En 1957, la URSS logró un gran avance científico y técnico en varias áreas: lanzó con éxito un satélite terrestre artificial y, unos meses antes de este evento, el sincrofasotrón comenzó a funcionar en Dubna. ¿Qué es y por qué se necesita dicha instalación? Esta cuestión preocupaba no sólo a los ciudadanos de la URSS en ese momento, sino a todo el mundo. Por supuesto, la comunidad científica entendió de qué se trataba, pero los ciudadanos comunes y corrientes quedaron perplejos al escuchar esta palabra. Incluso hoy en día, la mayoría de las personas no comprenden la esencia y el principio del sincrofasotrón, aunque han escuchado esta palabra más de una vez. Averigüemos qué es este dispositivo y para qué se utilizó.

¿Para qué se utiliza un sincrofasotrón?

Esta instalación fue desarrollada para estudiar el microcosmos y comprender la estructura de las partículas elementales y las leyes de su interacción entre sí. El método de conocimiento en sí era extremadamente simple: romper una partícula y ver qué hay dentro. Sin embargo, ¿cómo se puede romper un protón? Para ello se creó un sincrofasotrón que acelera las partículas y las impacta en el objetivo. Este último puede estar estacionario, pero en el moderno Gran Colisionador de Hadrones (que es una versión mejorada del viejo sincrofasotrón) el objetivo se está moviendo. Allí, haces de protones se acercan a gran velocidad y chocan entre sí.

Se creía que esta instalación permitiría un avance científico, el descubrimiento de nuevos elementos y métodos para producir energía atómica a partir de fuentes baratas, que serían más eficientes que el uranio enriquecido y serían más seguros y menos dañinos para el medio ambiente.

Propósitos militares

Por supuesto, también se persiguieron objetivos militares. La creación de energía atómica con fines pacíficos es sólo una excusa para los ingenuos. No en vano el proyecto del sincrofasotrón fue clasificado como “Alto Secreto”, porque la construcción de este acelerador se llevó a cabo como parte del proyecto para crear una nueva bomba atómica. Con su ayuda querían obtener una teoría mejorada de las fuerzas nucleares, necesaria para calcular y crear una bomba. Es cierto que todo resultó mucho más complicado y aún hoy falta esta teoría.

¿Qué es un sincrofasotrón en palabras simples?

En resumen, esta instalación es un acelerador de partículas elementales, en particular de protones. El sincrofasotrón consta de un tubo en forma de bucle no magnético con vacío en su interior, así como de potentes electroimanes. Alternativamente, los imanes se encienden y guían las partículas cargadas dentro del tubo de vacío. Cuando alcanzan la velocidad máxima con la ayuda de aceleradores, son enviados a un objetivo especial. Los protones lo golpean, rompen el objetivo y se rompen ellos mismos. Los fragmentos vuelan en diferentes direcciones y dejan marcas en la cámara de burbujas. A partir de estas huellas, un grupo de científicos analiza su naturaleza.

Esto era así antes, pero las instalaciones modernas (como el Gran Colisionador de Hadrones) utilizan detectores más modernos en lugar de una cámara de burbujas, que proporcionan más información sobre los fragmentos de protones.

La instalación en sí es bastante compleja y de alta tecnología. Podemos decir que el sincrofasotrón es un “pariente lejano” del moderno Gran Colisionador de Hadrones. De hecho, se le puede llamar un análogo de un microscopio. Ambos dispositivos están destinados a estudiar el micromundo, pero el principio de estudio es diferente.

Más sobre el dispositivo

Entonces, ya sabemos qué es un sincrofasotrón y también que aquí las partículas se aceleran a velocidades enormes. Resulta que para acelerar los protones a velocidades enormes, es necesario crear una diferencia de potencial de cientos de miles de millones de voltios. Desafortunadamente, la humanidad no puede hacer esto, por lo que se le ocurrió la idea de acelerar las partículas gradualmente.

En la instalación, las partículas se mueven en círculo y en cada revolución se alimentan de energía y reciben aceleración. Y aunque dicha recarga es pequeña, a lo largo de millones de revoluciones se puede obtener la energía necesaria.

El funcionamiento del sincrofasotrón se basa precisamente en este principio. Las partículas elementales aceleradas a valores pequeños se lanzan a un túnel donde se encuentran los imanes. Crean un campo magnético perpendicular al anillo. Mucha gente cree erróneamente que estos imanes aceleran partículas, pero en realidad no es así. Solo cambian su trayectoria, obligándolos a moverse en círculo, pero no los aceleran. La aceleración misma se produce en ciertos intervalos de aceleración.

aceleración de partículas

Dicho período de aceleración es un condensador al que se aplica voltaje a alta frecuencia. Por cierto, esta es la base de todo el funcionamiento de esta instalación. Un haz de protones vuela hacia este condensador en el momento en que el voltaje en él es cero. A medida que las partículas vuelan a través del condensador, el voltaje tiene tiempo de aumentar, lo que acelera las partículas. En el siguiente círculo, esto se repite, ya que la frecuencia del voltaje alterno se selecciona especialmente igual a la frecuencia de circulación de la partícula alrededor del anillo. En consecuencia, los protones se aceleran de forma sincrónica y en fase. De ahí el nombre: sincrofasotrón.

