Godine 1957. SSSR je napravio naučni i tehnički proboj u nekoliko oblasti: uspešno je lansirao veštački Zemljin satelit, a nekoliko meseci pre ovog događaja sinhrofazotron je počeo da radi u Dubni. Šta je to i zašto je potrebna takva instalacija? Ovo pitanje je zabrinjavalo ne samo građane SSSR-a u to vrijeme, već i cijeli svijet. Naravno, naučna zajednica je shvatila o čemu se radi, ali obični građani su bili zbunjeni kada su čuli ovu riječ. Ni danas većina ljudi ne razumije suštinu i princip sinhrofazotrona, iako su ovu riječ čuli više puta. Hajde da shvatimo šta je ovo uređaj i za šta je korišten.

Za šta se koristi sinhrofazotron?

Ova instalacija je razvijena za proučavanje mikrokosmosa i razumijevanje strukture elementarnih čestica i zakona njihove međusobne interakcije. Sama metoda saznanja bila je krajnje jednostavna: razbiti česticu i vidjeti šta je unutra. Međutim, kako možete razbiti proton? U tu svrhu stvoren je sinhrofazotron koji ubrzava čestice i udara ih u metu. Potonji može biti nepomičan, ali u modernom Velikom hadronskom sudaraču (koji je poboljšana verzija dobrog starog sinhrofazotrona) meta se kreće. Tamo se snopovi protona kreću jedan prema drugom velikom brzinom i udaraju jedni druge.

Vjerovalo se da će ova instalacija omogućiti naučni iskorak, otkrivanje novih elemenata i metoda za proizvodnju atomske energije iz jeftinih izvora koji će biti efikasniji od obogaćenog uranijuma i sigurniji i manje štetni za okoliš.

Vojne svrhe

Naravno, težili su se i vojnim ciljevima. Stvaranje atomske energije u miroljubive svrhe samo je izgovor za naivne. Nije slučajno da je projekat sinhrofazotrona klasifikovan kao „strogo poverljivo“, jer je izgradnja ovog akceleratora izvedena u sklopu projekta stvaranja nove atomske bombe. Uz njegovu pomoć željeli su dobiti poboljšanu teoriju nuklearnih sila, koja je neophodna za proračun i stvaranje bombe. Istina, sve se pokazalo mnogo komplikovanije, a ova teorija i danas nedostaje.

Šta je sinhrofazotron jednostavnim riječima?

Da rezimiramo, ova instalacija je akcelerator elementarnih čestica, posebno protona. Sinhrofazotron se sastoji od nemagnetne petlje cijevi s vakuumom unutar, kao i snažnih elektromagneta. Naizmjenično, magneti se uključuju, vodeći nabijene čestice unutar vakuumske cijevi. Kada uz pomoć akceleratora dostignu maksimalnu brzinu, šalju se na posebnu metu. Protoni ga pogađaju, razbijaju samu metu i razbijaju se sami. Fragmenti lete u različitim smjerovima i ostavljaju tragove u komori s mjehurićima. Koristeći ove tragove, grupa naučnika analizira njihovu prirodu.

To je bio slučaj i ranije, ali moderne instalacije (kao što je Veliki hadronski sudarač) koriste modernije detektore umjesto mjehuraste komore, koje pružaju više informacija o fragmentima protona.

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

Više o uređaju

Dakle, već znamo šta je sinhrofazotron, a takođe i da se ovde čestice ubrzavaju do ogromnih brzina. Kako se ispostavilo, da bi se protoni ubrzali do ogromnih brzina, potrebno je stvoriti potencijalnu razliku od stotina milijardi volti. Nažalost, čovječanstvo to nije u stanju, pa su došli na ideju da postepeno ubrzavaju čestice.

U instalaciji se čestice kreću u krug, a pri svakoj revoluciji se napajaju energijom, primajući ubrzanje. I iako je takvo punjenje malo, preko miliona okretaja možete dobiti potrebnu energiju.

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

Ubrzanje čestica

Takav period ubrzanja je kondenzator na koji se napon primjenjuje na visokoj frekvenciji. Inače, to je osnova cjelokupnog rada ove instalacije. Snop protona leti u ovaj kondenzator u trenutku kada je napon u njemu nula. Kako čestice lete kroz kondenzator, napon ima vremena da se poveća, što ubrzava čestice. Na sljedećem krugu to se ponavlja, jer je frekvencija naizmjeničnog napona posebno odabrana jednaka frekvenciji cirkulacije čestice oko prstena. Posljedično, protoni se ubrzavaju sinhrono i u fazi. Otuda i naziv - sinhrofazotron.

Inače, ovaj način ubrzanja ima određeni povoljan učinak. Ako iznenada snop protona leti brže od potrebne brzine, tada leti u prazninu ubrzanja na negativnu vrijednost napetost, zbog čega se malo usporava. Ako je brzina kretanja manja, onda će učinak biti suprotan: čestica dobiva ubrzanje i sustiže glavnu gomilu protona. Kao rezultat toga, gust i kompaktan snop čestica kreće se istom brzinom.

