나올 것으로 예상되었지만 일부 연구에서는 매우 유용한 것으로 나타났습니다. 특히 과학자들은 가속된 중수소의 특성, 중이온과 표적의 상호작용을 연구하고 사용된 우라늄-238을 재활용하는 보다 효과적인 기술을 개발했습니다. 그리고 평범한 사람에게는 이러한 모든 결과가 거의 의미가 없지만 과학 분야에서는 그 중요성을 과대평가하기 어렵습니다.
결과의 적용
싱크로파소트론에서 수행된 테스트 결과는 오늘날에도 사용됩니다. 특히 우주 로켓, 로봇 공학 및 복잡한 장비에서 작동하는 발전소 건설에 사용됩니다. 물론 이 프로젝트의 과학기술적 진보에 대한 기여는 상당히 크다. 일부 결과는 군사 분야에도 적용된다. 그리고 비록 과학자들이 새로운 원자폭탄을 만드는 데 사용될 수 있는 새로운 원소를 발견할 수는 없었지만 이것이 사실인지 아닌지는 아무도 모릅니다. 이 프로젝트가 "일급 비밀"이라는 제목으로 구현되었다는 점을 고려할 가치가 있기 때문에 일부 결과가 인구로부터 숨겨지고 있을 가능성이 높습니다.
결론
이제 여러분은 이것이 싱크로파소트론이며 소련의 과학 기술 발전에서 그 역할이 무엇인지 이해했습니다. 오늘날에도 이러한 설치는 많은 국가에서 활발히 사용되고 있지만 이미 뉴클로트론이라는 고급 옵션이 있습니다. 대형 강입자 충돌기는 아마도 현재까지 싱크로페이소트론 아이디어를 가장 잘 구현한 것일 것입니다. 이 장치를 사용하면 과학자들은 엄청난 속도로 움직이는 두 개의 양성자 빔을 충돌시켜 미세 세계를 더 정확하게 이해할 수 있습니다.
소련 싱크로파소트론의 현재 상태는 전자가속기로 전환된 상태이다. 현재 그는 FIAN에서 일하고 있습니다.
