namai › Aušinimas › Kas yra sinchrofasotronas? Kas yra sinchrofasotronas: veikimo principas ir gauti rezultatai Koks yra sinchrofasotrono veikimo principas

Kas yra sinchrofasotronas? Kas yra sinchrofasotronas: veikimo principas ir gauti rezultatai Koks yra sinchrofasotrono veikimo principas

JK parlamentarams prireikė tik 15 minučių, kad apsispręstų dėl 1 milijardo svarų sterlingų vyriausybės investicijos į sinchrofazotrono statybą. Po to parlamento furšete karštai diskutavo apie vienos valandos, nemažiau, kavos kainą. Taip jie nusprendė: kainą sumažino 15 proc.

Atrodytų, kad užduočių sudėtingumas visai nepalyginamas, o viskas, logiškai mąstant, turėjo įvykti visiškai priešingai. Valanda mokslams, 15 minučių kavai. Bet ne! Kaip vėliau paaiškėjo, dauguma garbingų politikų greitai atidavė savo slapčiausią „už“, visiškai neįsivaizduodami, kas yra „sinchrofazotronas“.

Leiskite mums, mielas skaitytojau, kartu su Jumis užpildyti šią žinių spragą ir nebūti kaip kai kurių bendražygių mokslinis trumparegiškumas.

Kas yra sinchrofasotronas?

Sinchrofasotronas yra moksliniams tyrimams skirta elektroninė instaliacija – elementariųjų dalelių (neutronų, protonų, elektronų ir kt.) ciklinis greitintuvas. Jis yra didžiulio žiedo, sveriančio daugiau nei 36 tūkstančius tonų, formą. Itin galingi magnetai ir greitinantys vamzdeliai suteikia mikroskopinėms dalelėms milžinišką nukreipto judėjimo energiją. Fasotrono rezonatoriaus gelmėse, 14,5 metro gylyje, fiziniu lygmeniu vyksta išties fantastiškos transformacijos: pavyzdžiui, mažytis protonas gauna 20 milijonų elektronų voltų, o sunkusis jonas – 5 milijonus eV. Ir tai tik nedidelė dalis visų galimybių!

Būtent dėl unikalių ciklinio greitintuvo savybių mokslininkams pavyko sužinoti intymiausias visatos paslaptis: ištirti nereikšmingų dalelių sandarą bei jų apvalkalų viduje vykstančius fizikinius ir cheminius procesus; stebėti sintezės reakciją savo akimis; atrasti iki šiol nežinomų mikroskopinių objektų prigimtį.

Phazotron pažymėjo naują mokslinių tyrimų erą – tyrimų teritoriją, kurioje mikroskopas buvo bejėgis, apie kurį labai atsargiai kalbėjo net inovatyvūs mokslinės fantastikos rašytojai (jų įžvalgus kūrybinis skrydis negalėjo nuspėti padarytų atradimų!).

Sinchrofasotrono istorija

Iš pradžių greitintuvai buvo linijiniai, tai yra, jie neturėjo ciklinės struktūros. Tačiau netrukus fizikai turėjo jų atsisakyti. Reikalavimai energijos lygiui išaugo – reikėjo daugiau. Tačiau linijinis dizainas negalėjo susidoroti: teoriniai skaičiavimai parodė, kad šioms vertėms jis turi būti neįtikėtino ilgio.

1929 metais Amerikietis E. Lawrence'as bando išspręsti šią problemą ir išranda ciklotroną – šiuolaikinio fazotrono prototipą. Testai vyksta gerai. Po dešimties metų, 1939 m. Lawrence'as gauna Nobelio premiją.
1938 metais SSRS talentingas fizikas V. I. Veksleris pradėjo aktyviai užsiimti greitintuvų kūrimo ir tobulinimo problema. 1944 metų vasario mėn jis sugalvoja revoliucinę idėją, kaip įveikti energijos barjerą. Wexleris savo metodą vadina „autofazavimu“. Lygiai po metų tą pačią technologiją visiškai savarankiškai atrado mokslininkas iš JAV E. Macmillanas.
1949 m. Sovietų Sąjungoje, vadovaujant V.I. Veksleris ir S.I. Vavilovo, kuriamas didelio masto mokslinis projektas - sinchrofasotrono sukūrimas, kurio galia yra 10 milijardų elektronų voltų. 8 metus Ukrainos Dubno mieste esančiame Branduolinių tyrimų institute grupė teorinių fizikų, dizainerių ir inžinierių kruopščiai dirbo prie įrengimo. Štai kodėl jis taip pat vadinamas Dubnos sinchrofasotronu.

Sinchrofasotronas buvo pradėtas eksploatuoti 1957 m. kovą, likus šešiems mėnesiams iki pirmojo dirbtinio Žemės palydovo skrydžio į kosmosą.

Kokie tyrimai atliekami sinchrofazotrone?

Dėl Wechslerio rezonansinio ciklinio greitintuvo atsirado daugybė puikių atradimų daugelyje fundamentalios fizikos aspektų ir ypač kai kuriose prieštaringose ir mažai ištirtose Einšteino reliatyvumo teorijos problemose:

branduolių kvarkinės struktūros elgsena sąveikos metu;
kaupiamųjų dalelių susidarymas dėl reakcijų, kuriose dalyvauja branduoliai;
paspartintų deuteronų savybių tyrimas;
sunkiųjų jonų sąveika su taikiniais (tikrinamas mikroschemų atsparumas);
Urano-238 perdirbimas.

Šiose srityse gauti rezultatai sėkmingai naudojami statant erdvėlaivius, projektuojant atomines elektrines, kuriant robotiką ir įrangą darbui ekstremaliomis sąlygomis. Tačiau nuostabiausia yra tai, kad eilė tyrimų, atliekamų sinchrofazotrone, priartina mokslininkus prie didžiosios Visatos kilmės paslapties sprendimo.

Visas pasaulis žino, kad 1957 metais SSRS paleido pirmąjį pasaulyje dirbtinį Žemės palydovą. Tačiau nedaugelis žino, kad tais pačiais metais Sovietų Sąjunga pradėjo bandyti sinchrofasotroną, kuris yra modernaus Didžiojo hadronų greitintuvo Ženevoje pirmtakas. Straipsnyje bus aptarta, kas yra sinchrofasotronas ir kaip jis veikia.

Atsakant į klausimą, kas yra sinchrofasotronas, reikia pasakyti, kad tai aukštųjų technologijų ir imlus mokslui prietaisas, kuris buvo skirtas mikrokosmosui tirti. Visų pirma, sinchrofasotrono idėja buvo tokia: reikėjo, naudojant galingus elektromagnetų sukurtus magnetinius laukus, pagreitinti elementariųjų dalelių (protonų) spindulį iki didelio greičio, o tada nukreipti šį spindulį į taikinį ramybės būsenoje. . Nuo tokio susidūrimo protonai turės „suskilti“ į gabalus. Netoli taikinio yra specialus detektorius – burbulų kamera. Šis detektorius leidžia ištirti jų prigimtį ir savybes naudojant protonų dalių paliktus pėdsakus.

Kodėl reikėjo statyti SSRS sinchrofazotroną? Šiame moksliniame eksperimente, kuris buvo klasifikuojamas kaip „visiškai slaptas“, sovietų mokslininkai bandė rasti naują pigesnės ir efektyvesnės energijos šaltinį nei prisodrintas uranas. Taip pat buvo siekiama grynai mokslinių tikslų giliau ištirti branduolinės sąveikos prigimtį ir subatominių dalelių pasaulį.

Sinchrofasotrono veikimo principas

Aukščiau pateiktas sinchrofasotronui tenkančių užduočių aprašymas daugeliui gali neatrodyti pernelyg sunkiai įgyvendinamas praktiškai, tačiau taip nėra. Nepaisant klausimo, kas yra sinchrofasotronas, paprastumo, norint pagreitinti protonus iki reikiamo milžiniško greičio, reikia šimtų milijardų voltų elektros įtampos. Tokios įtampos negalima sukurti ir šiandien. Todėl buvo nuspręsta energiją, pumpuojamą į protonus, paskirstyti laikui bėgant.

Sinchrofasotrono veikimo principas buvo toks: protonų spindulys pradeda judėti žiedo formos tuneliu, tam tikroje šio tunelio vietoje yra kondensatoriai, kurie sukuria įtampos viršįtampią tuo momentu, kai pro juos praskrenda protonų pluoštas. . Taigi kiekviename posūkyje yra nedidelis protonų pagreitis. Dalelių pluoštui padarius kelis milijonus apsisukimų per sinchrofazotrono tunelį, protonai pasieks norimą greitį ir bus nukreipti į tikslą.

Verta paminėti, kad elektromagnetai, naudojami protonų pagreičio metu, atliko pagrindinį vaidmenį, tai yra, jie nustatė pluošto trajektoriją, bet nedalyvavo jo pagreityje.

Problemos, su kuriomis susidūrė mokslininkai atlikdami eksperimentus

Norint geriau suprasti, kas yra sinchrofasotronas ir kodėl jo kūrimas yra labai sudėtingas ir daug žinių reikalaujantis procesas, reikėtų atsižvelgti į jo veikimo metu iškylančias problemas.

