Sinhrofazotron - što je to: definicija, princip rada, primjena. Sinhrofazotron: šta je to, princip rada i opis Šta je to - sinhrofazotron? čemu služi?
Ti nisi rob!
Zatvoreni edukativni kurs za djecu elite: "Pravo uređenje svijeta."
http://noslave.org
Materijal sa Wikipedije - slobodne enciklopedije
Synchrophasotron (od sinhronizacija + faza + elektron) je rezonantni ciklički akcelerator sa konstantnom ravnotežnom dužinom orbite tokom procesa ubrzanja. Da bi čestice ostale u istoj orbiti tokom procesa ubrzanja, mijenjaju se i vodeće magnetsko polje i frekvencija ubrzavajućeg električnog polja. Ovo posljednje je neophodno kako bi snop uvijek stigao u dionicu za ubrzanje 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.
Napišite recenziju o članku "Sinhrofazotron"
Bilješke
vidi takođe
|
||||||||||||
Izvod koji karakterizira sinhrofazotron
Zajedno smo izašli iz kuće, kao da ću i ja sa njom na pijacu, i na prvom skretanju smo se sporazumno rastali, i svako je već krenuo svojim putem i svojim poslom...Kuća u kojoj je još uvijek živio otac male Veste nalazila se u prvom "novom kvartu" koji smo gradili (kako su se zvale prve višespratnice) i nalazila se četrdesetak minuta hoda od nas. Oduvijek sam volio hodati, i nije mi to stvaralo neugodnosti. Samo što mi se sama ova nova oblast nije dopala, jer su kuće u njoj građene kao kutije šibica - sve iste i bezlične. A kako je ovo mjesto tek počinjalo da se gradi, u njemu nije bilo ni jednog drveta, niti bilo kakvog „zelenila“, a izgledalo je kao kamena i asfaltna maketa nekog ružnog, lažnog grada. Sve je bilo hladno i bez duše, i tamo mi je uvek bilo jako loše - izgledalo je kao da jednostavno nemam šta da dišem tamo...
Pa ipak, tamo je bilo gotovo nemoguće pronaći kućne brojeve, čak i uz najveću želju. Kao, na primjer, ja sam u tom trenutku stajao između kuća br. 2 i br. 26 i nisam mogao razumjeti kako je to moglo da se desi?! I pitao sam se gdje je moja “nestala” kuća broj 12?.. Nije bilo logike u tome, a nisam mogao razumjeti kako ljudi mogu živjeti u takvom haosu?
Konačno, uz pomoć drugih, nekako sam uspeo da pronađem kuću koja mi je bila potrebna, a već sam stajao na zatvorenim vratima i pitao se kako će me dočekati ovaj potpuni stranac?..
Upoznao sam mnogo stranaca, meni nepoznatih ljudi, na isti način, a to je u početku uvek zahtevalo veliku nervozu. Nikad mi nije bilo prijatno da zadirem u nečiji privatni život, pa mi je svako takvo „izlet” uvek delovalo pomalo ludo. I takođe sam odlično razumeo koliko je to ludo moralo zvučati za one koji su bukvalno upravo izgubili nekog bliskog, a neka devojčica je iznenada upala u njihove živote i izjavila da im može pomoći da razgovaraju sa svojom mrtvom ženom, sestrom, sinom, majkom , oče... Slažete se - ovo im je sigurno zvučalo apsolutno i potpuno nenormalno! I, da budem iskren, još ne mogu da shvatim zašto su me ovi ljudi uopšte slušali?!
Britanskim parlamentarcima je trebalo samo 15 minuta da donesu odluku o vladinoj investiciji od milijardu funti u izgradnju sinhrofazotrona. Nakon toga su u skupštinskom bifeu jedan sat, ni manje ni više, žustro raspravljali o cijeni kafe. I tako su odlučili: snizili su cijenu za 15%.
Čini se da zadaci nisu uporedivi po složenosti, a sve je, logično, trebalo da se desi upravo suprotno. Sat za nauku, 15 minuta za kafu. Ali ne! Kako se kasnije ispostavilo, većina uglednih političara brzo je dala svoje najdublje „za“, nemajući apsolutno pojma šta je „sinhrofazotron“.
Dozvolite nam, dragi čitaoče, zajedno sa vama da popunimo ovu prazninu u znanju i ne budemo kao naučna kratkovidost nekih drugova.
