Synchrophasotron - mis see on: määratlus, tööpõhimõte, rakendus. Sünkrofasotron: mis see on, tööpõhimõte ja kirjeldus Mis see on - sünkrofasotron? Milleks see mõeldud on?
Sa ei ole ori!
Suletud õppekursus eliidi lastele: "Maailma tõeline korraldus".
http://noslave.org
Materjal Wikipediast – vabast entsüklopeediast
Sünkrofasotron (alates sünkroonimine + faas + elektron) on resonantstsükliline kiirendi, millel on kiirendusprotsessi ajal konstantne tasakaalu orbiidi pikkus. Selleks, et osakesed jääksid kiirendusprotsessi ajal samale orbiidile, muutuvad nii juhtiv magnetväli kui ka kiirendava elektrivälja sagedus. Viimane on vajalik selleks, et kiir jõuaks kiirendussektsiooni alati kõrgsagedusliku elektriväljaga faasis. Juhul, kui osakesed on ultrarelativistlikud, ei muutu pöörlemissagedus fikseeritud orbiidi pikkuse korral energia suurenedes ja ka raadiosagedusgeneraatori sagedus peab jääma konstantseks. Sellist kiirendit nimetatakse juba sünkrotroniks.
Kirjutage ülevaade artiklist "Synchrophasotron"
Märkmed
Vaata ka
|
||||||||||||
Sünkrofasotroni iseloomustav väljavõte
Lahkusime koos majast, nagu kavatseksin ka mina temaga turule minna, ja kohe esimesel kurvil läksime sõbralikult lahku ning kumbki oli juba läinud oma teed ja oma asju ajama...Maja, kus väikese Vesta isa veel elas, asus meie ehitatavas esimeses “uues linnaosas” (nii nimetati esimesi kõrghooneid) ja asus meist umbes neljakümneminutilise kiire jalutuskäigu kaugusel. Mulle on alati meeldinud kõndida ja see ei tekitanud mulle ebamugavusi. Ainult mulle see uus piirkond ise väga ei meeldinud, sest sealsed majad olid ehitatud nagu tikutoosid - kõik ühesugused ja näota. Ja kuna see koht alles hakati ehitama, ei olnud selles ainsatki puud ega mingit “rohelist” ning see nägi välja nagu mingi koleda võltslinna kivist ja asfaldist makett. Kõik oli külm ja hingetu ning ma tundsin end seal alati väga halvasti – tundus, et mul poleks seal lihtsalt midagi hingata...
Ja ometi oli sealt peaaegu võimatu isegi kõige suurema soovi korral majanumbreid leida. Nagu näiteks ma sel hetkel seisin majade nr 2 ja nr 26 vahel ja ma ei saanud aru, kuidas see juhtuda sai?! Ja ma mõtlesin, kus on minu “kadunud” maja nr 12?.. Selles polnud loogikat ja ma ei saanud aru, kuidas inimesed saavad sellises kaoses elada?
Lõpuks õnnestus mul teiste abiga kuidagi vajalik maja leida ja ma seisin juba suletud ukse taga ja mõtlesin, kuidas see täiesti võõras mind tervitab?..
Olen samamoodi kohtunud paljude võõraste, mulle tundmatute inimestega ja see nõudis alguses alati palju närvipinget. Ma ei tundnud end kunagi mugavalt kellegi eraellu tungides, nii et iga selline "reis" tundus mulle alati veidi hullumeelne. Ja ma sain ka suurepäraselt aru, kui hullult see võis kõlada nende jaoks, kes olid sõna otseses mõttes just kaotanud kellegi lähedase ja mingi väike tüdruk tungis ootamatult nende ellu ja teatas, et ta saab aidata neil rääkida nende surnud naise, õe, poja, emaga. , isa... Nõus – see pidi nende jaoks kõlama täiesti ja täiesti ebanormaalselt! Ja ausalt öeldes ei saa ma siiani aru, miks need inimesed mind üldse kuulasid?!
Ühendkuningriigi parlamendiliikmetel kulus vaid 15 minutit, et otsustada valitsuse 1 miljardi naelsterlingi suuruse investeeringu üle sünkrofasotroni ehitusse. Pärast seda arutasid nad parlamendi puhvetis tuliselt ühe tunni, mitte vähem, kohvi maksumust. Ja nii nad otsustasid: nad langetasid hinda 15%.