Problemi

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

Prvo, povećanje energije podrazumijeva povećanje mase čestica. Nažalost, relativistički zakoni ne dozvoljavaju da se bilo koji element ubrza iznad brzine svjetlosti. U sinhrofazotronu, brzina protona gotovo dostiže brzinu svjetlosti, što uvelike povećava njihovu masu. Kao rezultat toga, postaje ih teško držati u kružnoj orbiti radijusa. Još iz škole je poznato da je radijus kretanja čestica u magnetskom polju obrnuto proporcionalan masi i direktno proporcionalan jačini polja. A pošto se masa čestica povećava, radijus se mora povećati, a magnetsko polje ojačati. Ovi uslovi stvaraju ograničenja u implementaciji uslova za istraživanje, jer su tehnologije i danas ograničene. Do sada nije bilo moguće stvoriti polje sa indukcijom većom od nekoliko tesla. Zato prave tunele velike dužine, jer sa velikim radijusom, teške čestice ogromnom brzinom se mogu zadržati u magnetnom polju.

Drugi problem je kretanje sa ubrzanjem u krugu. Poznato je da naelektrisanje koje se kreće određenom brzinom emituje energiju, odnosno gubi je. Posljedično, čestice konstantno gube dio energije prilikom ubrzanja, a što je veća njihova brzina, to više energije troše. U nekom trenutku dolazi do ravnoteže između energije primljene u dijelu ubrzanja i gubitka iste količine energije po okretu.

Istraživanje provedeno na sinhrofazotronu

Sada razumijemo koji je princip u osnovi rada sinhrofazotrona. To je omogućilo niz studija i otkrića. Konkretno, naučnici su bili u mogućnosti da proučavaju svojstva ubrzanih deuterona, ponašanje kvantne strukture jezgara, interakciju teških jona sa metama, a takođe su razvili tehnologiju za recikliranje uranijuma-238.

Primjena rezultata ispitivanja

Rezultati dobijeni u ovim oblastima danas se koriste u građevinarstvu svemirski brodovi, projektovanju nuklearnih elektrana, kao i u razvoju specijalne opreme i robotike. Iz svega ovoga proizilazi da je sinhrofazotron uređaj čiji je doprinos nauci teško precijeniti.

Zaključak

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

Jedan od najnaprednijih ovih uređaja je Veliki hadronski sudarač. Za razliku od djelovanja sinhrofazotrona, on sudara dva snopa čestica u suprotnim smjerovima, zbog čega je energija oslobođena sudara višestruko veća od energije na sinhrofazotronu. Ovo otvara mogućnosti za preciznije proučavanje elementarnih čestica.

Možda biste sada trebali shvatiti šta je sinhrofazotron i zašto je potreban. Ova instalacija nam je omogućila niz otkrića. Danas je pretvoren u akcelerator elektrona, a trenutno radi na Fizičkom institutu Lebedev.

Godine 1957 Sovjetski savez napravila je revolucionarni naučni iskorak u dva pravca odjednom: u oktobru je lansiran prvi veštački Zemljin satelit, a nekoliko meseci pre toga, u martu, u Dubni je počeo da radi legendarni sinhrofazotron, gigantska instalacija za proučavanje mikrosveta. Ova dva događaja šokirala su cijeli svijet, a riječi „satelit“ i „sinhrofazotron“ su se čvrsto udomaćile u našim životima.

Sinhrofazotron je vrsta akceleratora nabijenih čestica. Čestice u njima se ubrzavaju do velikih brzina i, prema tome, do visokih energija. Na osnovu rezultata njihovih sudara sa drugim atomskim česticama, prosuđuje se struktura i svojstva materije. Vjerovatnoća sudara određena je intenzitetom snopa ubrzanih čestica, odnosno brojem čestica u njemu, pa je intenzitet, uz energiju, važan parametar akceleratora.

Potreba za stvaranjem ozbiljne akceleratorske baze u Sovjetskom Savezu objavljena je na nivou vlade u martu 1938. godine. Grupa istraživača sa Lenjingradskog instituta za fiziku i tehnologiju (LPTI), predvođena akademikom A.F. Ioffe se obratio predsjedniku Vijeća narodnih komesara SSSR-a V.M. Molotova pismom u kojem je predloženo stvaranje tehničke baze za istraživanje u oblasti strukture atomskog jezgra. Pitanja o strukturi atomskog jezgra postala su jedan od centralnih problema prirodnih nauka, a Sovjetski Savez je znatno zaostajao u njihovom rješavanju. Dakle, ako je Amerika imala najmanje pet ciklotrona, onda Sovjetski Savez nije imao nijedan (jedini ciklotron Instituta za radij Akademije nauka (RIAN), lansiran 1937., praktički nije radio zbog nedostataka u dizajnu). Apel Molotovu sadržavao je zahtjev da se stvore uslovi za završetak izgradnje LPTI ciklotrona do 1. januara 1939. godine. Rad na njegovom stvaranju, započet 1937. godine, obustavljen je zbog resornih nedosljednosti i prestanka finansiranja.