Šta je sinhrofazotron?
Sinhrofazotron je elektronska instalacija za naučna istraživanja - ciklički akcelerator elementarnih čestica (neutrona, protona, elektrona itd.). Ima oblik ogromnog prstena, težine više od 36 hiljada tona. Njegovi ultra-moćni magneti i ubrzavajuće cijevi daju mikroskopskim česticama kolosalnu energiju usmjerenog kretanja. U dubini fazotronskog rezonatora, na dubini od 14,5 metara, događaju se zaista fantastične transformacije na fizičkom nivou: na primjer, sićušni proton prima 20 miliona elektron-volti, a teški ion 5 miliona eV. A ovo je samo skroman delić svih mogućnosti!
Zahvaljujući jedinstvenim svojstvima cikličnog akceleratora, naučnici su bili u mogućnosti da saznaju najintimnije tajne svemira: da proučavaju strukturu zanemarljivih čestica i fizičke i hemijske procese koji se odvijaju unutar njihovih školjki; promatrajte reakciju sinteze vlastitim očima; otkriti prirodu do sada nepoznatih mikroskopskih objekata.
Phazotron je označio novu eru naučnog istraživanja - teritoriju istraživanja u kojoj je mikroskop bio nemoćan, o čemu su čak i inovativni pisci naučne fantastike govorili s velikim oprezom (njihov pronicljivi kreativni let nije mogao predvidjeti do kojih otkrića!).
Istorija sinhrofazotrona
U početku su akceleratori bili linearni, odnosno nisu imali cikličnu strukturu. Ali ubrzo su fizičari morali da ih napuste. Zahtjevi za nivoima energije su se povećali - bilo je potrebno više. Ali linearni dizajn se nije mogao nositi: teorijski proračuni su pokazali da za ove vrijednosti mora biti nevjerovatne dužine.
- Godine 1929 Amerikanac E. Lawrence pokušava riješiti ovaj problem i izume ciklotron, prototip modernog fazotrona. Testovi idu dobro. Deset godina kasnije, 1939. Lawrence prima Nobelovu nagradu.
- Godine 1938 U SSSR-u se talentirani fizičar V.I. Veksler počeo aktivno baviti pitanjem stvaranja i poboljšanja akceleratora. U februaru 1944 dolazi na revolucionarnu ideju kako savladati energetsku barijeru. Wexler svoju metodu naziva "autofaziranje". Tačno godinu dana kasnije, istu tehnologiju je potpuno nezavisno otkrio E. Macmillan, naučnik iz SAD-a.
- Godine 1949. u Sovjetskom Savezu pod vodstvom V.I. Veksler i S.I. Vavilov, razvija se veliki naučni projekat - stvaranje sinhrofazotrona snage 10 milijardi elektron-volti. Tokom 8 godina, na Institutu za nuklearna istraživanja u gradu Dubno u Ukrajini, grupa teorijskih fizičara, dizajnera i inženjera mukotrpno je radila na instalaciji. Zbog toga se naziva i Dubna Synchrophasotron.
Sinhrofazotron je pušten u rad u martu 1957. godine, šest mjeseci prije leta u svemir prvog vještačkog Zemljinog satelita.
Koja istraživanja se provode na sinhrofazotronu?
Wechslerov rezonantni ciklički akcelerator doveo je do galaksije izvanrednih otkrića u mnogim aspektima fundamentalne fizike i, posebno, u nekim kontroverznim i malo proučenim problemima Ajnštajnove teorije relativnosti:
- ponašanje kvark strukture jezgara tokom interakcije;
- formiranje kumulativnih čestica kao rezultat reakcija koje uključuju jezgre;
- proučavanje svojstava ubrzanih deuterona;
- interakcija teških jona sa ciljevima (testiranje otpornosti mikro krugova);
- reciklaža uranijuma-238.
Rezultati dobijeni u ovim oblastima uspešno se koriste u izgradnji svemirskih brodova, projektovanju nuklearnih elektrana, razvoju robotike i opreme za rad u ekstremnim uslovima. Ali najneverovatnija stvar je da niz studija sprovedenih na sinhrofazotronu dovodi naučnike sve bliže rešavanju velike misterije porekla Univerzuma.