Por cierto, este método de aceleración tiene cierto efecto beneficioso. Si de repente un haz de protones vuela más rápido que la velocidad requerida, entonces vuela hacia la brecha de aceleración con un valor de voltaje negativo, por lo que se ralentiza un poco. Si la velocidad de movimiento es menor, el efecto será el contrario: la partícula recibe aceleración y alcanza al grupo principal de protones. Como resultado, un haz de partículas denso y compacto se mueve a la misma velocidad.

Problemas

Idealmente, las partículas deberían acelerarse a la mayor velocidad posible. Y si los protones se mueven cada vez más rápido en cada círculo, ¿por qué no pueden acelerarse a la máxima velocidad posible? Hay varias razones.

Primero, un aumento de energía implica un aumento de la masa de las partículas. Desafortunadamente, las leyes relativistas no permiten que ningún elemento se acelere por encima de la velocidad de la luz. En un sincrofasotrón, la velocidad de los protones casi alcanza la velocidad de la luz, lo que aumenta considerablemente su masa. Como resultado, resulta difícil mantenerlos en una órbita circular de radio. Se sabe desde la escuela que el radio de movimiento de las partículas en un campo magnético es inversamente proporcional a la masa y directamente proporcional a la intensidad del campo. Y dado que la masa de las partículas aumenta, es necesario aumentar el radio y fortalecer el campo magnético. Estas condiciones crean limitaciones en la implementación de las condiciones para la investigación, ya que las tecnologías son limitadas incluso hoy. Hasta ahora no ha sido posible crear un campo con una inducción superior a varios teslas. Por eso construyen túneles de gran longitud, porque con un radio grande se pueden mantener partículas pesadas a enorme velocidad en un campo magnético.

El segundo problema es el movimiento con aceleración en círculo. Se sabe que una carga que se mueve a cierta velocidad emite energía, es decir, la pierde. En consecuencia, las partículas pierden constantemente algo de energía durante la aceleración y cuanto mayor es su velocidad, más energía gastan. En algún momento se produce un equilibrio entre la energía recibida en la sección de aceleración y la pérdida de la misma cantidad de energía por revolución.

Investigación realizada en el sincrofasotrón

Ahora entendemos qué principio subyace al funcionamiento del sincrofasotrón. Permitió realizar una serie de estudios y descubrimientos. En particular, los científicos pudieron estudiar las propiedades de los deuterones acelerados, el comportamiento de la estructura cuántica de los núcleos, la interacción de iones pesados ​​con objetivos y también desarrollar una tecnología para reciclar uranio-238.

Aplicación de los resultados de las pruebas.

Los resultados obtenidos en estas áreas se utilizan hoy en la construcción de naves espaciales, el diseño de centrales nucleares, así como en el desarrollo de equipos especiales y robótica. De todo esto se deduce que el sincrofasotrón es un dispositivo cuya contribución a la ciencia difícilmente puede sobreestimarse.

Conclusión

Durante 50 años, estas instalaciones han servido en beneficio de la ciencia y son utilizadas activamente por científicos de todo el planeta. El sincrofasotrón creado anteriormente y otras instalaciones similares (no solo se crearon en la URSS) son solo un eslabón en la cadena de la evolución. Hoy en día están apareciendo dispositivos más avanzados: los nucletrones, que tienen una energía enorme.

Uno de los dispositivos más avanzados es el Gran Colisionador de Hadrones. A diferencia de la acción del sincrofasotrón, en él chocan dos haces de partículas en direcciones opuestas, por lo que la energía liberada por la colisión es muchas veces mayor que la energía en el sincrofasotrón. Esto abre oportunidades para un estudio más preciso de las partículas elementales.

Quizás ahora deberías entender qué es un sincrofasotrón y por qué es necesario. Esta instalación nos permitió hacer una serie de descubrimientos. Hoy se ha convertido en un acelerador de electrones y actualmente está trabajando en el Instituto de Física Lebedev.

En 1957, la Unión Soviética logró un avance científico revolucionario en dos direcciones a la vez: en octubre se lanzó el primer satélite terrestre artificial y, unos meses antes, en marzo, comenzó a funcionar el legendario sincrofasotrón, una instalación gigante para estudiar el micromundo. en Dubná. Estos dos acontecimientos conmocionaron al mundo entero y las palabras “satélite” y “sincrofasotrón” se arraigaron firmemente en nuestras vidas.

El sincrofasotrón es un tipo de acelerador de partículas cargadas. Las partículas que contienen se aceleran a altas velocidades y, en consecuencia, a altas energías. A partir de los resultados de sus colisiones con otras partículas atómicas, se juzga la estructura y propiedades de la materia. La probabilidad de colisiones está determinada por la intensidad del haz de partículas acelerado, es decir, el número de partículas que contiene, por lo que la intensidad, junto con la energía, es un parámetro importante del acelerador.