U novembru 1938. S.I. Vavilov je, u apelu Prezidijumu Akademije nauka, predložio izgradnju ciklotrona LPTI u Moskvi i prenošenje laboratorije I.V. na Institut za fiziku Akademije nauka (FIAN) iz LPTI. Kurčatova, koja je učestvovala u njenom stvaranju. Sergej Ivanovič je želeo da se centralna laboratorija za proučavanje atomskog jezgra nalazi na istom mestu gde se nalazila Akademija nauka, odnosno u Moskvi. Međutim, nije dobio podršku u LPTI. Polemika je okončana krajem 1939. godine, kada je A.F. Ioffe je predložio stvaranje tri ciklotrona odjednom. Dana 30. jula 1940. godine, na sastanku Prezidijuma Akademije nauka SSSR-a, odlučeno je da se RIAN-u zaduži da ove godine rekonstruiše postojeći ciklotron, a FIAN-u da pripremi potrebne materijale za izgradnju novog moćnog ciklotrona do 15. oktobra. , i LFTI za završetak izgradnje ciklotrona u prvoj četvrtini 1941. godine.

U vezi sa ovom odlukom, FIAN je stvorio takozvani ciklotronski tim, u koji su bili Vladimir Iosifović Veksler, Sergej Nikolajevič Vernov, Pavel Aleksejevič Čerenkov, Leonid Vasiljevič Grošev i Jevgenij Ljovič Fajnberg. Dana 26. septembra 1940. godine, Biro Odeljenja za fizičke i matematičke nauke (OPMS) čuo je informaciju od V.I. Wexler na projektnim specifikacijama za ciklotron, odobrio je njegove glavne karakteristike i procjene konstrukcije. Ciklotron je dizajniran da ubrza deuterone do energije od 50 MeV.

Dakle, dolazimo do najvažnijeg, do osobe koja je tih godina dala značajan doprinos razvoju fizike u našoj zemlji - Vladimira Josifoviča Vekslera. O ovom izvanrednom fizičaru će se dalje govoriti.

V. I. Veksler je rođen u Ukrajini u gradu Žitomiru 3. marta 1907. godine. Otac mu je poginuo u Prvom svjetskom ratu.

Godine 1921., u periodu velike gladi i razaranja, uz velike poteškoće i bez novca, Volodja Veksler je završio u gladnoj prednepskoj Moskvi. Tinejdžer se nalazi u komunalnoj kući osnovanoj u Hamovnikiju, u staroj vili koju su vlasnici napustili.

Wexler se odlikovao interesom za fiziku i praktičnu radiotehniku, sam je sastavio detektorski radio prijemnik, što je tih godina bio neobično težak zadatak, puno je čitao i dobro učio u školi.
Nakon što je napustio komunu, Veksler je zadržao mnoge stavove i navike koje je gajio.
Napomenimo da je generacija kojoj je pripadao Vladimir Josifović, ogromna većina prema svakodnevnim aspektima svog života odnosila s potpunim prezirom, ali je bila fanatično zainteresovana za naučne, stručne i društvene probleme.

Veksler je sa ostalim komunjarima završio devetogodišnju srednju školu i zajedno sa svim maturantima ušao u proizvodnju kao radnik, gde je radio kao električar više od dve godine.
Primijećena je njegova žeđ za znanjem, ljubav prema knjigama i rijetka inteligencija, a krajem dvadesetih mladić je dobio „komsomolsku kartu“ za institut.
Kada je Vladimir Iosifovich diplomirao na fakultetu, izvršena je još jedna reorganizacija visokoškolskih ustanova i njihova imena su promijenjena. Ispostavilo se da je Wexler upisao Plekhanov institut za nacionalnu ekonomiju, diplomirao na MPEI (Moskovski energetski institut) i stekao kvalifikaciju inženjera sa specijalnošću u tehnologiji rendgenskih zraka.
Iste godine ušao je u laboratoriju za analizu difrakcije rendgenskih zraka Svesaveznog elektrotehničkog instituta u Lefortovu, gdje je Vladimir Iosifovich započeo svoj rad izgradnjom mjernih instrumenata i proučavanjem metoda za mjerenje jonizujućeg zračenja, tj. tokovi naelektrisanih čestica.

Wexler je u ovoj laboratoriji radio 6 godina, brzo se uspravio od laboratorijskog asistenta do menadžera. Ovdje se već pojavio Wexlerov karakterističan "rukopis" kao talentiranog eksperimentalnog naučnika. Njegov učenik, profesor M. S. Rabinovich, naknadno je u svojim memoarima o Veksleru napisao: „Smatrao je 20 godina sam sastavljao i postavljao razne instalacije koje je izmislio, nikada ne zazirući od bilo kakvog rada To mu je omogućilo da vidi ne samo fasadu, ne samo njenu ideološku strana, ali i sve što se krije iza konačnih rezultata, iza preciznosti merenja, iza blistavih ormarića instalacija Učio je i učio ceo život do poslednjih godina života, uveče, na odmoru. pažljivo proučavao i bilježio teorijske radove.”

U septembru 1937. Wexler se preselio sa Svesaveznog elektrotehničkog instituta u Fizički institut Akademije nauka SSSR-a po imenu P. N. Lebedeva (FIAN). Ovo je bio važan događaj u životu naučnika.

U to vrijeme Vladimir Iosifovich je već odbranio doktorsku tezu, čija je tema bila dizajn i primjena „proporcionalnih pojačala“ koje je dizajnirao.