Šta je sinhrofazotron?
Prvo, idemo malo dublje u istoriju. Potreba za ovim uređajem se prvi put pojavila 1938. godine. Grupa fizičara sa Lenjingradskog Fizičko-tehničkog instituta obratila se Molotovu sa izjavom da je SSSR-u potrebna istraživačka baza za proučavanje strukture atomskog jezgra. Ovaj zahtjev je opravdan činjenicom da takvo područje proučavanja igra vrlo važnu ulogu, a u ovom trenutku Sovjetski Savez nešto zaostaje za svojim zapadnim kolegama. Uostalom, u to vrijeme u Americi je već bilo 5 sinhrofazotrona, ali u SSSR-u ih nije bilo. Predloženo je da se završi izgradnja već započetog ciklotrona, čiji je razvoj obustavljen zbog lošeg finansiranja i nedostatka kompetentnog osoblja.
Na kraju je donesena odluka o izgradnji sinhrofazotrona, a na čelu ovog projekta bio je Wexler. Izgradnja je završena 1957. godine. Dakle, šta je sinhrofazotron? Jednostavno rečeno, to je akcelerator čestica. On daje ogromnu kinetičku energiju česticama. Zasnovan je na promjenljivom vodećem magnetskom polju i promjenljivoj frekvenciji glavnog polja. Ova kombinacija omogućava da se čestice drže u stalnoj orbiti. Ovaj uređaj se koristi za proučavanje različitih svojstava čestica i njihovih interakcija na visokim energetskim nivoima.
Uređaj ima vrlo intrigantne dimenzije: zauzima čitavu univerzitetsku zgradu, njegova težina je 36 hiljada tona, a prečnik magnetnog prstena je 60 m Prilično impresivnih dimenzija za uređaj čiji je glavni zadatak proučavanje čestica čije se veličine mjere mikrometri.
Princip rada sinhrofazotrona
Mnogi fizičari pokušali su razviti uređaj koji bi omogućio ubrzavanje čestica, dajući im ogromnu energiju. Rješenje ovog problema je sinhrofazotron. Kako funkcioniše i na čemu se zasniva?
Početak je napravljen sa ciklotronom. Razmotrimo princip njegovog rada. Joni koji će ubrzati padaju u vakuum gdje se nalazi dee. U ovom trenutku na ione djeluje magnetsko polje: oni se nastavljaju kretati duž ose, povećavajući brzinu. Nakon što su savladali os i ušli u sljedeći procjep, počinju dobivati brzinu. Za veće ubrzanje potrebno je stalno povećanje polumjera luka. U ovom slučaju, vrijeme putovanja će biti konstantno, uprkos povećanju udaljenosti. Zbog povećanja brzine, uočava se povećanje mase jona.
Ovaj fenomen dovodi do gubitka brzine. Ovo je glavni nedostatak ciklotrona. U sinhrofazotronu je ovaj problem potpuno eliminisan - promjenom indukcije magnetskog polja sa spojenom masom i istovremenom promjenom frekvencije izmjene naboja čestica. To jest, energija čestica raste zbog električnog polja, postavljajući smjer zbog prisustva magnetnog polja.
Synchrophasotron- ciklički akcelerator sa konstantnom ravnotežnom dužinom orbite. Da bi se osiguralo da čestice ostanu u istoj orbiti tokom ubrzanja, mijenjaju se i pogonsko magnetsko polje i frekvencija ubrzavajućeg električnog polja. Većina modernih cikličkih akceleratora su visoko fokusirani sinhrofazotroni. Za ultrarelativističke elektrone, frekvencija rotacije ostaje gotovo nepromijenjena tokom procesa ubrzanja, a koriste se sinhrotroni.
Iz istorije
Voljom sudbine, 1921. se ispostavlja da je beskućnik u Moskvi i završava u komunalnoj kući u Khamovniki. Nakon što je završio devetogodišnju školu u opštini, počeo je da radi u fabrici kao električar, gde je dobio komsomolsku dozvolu za fakultet. Godine 1931. diplomirao je kao eksterni student na Moskovskom energetskom institutu i počeo da radi u laboratoriji za analizu rendgenske difrakcije Svesaveznog elektrotehničkog instituta u Lefortovu, gde se bavio konstruisanjem mernih instrumenata i proučavanjem metoda. za mjerenje protoka nabijenih čestica.