La necesidad de crear una base de aceleradores seria en la Unión Soviética fue anunciada a nivel gubernamental en marzo de 1938. Un grupo de investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Leningrado (LPTI), dirigido por el académico A.F. Ioffe se dirigió al presidente del Consejo de Comisarios del Pueblo de la URSS, V.M. Molotov con una carta en la que se proponía crear una base técnica para la investigación en el campo de la estructura del núcleo atómico. Las cuestiones sobre la estructura del núcleo atómico se convirtieron en uno de los problemas centrales de las ciencias naturales, y la Unión Soviética se quedó muy atrás en su solución. Entonces, si Estados Unidos tenía al menos cinco ciclotrones, entonces la Unión Soviética no tenía ninguno (el único ciclotrón del Instituto de Radio de la Academia de Ciencias (RIAN), lanzado en 1937, prácticamente no funcionó debido a defectos de diseño). El llamamiento a Molotov contenía una solicitud para crear las condiciones para completar la construcción del ciclotrón LPTI antes del 1 de enero de 1939. Los trabajos de creación, que comenzaron en 1937, fueron suspendidos por inconsistencias departamentales y el cese de financiación.

En noviembre de 1938, S.I. Vavilov, en un llamamiento al Presidium de la Academia de Ciencias, propuso construir el ciclotrón LPTI en Moscú y transferir el laboratorio de I.V. al Instituto de Física de la Academia de Ciencias (FIAN) de LPTI. Kurchatova, quien participó en su creación. Sergei Ivanovich quería que el laboratorio central para el estudio del núcleo atómico estuviera ubicado en el mismo lugar donde se encontraba la Academia de Ciencias, es decir, en Moscú. Sin embargo, LPTI no lo apoyó. La controversia terminó a finales de 1939, cuando A.F. Ioffe propuso crear tres ciclotrones a la vez. El 30 de julio de 1940, en una reunión del Presidium de la Academia de Ciencias de la URSS, se decidió encargar a RIAN que modernizara el ciclotrón existente este año, y a FIAN que preparara los materiales necesarios para la construcción de un nuevo y potente ciclotrón antes del 15 de octubre. , y LFTI para completar la construcción del ciclotrón en el primer trimestre de 1941.

En relación con esta decisión, FIAN creó el llamado equipo ciclotrón, que incluía a Vladimir Iosifovich Veksler, Sergei Nikolaevich Vernov, Pavel Alekseevich Cherenkov, Leonid Vasilyevich Groshev y Evgeniy Lvovich Feinberg. El 26 de septiembre de 1940, la Oficina del Departamento de Ciencias Físicas y Matemáticas (OPMS) escuchó información de V.I. Wexler sobre las especificaciones de diseño del ciclotrón, aprobó sus principales características y estimaciones de construcción. El ciclotrón fue diseñado para acelerar los deuterones a una energía de 50 MeV.

Así que llegamos a lo más importante: a la persona que en aquellos años hizo una contribución significativa al desarrollo de la física en nuestro país: Vladimir Iosifovich Veksler. Este destacado físico se discutirá más a fondo.

V. I. Veksler nació en Ucrania en la ciudad de Zhytomyr el 3 de marzo de 1907. Su padre murió en la Primera Guerra Mundial.

En 1921, durante un período de grave hambruna y devastación, con grandes dificultades y sin dinero, Volodya Veksler terminó hambriento en el Moscú anterior a la NEP. El adolescente se encuentra en una casa comunal establecida en Khamovniki, en una antigua mansión abandonada por los propietarios.

Wexler se distinguió por su interés por la física y la ingeniería de radio práctica; él mismo montó un receptor de radio detector, lo que en aquellos años era una tarea inusualmente difícil, leía mucho y estudiaba bien en la escuela.
Después de abandonar la comuna, Wexler conservó muchas de las opiniones y hábitos que había fomentado.
Observemos que la generación a la que pertenecía Vladimir Iosifovich, la inmensa mayoría trataba los aspectos cotidianos de sus vidas con total desdén, pero estaba fanáticamente interesada en los problemas científicos, profesionales y sociales.

Wexler, junto con otros comuneros, se graduó de una escuela secundaria de nueve años y, junto con todos los graduados, ingresó a la producción como trabajador, donde trabajó como electricista durante más de dos años.
Su sed de conocimiento, su amor por los libros y su rara inteligencia se hicieron notar y, a finales de los años 20, el joven recibió un "boleto Komsomol" para el instituto.
Cuando Vladimir Iosifovich se graduó de la universidad, se llevó a cabo otra reorganización de las instituciones de educación superior y se cambiaron sus nombres. Resultó que Wexler ingresó en el Instituto Plejánov de Economía Nacional, se graduó en el MPEI (Instituto de Energía de Moscú) y recibió un título de ingeniero con especialidad en tecnología de rayos X.
Ese mismo año ingresó en el laboratorio de análisis estructural de rayos X del Instituto Electrotécnico de toda la Unión en Lefortovo, donde Vladimir Iosifovich comenzó su trabajo construyendo instrumentos de medición y estudiando métodos para medir la radiación ionizante, es decir, corrientes de partículas cargadas.