U FIAN-u, Wexler je počeo proučavati kosmičke zrake. Za razliku od A. I. Alikhanova i njegovih kolega, koji su zavoljeli živopisnu planinu Aragats u Jermeniji, Wexler je učestvovao u naučnim ekspedicijama na Elbrus, a potom i na Pamir - Krov svijeta. Fizičari širom svijeta proučavali su tokove visokoenergetskih nabijenih čestica koje se nisu mogle dobiti u zemaljskim laboratorijama. Istraživači su se približili tajanstvenim tokovima kosmičkog zračenja.

Čak i sada kosmičke zrake zauzimaju važno mjesto u arsenalu astrofizičara i stručnjaka za fiziku visokih energija, a iznose se uzbudljivo zanimljive teorije o njihovom nastanku. U isto vrijeme, jednostavno je bilo nemoguće dobiti čestice s takvom energijom za proučavanje, a za fizičare je bilo jednostavno potrebno proučavati njihovu interakciju s poljima i drugim česticama. Već tridesetih godina mnogi atomski naučnici su razmišljali: kako bi bilo dobro dobiti čestice tako visokih „kosmičkih“ energija u laboratoriji koristeći pouzdane instrumente za proučavanje subatomskih čestica, čiji je metod proučavanja bio jedan - bombardovanje (kako su oni figurativno se govorilo i rijetko sada kaže) neke čestice od drugih. Rutherford je otkrio postojanje atomskog jezgra bombardirajući atome snažnim projektilima - alfa česticama. Nuklearne reakcije otkrivene su istom metodom. Da okrenem jedan hemijski element u drugom, bilo je potrebno promijeniti sastav jezgra. To je postignuto bombardiranjem jezgara alfa česticama, a sada i česticama ubrzanim u moćnim akceleratorima.

Nakon invazije nacističke Njemačke, mnogi fizičari su se odmah uključili u poslove od vojnog značaja. Veksler je prekinuo svoje proučavanje kosmičkih zraka i počeo da dizajnira i poboljšava radio opremu za potrebe fronta.

U to vrijeme, Institut za fiziku Akademije nauka, kao i neki drugi akademski instituti, evakuisan je u Kazanj. Tek 1944. godine bilo je moguće organizirati ekspediciju na Pamir iz Kazana, gdje je Wexlerova grupa mogla nastaviti istraživanje započeto na Kavkazu o kosmičkim zracima i nuklearnim procesima uzrokovanim česticama visoke energije. Ne razmatrajući detaljnije Wexlerov doprinos proučavanju nuklearnih procesa povezanih sa kosmičkim zracima, kojem je posvećen dugogodišnji rad, možemo reći da je bio veoma značajan i dao mnoge važne rezultate. Ali što je možda najvažnije, njegovo proučavanje kosmičkih zraka dovelo ga je do potpuno novih ideja o ubrzanju čestica. U planinama, Wexler je došao na ideju da izgradi akceleratore nabijenih čestica kako bi stvorio vlastite "kosmičke zrake".

Od 1944. V. I. Veksler se preselio u novo područje, koje je zauzelo glavno mjesto u njegovom naučnom radu. Od tog vremena, Wexlerovo ime je zauvijek povezano sa stvaranjem velikih "autofaznih" akceleratora i razvojem novih metoda ubrzanja.

Međutim, nije izgubio interesovanje za kosmičke zrake i nastavio je da radi u ovoj oblasti. Wexler je učestvovao u planinskim naučnim ekspedicijama na Pamir tokom 1946-1947. U kosmičkim zracima detektuju se čestice fantastično visokih energija koje su nedostupne akceleratorima. Wexleru je bilo jasno da se „prirodni akcelerator“ čestica do tako visokih energija ne može porediti sa „stvaranjem ljudskih ruku“.

Wexler je predložio izlaz iz ovog ćorsokaka 1944. Autor je novi princip po kojem su Wechslerovi akceleratori radili nazvao autofaziranjem.

Do tada je stvoren akcelerator nabijenih čestica tipa „ciklotron” (Weksler je u popularnom novinskom članku objasnio princip rada ciklotrona na sljedeći način: „U ovom uređaju, nabijena čestica, koja se kreće u magnetno polje u spirali, kontinuirano se ubrzava promenljivom električno polje. Zahvaljujući tome, moguće je prenijeti energiju od 10-20 miliona elektron volti česticama na ciklotronu." Ali postalo je jasno da se prag od 20 MeV ne može preći ovom metodom.

U ciklotronu se magnetsko polje ciklički mijenja, ubrzavajući nabijene čestice. Ali u procesu ubrzanja, masa čestica se povećava (kao što bi trebalo biti prema SRT-u - specijalnoj teoriji relativnosti). To dovodi do prekida procesa - nakon određenog broja okretaja, magnetsko polje, umjesto da se ubrza, počinje usporavati čestice.

Wexler predlaže da se počne polako povećavati magnetsko polje u ciklotronu tijekom vremena, napajajući magnet naizmjeničnom strujom. Tada se ispostavlja da će se u prosjeku frekvencija rotacije čestica u krugu automatski održavati jednakom frekvenciji električnog polja primijenjenog na dee (par magnetnih sistema koji savijaju putanju i ubrzavaju čestice sa magnetsko polje).