Godine 1937. Wexler se preselio u Fizički institut Akademije nauka SSSR-a po imenu P.N. Lebedev (FIAN), gdje je počeo proučavati kosmičke zrake. Uz njihovu pomoć, fizičari su proučavali transformacije kemijskih elemenata i proučavali procese nuklearnih interakcija. Weksler je učestvovao u ekspedicijama naučnika na Elbrus, a potom, kasnije, na Pamir, gdje su uhvaćeni tokovi nabijenih visokoenergetskih čestica koje se nisu mogle dobiti u zemaljskim laboratorijama.
Već dvadesetih godina mnogi nuklearni znanstvenici su imali ideju kako bi bilo lijepo dobiti čestice E. Lawrencea tako visoke “kosmičke” energije u laboratoriji koristeći pouzdane instrumente. Teoretski, sve je bilo jasno - nabijenu česticu treba ubrzati električno polje. Međutim, linearni akceleratori nisu omogućili dobivanje čestica visoke energije. Godine 1929. američki naučnik E. Lawrence predložio je dizajn akceleratora u kojem se čestica kreće spiralno, uzastopno prolazeći kroz isti jaz između dvije elektrode. Putanja čestice je savijena i uvijena jednoličnim magnetskim poljem usmjerenim okomito na orbitalnu ravan. Akcelerator se zvao ciklotron. Godine 1930-1931, Lawrence i njegove kolege izgradili su prvi ciklotron na Univerzitetu u Kaliforniji (SAD). Za ovaj izum dobio je Nobelovu nagradu 1939. godine.
Od 1938. Wexler se bavi stvaranjem ciklotorona u našoj zemlji. Ali oni su također imali ograničenje za ubrzanje čestica. Bila su potrebna nova poboljšanja. Rad je prekinuo rat, a Veksler se tokom evakuacije u Kazanj, zajedno sa drugim naučnicima, bavio istraživanjima koja su bila neophodna za front. Tek 1943. Wexler je uspio da se vrati problemima akceleratora. Poteškoća je bila u tome što je, u skladu sa Ajnštajnovom teorijom relativnosti, kako se brzina povećavala, rasla je i masa čestica, one su skrenule sa kružne putanje i bile ugašene uz zidove ciklotrona.
U februaru 1944. V.I. Wexler je iznio revolucionarnu ideju o tome kako savladati energetsku barijeru ciklotrona. Svoju metodu nazvao je autofaziranjem. Wexler je predložio sinhrono povećanje magnetskog polja u ciklotronu u vremenu, napajajući magnet naizmjeničnom strujom u fazi s frekvencijom okretanja čestica. Tada se ispostavlja da će se u prosjeku frekvencija rotacije čestica u krugu automatski održavati jednakom frekvenciji ubrzanog električnog polja. Takav akcelerator nazvan je sinhrofazotron.
Godinu dana kasnije, nezavisno od Wexlera, princip autofaziranja otkrio je američki naučnik E. Macmillan. Kasnije su oboje bili nominovani za Nobelovu nagradu. Ali sav naš rad bio je povjerljiv i nije predstavljen Nobelovom komitetu. Ali samo MacMillanu nije dodijeljena nagrada. Međutim, 1957. godine dobio je Nobelovu nagradu za hemiju za druge radove.
Godine 1949., na inicijativu V. I. Vekslera i S. I. Vavilova, naučnici i inženjeri počeli su projektirati prvi sinhrofazotron u našoj zemlji kapaciteta 10 milijardi elektron-volti u Dubni. Puštena je u rad 1957. godine. Wexler je bio stalni direktor Laboratorije visoke energije Zajedničkog instituta za nuklearna istraživanja u Dubni.
Cijeli svijet zna da je 1957. SSSR lansirao prvi umjetni satelit Zemlje. Međutim, malo ljudi zna da je iste godine Sovjetski Savez započeo testiranje sinhrofazotrona, koji je rodonačelnik modernog Velikog hadronskog sudarača u Ženevi. U članku će se raspravljati o tome što je sinhrofazotron i kako radi.