Wexler trabajó en este laboratorio durante 6 años y rápidamente ascendió de asistente de laboratorio a gerente. Aquí ya ha aparecido la característica "caligrafia" de Wexler como un talentoso científico experimental. Su alumno, el profesor M. S. Rabinovich, escribió posteriormente en sus memorias sobre Wexler: “Durante casi 20 años él mismo montó e instaló varias instalaciones que inventó, sin rehuir nunca ningún trabajo. Esto le permitió ver no sólo la fachada, no sólo su ideológica. lado, pero también todo lo que se esconde detrás de los resultados finales, detrás de la precisión de las mediciones, detrás de los brillantes armarios de las instalaciones. Estudió y reaprendió toda su vida hasta los últimos años de su vida, por las tardes, durante las vacaciones. Estudié cuidadosamente y tomé notas sobre trabajos teóricos”.

En septiembre de 1937, Wexler se trasladó del Instituto Electrotécnico de toda la Unión al Instituto de Física de la Academia de Ciencias de la URSS que lleva el nombre de P. N. Lebedev (FIAN). Este fue un evento importante en la vida del científico.

En ese momento, Vladimir Iosifovich ya había defendido su tesis doctoral, cuyo tema era el diseño y aplicación de los "amplificadores proporcionales" que había diseñado.

En FIAN, Wexler comenzó a estudiar los rayos cósmicos. A diferencia de A.I. Alikhanov y sus colegas, que se enamoraron del pintoresco monte Aragats en Armenia, Wexler participó en expediciones científicas al Elbrus y luego al Pamir, el Techo del Mundo. Físicos de todo el mundo estudiaron corrientes de partículas cargadas de alta energía que no se podían obtener en laboratorios terrestres. Los investigadores se acercaron a las misteriosas corrientes de radiación cósmica.

Incluso ahora, los rayos cósmicos ocupan un lugar importante en el arsenal de los astrofísicos y especialistas en física de altas energías, y se proponen teorías apasionantes e interesantes sobre su origen. Al mismo tiempo, era simplemente imposible obtener partículas con tal energía para estudiarlas, y para los físicos simplemente era necesario estudiar su interacción con campos y otras partículas. Ya en los años treinta, muchos científicos atómicos tuvieron una idea: qué bueno sería obtener partículas de energías "cósmicas" tan altas en el laboratorio utilizando instrumentos confiables para estudiar partículas subatómicas, cuyo método de estudio era uno: el bombardeo (como decían). En sentido figurado solía decir y rara vez digo ahora) unas partículas por otras. Rutherford descubrió la existencia del núcleo atómico bombardeando átomos con poderosos proyectiles: partículas alfa. Las reacciones nucleares se descubrieron utilizando el mismo método. Para transformar un elemento químico en otro era necesario cambiar la composición del núcleo. Esto se logró bombardeando núcleos con partículas alfa, y ahora con partículas aceleradas en potentes aceleradores.

Después de la invasión de la Alemania nazi, muchos físicos se involucraron inmediatamente en trabajos de importancia militar. Wexler interrumpió su estudio de los rayos cósmicos y comenzó a diseñar y mejorar equipos de radio para las necesidades del frente.

En ese momento, el Instituto de Física de la Academia de Ciencias, como algunos otros institutos académicos, fue evacuado a Kazán. Recién en 1944 fue posible organizar una expedición al Pamir desde Kazán, donde el grupo de Wexler pudo continuar la investigación iniciada en el Cáucaso sobre los rayos cósmicos y los procesos nucleares causados ​​por partículas de alta energía. Sin considerar en detalle la contribución de Wexler al estudio de los procesos nucleares asociados con los rayos cósmicos, a los que dedicó muchos años de su trabajo, podemos decir que fue muy significativo y dio muchos resultados importantes. Pero quizás lo más importante es que su estudio de los rayos cósmicos le llevó a ideas completamente nuevas sobre la aceleración de partículas. En las montañas, a Wexler se le ocurrió la idea de construir aceleradores de partículas cargadas para crear sus propios “rayos cósmicos”.

Desde 1944, V.I. Veksler se trasladó a una nueva dirección, que ocupó el lugar principal en su trabajo científico. Desde entonces, el nombre de Wexler ha estado asociado para siempre con la creación de grandes aceleradores de "fase automática" y el desarrollo de nuevos métodos de aceleración.

Sin embargo, no perdió el interés por los rayos cósmicos y continuó trabajando en este campo. Wexler participó en expediciones científicas de alta montaña al Pamir durante 1946-1947. En los rayos cósmicos se detectan partículas de energías increíblemente altas, inaccesibles a los aceleradores. Para Wexler estaba claro que el "acelerador natural" de partículas de energías tan altas no se puede comparar con la "creación de manos humanas".

Wexler propuso una salida a este impasse en 1944. El autor llamó autofase al nuevo principio por el cual funcionaban los aceleradores de Wechsler.

En ese momento, se había creado un acelerador de partículas cargadas del tipo "ciclotrón" (Wechsler, en un artículo de periódico popular, explicó el principio de funcionamiento del ciclotrón de la siguiente manera: "En este dispositivo, una partícula cargada, que se mueve en un campo magnético en espiral, es continuamente acelerado por un campo eléctrico alterno. Gracias a esto, es posible comunicar a las partículas del ciclotrón una energía de 10-20 millones de electronvoltios"). Pero quedó claro que con este método no se podía superar el umbral de 20 MeV.