Sa svakim prolaskom kroz prorez na pločicama, čestice imaju i dodatno dobijaju različito povećanje mase (i, shodno tome, dobijaju različit prirast polumjera duž kojeg ih magnetsko polje okreće) u zavisnosti od napona polja između deesa. u trenutku ubrzanja date čestice. Među svim česticama mogu se razlikovati čestice ravnoteže („srećne”). Za ove čestice mehanizam koji automatski održava konstantnost orbitalnog perioda je posebno jednostavan.

“Srećne” čestice doživljavaju povećanje mase i povećanje polumjera kruga svaki put kada prođu kroz dee prorez. On precizno kompenzuje smanjenje radijusa uzrokovano povećanjem magnetnog polja tokom jednog obrtaja. Shodno tome, "sretne" (ravnotežne) čestice mogu biti rezonantno ubrzane sve dok se magnetsko polje povećava.

Ispostavilo se da skoro sve ostale čestice imaju istu sposobnost, samo ubrzanje traje duže. Tokom procesa ubrzanja, sve čestice će doživjeti oscilacije oko orbitalnog radijusa ravnotežnih čestica. Energija čestica u prosjeku će biti jednaka energiji ravnotežnih čestica. Dakle, skoro sve čestice učestvuju u rezonantnom ubrzanju.

Ako, umjesto da polako povećavamo magnetsko polje u akceleratoru (ciklotronu) tokom vremena, napajajući magnet naizmjeničnom strujom, povećamo period naizmjeničnog električnog polja primijenjenog na deese, tada će se uspostaviti režim “autofaziranja”.

"Može se činiti da je da bi došlo do autofaziranja i rezonantnog ubrzanja potrebno u vremenu promijeniti ili magnetsko polje ili električni period. U stvari, to nije tako. Možda je najjednostavniji koncept (ali daleko od jednostavan u praktičnoj implementaciji) metoda ubrzanja, koju je autor ustanovio ranije od drugih metoda, može se implementirati uz konstantno magnetsko polje u vremenu i konstantnu frekvenciju."

Godine 1955, kada je Wexler napisao svoju brošuru o akceleratorima, ovaj princip je, kako je autor istakao, osnovao akcelerator - mikrotron - akcelerator koji zahtijeva moćne izvore mikrovalova. Prema Wexleru, mikrotron „još nije postao široko rasprostranjen (1955. godine), nekoliko akceleratora elektrona s energijama do 4 MeV radi već nekoliko godina”.

Wexler je bio sjajan popularizator fizike, ali je, nažalost, zbog zauzetosti rijetko objavljivao popularne članke.

Princip autofaziranja je pokazao da je moguće imati stabilno fazno područje i stoga je moguće mijenjati frekvenciju ubrzavajućeg polja bez straha od napuštanja područja rezonantnog ubrzanja. Samo trebate odabrati pravu fazu ubrzanja. Promjenom frekvencije polja postalo je moguće lako kompenzirati promjenu mase čestica. Štaviše, promena frekvencije je omogućila da se spirala ciklotrona koja se brzo okreće približi krugu i ubrza čestice sve dok jačina magnetnog polja nije dovoljna da zadrži čestice u datoj orbiti.

Opisani akcelerator sa autofazom, u kojem se mijenja frekvencija elektromagnetnog polja, naziva se sinhrociklotron, odnosno fazotron.

Sinhrofazotron koristi kombinaciju dva principa autofaziranja. Prvi od njih leži u srcu fazotrona, koji je već spomenut - to je promjena frekvencije elektromagnetnog polja. Drugi princip se koristi u sinhrotronima - ovdje se mijenja jačina magnetnog polja.

Od otkrića autofaziranja, naučnici i inženjeri su počeli da projektuju akceleratore koji su sposobni za milijarde elektron volti. Prvi od njih u našoj zemlji bio je protonski akcelerator - sinhrofazotron od 10 milijardi elektron-volti u Dubni.

Projektovanje ovog velikog akceleratora počelo je 1949. godine na inicijativu V. I. Vekslera i S. I. Vavilova, a pušten je u rad 1957. godine. Drugi veliki akcelerator izgrađen je u Protvinu kod Serpuhova sa energijom od 70 GeV. Ne samo sovjetski istraživači, već i fizičari iz drugih zemalja sada rade na tome.

Ali mnogo prije lansiranja dva gigantska akceleratora vrijedna milijardu dolara, relativistički akceleratori čestica izgrađeni su na Fizičkom institutu Akademije nauka (FIAN), pod vodstvom Wexlera. Godine 1947. lansiran je akcelerator elektrona do energija od 30 MeV, koji je služio kao model većeg elektronskog akceleratora - sinhrotrona sa energijom od 250 MeV. Sinhrotron je lansiran 1949. godine. Koristeći ove akceleratore, istraživači na Institutu za fiziku Akademije nauka SSSR-a izveli su prvoklasan rad na fizici mezona i atomskom jezgru.

