Mikä on synkrofasotroni? Synkrofasotroni - mitä se on: määritelmä, toimintaperiaate, sovellus Maailman tehokkain synkrofasotroni.

Teknologia kehittyi Neuvostoliitossa nopeasti. Mikä on Maan ensimmäisen keinotekoisen satelliitin laukaisun arvoista, jota koko maailma katseli. Harvat ihmiset tietävät, että samana vuonna 1957 synkrofasotron lanseerattiin Neuvostoliitossa (eli sitä ei vain saatu valmiiksi ja otettu käyttöön, vaan se käynnistettiin). Tämä sana tarkoittaa laitteistoa alkuainehiukkasten levittämiseksi. Melkein kaikki tänään kuulivat Large Hadron Colliderista - se on uudempi ja paranneltu versio tässä artikkelissa kuvatusta laitteesta.

Mikä on synkrofasotroni? Mitä varten se on?

Tämä asennus on suuri alkuainehiukkasten (protonien) kiihdytin, jonka avulla voit tutkia syvällisemmin mikromaailmaa sekä näiden hiukkasten vuorovaikutusta keskenään. Tapa opiskella on hyvin yksinkertainen: pilkko protonit pieniksi paloiksi ja katso, mitä sisällä on. Se kuulostaa yksinkertaiselta, mutta protonin rikkominen on erittäin vaikea tehtävä, joka vaati niin valtavan rakenteen rakentamista. Täällä hiukkaset kiihdytetään valtaviin nopeuksiin erityisen tunnelin läpi ja lähetetään sitten kohteeseen. Kun he osuvat siihen, ne hajoavat pieniksi paloiksi. Synkrofasotronin lähin "kollega", Large Hadron Collider, toimii suunnilleen samalla periaatteella, vain siellä hiukkaset kiihtyvät vastakkaisiin suuntiin eivätkä osu seisovaan kohteeseen, vaan törmäävät toisiinsa.

Nyt ymmärrät hieman, että tämä on synkrofasotroni. Installaation uskottiin mahdollistavan tieteellisen läpimurron mikromaailman tutkimuksen alalla. Tämä puolestaan ​​antaa mahdollisuuden löytää uusia elementtejä ja tapoja saada halpoja energialähteitä. Ihannetapauksessa he halusivat löytää elementtejä, jotka ovat tehokkaampia ja samalla vähemmän haitallisia ja helpompia hävittää.

Sotilaalliset sovellukset

On syytä huomata, että tämä asennus luotiin toteuttamaan tieteellistä ja teknologista läpimurtoa, mutta sen tavoitteet eivät olleet vain rauhanomaisia. Tieteellinen ja teknologinen läpimurto johtuu monessa suhteessa sotilaallisesta varustelukilpailusta. Synchrophasotron luotiin otsikon "Top Secret" alla, ja sen kehitys ja rakentaminen toteutettiin osana atomipommin luomista. Oletettiin, että laite mahdollistaisi täydellisen ydinvoimien teorian luomisen, mutta kaikki ei osoittautunut niin yksinkertaiseksi. Vielä tänäkin päivänä tämä teoria puuttuu, vaikka tekninen kehitys on edennyt pitkälle.

yksinkertaisilla sanoilla?

Jos teet yhteenvedon ja puhut ymmärrettävällä kielellä? Synkrofasotroni on laitos, jossa protonit voidaan kiihdyttää suureen nopeuteen. Se koostuu silmukasta putkesta, jonka sisällä on tyhjiö, ja tehokkaista sähkömagneeteista, jotka estävät protoneja liikkumasta satunnaisesti. Kun protonit saavuttavat maksiminopeudensa, niiden virtaus suunnataan erityiseen kohteeseen. Iskemällä siihen protonit hajoavat pieniksi palasiksi. Tiedemiehet voivat nähdä lentävien palasten jälkiä erityisessä kuplakammiossa, ja näistä jälkistä he analysoivat itse hiukkasten luonnetta.