En un ciclotrón, el campo magnético cambia cíclicamente, acelerando las partículas cargadas. Pero en el proceso de aceleración, la masa de las partículas aumenta (como debería ser según la TER, la teoría especial de la relatividad). Esto provoca una interrupción del proceso: después de un cierto número de revoluciones, el campo magnético, en lugar de acelerar, comienza a ralentizar las partículas.

Wexler propone comenzar a aumentar lentamente el campo magnético en el ciclotrón con el tiempo, alimentando el imán con corriente alterna. Entonces resulta que, en promedio, la frecuencia de rotación de las partículas en un círculo se mantendrá automáticamente igual a la frecuencia del campo eléctrico aplicado a los dees (un par de sistemas magnéticos que curvan la trayectoria y aceleran las partículas con un campo magnético).

Con cada paso a través de la rendija de las dees, las partículas tienen y además reciben un aumento diferente de masa (y, en consecuencia, reciben un incremento diferente en el radio a lo largo del cual las gira el campo magnético) dependiendo del voltaje del campo entre las dees. en el momento de aceleración de una partícula dada. Entre todas las partículas, se pueden distinguir las partículas de equilibrio ("afortunadas"). Para estas partículas, el mecanismo que mantiene automáticamente la constancia del período orbital es especialmente sencillo.

Las partículas "afortunadas" experimentan un aumento de masa y un aumento del radio del círculo cada vez que pasan por la rendija. Compensa con precisión la disminución del radio causada por el incremento del campo magnético durante una revolución. En consecuencia, las partículas "afortunadas" (en equilibrio) pueden acelerarse resonantemente siempre que aumente el campo magnético.

Resultó que casi todas las demás partículas tienen la misma capacidad, solo que la aceleración dura más. Durante el proceso de aceleración, todas las partículas experimentarán oscilaciones alrededor del radio orbital de las partículas en equilibrio. La energía de las partículas en promedio será igual a la energía de las partículas en equilibrio. Entonces, casi todas las partículas participan en la aceleración resonante.

Si, en lugar de aumentar lentamente con el tiempo el campo magnético en el acelerador (ciclotrón), alimentando el imán con corriente alterna, aumentamos el período del campo eléctrico alterno aplicado a los DEES, entonces se establecerá el modo "autofase".

"Puede parecer que para que se produzca la fase automática y la aceleración resonante, es necesario cambiar en el tiempo el campo magnético o el período eléctrico. De hecho, esto no es así. Quizás el concepto más simple (pero lejos de serlo) simple en su implementación práctica), el método de aceleración, establecido por el autor antes que otros métodos, se puede implementar con un campo magnético constante en el tiempo y una frecuencia constante."

En 1955, cuando Wexler escribió su folleto sobre los aceleradores, este principio, como señaló el autor, formó la base de un acelerador, un microtrón, un acelerador que requería potentes fuentes de microondas. Según Wexler, el microtrón “aún no se ha generalizado (1955). Sin embargo, desde hace varios años funcionan varios aceleradores de electrones con energías de hasta 4 MeV”.

Wexler fue un brillante divulgador de la física, pero, desafortunadamente, debido a su apretada agenda, rara vez publicaba artículos populares.

El principio de fase automática ha demostrado que es posible tener una región de fase estable y, por tanto, es posible cambiar la frecuencia del campo acelerador sin temor a salir de la región de aceleración resonante. Sólo necesitas elegir la fase de aceleración adecuada. Al cambiar la frecuencia del campo fue posible compensar fácilmente el cambio en la masa de las partículas. Además, cambiar la frecuencia permitió acercar la espiral del ciclotrón que gira rápidamente a un círculo y acelerar las partículas hasta que la intensidad del campo magnético fue suficiente para mantener las partículas en una órbita determinada.

El acelerador descrito con fase automática, en el que cambia la frecuencia del campo electromagnético, se llama sincrociclotrón o fasotrón.

El sincrofasotrón utiliza una combinación de dos principios de fase automática. El primero de ellos se encuentra en el corazón del fasotrón, que ya se ha mencionado: es un cambio en la frecuencia del campo electromagnético. El segundo principio se utiliza en los sincrotrones: aquí cambia la intensidad del campo magnético.

Desde el descubrimiento de la fase automática, los científicos e ingenieros han comenzado a diseñar aceleradores capaces de generar miles de millones de electronvoltios. El primero de ellos en nuestro país fue un acelerador de protones: un sincrofasotrón de 10 mil millones de electronvoltios en Dubna.

El diseño de este gran acelerador comenzó en 1949 por iniciativa de V. I. Veksler y S. I. Vavilov, y se puso en funcionamiento en 1957. El segundo gran acelerador se construyó en Protvino, cerca de Serpukhov, con una energía de 70 GeV. Actualmente trabajan en ello no sólo investigadores soviéticos, sino también físicos de otros países.

Pero mucho antes del lanzamiento de dos aceleradores gigantes de “mil millones de dólares”, se construyeron aceleradores de partículas relativistas en el Instituto de Física de la Academia de Ciencias (FIAN), bajo la dirección de Wexler. En 1947, se lanzó un acelerador de electrones de hasta 30 MeV de energía, que sirvió como modelo de un acelerador de electrones más grande: un sincrotrón con una energía de 250 MeV. El sincrotrón se lanzó en 1949. Utilizando estos aceleradores, los investigadores del Instituto de Física de la Academia de Ciencias de la URSS realizaron trabajos de primer nivel sobre la física de los mesones y el núcleo atómico.