Nakon lansiranja sinhrofazotrona Dubna, započeo je period brzog napretka u izgradnji visokoenergetskih akceleratora. Mnogi akceleratori su izgrađeni i pušteni u rad u SSSR-u i drugim zemljama. To uključuje već spomenuti akcelerator od 70 GeV u Serpuhovu, 50 GeV u Batavii (SAD), 35 GeV u Ženevi (Švicarska), 35 GeV u Kaliforniji (SAD). Trenutno, fizičari sebi postavljaju zadatak da naprave akceleratore kapaciteta nekoliko teraelektron-volti (teraelektron-volt - 1012 eV).

1944. godine, kada je rođen termin "autofaziranje". Wexler je imao 37 godina. Veksler se pokazao kao daroviti organizator naučnog rada i šef naučne škole.

Metoda autofaziranja, poput zrelog voća, čekala je naučnika-vidovca koji će ga ukloniti i zauzeti. Godinu dana kasnije, nezavisno od Wexlera, princip autofaziranja otkrio je poznati američki naučnik McMilan. Prepoznao je prioritet sovjetskog naučnika. McMillan se sastao sa Wexlerom više puta. Bili su veoma prijateljski nastrojeni, a prijateljstvo dvojice izuzetnih naučnika nikada ništa nije zasjenilo sve do Vekslerove smrti.

Ugrađeni akceleratori poslednjih godina, iako su bazirani na Wechslerovom principu autofaziranja, naravno, značajno su poboljšani u odnosu na mašine prve generacije.

Osim autofaziranja, Wexler je došao do drugih ideja za ubrzanje čestica koje su se pokazale vrlo plodonosnim. Razvoj ovih Wexlerovih ideja se široko provodi u SSSR-u i drugim zemljama.

U martu 1958. u Domu naučnika u Kropotkinskoj ulici održan je tradicionalni godišnji sastanak Akademije nauka SSSR-a. Wexler je iznio ideju o novom principu ubrzanja, koji je nazvao "koherentnim". Omogućava vam da ubrzate ne samo pojedinačne čestice, već i ugruške plazme koji se sastoje od velikog broja čestica. Metoda "koherentnog" ubrzanja, kako je Wechsler oprezno rekao 1958. godine, omogućava razmišljanje o mogućnosti ubrzanja čestica do energija od hiljadu milijardi elektron-volti i više.

Godine 1962. Veksler je, na čelu delegacije naučnika, odletio u Ženevu da učestvuje na Međunarodnoj konferenciji o fizici visokih energija. Među četrdeset članova sovjetske delegacije bili su tako istaknuti fizičari kao što su A. I. Alikhanov, N. N. Bogolyubov, D. I. Blokhintsev, I. Ya Pomeranchuk, M. A. Markov. Mnogi naučnici u delegaciji bili su stručnjaci za akceleratore i Vekslerovi studenti.

Vladimir Iosifović Veksler je dugi niz godina bio predsednik Komisije za fiziku visokih energija Međunarodne unije teorijske i primenjene fizike.

25. oktobra 1963. Wexler i njegov američki kolega Edwin McMillan, direktor laboratorije za zračenje na Univerzitetu Lawrence u Kaliforniji, dobili su nagradu American Atoms for Peace.

Wexler je bio stalni direktor Laboratorije visoke energije Zajedničkog instituta za nuklearna istraživanja u Dubni. Sada nas ulica koja nosi njegovo ime podsjeća na Vekslerov boravak u ovom gradu.

Wexlerov istraživački rad bio je koncentrisan u Dubni dugi niz godina. Svoj rad u Zajedničkom institutu za nuklearna istraživanja spojio je sa radom na Fizičkom institutu P. N. Lebedev, gdje je u dalekoj mladosti započeo karijeru istraživača, a bio je profesor na Moskovskom državnom univerzitetu, gdje je vodio odjel.

Godine 1963. Veksler je izabran za akademika-sekretara Odeljenja za nuklearnu fiziku Akademije nauka SSSR-a i trajno je obavljao ovu važnu funkciju.

Naučna dostignuća V. I. Vekslera visoko su cijenjena dodjeljivanjem Državne nagrade I stepena i Lenjinove nagrade (1959.). Izuzetne naučne, pedagoške, organizacione i društvene aktivnosti naučnika odlikovale su tri Ordena Lenjina, Ordena Crvene zastave rada i medalje SSSR-a.

Vladimir Iosifović Veksler je iznenada preminuo 20. septembra 1966. od drugog srčanog udara. Imao je samo 59 godina. U životu je uvijek djelovao mlađe od svojih godina, bio je energičan, aktivan i neumoran.

+ faza + električni tron) - rezonantna ciklična akcelerator sa nepromenjenom dužinom ravnotežne orbite tokom procesa ubrzanja. Tako da čestice ostaju na istom nivou tokom ubrzanja orbita, mijenja kao vodeći magnetno polje, dakle frekvencija ubrzanje električnog polja. Ovo posljednje je neophodno kako bi snop uvijek stigao u dionicu ubrzanja u fazi sa visokofrekventnim električnim poljem. U slučaju da su čestice ultrarelativističke, frekvencija rotacije, za fiksnu orbitalnu dužinu, se ne mijenja sa povećanjem energije, a frekvencija RF generatora također mora ostati konstantna. Takav akcelerator se već zove sinhrotron.