Odgovarajući na pitanje šta je sinhrofazotron, treba reći da je to visokotehnološki i znanstveno intenzivan uređaj koji je bio namijenjen proučavanju mikrokosmosa. Konkretno, ideja sinhrofazotrona je bila sljedeća: bilo je potrebno, koristeći moćna magnetska polja koja stvaraju elektromagneti, ubrzati snop elementarnih čestica (protona) do velikih brzina, a zatim taj snop usmjeriti na metu koja miruje. . Od takvog sudara, protoni će se morati "razbiti" na komade. Nedaleko od mete nalazi se poseban detektor - komora za mjehuriće. Ovaj detektor omogućava proučavanje njihove prirode i svojstava koristeći tragove koje ostavljaju protonski dijelovi.
Zašto je bilo potrebno izgraditi SSSR sinhrofazotron? U ovom naučnom eksperimentu, koji je klasifikovan kao "strogo poverljivo", sovjetski naučnici su pokušali da pronađu novi izvor jeftinije i efikasnije energije od obogaćenog uranijuma. Težili su se i čisto naučni ciljevi: dublje proučavanje prirode nuklearnih interakcija i svijeta subatomskih čestica.
Princip rada sinhrofazotrona
Gornji opis zadataka s kojima se susreće sinhrofazotron mnogima možda neće izgledati previše teško za implementaciju u praksi, ali to nije tako. Uprkos jednostavnosti pitanja šta je sinhrofazotron, da bi se protoni ubrzali do potrebnih ogromnih brzina, potrebni su električni naponi od stotina milijardi volti. Takve tenzije se ne mogu stvarati ni danas. Stoga je odlučeno da se energija upumpana u protone rasporedi kroz vrijeme.
Princip rada sinhrofazotrona bio je sljedeći: snop protona počinje svoje kretanje kroz tunel u obliku prstena, na nekom mjestu ovog tunela nalaze se kondenzatori koji stvaraju napon u trenutku kada snop protona proleti kroz njih . Dakle, pri svakom okretu dolazi do blagog ubrzanja protona. Nakon što snop čestica napravi nekoliko miliona okretaja kroz tunel sinhrofazotrona, protoni će dostići željenu brzinu i biće usmereni ka meti.
Vrijedi napomenuti da su elektromagneti korišteni tijekom ubrzanja protona igrali vodeću ulogu, odnosno određivali putanju zraka, ali nisu sudjelovali u njegovom ubrzanju.
Problemi sa kojima su se naučnici susreli prilikom izvođenja eksperimenata
Da bismo bolje razumjeli šta je sinhrofazotron i zašto je njegovo stvaranje vrlo složen proces koji zahtijeva znanje, treba razmotriti probleme koji se javljaju tokom njegovog rada.
Prvo, što je veća brzina protonskog snopa, oni počinju da imaju veću masu prema poznatom Einsteinovom zakonu. Pri brzinama blizu svjetlosti, masa čestica postaje toliko velika da je za njihovo održavanje na željenoj putanji potrebno imati moćne elektromagnete. Što je veća veličina sinhrofazotrona, veći su magneti koji se mogu ugraditi.
Drugo, stvaranje sinhrofazotrona je bilo komplikovano i gubicima energije protonskog snopa tokom njihovog kružnog ubrzanja, a što je brzina zraka veća, ovi gubici postaju značajniji. Ispostavilo se da je za ubrzanje zraka do potrebnih gigantskih brzina potrebno imati ogromne moći.
Kakvi su rezultati dobijeni?
Nesumnjivo, eksperimenti na sovjetskom sinhrofazotronu dali su ogroman doprinos razvoju modernih oblasti tehnologije. Tako su, zahvaljujući ovim eksperimentima, naučnici SSSR-a uspjeli poboljšati proces obrade korištenog uranijuma-238 i dobili neke zanimljive podatke sudarajući ubrzane jone različitih atoma sa metom.
Rezultati eksperimenata na sinhrofazotronu se i danas koriste u izgradnji nuklearnih elektrana, svemirskih raketa i robotike. Dostignuća sovjetske naučne misli korištena su u izgradnji najmoćnijeg sinhrofazotrona našeg vremena, a to je Veliki hadronski sudarač. Sam sovjetski akcelerator služi nauci Ruske Federacije, jer se nalazi u Institutu FIAN (Moskva), gdje se koristi kao akcelerator jona.
Što je sinhrofazotron: princip rada i dobiveni rezultati - sve o putovanju do lokacije