Después del lanzamiento del sincrofasotrón de Dubna, comenzó un período de rápido progreso en la construcción de aceleradores de alta energía. Se construyeron y pusieron en funcionamiento muchos aceleradores en la URSS y otros países. Estos incluyen el ya mencionado acelerador de 70 GeV en Serpukhov, 50 GeV en Batavia (EE.UU.), 35 GeV en Ginebra (Suiza) y 35 GeV en California (EE.UU.). Actualmente, los físicos se proponen la tarea de crear aceleradores de varios teraelectrones-voltios (teraelectrones-voltios - 1012 eV).

En 1944, cuando nació el término "autofase". Wexler tenía 37 años. Wexler resultó ser un talentoso organizador del trabajo científico y director de una escuela científica.

El método de autofase, como una fruta madura, estaba esperando a un científico-vidente que la sacara y tomara posesión de ella. Un año más tarde, independientemente de Wexler, el famoso científico estadounidense McMilan descubrió el principio de autofase. Reconoció la prioridad del científico soviético. McMillan se reunió con Wexler más de una vez. Eran muy amigables y la amistad de dos científicos notables nunca se vio eclipsada por nada hasta la muerte de Wexler.

Los aceleradores construidos en los últimos años, aunque se basan en el principio de fase automática de Wechsler, por supuesto han mejorado significativamente en comparación con las máquinas de primera generación.

Además de la fase automática, a Wexler se le ocurrieron otras ideas para la aceleración de partículas que resultaron muy fructíferas. Estas ideas de Wexler están ampliamente desarrolladas en la URSS y otros países.

En marzo de 1958 tuvo lugar la tradicional reunión anual de la Academia de Ciencias de la URSS en la Casa de los Científicos de la calle Kropotkinskaya. Wexler esbozó la idea de un nuevo principio de aceleración, al que llamó "coherente". Le permite acelerar no solo partículas individuales, sino también coágulos de plasma que constan de una gran cantidad de partículas. El método de aceleración "coherente", como dijo cautelosamente Wechsler en 1958, permite pensar en la posibilidad de acelerar partículas a energías de mil billones de electronvoltios e incluso más.

En 1962, Wexler, al frente de una delegación de científicos, voló a Ginebra para participar en la Conferencia Internacional sobre Física de Altas Energías. Entre los cuarenta miembros de la delegación soviética se encontraban físicos tan destacados como A. I. Alikhanov, N. N. Bogolyubov, D. I. Blokhintsev, I. Ya Pomeranchuk, M. A. Markov. Muchos de los científicos de la delegación eran especialistas en aceleradores y estudiantes de Wexler.

Vladimir Iosifovich Veksler fue durante varios años presidente de la Comisión de Física de Altas Energías de la Unión Internacional de Física Teórica y Aplicada.

El 25 de octubre de 1963, Wexler y su colega estadounidense, Edwin McMillan, director del laboratorio de radiación de la Universidad Lawrence de California, recibieron el Premio Átomos Estadounidenses para la Paz.

Wexler era el director permanente del Laboratorio de Alta Energía del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear en Dubna. Ahora la calle que lleva su nombre nos recuerda la estancia de Wexler en esta ciudad.

El trabajo de investigación de Wexler se concentró en Dubna durante muchos años. Combinó su trabajo en el Instituto Conjunto de Investigaciones Nucleares con el trabajo en el Instituto de Física P. N. Lebedev, donde en su lejana juventud comenzó su carrera como investigador, y fue profesor en la Universidad Estatal de Moscú, donde dirigió el departamento.

En 1963, Veksler fue elegido Académico-Secretario del Departamento de Física Nuclear de la Academia de Ciencias de la URSS y ocupó permanentemente este importante cargo.

Los logros científicos de V. I. Veksler fueron muy apreciados, otorgándole el Premio Estatal de Primer Grado y el Premio Lenin (1959). Las destacadas actividades científicas, pedagógicas, organizativas y sociales del científico recibieron tres Órdenes de Lenin, la Orden de la Bandera Roja del Trabajo y medallas de la URSS.

Vladimir Iosifovich Veksler murió repentinamente el 20 de septiembre de 1966 a causa de un segundo infarto. Tenía sólo 59 años. En la vida siempre pareció más joven de lo que era, era enérgico, activo e incansable.