Pirma, kuo didesnis protonų pluošto greitis, tuo daugiau masės jie pradeda turėti pagal garsųjį Einšteino dėsnį. Esant artimam šviesai greičiui, dalelių masė tampa tokia didelė, kad norint išlaikyti jas norimoje trajektorijoje, būtina turėti galingus elektromagnetus. Kuo didesnis sinchrofasotrono dydis, tuo didesnius magnetus galima sumontuoti.

Antra, sinchrofasotrono sukūrimą apsunkino ir protonų pluošto energijos nuostoliai jų žiedinio pagreičio metu, ir kuo didesnis pluošto greitis, tuo šie nuostoliai tampa reikšmingesni. Pasirodo, norint pagreitinti spindulį iki reikiamų gigantiškų greičių, reikia turėti milžiniškas galias.

Kokie rezultatai buvo gauti?

Neabejotinai, eksperimentai sovietiniame sinchrofasotrone labai prisidėjo prie šiuolaikinių technologijų sričių vystymosi. Taigi šių eksperimentų dėka SSRS mokslininkai sugebėjo patobulinti panaudoto urano-238 perdirbimo procesą ir gavo įdomių duomenų susidūrę su taikiniu pagreitintus skirtingų atomų jonus.

Eksperimentų su sinchrofasotronu rezultatai iki šiol naudojami statant atomines elektrines, kosmines raketas ir robotiką. Sovietinės mokslinės minties pasiekimai buvo panaudoti kuriant galingiausią mūsų laikų sinchrofasotroną – Didįjį hadronų greitintuvą. Pats sovietinis greitintuvas tarnauja Rusijos Federacijos mokslui, esantis FIAN institute (Maskva), kur jis naudojamas kaip jonų greitintuvas.

Kas yra sinchrofasotronas: veikimo principas ir gauti rezultatai – viskas apie kelionę į vietą

Tai sunkiai pažįstamas žodis „sinchrofasotronas“! Priminkite, kaip tai pateko į paprasto žmogaus ausis Sovietų Sąjungoje? Buvo koks filmas ar populiari daina, aš tiksliai prisimenu, kas tai buvo! O gal tai buvo tiesiog neištariamo žodžio analogas?

Dabar prisiminkime, kas tai yra ir kaip jis buvo sukurtas ...

1957 metais Sovietų Sąjunga padarė revoliucinį mokslo proveržį iš karto dviem kryptimis: spalį buvo paleistas pirmasis dirbtinis Žemės palydovas, o prieš kelis mėnesius, kovo mėnesį, pradėjo veikti legendinis sinchrofasotronas – milžiniška mikropasaulio tyrimo instaliacija. Dubnoje. Šie du įvykiai sukrėtė visą pasaulį, o žodžiai „palydovas“ ir „sinchrofasotronas“ tvirtai įsitvirtino mūsų gyvenime.

Sinchrofasotronas yra įkrautų dalelių greitintuvo tipas. Juose esančios dalelės pagreitinamos iki didelių greičių ir, atitinkamai, iki didelių energijų. Remiantis jų susidūrimo su kitomis atominėmis dalelėmis rezultatais, sprendžiama apie materijos struktūrą ir savybes. Susidūrimų tikimybę lemia pagreitinto dalelių pluošto intensyvumas, tai yra dalelių skaičius jame, todėl intensyvumas kartu su energija yra svarbus greitintuvo parametras.

Greitintuvai pasiekia milžiniškus dydžius, ir neatsitiktinai rašytojas Vladimiras Karcevas pavadino juos branduolinio amžiaus piramidėmis, pagal kurias palikuonys spręs apie mūsų technologijų lygį.

Prieš statant greitintuvus, vienintelis didelės energijos dalelių šaltinis buvo kosminiai spinduliai. Tai daugiausia protonai, kurių energija yra kelių GeV, laisvai ateinantys iš kosmoso, ir antrinės dalelės, atsirandančios dėl jų sąveikos su atmosfera. Tačiau kosminių spindulių srautas yra chaotiškas ir mažo intensyvumo, todėl laikui bėgant laboratoriniams tyrimams buvo pradėtos kurti specialios instaliacijos – greitintuvai su kontroliuojamais didelės energijos ir didesnio intensyvumo dalelių pluoštais.

Visų greitintuvų veikimas pagrįstas gerai žinomu faktu: įkrautą dalelę pagreitina elektrinis laukas. Tačiau neįmanoma gauti labai didelės energijos dalelių, greitinant jas tik vieną kartą tarp dviejų elektrodų, nes tam reikėtų joms taikyti didžiulę įtampą, o tai techniškai neįmanoma. Todėl daug energijos turinčios dalelės gaunamos pakartotinai perleidžiant jas tarp elektrodų.

Greitintuvai, kuriuose dalelė praeina per nuosekliai išdėstytus greitėjimo tarpus, vadinami linijiniais. Greitintuvai buvo pradėti kurti nuo jų, tačiau reikalavimas didinti dalelių energiją lėmė beveik nerealiai ilgus įrengimo ilgius.

1929 metais amerikiečių mokslininkas E. Lawrence'as pasiūlė sukurti greitintuvą, kuriame dalelė juda spirale, pakartotinai praleisdama tą patį tarpą tarp dviejų elektrodų. Dalelės trajektorija yra išlenkta ir susukta vienodo magnetinio lauko, nukreipto statmenai orbitos plokštumai. Greitintuvas buvo vadinamas ciklotronu. 1930-1931 metais Lawrence'as su kolegomis Kalifornijos universitete (JAV) pastatė pirmąjį ciklotroną. Už šį išradimą jis buvo apdovanotas Nobelio premija 1939 m.

Ciklotrone vienodą magnetinį lauką sukuria didelis elektromagnetas, o elektrinis laukas sukuriamas tarp dviejų D formos tuščiavidurių elektrodų (taigi ir jų pavadinimas „dees“). Elektrodams taikoma kintamoji įtampa, kuri keičia poliškumą kiekvieną kartą, kai dalelė padaro pusę apsisukimo. Dėl šios priežasties elektrinis laukas visada pagreitina daleles. Ši idėja negalėtų būti įgyvendinta, jei skirtingos energijos dalelės turėtų skirtingus revoliucijos laikotarpius. Bet, laimei, nors greitis didėja didėjant energijai, apsisukimo laikotarpis išlieka pastovus, nes trajektorijos skersmuo didėja tuo pačiu santykiu. Būtent ši ciklotrono savybė leidžia pagreitinimui naudoti pastovų elektrinio lauko dažnį.

Netrukus ciklotronai pradėti kurti ir kitose tyrimų laboratorijose.

Sinchrofazotrono pastatas šeštajame dešimtmetyje

Apie būtinybę sukurti rimtą akceleratoriaus bazę Sovietų Sąjungoje vyriausybės lygiu buvo paskelbta 1938 m. kovo mėn. Leningrado fizikos ir technologijos instituto (LPTI) mokslininkų grupė, vadovaujama akademiko A.F. Ioffe kreipėsi į SSRS liaudies komisarų tarybos pirmininką V.M. Molotovas su laišku, kuriame buvo pasiūlyta sukurti techninę bazę tyrimams atomo branduolio sandaros srityje. Klausimai apie atomo branduolio sandarą tapo viena iš pagrindinių gamtos mokslų problemų, o Sovietų Sąjunga juos sprendžiant gerokai atsiliko. Taigi, jei Amerika turėjo bent penkis ciklotronus, tai Sovietų Sąjunga neturėjo nė vieno (vienintelis Mokslų akademijos Radžio instituto (RIAN) ciklotronas, paleistas 1937 m., praktiškai neveikė dėl konstrukcijos defektų). Kreipimesi į Molotovą buvo prašoma sudaryti sąlygas LPTI ciklotrono statybai baigti iki 1939 m. sausio 1 d. Jo kūrimo darbai, prasidėję 1937 m., buvo sustabdyti dėl padalinių neatitikimų ir finansavimo nutraukimo.

Iš tiesų tuo metu, kai buvo parašytas laiškas, šalies valdžios sluoksniuose buvo aiškus nesusipratimas dėl tyrimų atominės fizikos srityje aktualumo. Pagal atsiminimus M.G. Meshcheryakov, 1938 m. netgi kilo klausimas apie Radžio instituto likvidavimą, kuris, kai kuriais nuomone, užsiėmė nereikalingais urano ir torio tyrimais, o šalis bandė padidinti anglies gamybą ir plieno lydymą.

Laiškas Molotovui turėjo įtakos ir jau 1938 metų birželį SSRS mokslų akademijos komisija, vadovaujama P.L. Kapitsa Vyriausybės prašymu pateikė išvadą, kad LFTI reikia statyti 10–20 MeV ciklotroną, atsižvelgiant į pagreitintų dalelių tipą, ir tobulinti RIAN ciklotroną.