Kuplakammio on hieman vanhentunut laite protonien jälkien sieppaamiseen. Nykyään tällaisissa laitoksissa käytetään tarkempia tutkia, jotka tarjoavat enemmän tietoa protonifragmenttien liikkeestä.

Synkrofasotronin yksinkertaisesta periaatteesta huolimatta tämä asennus itsessään on huipputeknologiaa, ja sen luominen on mahdollista vain riittävällä teknisellä ja tieteellisellä kehityksellä, joka tietysti Neuvostoliitolla oli. Jos annamme analogian, niin tavanomainen mikroskooppi on laite, jonka tarkoitus on sama kuin synkrofasotronin tarkoitus. Molemmilla laitteilla voit tutkia mikrokosmosta, vain jälkimmäisellä voit "kaivaa syvemmälle" ja sillä on hieman erikoinen tutkimusmenetelmä.

yksityiskohtaisesti

Laitteen toiminta kuvattiin yllä yksinkertaisin sanoin. Tietenkin synkrofasotronin toimintaperiaate on monimutkaisempi. Tosiasia on, että hiukkasten kiihdyttämiseksi suuriin nopeuksiin on tarpeen tarjota satojen miljardien volttien potentiaaliero. Tämä on mahdotonta edes nykyisessä teknologian kehitysvaiheessa, edellisestä puhumattakaan.

Siksi päätettiin kiihdyttää hiukkasia asteittain ja ajaa niitä ympyrässä pitkään. Jokaisella ympyrällä protonit syötettiin energialla. Miljoonien kierrosten kulumisen seurauksena oli mahdollista saavuttaa vaadittu nopeus, jonka jälkeen ne lähetettiin kohteeseen.

Tätä periaatetta käytettiin synkrofasotronissa. Aluksi hiukkaset liikkuivat tunnelia pitkin pienellä nopeudella. Jokaisella kierroksella he putosivat niin sanotuille kiihdytysväleille, joissa he saivat lisäenergiaa ja saivat vauhtia. Nämä kiihtyvyysosuudet ovat kondensaattoreita, joiden vaihtojännitteen taajuus on yhtä suuri kuin protonien kulkemisen taajuus renkaan läpi. Eli hiukkaset osuivat kiihtyvyysosaan negatiivisella varauksella, tällä hetkellä jännite kasvoi jyrkästi, mikä antoi heille nopeuden. Jos hiukkaset osuivat kiihtyvyysosaan positiivisella varauksella, niiden liike hidastettiin. Ja tämä on positiivinen piirre, koska sen takia koko protonisäde liikkui samalla nopeudella.

Ja niin se toistettiin miljoonia kertoja, ja kun hiukkaset saavuttivat vaaditun nopeuden, ne lähetettiin erityiseen kohteeseen, johon ne törmäsivät. Kun ryhmä tutkijoita tutki hiukkasten törmäyksen tuloksia. Näin synkrofasotroni toimi.

Magneettien rooli

Tiedetään, että tässä valtavassa hiukkaskiihdytyskoneessa käytettiin myös tehokkaita sähkömagneetteja. Ihmiset uskovat virheellisesti, että niitä käytettiin protonien nopeuttamiseen, mutta näin ei ole. Hiukkasia kiihdytettiin erityisillä kondensaattoreilla (kiihtyvyysosilla), ja magneetit pitivät protonit vain tiukasti määritellyllä liikeradalla. Ilman niitä alkuainehiukkasten säteen johdonmukainen liike olisi mahdotonta. Ja sähkömagneettien suuri teho selittyy protonien suurella massalla suurella nopeudella.

Mitä ongelmia tiedemiehet kohtasivat?