+ fase + trono electrico) - cíclico resonante acelerador con la longitud de la órbita de equilibrio sin cambios durante el proceso de aceleración. Para que las partículas permanezcan en el mismo lugar durante la aceleración. orbita, cambios como líder un campo magnético, entonces frecuencia campo eléctrico acelerado. Esto último es necesario para que el haz llegue siempre a la sección de aceleración en fase con el campo eléctrico de alta frecuencia. En el caso de que las partículas sean ultrarelativistas, la frecuencia de rotación, para una longitud orbital fija, no cambia al aumentar la energía, y la frecuencia del generador de RF también debe permanecer constante. Un acelerador de este tipo ya se llama sincrotrón.

en cultura

Fue este dispositivo el que el niño de primer grado "hizo en el trabajo" en la famosa canción. Alla Pugacheva"Canción de un niño de primer grado". El sincrofasotrón también se menciona en la comedia de Gaidai "Operación Y y las otras aventuras de Shurik". Este dispositivo también se muestra como ejemplo de la aplicación de la Teoría de la Relatividad de Einstein en el cortometraje educativo "¿Qué es la Teoría de la Relatividad?" En los programas de comedia sencillos para el público en general, a menudo aparece como un dispositivo científico "incomprensible" o un ejemplo de alta tecnología.

La tecnología en la URSS se desarrolló rápidamente. Basta mirar el lanzamiento del primer satélite terrestre artificial, que fue observado por todo el mundo. Pocas personas saben que en el mismo año 1957, el sincrofasotrón comenzó a funcionar en la URSS (es decir, no solo se completó y puso en funcionamiento, sino que se lanzó). Esta palabra significa instalación para acelerar partículas elementales. Hoy en día, casi todo el mundo ha oído hablar del Gran Colisionador de Hadrones: es una versión más nueva y mejorada del dispositivo descrito en este artículo.

¿Qué es esto? ¿Un sincrofasotrón? ¿Para qué sirve?

Esta instalación es un gran acelerador de partículas elementales (protones), lo que permite un estudio más profundo del microcosmos, así como la interacción de estas mismas partículas entre sí. La forma de estudiar es muy sencilla: romper los protones en partes pequeñas y ver qué hay en su interior. Todo parece sencillo, pero romper un protón es una tarea extremadamente difícil, que requirió la construcción de una estructura tan enorme. Aquí, a través de un túnel especial, las partículas se aceleran a velocidades enormes y luego se envían al objetivo. Cuando lo golpean, se dispersan en pequeños fragmentos. El "colega" más cercano del sincrofasotrón, el Gran Colisionador de Hadrones, funciona aproximadamente según el mismo principio, solo que allí las partículas aceleran en direcciones opuestas y no golpean un objetivo fijo, sino que chocan entre sí.

Ahora entiendes un poco que se trata de un sincrofasotrón. Se creía que la instalación permitiría lograr un gran avance científico en el campo de la investigación de micromundos. A su vez, esto permitirá descubrir nuevos elementos y formas de obtener fuentes de energía baratas. Lo ideal era descubrir elementos que fueran superiores en eficiencia y al mismo tiempo menos dañinos y más fáciles de reciclar.

uso militar

Vale la pena señalar que esta instalación fue creada para lograr un avance científico y tecnológico, pero sus objetivos no eran sólo pacíficos. El avance científico y tecnológico debe mucho a la carrera armamentista militar. El sincrofasotrón fue creado bajo el título "Top Secret", y su desarrollo y construcción se llevaron a cabo como parte de la creación de la bomba atómica. Se suponía que el dispositivo permitiría crear una teoría perfecta de las fuerzas nucleares, pero resultó que no todo fue tan simple. Incluso hoy en día esta teoría falta, aunque el progreso tecnológico ha avanzado mucho.

en palabras simples?

¿Si resumimos y hablamos en un lenguaje comprensible? Un sincrofasotrón es una instalación donde los protones se pueden acelerar a alta velocidad. Consiste en un tubo en bucle con vacío en su interior y potentes electroimanes que impiden que los protones se muevan aleatoriamente. Cuando los protones alcanzan su velocidad máxima, su flujo se dirige hacia un objetivo especial. Al golpearlo, los protones se dispersan en pequeños fragmentos. Los científicos pueden ver rastros de fragmentos voladores en una cámara de burbujas especial y, a partir de estos rastros, analizan la naturaleza de las propias partículas.

La cámara de burbujas es un dispositivo un poco anticuado para capturar trazas de protones. Hoy en día, en estas instalaciones se utilizan radares más precisos, que proporcionan más información sobre el movimiento de los fragmentos de protones.

A pesar del principio simple del sincrofasotrón, esta instalación en sí es de alta tecnología y su creación sólo es posible con un nivel suficiente de desarrollo técnico y científico, que, por supuesto, poseía la URSS. Para dar una analogía, un microscopio ordinario es un dispositivo cuyo propósito coincide con el propósito de un sincrofasotrón. Ambos dispositivos te permiten explorar el micromundo, sólo que el último te permite "profundizar más" y tiene un método de investigación algo único.

Detalles

El funcionamiento del dispositivo se describió anteriormente en palabras sencillas. Por supuesto, el principio de funcionamiento de un sincrofasotrón es más complejo. El hecho es que para acelerar partículas a altas velocidades es necesario garantizar una diferencia de potencial de cientos de miles de millones de voltios. Esto es imposible incluso en la etapa actual de desarrollo tecnológico, por no hablar de la anterior.

Por lo tanto, se decidió acelerar las partículas gradualmente y hacerlas girar en círculo durante mucho tiempo. En cada vuelta, los protones se energizaron. Como resultado de pasar millones de revoluciones, fue posible ganar la velocidad requerida, después de lo cual fueron enviados al objetivo.