1938 metų lapkritį S.I. Vavilovas, kreipdamasis į Mokslų akademijos prezidiumą, pasiūlė pastatyti LPTI ciklotroną Maskvoje ir iš LPTI perkelti I. V. laboratoriją į Mokslų akademijos Fizikos institutą (FIAN). Kurchatova, kuri dalyvavo jos kūrime. Sergejus Ivanovičius norėjo, kad centrinė atomo branduolio tyrimo laboratorija būtų toje pačioje vietoje, kur buvo įsikūrusi Mokslų akademija, tai yra Maskvoje. Tačiau jis nebuvo palaikomas LPTI. Ginčas baigėsi 1939 metų pabaigoje, kai A.F. Ioffas pasiūlė vienu metu sukurti tris ciklotronus. 1940 m. liepos 30 d. SSRS mokslų akademijos prezidiumo posėdyje buvo nuspręsta pavesti RIAN šiais metais modernizuoti esamą ciklotroną, FIAN iki spalio 15 dienos paruošti reikiamas medžiagas naujo galingo ciklotrono statybai. , o LFTI ciklotrono statybą užbaigti 1941 m. pirmąjį ketvirtį.

Priimdamas šį sprendimą, FIAN sukūrė vadinamąją ciklotronų komandą, kurią sudarė Vladimiras Iosifovičius Veksleris, Sergejus Nikolajevičius Vernovas, Pavelas Aleksejevičius Čerenkovas, Leonidas Vasiljevičius Groševas ir Jevgenijus Lvovičius Feinbergas. 1940 m. rugsėjo 26 d. Fizinių ir matematikos mokslų katedros (OPMS) biuras išgirdo V.I. Wexler dėl ciklotrono projektavimo specifikacijų patvirtino pagrindines jo charakteristikas ir konstrukcijos sąmatas. Ciklotronas buvo skirtas pagreitinti deuteronus iki 50 MeV energijos. FIAN planavo pradėti statyti 1941 m., o paleisti 1943 m. Planus sujaukė karas.

Neatidėliotinas poreikis sukurti atominę bombą privertė Sovietų Sąjungą sutelkti pastangas tiriant mikropasaulį. Laboratorijoje Nr.2 Maskvoje vienas po kito buvo pastatyti du ciklotronai (1944, 1946); Leningrade, panaikinus blokadą, buvo atkurti RIAN ir LPTI ciklotronai (1946 m.).

Nors FIAN ciklotrono projektas buvo patvirtintas dar prieš karą, tapo aišku, kad Lawrence'o projektas išnaudojo save, nes pagreitintų protonų energija negalėjo viršyti 20 MeV. Būtent iš šios energijos pradeda jaustis dalelės masės didėjimo šviesos greičiui proporcingu greičiu efektas, kuris išplaukia iš Einšteino reliatyvumo teorijos.

Dėl masės padidėjimo sutrinka rezonansas tarp dalelės praėjimo per greitėjimo tarpą ir atitinkamos elektrinio lauko fazės, o tai reiškia stabdymą.

Pažymėtina, kad ciklotronas skirtas pagreitinti tik sunkiąsias daleles (protonus, jonus). Taip yra dėl to, kad dėl per mažos ramybės masės elektronas jau esant 1–3 MeV energijoms pasiekia greitį, artimą šviesos greičiui, dėl to jo masė pastebimai padidėja ir dalelė greitai palieka rezonansą. .

Pirmasis ciklinis elektronų greitintuvas buvo betatronas, kurį Kerstas sukūrė 1940 m., remdamasis Wideroe idėja. Betatronas remiasi Faradėjaus dėsniu, pagal kurį pasikeitus magnetiniam srautui, prasiskverbiam į uždarą grandinę, šioje grandinėje atsiranda elektrovaros jėga. Betatrone uždara kilpa yra dalelių srautas, judantis apskrita orbita pastovaus spindulio vakuuminėje kameroje palaipsniui didėjančiame magnetiniame lauke. Didėjant magnetiniam srautui orbitos viduje, atsiranda elektrovaros jėga, kurios tangentinė dedamoji pagreitina elektronus. Betatrone, kaip ir ciklotrone, yra labai didelės energijos dalelių gamybos apribojimas. Taip yra dėl to, kad pagal elektrodinamikos dėsnius žiedinėmis orbitomis judantys elektronai skleidžia elektromagnetines bangas, kurios reliatyvistiniu greičiu nuneša daug energijos. Norint kompensuoti šiuos nuostolius, būtina žymiai padidinti magneto šerdies dydį, kuris turi praktinę ribą.

Taigi iki 1940-ųjų pradžios galimybės gauti didesnę energiją tiek iš protonų, tiek iš elektronų buvo išnaudotos. Tolesniems mikropasaulio tyrimams reikėjo didinti pagreitintų dalelių energiją, todėl aktualus tapo uždavinys surasti naujus pagreičio metodus.

1944 metų vasarį V.I. Wexleris pateikė revoliucinę idėją, kaip įveikti ciklotrono ir betatrono energijos barjerą. Tai buvo taip paprasta, kad atrodė keista, kodėl jie to neatėjo anksčiau. Idėja buvo tokia, kad rezonansinio pagreičio metu dalelių sukimosi dažniai ir greitėjantis laukas turi nuolat sutapti, kitaip tariant, būti sinchroniški. Spartinant sunkiąsias reliatyvistines daleles ciklotrone, sinchronizacijai buvo pasiūlyta keisti greitėjančio elektrinio lauko dažnį pagal tam tikrą dėsnį (vėliau toks greitintuvas buvo vadinamas sinchrociklotronu).

Reliatyvistiniams elektronams pagreitinti buvo pasiūlytas greitintuvas, kuris vėliau buvo vadinamas sinchrotronu. Jame pagreitį vykdo pastovaus dažnio kintamasis elektrinis laukas, o sinchronizmą užtikrina pagal tam tikrą dėsnį besikeičiantis magnetinis laukas, išlaikantis daleles pastovaus spindulio orbitoje.

Praktiniais tikslais reikėjo teoriškai patikrinti, ar siūlomi pagreičio procesai yra stabilūs, tai yra, esant nedideliems nukrypimams nuo rezonanso, dalelių fazavimas įvyks automatiškai. Ciklotronų komandos teorinis fizikas E.L. Feinbergas atkreipė į tai Wexlerio dėmesį ir pats griežtai matematiškai įrodė procesų stabilumą. Štai kodėl Wexlerio idėja buvo pavadinta „autofazavimo principu“.

Siekdamas aptarti gautą sprendimą, FIAN surengė seminarą, kuriame Wexleris skaitė įvadinį pranešimą, o Feinbergas – apie tvarumą. Darbas buvo patvirtintas, o tais pačiais 1944 m. žurnale „SSRS mokslų akademijos ataskaitos“ buvo paskelbti du straipsniai, kuriuose buvo aptariami nauji pagreičio metodai (pirmame straipsnyje buvo kalbama apie greitintuvą, paremtą keliais dažniais, vėliau pavadintą mikrotronu). Jų autorius buvo nurodytas tik kaip Wexleris, o Feinbergo pavardė iš viso nebuvo paminėta. Labai greitai Feinbergo vaidmuo atrandant automatinio fazavimo principą buvo nepelnytai užmirštas.

Po metų automatinio fazavimo principą savarankiškai atrado amerikiečių fizikas E. MacMillanas, tačiau Wexleris išlaikė prioritetą.

Reikėtų pažymėti, kad greitintuvuose, pagrįstuose naujuoju principu, aiškiai pasireiškė „sverto taisyklė“ - energijos padidėjimas lėmė pagreitintų dalelių pluošto intensyvumo praradimą, kuris yra susijęs su jų pagreičio cikliškumu. , priešingai nei sklandus ciklotronų ir betatronų pagreitis. Į šį nemalonų dalyką iš karto buvo atkreiptas dėmesys 1945 m. vasario 20 d. Fizinių ir matematikos mokslų katedros sesijoje, tačiau kartu visi vieningai priėjo prie išvados, kad ši aplinkybė jokiu būdu neturi trukdyti įgyvendinti projektą. Nors, beje, kova dėl intensyvumo vėliau nuolat erzino „akceleratorius“.

Toje pačioje sesijoje SSRS mokslų akademijos prezidento teikimu S.I. Vavilovo, buvo nuspręsta nedelsiant sukurti dviejų tipų greitintuvus, kuriuos pasiūlė Wexler. 1946 m. vasario 19 d. Specialusis komitetas prie SSRS liaudies komisarų tarybos pavedė atitinkamai komisijai parengti jų projektus, nurodant pajėgumus, gamybos laiką ir statybos vietą. (FIAN ciklotrono kūrimo buvo atsisakyta.)

Dėl to 1946 m. rugpjūčio 13 d. vienu metu buvo išleisti du SSRS Ministrų Tarybos nutarimai, kuriuos pasirašė SSRS Ministrų Tarybos pirmininkas I. V. Stalinas ir SSRS Ministrų Tarybos reikalų tvarkytojas Ya.E. Chadajevas, sukurti sinchrociklotroną, kurio deuterono energija yra 250 MeV, ir sinchrotroną, kurio energija yra 1 GeV. Greitintuvų energiją pirmiausia padiktavo JAV ir SSRS politinė konfrontacija. JAV jie jau sukūrė sinchrociklotroną, kurio deuterono energija yra apie 190 MeV, ir pradėjo statyti sinchrotroną, kurio energija yra 250–300 MeV. Buitiniai greitintuvai turėjo energetiškai pranokti amerikietiškus.