Näib, et ülesanded pole keerukuselt üldse võrreldavad ja loogiliselt oleks kõik pidanud juhtuma täpselt vastupidi. Tund aega teadusele, 15 minutit kohvile. Kuid mitte! Nagu hiljem selgus, andis enamik lugupeetud poliitikutest kiiresti oma sisima "poolt", omamata absoluutselt aimugi, mis on "sünkrofasotron".
Täitkem, hea lugeja, koos teiega see teadmistelünk ja ärge olgem nagu mõne seltsimehe teaduslik lühinägelikkus.
Mis on sünkrofasotron?
Synchrophasotron on teadusliku uurimistöö elektrooniline installatsioon – elementaarosakeste (neutronid, prootonid, elektronid jne) tsükliline kiirendaja. Sellel on tohutu rõnga kuju, mis kaalub üle 36 tuhande tonni. Selle ülivõimsad magnetid ja kiirendustorud annavad mikroskoopilistele osakestele suunatud liikumise kolossaalse energia. Fasotronresonaatori sügavuses, 14,5 meetri sügavusel, toimuvad füüsilisel tasandil tõeliselt fantastilised transformatsioonid: näiteks tilluke prooton saab 20 miljonit elektronvolti, raske ioon aga 5 miljonit eV. Ja see on vaid väike osa kõigist võimalustest!
Just tänu tsüklilise kiirendi ainulaadsetele omadustele suutsid teadlased õppida tundma universumi kõige intiimsemaid saladusi: uurida tühiste osakeste struktuuri ning nende kestade sees toimuvaid füüsikalisi ja keemilisi protsesse; jälgige sünteesireaktsiooni oma silmaga; avastada senitundmatute mikroskoopiliste objektide olemust.
Phazotron tähistas uut teadusuuringute ajastut - uurimisterritooriumi, kus mikroskoop oli jõuetu, millest isegi uuendusmeelsed ulmekirjanikud rääkisid väga ettevaatlikult (nende läbinägelik loominguline lend ei suutnud ette näha tehtud avastusi!).
Sünkrofasotroni ajalugu
Algselt olid kiirendid lineaarsed, see tähendab, et neil ei olnud tsüklilist struktuuri. Kuid peagi pidid füüsikud neist loobuma. Nõuded energiatasemele tõusid – vaja oli rohkem. Kuid lineaarne disain ei saanud hakkama: teoreetilised arvutused näitasid, et nende väärtuste jaoks peab see olema uskumatu pikkusega.
- 1929. aastal Ameeriklane E. Lawrence teeb katseid seda probleemi lahendada ja leiutab tsüklotroni, tänapäevase fasotroni prototüübi. Katsed lähevad hästi. Kümme aastat hiljem, 1939. a. Lawrence saab Nobeli preemia.
- 1938. aastal NSV Liidus hakkas andekas füüsik V.I.Veksler aktiivselt tegelema kiirendite loomise ja täiustamisega. Veebruaris 1944 ta tuleb välja revolutsioonilise ideega, kuidas energiabarjääri ületada. Wexler nimetab oma meetodit "automaatseks faasimiseks". Täpselt aasta hiljem avastas sama tehnoloogia täiesti iseseisvalt USA teadlane E. Macmillan.
- 1949. aastal Nõukogude Liidus V.I. Veksler ja S.I. Vavilovi sõnul töötatakse välja laiaulatuslik teadusprojekt - sünkrofasotroni loomine võimsusega 10 miljardit elektronvolti. 8 aastat töötas Ukrainas Dubno linnas asuvas tuumauuringute instituudis rühm teoreetilisi füüsikuid, disainereid ja insenere hoolikalt paigalduse kallal. Seetõttu nimetatakse seda ka Dubna sünkrofasotroniks.
Sünkrofasotron pandi tööle 1957. aasta märtsis, kuus kuud enne Maa esimese tehissatelliidi lendu kosmosesse.
Milliseid uuringuid sünkrofasotronis tehakse?
Wechsleri resonantstsükliline kiirendi tekitas silmapaistvate avastuste galaktika paljudes fundamentaalfüüsika aspektides ja eriti Einsteini relatiivsusteooria vastuolulistes ja väheuuritud probleemides:
- tuumade kvarkstruktuuri käitumine interaktsiooni ajal;
- kumulatiivsete osakeste moodustumine tuumadega seotud reaktsioonide tulemusena;
- kiirendatud deuteroonide omaduste uurimine;
- raskete ioonide vastastikmõju sihtmärkidega (mikroskeemide vastupidavuse testimine);
- uraan-238 ringlussevõtt.