Este es exactamente el principio que se utilizó en el sincrofasotrón. Al principio, las partículas se movían a través del túnel a baja velocidad. En cada vuelta entraban en los llamados intervalos de aceleración, donde recibían una carga adicional de energía y ganaban velocidad. Estas secciones de aceleración son condensadores, cuya frecuencia del voltaje alterno es igual a la frecuencia de los protones que pasan a través del anillo. Es decir, las partículas golpearon la sección de aceleración con carga negativa, en ese momento el voltaje aumentó bruscamente, lo que les dio velocidad. Si las partículas golpeaban el lugar de aceleración con una carga positiva, su movimiento se ralentizaba. Y esta es una característica positiva, ya que gracias a ella todo el haz de protones se movía a la misma velocidad.

Y esto se repitió millones de veces, y cuando las partículas adquirieron la velocidad requerida, fueron enviadas a un objetivo especial, contra el cual chocaron. Posteriormente, un grupo de científicos estudió los resultados de la colisión de partículas. Así funcionaba el sincrofasotrón.

El papel de los imanes

Se sabe que en esta enorme máquina de aceleración de partículas también se utilizaron potentes electroimanes. La gente cree erróneamente que se utilizaron para acelerar protones, pero no es así. Las partículas se aceleraban con ayuda de condensadores especiales (secciones de aceleración) y los imanes sólo mantenían a los protones en una trayectoria estrictamente especificada. Sin ellos, el movimiento constante de un haz de partículas elementales sería imposible. Y la alta potencia de los electroimanes se explica por la gran masa de protones a altas velocidades.

¿Qué problemas enfrentaron los científicos?

Uno de los principales problemas a la hora de crear esta instalación fue precisamente la aceleración de las partículas. Por supuesto, podían acelerarse en cada vuelta, pero a medida que aceleraban, su masa aumentaba. A una velocidad cercana a la de la luz (como sabemos, nada puede moverse más rápido que la velocidad de la luz), su masa se volvió enorme, lo que dificultaba mantenerlos en una órbita circular. Sabemos por el plan de estudios escolar que el radio de movimiento de los elementos en un campo magnético es inversamente proporcional a su masa, por lo tanto, a medida que aumentaba la masa de los protones, tuvimos que aumentar el radio y utilizar imanes grandes y fuertes. Estas leyes de la física limitan enormemente las posibilidades de investigación. Por cierto, también pueden explicar por qué el sincrofasotrón resultó ser tan grande. Cuanto más grande sea el túnel, se pueden instalar imanes más grandes para crear un campo magnético fuerte que mantenga los protones moviéndose en la dirección deseada.

El segundo problema es la pérdida de energía al moverse. Las partículas, al pasar alrededor de un círculo, emiten energía (la pierden). En consecuencia, al moverse a gran velocidad, parte de la energía se evapora y cuanto mayor es la velocidad, mayores son las pérdidas. Tarde o temprano, llega un momento en que se comparan los valores de la energía emitida y recibida, lo que imposibilita una mayor aceleración de las partículas. En consecuencia, existe la necesidad de una mayor capacidad.

Podemos decir que ahora entendemos con mayor precisión que se trata de un sincrofasotrón. Pero, ¿qué consiguieron exactamente los científicos durante las pruebas?

¿Qué investigaciones se han realizado?

Naturalmente, el trabajo de esta instalación no quedó sin dejar rastro. Y aunque se esperaba que arrojara resultados más serios, algunos estudios resultaron extremadamente útiles. En particular, los científicos estudiaron las propiedades de los deuterones acelerados, las interacciones de los iones pesados ​​con los objetivos y desarrollaron una tecnología más eficaz para reciclar el uranio-238 gastado. Y aunque para el ciudadano medio todos estos resultados significan poco, en el campo científico es difícil sobreestimar su importancia.

Aplicación de resultados

Los resultados de las pruebas realizadas en el sincrofasotrón se utilizan aún hoy. En particular, se utilizan en la construcción de centrales eléctricas que funcionan con cohetes espaciales, robótica y equipos complejos. Por supuesto, la contribución de este proyecto al progreso científico y técnico es bastante grande. Algunos resultados también se aplican en el ámbito militar. Y aunque los científicos no han podido descubrir nuevos elementos que podrían usarse para crear nuevas bombas atómicas, nadie sabe realmente si esto es cierto o no. Es muy posible que algunos resultados se oculten a la población, porque vale la pena considerar que este proyecto se implementó bajo el título "Top Secret".

Conclusión

Ahora entiendes qué es un sincrofasotrón y cuál es su papel en el progreso científico y tecnológico de la URSS. Incluso hoy en día, estas instalaciones se utilizan activamente en muchos países, pero ya existen opciones más avanzadas: los nucletrones. El Gran Colisionador de Hadrones es quizás la mejor implementación de la idea del sincrofasotrón hasta la fecha. El uso de esta instalación permite a los científicos comprender con mayor precisión el micromundo al hacer chocar dos haces de protones que se mueven a velocidades enormes.

En cuanto al estado actual del sincrofasotrón soviético, fue convertido en un acelerador de electrones. Ahora trabaja en FIAN.