Sinchrociklotronas buvo susijęs su viltimis atrasti naujus elementus, naujus būdus gaminti atominę energiją iš pigesnių už uraną šaltinių. Sinchrotrono pagalba jie ketino dirbtinai pagaminti mezonus, kurie, kaip tuo metu manė sovietų fizikai, galėjo sukelti branduolio dalijimąsi.

Abi rezoliucijos buvo išleistos antspaudu „Visiškai slaptas (specialus aplankas)“, nes greitintuvų statyba buvo vykdoma įgyvendinant atominės bombos sukūrimo projektą. Su jų pagalba jie tikėjosi gauti tikslią branduolinių jėgų teoriją, reikalingą bombų skaičiavimams, kurie tuo metu buvo atliekami tik naudojant didelį apytikslių modelių rinkinį. Tiesa, viskas pasirodė ne taip paprasta, kaip manyta iš pradžių, ir reikia pastebėti, kad tokia teorija nebuvo sukurta iki šių dienų.

Nutarimais buvo nustatytos greitintuvų statybos vietos: sinchrotronas - Maskvoje, Kalužskoe plente (dabar Leninsky prospektas), Lebedevo fizinio instituto teritorijoje; sinchrociklotronas - Ivankovskajos hidroelektrinės rajone, 125 km į šiaurę nuo Maskvos (tuo metu Kalinino sritis). Iš pradžių abiejų greitintuvų kūrimas buvo patikėtas FIAN. Sinchrotrono darbo vadovu buvo paskirtas V.I. Veksleris, o sinchrociklotronui - D.V. Skobelcynas.

Kairėje – technikos mokslų daktaras, profesorius L.P. Zinovjevas (1912–1998), dešinėje - SSRS mokslų akademijos akademikas V.I. Wexleris (1907–1966), kurdamas sinchrofasotroną

Po šešių mėnesių branduolinio projekto vadovas I. V. Kurchatovas, nepatenkintas Fianovo sinchrociklotrono darbų eiga, šią temą perkėlė į savo laboratoriją Nr. 2. Naujuoju temos vadovu paskyrė M. G.. Meshcheryakov, atleistas iš darbo Leningrado radžio institute. Meščeriakovo vadovaujama laboratorija Nr.2 sukūrė sinchrociklotrono modelį, kuris jau eksperimentiškai patvirtino automatinio fazavimo principo teisingumą. 1947 metais Kalinino srityje pradėtas statyti akceleratorius.

1949 m. gruodžio 14 d., vadovaujant M.G. Meshcheryakov sinchrociklotronas buvo sėkmingai paleistas pagal grafiką ir tapo pirmuoju tokio tipo greitintuvu Sovietų Sąjungoje, viršijančiu panašaus 1946 metais Berklyje (JAV) sukurto greitintuvo energiją. Jis išliko rekordinis iki 1953 m.

Iš pradžių sinchrociklotrono pagrindu veikianti laboratorija slaptumo tikslais vadinosi SSRS mokslų akademijos (GTL) hidrotechnikos laboratorija ir buvo laboratorijos Nr. 2 filialas. 1953 m. ji buvo pertvarkyta į savarankišką Branduolinių problemų institutą. SSRS mokslų akademijos (INP), vadovaujamos M.G. Meshcheryakov.

Ukrainos mokslų akademijos akademikas A.I. Leypunsky (1907–1972), remdamasis automatinio fazavimo principu, pasiūlė sukurti greitintuvą, vėliau pavadintą sinchrofasotronu (nuotrauka: „Mokslas ir gyvenimas“).
Sinchrotrono sukurti nepavyko dėl kelių priežasčių. Pirma, dėl nenumatytų sunkumų reikėjo pastatyti du sinchrotronus, kurių energija mažesnė - 30 ir 250 MeV. Jie buvo įsikūrę Lebedevo fizinio instituto teritorijoje ir nusprendė pastatyti 1 GeV sinchrotroną už Maskvos ribų. 1948 m. birželio mėn. jam buvo skirta vieta už kelių kilometrų nuo jau statomo sinchrociklotrono Kalinino srityje, tačiau ten taip pat nebuvo pastatyta, nes pirmenybė buvo teikiama Ukrainos mokslų akademijos akademiko Aleksandro Iljičiaus Leypunskio pasiūlytam greitintuvui. Tai atsitiko taip.

1946 metais A.I. Leypunsky, remdamasis automatinio fazavimo principu, iškėlė idėją apie galimybę sukurti greitintuvą, kuris apjungtų sinchrotrono ir sinchrociklotrono savybes. Vėliau Wexleris šio tipo greitintuvus pavadino sinchrofasotronu. Pavadinimas tampa aiškus, jei atsižvelgsime į tai, kad sinchrociklotronas iš pradžių buvo vadinamas fasotronu ir kartu su sinchrotronu gaunamas sinchrofasotronas. Jame dėl valdymo magnetinio lauko pokyčių dalelės juda žiedu, kaip ir sinchrotrone, o pagreičiu susidaro aukšto dažnio elektrinis laukas, kurio dažnis laikui bėgant kinta, kaip sinchrociklotrone. Tai leido žymiai padidinti pagreitintų protonų energiją, palyginti su sinchrociklotronu. Sinchrofazotrone protonai iš anksto pagreitinami tiesiniame greitintuve – purkštuve. Dalelės, įvestos į pagrindinę kamerą, joje pradeda cirkuliuoti veikiamos magnetinio lauko. Šis režimas vadinamas betatronu. Tada aukšto dažnio greitinimo įtampa įjungiama ant elektrodų, išdėstytų dviejuose diametraliai priešinguose tiesiuose tarpuose.

Iš visų trijų greitintuvų tipų, pagrįstų automatinio fazavimo principu, sinchrofasotronas yra techniškai pats sudėtingiausias, todėl daugelis abejojo jo sukūrimo galimybe. Tačiau Leypunsky, įsitikinęs, kad viskas pavyks, drąsiai ėmėsi įgyvendinti savo idėją.

1947 m. laboratorijoje „B“ prie Obninskojės stoties (dabar Obninsko miestas) speciali jo vadovaujama greitintuvų grupė pradėjo kurti greitintuvą. Pirmieji sinchrofasotrono teoretikai buvo Yu.A. Krutkovas, O.D. Kazačkovskis ir L.L. Sabsovičius. 1948 metų vasarį įvyko uždara greitintuvų konferencija, kurioje, be ministrų, dalyvavo ir A.L. Mintsas, tuo metu jau žinomas radijo inžinerijos specialistas, ir Leningrado elektrosilos bei transformatorių gamyklų vyriausieji inžinieriai. Jie visi pareiškė, kad Leypunsky pasiūlytas greitintuvas gali būti pagamintas. Pirmieji teoriniai rezultatai ir pirmaujančių gamyklų inžinierių parama leido pradėti konkretų didelio greitintuvo, kurio protonų energija yra 1,3–1,5 GeV, techninį projektą ir pradėti eksperimentinius darbus, kurie patvirtino Leipunskio idėjos teisingumą. 1948 m. gruodžio mėn. buvo parengtas greitintuvo techninis projektas, o 1949 m. kovo mėn. Leypunsky turėjo pateikti preliminarų 10 GeV sinchrofazotrono projektą.

Ir staiga 1949 m., Įpusėjus darbui, vyriausybė nusprendė sinchrofazotrono darbą perkelti į Lebedevo fizinį institutą. Kam? Kodėl? Juk FIAN jau kuria 1 GeV sinchrotroną! Taip, faktas yra tas, kad abu projektai, 1,5 GeV sinchrotronas ir 1 GeV sinchrotronas, buvo per brangūs, todėl kilo klausimas dėl jų pagrįstumo. Galiausiai tai buvo išspręsta viename iš specialių FIAN susitikimų, kur susirinko žymiausi šalies fizikai. Jie manė, kad nereikia statyti 1 GeV sinchrotrono, nes trūksta didelio susidomėjimo elektronų pagreičiu. Pagrindinis šios pozicijos priešininkas buvo M.A. Markovas. Pagrindinis jo argumentas buvo tas, kad naudojant jau gerai ištirtą elektromagnetinę sąveiką yra daug efektyviau tirti ir protonus, ir branduolines jėgas. Tačiau jam nepavyko apginti savo požiūrio, o teigiamas sprendimas pasirodė Leipunskio projektui palankus.

Taip atrodo 10 GeV sinchrofasotronas Dubnoje

Puoselėta Wexlerio svajonė sukurti didžiausią greitintuvą žlugo. Nenorėdamas taikstytis su esama situacija, jis, remiamas S.I. Vavilova ir D.V. Skobeltsyna pasiūlė atsisakyti 1,5 GeV sinchrofasotrono statybos ir pradėti projektuoti 10 GeV greitintuvą, anksčiau patikėtą A.I. Leypunskis. Vyriausybė pritarė šiam pasiūlymui, nes 1948 m. balandį sužinojo apie 6-7 GeV sinchrofasotrono projektą Kalifornijos universitete ir norėjosi bent kurį laiką aplenkti JAV.