Nendel aladel saadud tulemusi kasutatakse edukalt kosmoselaevade ehitamisel, tuumajaamade projekteerimisel, robootika ja ekstreemsetes tingimustes töötamiseks mõeldud seadmete väljatöötamisel. Kuid kõige hämmastavam on see, et sünkrofasotronis läbi viidud uuringute seeria viivad teadlased aina lähemale universumi päritolu suure mõistatuse lahendamisele.
Mis on sünkrofasotron?
Kõigepealt läheme ajaloos veidi sügavamale. Vajadus selle seadme järele tekkis esmakordselt 1938. aastal. Rühm Leningradi Füüsikalise Tehnilise Instituudi füüsikuid pöördus Molotovi poole avaldusega, et NSV Liit vajab aatomituuma ehituse uurimiseks uurimisbaasi. Seda taotlust põhjendati asjaoluga, et selline uurimisvaldkond mängib väga olulist rolli ja praegu on Nõukogude Liit oma lääne kolleegidest mõnevõrra maha jäänud. Lõppude lõpuks oli Ameerikas sel ajal juba 5 sünkrofasotronit, kuid NSV Liidus polnud ühtegi. Tehti ettepanek viia lõpule juba alanud tsüklotroni ehitus, mille arendus jäi vähese rahastamise ja pädeva personali puudumise tõttu pooleli.
Lõpuks tehti otsus ehitada sünkrofasotron ja Wexler oli selle projekti eesotsas. Ehitus lõpetati 1957. aastal. Mis on sünkrofasotron? Lihtsamalt öeldes on see osakeste kiirendaja. See annab osakestele tohutu kineetilise energia. See põhineb muutuval juhtival magnetväljal ja põhivälja muutuval sagedusel. See kombinatsioon võimaldab hoida osakesi konstantsel orbiidil. Seda seadet kasutatakse osakeste erinevate omaduste ja nende vastasmõju uurimiseks kõrgel energiatasemel.
Seade on väga intrigeerivate mõõtmetega: see võtab enda alla terve ülikoolihoone, selle kaal on 36 tuhat tonni ja magnetrõnga läbimõõt on seadmel, mille põhiülesanne on mõõta osakesi, 60 m mikromeetrid.
Sünkrofasotroni tööpõhimõte
Paljud füüsikud on püüdnud välja töötada seadet, mis võimaldaks osakesi kiirendada, andes neile tohutult energiat. Selle probleemi lahendus on sünkrofasotron. Kuidas see töötab ja millel see põhineb?
Algus tehti tsüklotroniga. Vaatleme selle tööpõhimõtet. Ioonid, mis kiirendavad, langevad vaakumisse, kus dee asub. Sel ajal mõjutab ioone magnetväli: nad jätkavad liikumist piki telge, suurendades kiirust. Olles teljest üle saanud ja järgmisse vahesse sattunud, hakkavad nad kiirust koguma. Suurema kiirenduse jaoks on vajalik kaare raadiuse pidev suurendamine. Sel juhul on reisiaeg konstantne, hoolimata vahemaa suurenemisest. Kiiruse suurenemise tõttu täheldatakse ioonide massi suurenemist.
Selle nähtusega kaasneb kiiruse suurenemise vähenemine. See on tsüklotroni peamine puudus. Sünkrofasotronis on see probleem täielikult kõrvaldatud - muutes magnetvälja induktsiooni seotud massiga ja muutes samaaegselt osakeste laenguvahetuse sagedust. See tähendab, et osakeste energia suureneb elektrivälja mõjul, määrates suuna magnetvälja olemasolu tõttu.
Sünkrofasotron- konstantse tasakaalu orbiidi pikkusega tsükliline kiirendi. Tagamaks, et osakesed püsiksid kiirenduse ajal samal orbiidil, muutuvad nii liikuv magnetväli kui ka kiirendava elektrivälja sagedus. Enamik kaasaegseid tsüklilisi kiirendeid on kõrge fokuseerimisega sünkrofasotronid. Ultrarelativistlike elektronide puhul jääb pöörlemissagedus kiirendusprotsessi ajal praktiliselt muutumatuks ja kasutatakse sünkrotroneid.
Ajaloost
Saatuse tahtel osutub ta 1921. aastal Moskvas kodutuks lapseks ja satub Hamovnikis ühismajja. Pärast kommuuni üheksa-aastase kooli lõpetamist asus ta tööle tehases elektrikuna, kus sai komsomoli loa kolledžisse astumiseks. 1931. aastal lõpetas ta eksternina Moskva Energeetikainstituudi ja asus tööle Lefortovos Üleliidulise Elektrotehnilise Instituudi röntgendifraktsioonianalüüsi laborisse, kus tegeles mõõteriistade ehitamise ja meetodite uurimisega. laetud osakeste voogude mõõtmiseks.