Yksi suurimmista ongelmista tämän kokoonpanon luomisessa oli juuri hiukkasten kiihtyvyys. Tietysti niille voitiin antaa kiihdytystä jokaisella kierroksella, mutta kiihtyessä niiden massa kasvoi. Lähellä valonnopeutta (kuten tiedätte, mikään ei voi liikkua nopeammin kuin valonnopeus) niiden massasta tuli valtava, mikä vaikeutti niiden pitämistä ympyräradalla. Koulun opetussuunnitelmasta tiedämme, että elementtien liikesäde magneettikentässä on kääntäen verrannollinen niiden massaan, joten protonien massan kasvaessa oli tarpeen lisätä sädettä ja käyttää suuria vahvoja magneetteja. Tällaiset fysiikan lait rajoittavat voimakkaasti tutkimuksen mahdollisuuksia. Muuten, he voivat myös selittää, miksi synkrofasotroni osoittautui niin valtavaksi. Mitä suurempi tunneli, sitä suurempia magneetteja voidaan asentaa luomaan vahva magneettikenttä, joka pitää protonit liikkumassa oikeaan suuntaan.

Toinen ongelma on energian menetys liikkeen aikana. Hiukkaset säteilevät (menettävät) energiaa kulkiessaan ympyrän läpi. Näin ollen nopeudella liikkuessa osa energiasta katoaa ja mitä suurempi liikenopeus, sitä suuremmat häviöt. Ennemmin tai myöhemmin tulee hetki, jolloin emittoidun ja vastaanotetun energian arvoja verrataan, mikä tekee mahdottomaksi nopeuttaa hiukkasia edelleen. Siksi tehoa tarvitaan lisää.

Voimme sanoa, että nyt ymmärrämme tarkemmin, että tämä on synkrofasotroni. Mutta mitä tutkijat tarkalleen ottaen saavuttivat testien aikana?

Mitä tutkimuksia on tehty?

Luonnollisesti tämän asennuksen työ ei jäänyt huomaamatta. Ja vaikka sen odotettiin saavan vakavampia tuloksia, jotkut tutkimukset osoittautuivat erittäin hyödyllisiksi. Erityisesti tutkijat tutkivat kiihdytettyjen deuteronien ominaisuuksia, raskaiden ionien vuorovaikutusta kohteiden kanssa ja kehittivät tehokkaamman tekniikan käytetyn uraani-238:n hävittämiseen. Ja vaikka kaikki nämä tulokset merkitsevät tavalliselle ihmiselle vähän, tieteen alalla niiden merkitystä on vaikea yliarvioida.

Tulosten soveltaminen

Synkrofasotronilla tehtyjen testien tuloksia käytetään nykyäänkin. Niitä käytetään erityisesti voimalaitosten rakentamiseen, joita käytetään avaruusrakettien, robotiikan ja monimutkaisten laitteiden luomiseen. Tietenkin tämän hankkeen panos tieteen ja tekniikan kehitykseen on melko suuri. Osa tuloksista on sovellettavissa myös sotilaallisella alalla. Ja vaikka tutkijat eivät ole pystyneet löytämään uusia elementtejä, joita voitaisiin käyttää uusien atomipommejen luomiseen, itse asiassa kukaan ei tiedä, onko tämä totta vai ei. On mahdollista, että joitain tuloksia piilotetaan väestöltä, koska on syytä muistaa, että tämä hanke toteutettiin otsikon "Top Secret" alla.

Johtopäätös

Nyt ymmärrät, että tämä on synkrofasotroni ja mikä on sen rooli Neuvostoliiton tieteellisessä ja teknologisessa kehityksessä. Nykyäänkin tällaisia ​​asennuksia käytetään aktiivisesti monissa maissa, mutta on jo kehittyneempiä vaihtoehtoja - Nuklotronit. Large Hadron Collider on ehkä paras synkrofasotroni-idean toteutus tähän mennessä. Tämän asennuksen avulla tutkijat voivat tuntea mikromaailman tarkemmin kahden suurilla nopeuksilla liikkuvan protoninsäteen törmäyksen vuoksi.

Mitä tulee Neuvostoliiton synkrofasotronin nykyiseen tilaan, se muutettiin elektronikiihdyttimeksi. Nyt hän työskentelee FIANissa.