1949 m. gegužės 2 d. SSRS Ministrų Taryba paskelbė dekretą dėl 7–10 GeV energijos sinchrofazotrono sukūrimo anksčiau sinchrotronui skirtoje teritorijoje. Tema buvo perkelta į Lebedevo fizinį institutą, o V. I. paskirtas jo moksliniu ir techniniu direktoriumi. Wexleris, nors Leypunsky sekėsi visai neblogai.

Tai pirmiausia galima paaiškinti tuo, kad Wexleris buvo laikomas autofazavimo principo autoriumi ir, remiantis amžininkų prisiminimais, L. P. jam buvo labai palankiai nusiteikęs. Berija. Antra, S. I. Vavilovas tuo metu buvo ne tik FIAN direktorius, bet ir SSRS mokslų akademijos prezidentas. Leypunskiui buvo pasiūlyta tapti Wexlerio pavaduotoju, tačiau jis atsisakė ir ateityje nedalyvavo kuriant sinchrofazotroną. Pasak pavaduotojo Leypunsky O.D. Kazachkovskis, „buvo aišku, kad du lokiai nesusitvarkys viename guolyje“. Vėliau A.I. Leypunsky ir O.D. Kazačkovskis tapo pagrindiniais reaktorių ekspertais ir 1960 m. buvo apdovanotas Lenino premija.

Į nutarimą buvo įtrauktas punktas dėl greitintuvo kūrime dalyvaujančių darbuotojų perkėlimo dirbti į Lebedevo fizinio instituto laboratorijos „B“ su atitinkamos įrangos perkėlimu. Ir buvo ką perteikti: darbas su akceleratoriumi „B“ laboratorijoje tuo metu buvo perkeltas į modelio ir pagrindinių sprendimų pagrindimo stadiją.

Ne visi buvo entuziastingi dėl perėjimo į FIAN, nes su Leypunsky buvo lengva ir įdomu dirbti: jis buvo ne tik puikus mokslinis vadovas, bet ir nuostabus žmogus. Tačiau atsisakyti perdavimo buvo beveik neįmanoma: tuo atšiauriu metu atsisakymui grėsė teismas ir stovyklos.

Iš „B“ laboratorijos perkelta grupė buvo inžinierius Leonidas Petrovičius Zinovjevas. Jis, kaip ir kiti greitintuvų grupės nariai, Leypunsky laboratorijoje pirmiausia dirbo kurdamas atskirus komponentus, reikalingus būsimo greitintuvo modeliui, ypač jonų šaltinį ir aukštos įtampos impulsų grandines, skirtas maitinti purkštuką. Leypunsky iš karto atkreipė dėmesį į kompetentingą ir kūrybingą inžinierių. Jo nurodymu Zinovjevas pirmasis dalyvavo kuriant bandomąjį įrenginį, kuriame būtų galima imituoti visą protonų pagreičio procesą. Tada niekas negalėjo pagalvoti, kad tapęs vienu iš pionierių, įgyvendinančių sinchrofazotrono idėją, Zinovjevas bus vienintelis žmogus, kuris pereis visus jo kūrimo ir tobulinimo etapus. Ir jis ne tik praeis, bet ir vadovaus.

„B“ laboratorijoje gauti teoriniai ir eksperimentiniai rezultatai buvo panaudoti Lebedevo fiziniame institute projektuojant 10 GeV sinchrofazotroną. Tačiau norint padidinti akceleratoriaus energiją iki šios vertės, reikėjo didelių pakeitimų. Jo kūrimo sunkumus labai apsunkino tai, kad tuo metu visame pasaulyje nebuvo tokių didelių įrenginių statybos patirties.

Vadovaujant teoretikams M.S. Rabinovičius ir A.A. Kolomenskis iš FIAN padarė fizinį techninio projekto pagrindimą. Pagrindinius sinchrofasotrono komponentus sukūrė Mokslų akademijos Maskvos radiotechnikos institutas ir Leningrado tyrimų institutas, vadovaujami jų direktorių A.L. Mints ir E.G. Uodas.

Norėdami įgyti reikiamos patirties, nusprendėme sukurti sinchrofasotrono modelį, kurio energija yra 180 MeV. Jis buvo Lebedevo fizinio instituto teritorijoje specialiame pastate, kuris slaptumo sumetimais buvo vadinamas sandėliu Nr. 2. 1951 m. pradžioje Wexleris patikėjo visus modelio darbus, įskaitant įrangos montavimą, derinimą. ir jo visapusiškas paleidimas Zinovjevui.

Fianovo modelis anaiptol nebuvo mažas – jo 4 metrų skersmens magnetas svėrė 290 tonų. Vėliau Zinovjevas prisiminė, kad kai jie surinko modelį pagal pirmuosius skaičiavimus ir bandė jį paleisti, iš pradžių niekas neveikė. Prieš paleidžiant modelį į rinką, teko įveikti daugybę nenumatytų techninių sunkumų. Kai tai atsitiko 1953 m., Wexleris pasakė: „Štai ir viskas! Ivankovskio sinchrofasotronas veiks! Kalbėjome apie didelį 10 GeV sinchrofasotroną, kuris jau buvo pradėtas statyti 1951 metais Kalinino srityje. Statybas vykdė organizacija, pavadinta TDS-533 (Statybos techninė direkcija 533).

Prieš pat modelio pristatymą viename amerikiečių žurnale netikėtai pasirodė žinutė apie naują greitintuvo magnetinės sistemos dizainą, vadinamą hard-focusing. Jis atliekamas kaip kintamų sekcijų rinkinys su priešingai nukreiptais magnetinio lauko gradientais. Tai žymiai sumažina pagreitintų dalelių svyravimų amplitudę, o tai savo ruožtu leidžia žymiai sumažinti vakuuminės kameros skerspjūvį. Dėl to sutaupoma daug geležies, sunaudotos magneto konstrukcijai. Pavyzdžiui, 30 GeV greitintuvas Ženevoje, pagrįstas kietu fokusavimu, turi tris kartus didesnę energiją ir tris kartus didesnį perimetrą nei Dubnos sinchrofasotronas, o jo magnetas yra dešimt kartų lengvesnis.

Kietojo fokusavimo magnetų dizainą pasiūlė ir sukūrė amerikiečių mokslininkai Courantas, Livingstonas ir Snyderis 1952 m. Kelerius metus prieš juos Christofilos sugalvojo tą pačią idėją, tačiau jos nepaskelbė.

Zinovjevas iš karto įvertino amerikiečių atradimą ir pasiūlė perdaryti Dubnos sinchrofazotroną. Tačiau tai turėtų paaukoti laiką. Wexleris tada pasakė: „Ne, bent vieną dieną, bet mes turime būti prieš amerikiečius“. Tikriausiai šaltojo karo sąlygomis jis buvo teisus – „arklių nekeičiama viduryje“. Ir toliau kūrė didįjį greitintuvą pagal anksčiau parengtą projektą. 1953 m. statomo sinchrofasotrono pagrindu buvo sukurta SSRS mokslų akademijos (EFLAN) Elektrofizinė laboratorija. Jos direktoriumi buvo paskirtas V. I.. Wexleris.

1956 m. INP ir EFLAN sudarė įkurto Jungtinio branduolinių tyrimų instituto (JINR) pagrindą. Jo vieta tapo žinoma kaip Dubnos miestas. Iki to laiko sinchrociklotrono protonų energija buvo 680 MeV, o sinchrofasotrono statyba buvo baigta. Nuo pirmųjų JINR formavimo dienų jos oficialiu simboliu tapo stilizuotas sinchrofazotrono pastato brėžinys (autorius V.P. Bochkarev).

Modelis padėjo išspręsti daugybę problemų, susijusių su 10 GeV greitintuvu, tačiau daugelio mazgų dizainas patyrė didelių pokyčių dėl didelio dydžio skirtumo. Vidutinis sinchrofasotrono elektromagneto skersmuo siekė 60 metrų, o svoris – 36 tūkst. tonų (pagal parametrus jis vis dar yra Gineso rekordų knygoje). Iškilo daugybė naujų sudėtingų inžinerinių problemų, kurias komanda sėkmingai išsprendė.

Galiausiai viskas buvo paruošta visapusiškam akceleratoriaus paleidimui. Wexlerio įsakymu jai vadovavo L.P. Zinovjevas. Darbas prasidėjo 1956 metų gruodžio pabaigoje, situacija buvo įtempta, Vladimiras Iosifovičius negailėjo nei savęs, nei savo darbuotojų. Mes dažnai nakvodavome ant lovelių tiesiai didžiuliame įrenginio valdymo kambaryje. Pagal atsiminimus A.A. Kolomenskis, Wexleris didžiąją dalį savo neišsenkančios energijos tuo metu skyrė išorinių organizacijų pagalbos „prievartavimui“ ir protingų pasiūlymų įgyvendinimui, kurie daugiausia kilo iš Zinovjevo. Wexleris labai vertino savo eksperimentinę intuiciją, kuri suvaidino lemiamą vaidmenį paleidžiant milžinišką greitintuvą.