U kulturi

Upravo je ovu spravu prvašić „radio na poslu“ u poznatoj pesmi Alla Pugacheva"Pjesma učenika prvog razreda." Sinhrofazotron se također spominje u Gaidaijevoj komediji "Operacija Y i Shurikove druge avanture". Ovaj uređaj je prikazan i kao primjer primjene Einsteinove teorije relativnosti u obrazovnom kratkom filmu "Šta je teorija relativnosti?" U niskim humorističkim emisijama za širu publiku često se pojavljuje kao „nerazumljiva“ naučna naprava ili primjer visoke tehnologije.

Tehnologija se u SSSR-u brzo razvijala. Pogledajte samo lansiranje prvog vještačkog satelita Zemlje, koji je pratio cijeli svijet. Malo ljudi zna da je iste 1957. godine sinhrofazotron počeo sa radom u SSSR-u (to jest, nije samo završen i pušten u rad, već pušten). Ova riječ znači instalaciju za ubrzavanje elementarnih čestica. Gotovo svi su danas čuli za Veliki hadronski sudarač - to je novija i poboljšana verzija uređaja opisanog u ovom članku.

Šta je ovo - sinhrofazotron? čemu služi?

Ova instalacija je veliki akcelerator elementarnih čestica (protona), koji omogućava dublje proučavanje mikrokosmosa, kao i međusobnu interakciju tih istih čestica. Način proučavanja je vrlo jednostavan: razbiti protone na male dijelove i vidjeti šta je unutra. Sve zvuči jednostavno, ali razbijanje protona je izuzetno težak zadatak, koji je zahtijevao izgradnju tako ogromne strukture. Ovdje se kroz poseban tunel čestice ubrzavaju do ogromnih brzina i zatim šalju do cilja. Kada ga udare, raspršuju se u male fragmente. Najbliži "kolega" sinhrofazotrona, Veliki hadronski sudarač, radi na približno istom principu, samo što se tu čestice ubrzavaju u suprotnim smjerovima i ne pogađaju stajaću metu, već se sudaraju.

Sada malo shvatate da je ovo sinhrofazotron. Vjerovalo se da će instalacija omogućiti naučni iskorak na polju istraživanja mikrosvijeta. Zauzvrat, to će omogućiti otkrivanje novih elemenata i načina za dobivanje jeftinih izvora energije. U idealnom slučaju, željeli su otkriti elemente koji su superiorniji u efikasnosti, a u isto vrijeme manje štetni i lakši za recikliranje.

Vojna upotreba

Vrijedi napomenuti da je ova instalacija stvorena da izvrši naučni i tehnološki proboj, ali njeni ciljevi nisu bili samo miroljubivi. Naučno-tehnološko otkriće u mnogome duguje vojnoj trci u naoružanju. Sinhrofazotron je nastao pod naslovom "Strogo povjerljivo", a njegov razvoj i konstrukcija obavljeni su u sklopu stvaranja atomske bombe. Pretpostavljalo se da će uređaj omogućiti stvaranje savršene teorije nuklearnih sila, ali se pokazalo da sve nije tako jednostavno. Čak i danas ova teorija nedostaje, iako je tehnološki napredak napravio velike korake naprijed.

jednostavnim riječima?

Ako sumiramo i govorimo razumljivim jezikom? Sinhrofazotron je postrojenje u kojem se protoni mogu ubrzati do velike brzine. Sastoji se od petljaste cijevi s vakuumom unutar i snažnih elektromagneta koji sprječavaju nasumično kretanje protona. Kada protoni dostignu svoju maksimalnu brzinu, njihov tok se usmjerava prema posebnoj meti. Udarajući ga, protoni se raspršuju u male fragmente. Naučnici mogu vidjeti tragove letećih fragmenata u posebnoj komori s mjehurićima i iz tih tragova analiziraju prirodu samih čestica.

Mjehurasta komora je malo zastarjeli uređaj za hvatanje tragova protona. Danas takve instalacije koriste preciznije radare, koji daju više informacija o kretanju protonskih fragmenata.

Uprkos jednostavnom principu sinhrofazotrona, sama ova instalacija je visokotehnološka, ​​a njeno stvaranje moguće je samo uz dovoljan nivo tehničkog i naučnog razvoja, koji je, naravno, posjedovao SSSR. Da damo analogiju, običan mikroskop je uređaj čija se svrha poklapa sa svrhom sinhrofazotrona. Oba uređaja vam omogućavaju da istražujete mikrosvijet, samo što vam ovaj drugi omogućava da “kopate dublje” i ima donekle jedinstvenu metodu istraživanja.

Detalji

Rad uređaja je opisan gore jednostavnim riječima. Naravno, princip rada sinhrofazotrona je složeniji. Činjenica je da je za ubrzanje čestica do velikih brzina potrebno osigurati potencijalnu razliku od stotina milijardi volti. To je nemoguće čak ni u sadašnjoj fazi razvoja tehnologije, a da ne govorimo o prethodnoj.