Vuonna 1957 Neuvostoliitto teki vallankumouksellisen tieteellisen läpimurron kahteen suuntaan kerralla: lokakuussa laukaistiin ensimmäinen keinotekoinen maasatelliitti, ja muutamaa kuukautta aiemmin, maaliskuussa, alkoi legendaarinen synkrofasotroni, jättiläinen mikromaailman tutkimiseen tarkoitettu installaatio. toimii Dubnassa. Nämä kaksi tapahtumaa järkyttivät koko maailmaa, ja sanat "satelliitti" ja "synkrofasotroni" ovat tulleet lujasti elämäämme.

Synkrofasotroni on yksi varautuneiden hiukkaskiihdyttimien tyypeistä. Niissä olevat hiukkaset kiihdytetään suuriin nopeuksiin ja siten suuriin energioihin. Niiden törmäysten tuloksena muiden atomihiukkasten kanssa arvioidaan aineen rakenne ja ominaisuudet. Törmäysten todennäköisyys määräytyy kiihdytetyn hiukkassäteen intensiteetin eli siinä olevien hiukkasten lukumäärän mukaan, joten intensiteetti on energian ohella tärkeä kiihdytin parametri.

Tarve luoda vakava kiihdytintukikohta Neuvostoliittoon ilmoitettiin hallitustasolla maaliskuussa 1938. Leningradin fysiikan ja tekniikan instituutin (LFTI) tutkijoiden ryhmä, jota johtaa akateemikko A.F. Ioffe kääntyi Neuvostoliiton kansankomissaarien neuvoston puheenjohtajan V.M. Molotov kirjeellä, jossa ehdotetaan teknisen perustan luomista atomiytimen rakenteen tutkimukselle. Atomin ytimen rakennetta koskevista kysymyksistä tuli yksi luonnontieteen keskeisistä ongelmista, ja Neuvostoliitto jäi niiden ratkaisussa kauas jälkeen. Joten, jos Amerikassa oli vähintään viisi syklotronia, niin Neuvostoliitossa ei ollut yhtäkään (tiedeakatemian Radium-instituutin (RIAN) ainoa syklotroni, joka käynnistettiin vuonna 1937, ei käytännössä toiminut, koska suunnitteluvirheitä). Molotoville osoitettu vetoomus sisälsi pyynnön luoda edellytykset LPTI-syklotronin rakentamisen valmistumiselle 1. tammikuuta 1939 mennessä. Vuonna 1937 alkanut työ sen luomiseksi keskeytettiin osastojen epäjohdonmukaisuuksien ja rahoituksen päättymisen vuoksi.

Marraskuussa 1938 S.I. Vavilov ehdotti vetoomuksessaan Tiedeakatemian puheenjohtajistoon LFTI-syklotronin rakentamista Moskovaan ja I.V.:n laboratorion siirtämistä. Kurchatov, joka oli mukana sen luomisessa. Sergei Ivanovitš halusi atomiytimen tutkimuksen keskuslaboratorion sijoittuvan samaan paikkaan, jossa Tiedeakatemia sijaitsi, eli Moskovaan. LFTI ei kuitenkaan tukenut häntä. Kiistat päättyivät vuoden 1939 lopussa, kun A.F. Ioff ehdotti kolmen syklotronin luomista kerralla. 30. heinäkuuta 1940 Neuvostoliiton tiedeakatemian puheenjohtajiston kokouksessa päätettiin antaa RIANille tehtäväksi varustaa nykyinen syklotroni kuluvana vuonna, FIAN valmistaa tarvittavat materiaalit uuden tehokkaan syklotronin rakentamiseen. lokakuun 15. päivänä ja LFTI saattamaan päätökseen syklotronin rakentamisen vuoden 1941 ensimmäisellä neljänneksellä.