1937. aastal siirdus Wexler NSVL Teaduste Akadeemia Füüsika Instituuti, mille nimi oli P.N. Lebedev (FIAN), kus ta alustas kosmiliste kiirte uurimist. Nende abiga uurisid füüsikud keemiliste elementide muundumisi ja tuuma vastastikmõju protsesse. Weksler osales teadlaste ekspeditsioonidel Elbrusesse ja seejärel Pamiiri, kus püüti kinni laetud suure energiaga osakeste vood, mida maistes laborites polnud võimalik saada.
Juba kahekümnendatel tekkis paljudel tuumateadlastel idee, kui tore oleks saada laboris usaldusväärsete instrumentide abil E. Lawrence'i nii kõrge "kosmilise" energiaga osakesi. Teoreetiliselt oli kõik selge – laetud osakest peaks kiirendama elektriväli. Lineaarsed kiirendid ei võimaldanud aga saada suure energiaga osakesi. 1929. aastal pakkus Ameerika teadlane E. Lawrence välja sellise kiirendi disaini, milles osake liigub spiraalselt, läbides korduvalt sama pilu kahe elektroodi vahel. Osakese trajektoori painutab ja väänab orbitaaltasandiga risti suunatud ühtlane magnetväli. Kiirendit nimetati tsüklotroniks. Aastatel 1930–1931 ehitasid Lawrence ja ta kolleegid California ülikoolis (USA) esimese tsüklotroni. Selle leiutise eest pälvis ta 1939. aastal Nobeli preemia.
Alates 1938. aastast on Wexler meie riigis tsüklotoronide loomisega seotud. Kuid neil oli ka osakeste kiirenduse piirang. Vaja oli uusi parandusi. Töö katkestas sõda ja Wexler tegeles Kaasani evakueerimise ajal koos teiste teadlastega rinde jaoks otseselt vajalike uurimistöödega. Alles 1943. aastal õnnestus Wexleril naasta kiirendite probleemide juurde. Raskus seisnes selles, et Einsteini relatiivsusteooria kohaselt kasvas kiiruse kasvades ka osakeste mass, need kaldusid ringtrajektoorist kõrvale ja kustusid vastu tsüklotroni seinu.
1944. aasta veebruaris asus V.I. Wexler esitas revolutsioonilise idee, kuidas ületada tsüklotroni energiabarjäär. Ta nimetas oma meetodit automaatfaasistamiseks. Wexler pakkus välja magnetvälja sünkroonse suurendamise tsüklotronis õigeaegselt, toites magnetile vahelduvvoolu faasis osakeste pöörlemissagedusega. Siis selgub, et keskmiselt hoitakse osakeste pöörlemissagedus ringis automaatselt võrdsena kiirendava elektrivälja sagedusega. Sellist kiirendit nimetati sünkrofasotroniks.
Aasta hiljem, sõltumatult Wexlerist, avastas automaatfaasimise põhimõtte Ameerika teadlane E. Macmillan. Hiljem nimetati nad mõlemad Nobeli preemia kandidaadiks. Kuid kogu meie töö oli salastatud ja seda ei esitatud Nobeli komiteele. Kuid MacMillanile üksi auhinda ei antud. 1957. aastal sai ta aga muude tööde eest Nobeli keemiaauhinna.
1949. aastal hakkasid teadlased ja insenerid V. I. Veksleri ja S. I. Vavilovi algatusel Dubnas projekteerima meie riigi esimest 10 miljardi elektronvoltise võimsusega sünkrofasotronit. See võeti kasutusele 1957. aastal. Wexler oli Dubnas asuva Tuumauuringute Ühisinstituudi kõrgenergia laboratooriumi alaline direktor.
Terve maailm teab, et 1957. aastal saatis NSVL orbiidile maailma esimese tehissatelliidi Maa. Kuid vähesed teavad, et samal aastal alustas Nõukogude Liit sünkrofasotroni katsetamist, mis on Genfis asuva kaasaegse suure hadronite põrgataja eellane. Artiklis arutatakse, mis on sünkrofasotron ja kuidas see toimib.