Stoga je odlučeno da se čestice postupno ubrzavaju i da ih dugo kruže. U svakom krugu, protoni su bili pod energijom. Kao rezultat prolaska miliona okretaja, bilo je moguće postići potrebnu brzinu, nakon čega su poslani do cilja.

Upravo je to princip koji je korišten u sinhrofazotronu. U početku su se čestice kretale kroz tunel malom brzinom. U svakom krugu ulazili su u takozvane intervale ubrzanja, gdje su dobivali dodatni naboj energije i dobivali brzinu. Ovi dijelovi ubrzanja su kondenzatori, čija je frekvencija naizmjeničnog napona jednaka frekvenciji protona koji prolaze kroz prsten. Odnosno, čestice su udarile u dio ubrzanja s negativnim nabojem, u ovom trenutku napon se naglo povećao, što im je dalo brzinu. Ako čestice udare u mjesto ubrzanja pozitivnim nabojem, tada je njihovo kretanje usporeno. I to je pozitivna karakteristika, jer se zbog toga cijeli snop protona kretao istom brzinom.

I to se ponovilo milione puta, a kada su čestice postigle potrebnu brzinu, poslate su na posebnu metu, na koju su se srušile. Nakon toga, grupa naučnika proučavala je rezultate sudara čestica. Ovako je radio sinhrofazotron.

Uloga magneta

Poznato je da su u ovoj ogromnoj mašini za ubrzanje čestica korišteni i snažni elektromagneti. Ljudi pogrešno vjeruju da su korišteni za ubrzavanje protona, ali to nije tako. Čestice su se ubrzavale uz pomoć specijalnih kondenzatora (ubrzanja), a magneti su samo držali protone u strogo određenoj putanji. Bez njih, konzistentno kretanje snopa elementarnih čestica bilo bi nemoguće. A velika snaga elektromagneta objašnjava se velikom masom protona pri velikim brzinama.

S kojim su se problemima suočili naučnici?

Jedan od glavnih problema u stvaranju ove instalacije bilo je upravo ubrzanje čestica. Naravno, mogli su se ubrzavati u svakom krugu, ali kako su ubrzavali, njihova je masa postajala sve veća. Pri brzini bliskoj brzini svjetlosti (kao što znamo, ništa se ne može kretati brže od brzine svjetlosti), njihova masa je postala ogromna, što ih je otežalo držati u kružnoj orbiti. Od školski program Znamo da je polumjer gibanja elemenata u magnetskom polju obrnuto proporcionalan njihovoj masi, stoga je, kako se masa protona povećavala, bilo potrebno povećati radijus i koristiti velike, jake magnete. Takvi zakoni fizike uvelike ograničavaju mogućnosti istraživanja. Uzgred, oni takođe mogu objasniti zašto je sinhrofazotron ispao tako ogroman. Što je tunel veći, veći magneti se mogu instalirati kako bi se stvorilo jako magnetsko polje kako bi se protoni kretali u željenom smjeru.

Drugi problem je gubitak energije pri kretanju. Čestice, kada prolaze po krugu, emituju energiju (gube je). Posljedično, pri kretanju velikom brzinom dio energije isparava, a što je brzina veća, gubici su veći. Prije ili kasnije, dođe trenutak kada se uporede vrijednosti emitovane i primljene energije, što onemogućuje dalje ubrzanje čestica. Shodno tome, postoji potreba za većim kapacitetom.

Možemo reći da sada preciznije razumijemo da je ovo sinhrofazotron. Ali šta su tačno naučnici postigli tokom testova?

Koja su istraživanja rađena?

Naravno, rad ove instalacije nije prošao bez traga. I iako se očekivalo da će dati ozbiljnije rezultate, neke studije su se pokazale izuzetno korisnima. Naučnici su posebno proučavali svojstva ubrzanih deuterona, interakcije teških jona sa metama i razvili efikasniju tehnologiju za reciklažu istrošenog uranijuma-238. I mada za obicna osoba Svi ovi rezultati malo govore u naučnom polju, njihov značaj je teško precijeniti.

Primjena rezultata

Rezultati ispitivanja provedenih na sinhrofazotronu koriste se i danas. Konkretno, koriste se u izgradnji elektrana koje rade na svemirskim raketama, robotici i složenoj opremi. Naravno, doprinos nauci i tehničkom napretku ovog projekta je prilično velik. Neki rezultati se primjenjuju iu vojnoj sferi. I mada naučnici nisu bili u stanju da otkriju nove elemente koji bi se mogli koristiti za stvaranje novih atomske bombe, niko zapravo ne zna da li je to istina ili ne. Sasvim je moguće da se neki rezultati kriju od stanovništva, jer valja imati u vidu da je ovaj projekat realizovan pod nazivom „Strogo poverljivo“.

Zaključak

Sada razumijete da je ovo sinhrofazotron i kakva je njegova uloga u naučnom i tehnološkom napretku SSSR-a. I danas se takve instalacije aktivno koriste u mnogim zemljama, ali već postoje naprednije opcije - nuklotroni. Veliki hadronski sudarač je možda najbolja implementacija sinhrofazotronske ideje do sada. Upotreba ove instalacije omogućava naučnicima da preciznije razumiju mikrosvijet sudarajući dva snopa protona koji se kreću ogromnim brzinama.

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