Tämän päätöksen yhteydessä FIANiin perustettiin niin kutsuttu syklotroniprikaati, johon kuuluivat Vladimir Iosifovich Veksler, Sergei Nikolaevich Vernov, Pavel Alekseevich Cherenkov, Leonid Vasilyevich Groshev ja Evgeny Lvovich Feinberg. 26. syyskuuta 1940 fysiikan ja matemaattisten tieteiden osaston (OPMS) toimisto kuuli tiedot V.I. Veksler syklotronin suunnittelutehtävästä hyväksyi sen pääominaisuudet ja rakennusarvion. Syklotroni on suunniteltu kiihdyttämään deuteroneja 50 MeV:n energiaan.

Joten olemme tulleet tärkeimpään asiaan, henkilöön, joka antoi merkittävän panoksen fysiikan kehitykseen maassamme noina vuosina - Vladimir Iosifovich Veksler. Tästä erinomaisesta fyysikasta keskustellaan edelleen.

V. I. Veksler syntyi Ukrainassa Zhytomyr kaupungissa 3. maaliskuuta 1907. Hänen isänsä kuoli ensimmäisessä maailmansodassa.

Vuonna 1921, ankaran nälänhädän ja tuhon aikana, suurilla vaikeuksilla, ilman rahaa, Volodja Veksler päätyi nälkäiseen NEP:tä edeltävään Moskovaan. Teini-ikäinen joutuu Khamovnikiin perustettuun kommuunitaloon, vanhaan, omistajien hylkäämään kartanoon.

Veksler erottui kiinnostuksesta fysiikkaan ja käytännön radiotekniikkaan, hän itse kokosi ilmaisimen radiovastaanottimen, joka oli noina vuosina epätavallisen vaikea tehtävä, hän luki paljon, opiskeli hyvin koulussa.
Poistuttuaan kunnasta Veksler säilytti monia esille tuomiaan näkemyksiä ja tapoja.
On huomattava, että ylivoimainen enemmistö siitä sukupolvesta, johon Vladimir Iosifovich kuului, kohteli elämänsä jokapäiväisiä puolia täysin halveksuen, mutta piti fanaattisesti tieteellisistä, ammatillisista ja sosiaalisista ongelmista.

Veksler valmistui muiden kuntalaisten joukossa yhdeksänvuotisen lukion ja meni yhdessä kaikkien valmistuneiden kanssa tehdastyöläiseksi, jossa hän työskenteli sähköasentajana yli kaksi vuotta.
Hänen tiedonhalunsa, kirjojen rakkautensa ja harvinainen kekseliäisyytensä huomattiin ja 20-luvun lopulla nuori mies sai "komsomolilipun" instituuttiin.
Kun Vladimir Iosifovich valmistui instituutista, suoritettiin toinen korkeakoulujen uudelleenjärjestely ja niiden nimien muutos. Sattui niin, että Veksler tuli Plekhanovin kansantalouden instituuttiin ja valmistui Moskovan sähkötekniikan instituutista (Moscow Power Engineering Institute) ja valmistui insinööriksi röntgentekniikan tutkinnolla.
Samana vuonna hän tuli All Unionin sähköteknisen instituutin röntgendiffraktioanalyysin laboratorioon Lefortovon, jossa Vladimir Iosifovich aloitti työnsä mittauslaitteiden rakentamisen ja ionisoivan säteilyn mittausmenetelmien tutkimisen kanssa. varautuneiden hiukkasten virrat.

Veksler työskenteli tässä laboratoriossa 6 vuotta, siirtyen nopeasti laborantista johtajaksi. Tässä on jo ilmennyt Vekslerille ominainen "käsiala" lahjakkaana kokeellisena tiedemiehenä. Hänen oppilaansa, professori M. S. Rabinovich kirjoitti myöhemmin muistelmissaan Veksleristä: "Lähes 20 vuoden ajan hän itse kokosi, kokosi erilaisia ​​hänen keksimiään installaatioita, eikä koskaan ujostunut mistään työstä. Näin hän näki paitsi julkisivun, ei vain sen ideologinen puoli ", mutta myös kaikki mikä on piilossa lopputulosten takana, mittaustarkkuuden takana, loistavien installaatiokaappien takana. Hän opiskeli ja kouluttautui uudelleen koko ikänsä. Elämänsä viimeisiin vuosiin asti, iltaisin, loma, hän opiskeli huolellisesti ja hahmotteli teoreettista työtä."