Labai ilgą laiką jie negalėjo gauti betatron režimo, be kurio paleisti neįmanoma. Ir tai buvo Zinovjevas, kuris lemiamu momentu suprato, ką reikia padaryti, kad įkvėptų gyvybės sinchrofasotronui. Dvi savaites ruoštas eksperimentas galiausiai visų džiaugsmui vainikavo sėkmę. 1957 03 15 pradėjo veikti Dubnos sinchrofasotronas, apie tai 1957 04 11 visam pasauliui pranešė laikraštis „Pravda“ (V.I. Vekslerio straipsnis). Įdomu tai, kad ši žinia pasirodė tik tada, kai nuo paleidimo dienos pamažu kilusi greitintuvo energija viršijo tuo metu pirmaujančio Amerikos sinchrofazotrono Berklyje 6,3 GeV energiją. "Yra 8,3 milijardo elektronų voltų!" – pranešė laikraštis, skelbdamas, kad Sovietų Sąjungoje buvo sukurtas rekordinis greitintuvas. Wexlerio brangi svajonė išsipildė!

Balandžio 16 d. protonų energija pasiekė projektinę 10 GeV vertę, tačiau greitintuvas buvo pradėtas veikti tik po kelių mėnesių, nes vis dar buvo nemažai neišspręstų techninių problemų. Ir vis dėlto pagrindinis dalykas buvo už nugaros - sinchrofasotronas pradėjo veikti.

Wexleris apie tai pranešė per antrąją Jungtinio instituto akademinės tarybos sesiją 1957 m. gegužės mėn. Tuo pačiu metu instituto direktorius D.I. Blokhintsevas pažymėjo, kad, pirma, sinchrofazotrono modelis buvo sukurtas per pusantrų metų, o Amerikoje tai užtruko apie dvejus metus. Antra, pats sinchrofasotronas buvo paleistas per tris mėnesius, pagal grafiką, nors iš pradžių tai atrodė nerealu. Būtent sinchrofasotrono paleidimas Dubnai atnešė pirmąją pasaulinę šlovę.

Trečiojoje instituto mokslo tarybos sesijoje Mokslų akademijos narys korespondentas V.P. Dželepovas pažymėjo, kad „Zinovjevas visais atžvilgiais buvo startuolio siela ir prisidėjo prie šio reikalo milžiniškos energijos ir pastangų, būtent kūrybinių pastangų montuojant mašiną“. A D.I. Blokhintsevas pridūrė, kad „Zinovjevui iš tikrųjų teko didžiulis sudėtingas koregavimo darbas“.

Tūkstančiai žmonių dalyvavo kuriant sinchrofasotroną, tačiau Leonidas Petrovičius Zinovjevas atliko ypatingą vaidmenį. Veksleris rašė: „Sinchrofasotrono paleidimo sėkmė ir galimybė su juo pradėti platų fizinį darbą daugiausia siejami su L. P. dalyvavimu šiuose darbuose. Zinovjevas“.

Zinovjevas planavo grįžti į FIAN po akceleratoriaus paleidimo. Tačiau Wexleris maldavo jo pasilikti, manydamas, kad niekam kitam negali patikėti sinchrofazotrono valdymo. Zinovjevas sutiko ir daugiau nei trisdešimt metų prižiūrėjo akceleratoriaus darbą. Jam vadovaujant ir tiesiogiai dalyvaujant, akceleratorius buvo nuolat tobulinamas. Zinovjevas mėgo sinchrofasotroną ir labai subtiliai jautė šio geležies milžino kvapą. Anot jo, nebuvo nei vienos akceleratoriaus dalies, net menkiausios, kurios jis nepalietė ir kurios paskirties jis nežinotų.

1957 m. spalį vykusiame išplėstiniame Kurchatovo instituto mokslinės tarybos posėdyje, kuriam pirmininkavo pats Igoris Vasiljevičius, septyniolika žmonių iš įvairių organizacijų, dalyvavusių kuriant sinchrofasotroną, buvo nominuoti tuo metu prestižiškiausiai Sovietų Sąjungoje Lenino premijai gauti. laikas. Bet pagal sąlygas laureatų skaičius negalėjo viršyti dvylikos žmonių. 1959 m. balandį premija buvo įteikta JINR didelės energijos laboratorijos direktoriui V.I. Veksleris, tos pačios laboratorijos skyriaus vedėjas L.P. Zinovjevas, Pagrindinio atominės energijos naudojimo direktorato prie SSRS Ministrų Tarybos vadovo pavaduotojas D.V. Efremovas, Leningrado tyrimų instituto direktorius E.G. Komaras ir jo bendradarbiai N.A. Monoszon, A.M. Stolovas, SSRS mokslų akademijos Maskvos radijo inžinerijos instituto direktorius A.L. Mints, to paties instituto darbuotojai F.A. Vodopjanovas, S.M. Rubchinsky, FIAN darbuotojai A.A. Kolomenskis, V.A. Petuhovas, M.S. Rabinovičius. Veksleris ir Zinovjevas tapo Dubnos garbės piliečiais.

Sinchrofasotronas tarnavo keturiasdešimt penkerius metus. Per tą laiką jame buvo padaryta nemažai atradimų. 1960 metais sinchrofasotrono modelis buvo paverstas elektronų greitintuvu, kuris iki šiol veikia Lebedevo fiziniame institute.

šaltiniai

Literatūra:
Kolomensky A. A., Lebedev A. N. Ciklinių greitintuvų teorija. - M., 1962 m.
Komar E. G. Įkrautų dalelių greitintuvai. - M., 1964 m.
Livingood J. Ciklinių greitintuvų veikimo principai - M., 1963 m.
Oganesyan Yu. Kaip buvo sukurtas ciklotronas / Mokslas ir gyvenimas, 1980 Nr. 4, p. 73.
Hill R. Dalelių pėdsakais – M., 1963 m.

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

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

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

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

http://www.larisa-zinovyeva.com

Ir priminsiu apie kai kuriuos kitus nustatymus: pavyzdžiui, ir kaip tai atrodo. Taip pat prisiminkite, ką. O gal nežinai? arba kas tai yra Originalus straipsnis yra svetainėje InfoGlaz.rf Nuoroda į straipsnį, iš kurio buvo padaryta ši kopija -

1957 metais SSRS padarė mokslinį ir techninį proveržį keliose srityse: sėkmingai paleido dirbtinį Žemės palydovą, o likus keliems mėnesiams iki šio įvykio Dubnoje pradėjo veikti sinchrofasotronas. Kas tai yra ir kodėl reikalingas toks įrengimas? Šis klausimas jaudino ne tik tuometinius SSRS piliečius, bet ir visą pasaulį. Žinoma, mokslo bendruomenė suprato, kas tai yra, tačiau paprasti piliečiai, išgirdę šį žodį, suglumo. Net ir šiandien dauguma žmonių nesupranta sinchrofasotrono esmės ir principo, nors šį žodį yra girdėję ne kartą. Išsiaiškinkime, kas yra šis įrenginys ir kam jis buvo naudojamas.

Kam naudojamas sinchrofasotronas?

Ši instaliacija buvo sukurta siekiant ištirti mikrokosmosą ir suprasti elementariųjų dalelių sandarą bei jų tarpusavio sąveikos dėsnius. Pats žinių metodas buvo itin paprastas: sulaužykite dalelę ir pažiūrėkite, kas yra viduje. Tačiau kaip galite sulaužyti protoną? Tam buvo sukurtas sinchrofasotronas, kuris pagreitina daleles ir pataiko į taikinį. Pastarasis gali būti nejudantis, tačiau šiuolaikiniame dideliame hadronų greitintuve (tai yra patobulinta senojo gero sinchrofazotrono versija) taikinys juda. Ten protonų pluoštai dideliu greičiu juda vienas kito link ir atsitrenkia vienas į kitą.

Tikėta, kad ši instaliacija leis pasiekti mokslinį proveržį, atrasti naujus elementus ir būdus atominei energijai gaminti iš pigių šaltinių, kurie būtų efektyvesni už sodrintą uraną ir būtų saugesni bei mažiau kenkę aplinkai.

Kariniais tikslais

Žinoma, buvo siekiama ir karinių tikslų. Atominės energijos kūrimas taikiems tikslams – tik pasiteisinimas naiviesiems. Ne veltui sinchrofasotrono projektas buvo priskirtas „Visiškai slaptai“, nes šio greitintuvo konstravimas buvo atliktas kaip naujos atominės bombos sukūrimo projekto dalis. Su jo pagalba jie norėjo gauti patobulintą branduolinių jėgų teoriją, reikalingą bombai apskaičiuoti ir sukurti. Tiesa, viskas pasirodė daug sudėtingiau, ir net šiandien šios teorijos trūksta.

Kas yra sinchrofasotronas paprastais žodžiais?