Vastates küsimusele, mis on sünkrofasotron, tuleb öelda, et tegemist on kõrgtehnoloogilise ja teadusmahuka seadmega, mis oli mõeldud mikrokosmose uurimiseks. Eelkõige oli sünkrofasotroni idee järgmine: elektromagnetide loodud võimsaid magnetvälju kasutades oli vaja kiirendada elementaarosakeste (prootonite) kiir suurele kiirusele ja seejärel suunata see kiir puhkeolekus sihtmärgile. . Sellisest kokkupõrkest peavad prootonid tükkideks purunema. Sihtmärgist mitte kaugel on spetsiaalne detektor - mullikamber. See detektor võimaldab uurida nende olemust ja omadusi, kasutades prootoniosadest jäetud jälgi.
Miks oli vaja ehitada NSVL sünkrofasotron? Selles "täiesti salajaseks" liigitatud teadusliku eksperimendi käigus püüdsid nõukogude teadlased leida uut allikat odavamaks ja tõhusamaks energiaks kui rikastatud uraan. Taotleti ka puhtteaduslikke eesmärke: tuuma vastastikmõjude olemuse ja subatomaarsete osakeste maailma sügavam uurimine.
Sünkrofasotroni tööpõhimõte
Ülaltoodud sünkrofasotroni ees seisvate ülesannete kirjeldus ei pruugi paljudele tunduda praktikas teostatav liiga keeruline, kuid see pole nii. Vaatamata küsimuse lihtsusele, mis on sünkrofasotron, on prootonite kiirendamiseks vajalike tohutute kiirusteni vaja sadade miljardite voltide elektripingeid. Selliseid pingeid ei saa tekitada ka tänapäeval. Seetõttu otsustati prootonitesse pumbatud energia aja peale ära jagada.
Sünkrofasotroni tööpõhimõte oli järgmine: prootonite kiir alustab liikumist läbi rõngakujulise tunneli, selle tunneli mõnes kohas on kondensaatorid, mis tekitavad pingetõusu hetkel, kui prootonite kiir neist läbi lendab. . Seega toimub igal pöördel prootonite kerge kiirendus. Pärast seda, kui osakeste kiir teeb mitu miljonit pööret läbi sünkrofasotroni tunneli, saavutavad prootonid soovitud kiirused ja suunatakse sihtmärgi poole.
Väärib märkimist, et prootonite kiirendamisel kasutatud elektromagnetid mängisid suunavat rolli ehk määrasid küll kiire trajektoori, kuid ei osalenud selle kiirenduses.
Probleemid, millega teadlased katsete tegemisel kokku puutusid
Et paremini mõista, mis on sünkrofasotron ja miks selle loomine on väga keeruline ja teadmistemahukas protsess, tuleks arvestada probleemidega, mis selle töö käigus tekivad.
Esiteks, mida suurem on prootonkiire kiirus, seda suurem on nende mass vastavalt Einsteini kuulsale seadusele. Valguselähedasel kiirusel muutub osakeste mass nii suureks, et nende soovitud trajektooril hoidmiseks on vaja võimsaid elektromagneteid. Mida suurem on sünkrofasotron, seda suuremaid magneteid saab paigaldada.
Teiseks muutsid sünkrofasotroni loomise keeruliseks ka prootonkiire energiakaod nende ringkiirenduse ajal ning mida suurem on kiire kiirus, seda olulisemaks need kaod muutuvad. Selgub, et kiire kiirendamiseks vajalikele hiiglaslikele kiirustele on vaja tohutuid jõude.
Milliseid tulemusi saadi?
Kahtlemata andsid katsed Nõukogude sünkrofasotronis tohutu panuse kaasaegsete tehnoloogiavaldkondade arengusse. Nii suutsid NSVL teadlased tänu nendele katsetele täiustada kasutatud uraan-238 töötlemise protsessi ja said huvitavaid andmeid erinevate aatomite kiirendatud ioonide kokkupõrkes sihtmärgiga.
Sünkrofasotronil tehtud katsete tulemusi kasutatakse tuumajaamade, kosmoserakettide ja robootika ehitamisel tänaseni. Nõukogude teadusliku mõtte saavutusi kasutati meie aja võimsaima sünkrofasotroni, milleks on suur hadronite põrkur, ehitamisel. Nõukogude kiirendi ise teenindab Vene Föderatsiooni teadust, asudes FIANi Instituudis (Moskva), kus seda kasutatakse ioonikiirendina.
Mis on sünkrofasotron: tööpõhimõte ja saadud tulemused – kõik objektile reisimise kohta