Syyskuussa 1937 Veksler muutti liittovaltion sähköteknisestä instituutista Neuvostoliiton tiedeakatemian P. N. Lebedevin fyysiseen instituuttiin (FIAN). Se oli tärkeä tapahtuma tiedemiehen elämässä.

Tähän mennessä Vladimir Iosifovich oli jo puolustanut väitöskirjaansa, jonka aiheena oli hänen suunnittelemiensa "suhteellisten vahvistimien" laite ja sovellus.

FIANissa Veksler ryhtyi tutkimaan kosmisia säteitä. Toisin kuin AI Alikhanov ja hänen työtoverinsa, jotka ihastuivat viehättävään Aragats-vuoreen Armeniassa, Veksler osallistui tiedemiesten tutkimusmatkoihin Elbrukselle ja myöhemmin Pamirille - maailman katolle. Fyysikot ympäri maailmaa ovat tutkineet korkean energian varattuja hiukkasvirtoja, joita ei voitu saada maanpäällisissä laboratorioissa. Tutkijat kiipesivät lähemmäksi kosmisen säteilyn salaperäisiä virtoja.

Kosmiset säteet ovat nykyäänkin tärkeässä asemassa astrofyysikkojen ja korkeaenergisten fyysikkojen arsenaalissa, ja niiden alkuperästä esitetään jännittävän mielenkiintoisia teorioita. Samanaikaisesti oli yksinkertaisesti mahdotonta saada hiukkasia sellaisella energialla tutkimukseen, ja fyysikoille oli yksinkertaisesti välttämätöntä tutkia niiden vuorovaikutusta kenttien ja muiden hiukkasten kanssa. Jo 30-luvulla monilla atomitutkijoilla oli idea: kuinka mukavaa olisi saada niin korkeiden "kosmisen" energioiden omaavia hiukkasia laboratorioon käyttämällä luotettavia välineitä subatomisten hiukkasten tutkimiseen, jonka tutkimusmenetelmänä oli yksi - pommittaminen (kuvaannollisesti). he sanoivat ennen ja sanovat harvoin nyt) joistakin hiukkasista toisten toimesta. Rutherford löysi atomiytimen olemassaolon pommittamalla atomeja voimakkailla ammuksilla - alfahiukkasilla. Ydinreaktiot löydettiin samalla menetelmällä. Kemiallisen alkuaineen muuttamiseksi toiseksi oli tarpeen muuttaa ytimen koostumusta. Tämä saavutettiin pommittamalla ytimiä alfahiukkasilla, ja nyt hiukkasilla, jotka on kiihdytetty tehokkailla kiihdyttimillä.

Natsi-Saksan hyökkäyksen jälkeen monet fyysikot ryhtyivät välittömästi sotilastöihin. Veksler keskeytti kosmisten säteiden tutkimuksen ja ryhtyi suunnittelemaan ja parantamaan radiolaitteita rintaman tarpeisiin.

Tällä hetkellä Tiedeakatemian fyysinen instituutti, kuten jotkut muut akateemiset laitokset, evakuoitiin Kazaniin. Vasta vuonna 1944 onnistuttiin järjestää retkikunta Kazanista Pamiriin, jossa Vekslerin ryhmä pystyi jatkamaan Kaukasuksella aloitettuja tutkimuksia kosmisista säteistä ja korkeaenergisten hiukkasten aiheuttamista ydinprosesseista. Tutkimatta yksityiskohtaisesti Vekslerin panosta kosmisiin säteisiin liittyvien ydinprosessien tutkimukseen, jolle hänen työnsä oli omistettu monta vuotta, voimme sanoa, että hän oli erittäin merkittävä ja tuotti monia tärkeitä tuloksia. Mutta ehkä tärkeintä on, että kosmisten säteiden tutkimus johti tutkijan täysin uusiin ajatuksiin hiukkaskiihtyvyydestä. Vuoristossa Veksler keksi ajatuksen rakentaa hiukkaskiihdyttimiä omien "kosmisten säteidensä" luomiseksi.