Apibendrinant galima pasakyti, kad šis įrenginys yra elementariųjų dalelių, ypač protonų, greitintuvas. Sinchrofasotroną sudaro nemagnetinis kilpinis vamzdelis, kurio viduje yra vakuumas, taip pat galingi elektromagnetai. Kitu atveju magnetai įsijungia, nukreipdami įkrautas daleles vakuuminio vamzdžio viduje. Kai jie greitintuvų pagalba pasiekia maksimalų greitį, jie siunčiami į specialų taikinį. Protonai pataiko į jį, sulaužo patį taikinį ir susilaužo patys. Fragmentai skrenda įvairiomis kryptimis ir palieka žymes burbulo kameroje. Naudodamasi šiais pėdsakais, grupė mokslininkų analizuoja jų prigimtį.

Taip buvo ir anksčiau, tačiau šiuolaikinėse instaliacijose (pvz., Large Hadron Collider) vietoj burbulų kameros naudojami modernesni detektoriai, kurie suteikia daugiau informacijos apie protonų fragmentus.

Pats įrengimas yra gana sudėtingas ir aukštųjų technologijų. Galima sakyti, kad sinchrofasotronas yra šiuolaikinio didelio hadronų greitintuvo „tolimas giminaitis“. Tiesą sakant, jį galima pavadinti mikroskopo analogu. Abu šie įrenginiai skirti mikropasaulio tyrinėjimui, tačiau tyrimo principas skiriasi.

Daugiau apie įrenginį

Taigi, mes jau žinome, kas yra sinchrofasotronas, ir tai, kad čia dalelės įsibėgėja iki didžiulio greičio. Pasirodo, norint pagreitinti protonus iki milžiniško greičio, būtina sukurti šimtų milijardų voltų potencialų skirtumą. Deja, žmonija to nepajėgia, todėl sugalvojo daleles pagreitinti palaipsniui.

Instaliacijoje dalelės juda ratu ir kiekvieno apsisukimo metu yra maitinamos energija, gaunant pagreitį. Ir nors toks įkrovimas yra mažas, per milijonus apsisukimų galite įgyti reikiamos energijos.

Šiuo principu pagrįstas sinchrofasotrono veikimas. Elementarios dalelės, pagreitintos iki mažų verčių, paleidžiamos į tunelį, kuriame yra magnetai. Jie sukuria magnetinį lauką, statmeną žiedui. Daugelis žmonių klaidingai mano, kad šie magnetai pagreitina daleles, tačiau iš tikrųjų taip nėra. Jie tik keičia savo trajektoriją, priversdami judėti ratu, bet jų negreitina. Pats pagreitis vyksta tam tikrais pagreičio intervalais.

Dalelių pagreitis

Toks pagreičio periodas yra kondensatorius, kuriam aukštu dažniu tiekiama įtampa. Beje, tai yra viso šio įrenginio veikimo pagrindas. Protonų spindulys įskrenda į šį kondensatorių tuo metu, kai įtampa jame lygi nuliui. Kai dalelės skrenda per kondensatorių, įtampa turi laiko padidėti, o tai pagreitina dalelių greitį. Kitame apskritime tai kartojama, nes kintamos įtampos dažnis yra specialiai parinktas lygus dalelių cirkuliacijos aplink žiedą dažniui. Dėl to protonai pagreitėja sinchroniškai ir fazėje. Iš čia ir kilo pavadinimas – sinchrofasotronas.

Beje, šis pagreitinimo būdas turi tam tikrą teigiamą poveikį. Jei staiga protonų spindulys lekia greičiau nei reikalaujamas greitis, tada jis į pagreičio tarpą įskrenda esant neigiamai įtampos vertei, todėl šiek tiek sulėtėja. Jei judėjimo greitis mažesnis, tada poveikis bus priešingas: dalelė gauna pagreitį ir pasiveja pagrindinę protonų krūvą. Dėl to tankus ir kompaktiškas dalelių pluoštas juda tuo pačiu greičiu.

Problemos

Idealiu atveju dalelės turėtų būti pagreitintos iki didžiausio įmanomo greičio. Ir jei kiekviename apskritime protonai juda vis greičiau, tai kodėl negalima jų pagreitinti iki didžiausio įmanomo greičio? Yra keletas priežasčių.

Pirma, energijos padidėjimas reiškia dalelių masės padidėjimą. Deja, reliatyvistiniai dėsniai neleidžia nei vienam elementui pagreitinti virš šviesos greičio. Sinchrofazotrone protonų greitis beveik pasiekia šviesos greitį, o tai labai padidina jų masę. Dėl to juos sunku išlaikyti apskrito spindulio orbitoje. Nuo mokyklos laikų buvo žinoma, kad dalelių judėjimo spindulys magnetiniame lauke yra atvirkščiai proporcingas masei ir tiesiogiai proporcingas lauko stiprumui. O kadangi dalelių masė didėja, reikia padidinti spindulį ir stiprinti magnetinį lauką. Šios sąlygos riboja mokslinių tyrimų sąlygų įgyvendinimą, nes technologijos yra ribotos ir šiandien. Iki šiol nebuvo įmanoma sukurti lauko, kurio indukcija būtų didesnė nei kelios teslos. Štai kodėl jie gamina didelio ilgio tunelius, nes didelio spindulio sunkiosios dalelės gali būti laikomos didžiuliu greičiu magnetiniame lauke.

Antroji problema yra judėjimas su pagreičiu apskritime. Yra žinoma, kad tam tikru greičiu judantis krūvis skleidžia energiją, tai yra ją praranda. Vadinasi, įsibėgėjimo metu dalelės nuolat praranda dalį energijos ir kuo didesnis jų greitis, tuo daugiau energijos jos išleidžia. Tam tikru momentu atsiranda pusiausvyra tarp energijos, gaunamos pagreičio atkarpoje, ir to paties energijos kiekio praradimo per apsisukimą.

Tyrimai atlikti sinchrofazotrone

Dabar mes suprantame, koks principas yra sinchrofasotrono veikimo pagrindas. Tai leido atlikti daugybę tyrimų ir atradimų. Visų pirma, mokslininkai sugebėjo ištirti pagreitintų deuteronų savybes, branduolių kvantinės struktūros elgesį, sunkiųjų jonų sąveiką su taikiniais, taip pat sukurti urano-238 perdirbimo technologiją.

Bandymų rezultatų taikymas

Šiose srityse gauti rezultatai šiandien naudojami statant erdvėlaivius, projektuojant atomines elektrines, taip pat kuriant specialią įrangą ir robotiką. Iš viso to išplaukia, kad sinchrofasotronas yra prietaisas, kurio indėlį į mokslą sunku pervertinti.

Išvada

50 metų tokie įrenginiai tarnavo mokslui ir yra aktyviai naudojami visos planetos mokslininkų. Anksčiau sukurti sinchrofasotronas ir panašios instaliacijos (jie buvo sukurti ne tik SSRS) yra tik viena evoliucijos grandinės grandis. Šiandien atsiranda pažangesnių prietaisų – nukleotronų, kurie turi milžinišką energiją.

Vienas iš pažangiausių šių įrenginių yra didelis hadronų greitintuvas. Priešingai nei veikia sinchrofasotronas, jis susiduria su dviem priešingų krypčių dalelių pluoštais, dėl ko susidūrimo metu išsiskirianti energija yra daug kartų didesnė už sinchrofazotrono energiją. Tai atveria galimybes tiksliau tirti elementariąsias daleles.

Galbūt dabar turėtumėte suprasti, kas yra sinchrofasotronas ir kodėl jis reikalingas. Ši instaliacija leido mums padaryti daugybę atradimų. Šiandien jis buvo paverstas elektronų greitintuvu ir šiuo metu dirba Lebedevo fiziniame institute.

Technologijos SSRS sparčiai vystėsi. Pažvelkite į pirmojo dirbtinio Žemės palydovo paleidimą, kurį stebėjo visas pasaulis. Mažai kas žino, kad tais pačiais, 1957 m., SSRS pradėjo veikti sinchrofasotronas (tai yra ne tik baigtas ir pradėtas eksploatuoti, bet ir paleistas). Šis žodis reiškia elementariųjų dalelių greitinimui skirtą instaliaciją. Beveik visi šiandien yra girdėję apie Didįjį hadronų greitintuvą – tai naujesnė ir patobulinta šiame straipsnyje aprašyto įrenginio versija.

Kas tai yra - sinchrofasotronas? Kam tai?

Ši instaliacija yra didelis elementariųjų dalelių (protonų) greitintuvas, leidžiantis nuodugniau ištirti mikrokosmosą, taip pat tų pačių dalelių sąveiką tarpusavyje. Tyrimo būdas yra labai paprastas: suskaidykite protonus į mažas dalis ir pažiūrėkite, kas yra viduje. Viskas skamba paprastai, tačiau protoną sulaužyti – itin sudėtinga užduotis, kuriai prireikė pastatyti tokią didžiulę konstrukciją. Čia per specialų tunelį dalelės pagreitinamos iki milžiniško greičio ir siunčiamos į taikinį. Kai jie atsitrenkia, jie išsisklaido į mažus fragmentus. Artimiausias sinchrofazotrono „kolegas“ Didysis hadronų greitintuvas veikia maždaug tokiu pačiu principu, tik ten dalelės įsibėgėja į priešingas puses ir atsitrenkia ne į stovintį taikinį, o susiduria viena su kita.

Dabar jūs šiek tiek suprantate, kad tai yra sinchrofasotronas. Buvo tikima, kad instaliacija leis padaryti mokslinį proveržį mikropasaulio tyrimų srityje. Savo ruožtu tai leis atrasti naujų elementų ir būdų gauti pigių energijos šaltinių. Idealiu atveju jie norėjo atrasti elementus, kurie būtų efektyvesni ir tuo pat metu mažiau kenksmingi bei lengviau perdirbami.

Karinis naudojimas

Verta paminėti, kad ši instaliacija buvo sukurta siekiant mokslinio ir technologinio proveržio, tačiau jos tikslai buvo ne tik taikūs. Mokslinis ir technologinis proveržis daug ką lėmė karinės ginklavimosi varžybos. Sinchrofasotronas buvo sukurtas pavadinimu „Visiškai slaptas“, o jo kūrimas ir konstravimas buvo vykdomi kuriant atominę bombą. Buvo manoma, kad prietaisas leis sukurti tobulą branduolinių jėgų teoriją, tačiau viskas pasirodė ne taip paprasta. Net ir šiandien šios teorijos trūksta, nors technologinė pažanga padarė didelę pažangą.

paprastais žodžiais?

Jei apibendrinsime ir kalbėsime suprantama kalba? Sinchrofasotronas yra įrenginys, kuriame protonai gali būti pagreitinti iki didelio greičio. Jį sudaro vamzdelis su kilpa, kurio viduje yra vakuumas ir galingi elektromagnetai, neleidžiantys protonams judėti atsitiktinai. Kai protonai pasiekia maksimalų greitį, jų srautas nukreipiamas į specialų taikinį. Atsitrenkę į jį, protonai išsisklaido į mažus fragmentus. Mokslininkai specialioje burbulų kameroje gali pamatyti skraidančių fragmentų pėdsakus, o iš šių pėdsakų analizuoja pačių dalelių prigimtį.

Burbulų kamera yra šiek tiek pasenęs prietaisas protonų pėdsakams užfiksuoti. Šiandien tokiose instaliacijose naudojami tikslesni radarai, kurie suteikia daugiau informacijos apie protonų fragmentų judėjimą.

Nepaisant paprasto sinchrofazotrono principo, ši instaliacija pati yra aukštųjų technologijų, o ją sukurti įmanoma tik esant pakankamam techninio ir mokslinio išsivystymo lygiui, kurį, žinoma, turėjo SSRS. Pateikiant analogiją, paprastas mikroskopas yra prietaisas, kurio paskirtis sutampa su sinchrofazotrono paskirtimi. Abu įrenginiai leidžia tyrinėti mikropasaulį, tik pastarasis leidžia „kapstytis giliau“ ir turi kiek savitą tyrimo metodą.

Detalės

Įrenginio veikimas buvo aprašytas aukščiau paprastais žodžiais. Žinoma, sinchrofasotrono veikimo principas yra sudėtingesnis. Faktas yra tas, kad norint pagreitinti daleles iki didelio greičio, būtina numatyti šimtų milijardų voltų potencialų skirtumą. Tai neįmanoma net dabartiniame technologijų vystymosi etape, jau nekalbant apie ankstesnįjį.

Todėl buvo nuspręsta daleles pagreitinti palaipsniui ir ilgą laiką varyti jas ratu. Kiekviename rate protonai buvo maitinami. Pravažiavus milijonus apsisukimų, buvo galima pasiekti reikiamą greitį, po kurio jie buvo išsiųsti į taikinį.

Būtent toks principas buvo naudojamas sinchrofazotrone. Iš pradžių dalelės per tunelį judėjo mažu greičiu. Kiekviename rate jie įvesdavo vadinamuosius pagreičio intervalus, kur gaudavo papildomą energijos užtaisą ir įgaudavo greitį. Šios pagreičio sekcijos yra kondensatoriai, kurių kintamos įtampos dažnis yra lygus protonų, einančių per žiedą, dažniui. Tai reiškia, kad dalelės pagreičio sekciją pataikė neigiamu krūviu, šiuo metu įtampa smarkiai padidėjo, o tai suteikė jiems greitį. Jei dalelės į pagreičio vietą pataikė teigiamu krūviu, tada jų judėjimas sulėtėjo. Ir tai yra teigiama savybė, nes dėl to visas protonų pluoštas judėjo tuo pačiu greičiu.

Ir tai kartojosi milijonus kartų, o kai dalelės įgavo reikiamą greitį, jos buvo siunčiamos į specialų taikinį, ant kurio atsitrenkė. Vėliau grupė mokslininkų ištyrė dalelių susidūrimo rezultatus. Taip veikė sinchrofasotronas.

Magnetų vaidmuo

Yra žinoma, kad šioje didžiulėje dalelių pagreičio mašinoje buvo naudojami ir galingi elektromagnetai. Žmonės klaidingai mano, kad jie buvo naudojami protonams pagreitinti, tačiau taip nėra. Dalelės buvo greitinamos specialių kondensatorių (pagreičio sekcijos) pagalba, o magnetai protonus laikydavo tik griežtai nurodytoje trajektorijoje. Be jų nuoseklus elementariųjų dalelių pluošto judėjimas būtų neįmanomas. O didelė elektromagnetų galia paaiškinama didele protonų mase dideliu greičiu.

Su kokiomis problemomis susidūrė mokslininkai?

Viena iš pagrindinių problemų kuriant šią instaliaciją buvo būtent dalelių pagreitis. Žinoma, juos buvo galima pagreitinti kiekviename rate, tačiau įsibėgėjus jų masė darėsi didesnė. Esant greičiui, artimam šviesos greičiui (kaip žinome, niekas negali judėti greičiau nei šviesos greitis), jų masė tapo milžiniška, todėl buvo sunku išlaikyti juos apskritoje orbitoje. Iš mokyklinės programos žinome, kad elementų judėjimo spindulys magnetiniame lauke yra atvirkščiai proporcingas jų masei, todėl, didėjant protonų masei, teko didinti spindulį ir naudoti didelius, stiprius magnetus. Tokie fizikos dėsniai labai apriboja tyrimų galimybes. Beje, jie taip pat gali paaiškinti, kodėl sinchrofasotronas pasirodė toks didžiulis. Kuo didesnis tunelis, tuo didesni magnetai gali būti montuojami, kad sukurtų stiprų magnetinį lauką, kad protonai judėtų norima kryptimi.

Antra problema – energijos praradimas judant. Dalelės, sukdamos ratu, išskiria energiją (ją praranda). Vadinasi, judant greičiu dalis energijos išgaruoja, ir kuo didesnis greitis, tuo didesni nuostoliai. Anksčiau ar vėliau ateina momentas, kai lyginamos skleidžiamos ir gaunamos energijos vertės, todėl tolesnis dalelių pagreitis tampa neįmanomas. Vadinasi, reikia didesnių pajėgumų.

Galime pasakyti, kad dabar tiksliau suprantame, kad tai yra sinchrofasotronas. Bet ką tiksliai mokslininkai pasiekė per bandymus?

Kokie tyrimai buvo atlikti?

Natūralu, kad šios instaliacijos darbas nepraėjo be pėdsakų. Ir nors buvo tikimasi rimtesnių rezultatų, kai kurie tyrimai pasirodė itin naudingi. Visų pirma, mokslininkai tyrė pagreitintų deuteronų savybes, sunkiųjų jonų sąveiką su taikiniais ir sukūrė efektyvesnę panaudoto urano-238 perdirbimo technologiją. Ir nors paprastam žmogui visi šie rezultatai mažai ką reiškia, mokslo srityje jų reikšmę sunku pervertinti.

Rezultatų taikymas

Sinchrofazotrone atliktų tyrimų rezultatai naudojami ir šiandien. Visų pirma, jie naudojami statant jėgaines, veikiančias naudojant kosmines raketas, robotiką ir sudėtingą įrangą. Žinoma, šio projekto indėlis į mokslo ir technikos pažangą yra gana didelis. Kai kurie rezultatai pritaikomi ir karinėje srityje. Ir nors mokslininkams nepavyko atrasti naujų elementų, kuriuos būtų galima panaudoti kuriant naujas atomines bombas, niekas iš tikrųjų nežino, ar tai tiesa, ar ne. Visai gali būti, kad kai kurie rezultatai slepiami nuo gyventojų, nes verta manyti, kad šis projektas buvo įgyvendintas rubrikoje „Visiškai slapti“.

Išvada

Dabar jūs suprantate, kad tai yra sinchrofasotronas ir koks jo vaidmuo SSRS mokslo ir technologijų pažangoje. Net ir šiandien tokios instaliacijos aktyviai naudojamos daugelyje šalių, tačiau jau yra ir pažangesnių variantų – nukleotronų. Didysis hadronų greitintuvas yra bene geriausias iki šiol sinchrofasotrono idėjos įgyvendinimas. Šio įrenginio naudojimas leidžia mokslininkams tiksliau suprasti mikropasaulį, susidūrus dviem protonų pluoštams, judantiems milžinišku greičiu.