Vuodesta 1944 lähtien V. I. Veksler siirtyi uudelle alalle, jolla oli pääpaikka hänen tieteellisessä työssään. Siitä lähtien Vekslerin nimi on aina liitetty suurten "autophasing" -kiihdyttimien luomiseen ja uusien kiihdytysmenetelmien kehittämiseen.

Hän ei kuitenkaan menettänyt kiinnostusta kosmisiin säteisiin ja jatkoi työskentelyä tällä alalla. Veksler osallistui korkealla sijaitseviin tieteellisiin tutkimusmatkoihin Pamireihin vuosina 1946-1947. Kosmisissa säteissä löydetään fantastisen korkean energian hiukkasia, jotka eivät ole kiihdyttimien ulottuvilla. Vekslerille oli selvää, että "luonnollista kiihdytintä" hiukkasista niin suuriin energioihin asti ei voinut verrata "ihmiskäsien luomiseen".

Wexler ehdotti ulospääsyä tästä umpikujasta vuonna 1944. Kirjoittaja kutsui uutta periaatetta, jonka mukaan Wexler-kiihdyttimet toimivat, autophasingiksi.

Tähän mennessä oli luotu "syklotroni"-tyyppinen varautunut hiukkaskiihdytin (Vexler selitti suositussa sanomalehtiartikkelissa syklotronitoiminnan periaatetta seuraavasti: "Tässä laitteessa varautunut hiukkanen, joka liikkuu magneettikentässä spiraalissa, kiihtyy jatkuvasti vaihtuvalla sähkökentällä. Tämän ansiosta syklotronihiukkasille on mahdollista välittää 10-20 miljoonan elektronivoltin energiaa"). Mutta kävi selväksi, että 20 MeV kynnystä ei voitu ylittää tällä menetelmällä.

Syklotronissa magneettikenttä muuttuu syklisesti kiihdyttäen varautuneita hiukkasia. Mutta kiihtyvyysprosessissa tapahtuu hiukkasten massan lisäys (kuten sen pitäisi olla SRT:n - erityisen suhteellisuusteorian - mukaan). Tämä johtaa prosessin rikkomiseen - tietyn kierrosluvun jälkeen magneettikenttä kiihtymisen sijaan alkaa hidastaa hiukkasia.

Veksler ehdottaa, että syklotronin magneettikenttää aletaan hitaasti kasvattaa ajan myötä syöttämällä magneettia vaihtovirralla. Sitten käy ilmi, että keskimäärin hiukkaskierron taajuus ympyrässä pysyy automaattisesti yhtä suurena kuin deesiin kohdistetun sähkökentän taajuus (magneettijärjestelmäpari, joka taivuttaa polkua ja kiihdyttää hiukkasia magneetilla ala).

Jokaisen dee-raon läpikulun aikana hiukkasilla on ja lisäksi ne vastaanottavat erilaisen massalisäyksen (ja vastaavasti eri säteen lisäyksen, jota pitkin magneettikenttä kietoo ne) riippuen kenttien voimakkuudesta dee-raon välillä. tämän hiukkasen kiihtyvyys. Kaikista hiukkasista voidaan erottaa tasapainohiukkaset ("onnekas"). Näille hiukkasille mekanismi, joka ylläpitää automaattisesti vallankumousjakson pysyvyyttä, on erityisen yksinkertainen.

"Onnekas" hiukkaset kokevat massan kasvun ja ympyrän säteen kasvun jokaisen kulkiessaan dee-raon läpi. Se kompensoi tarkasti yhden kierroksen aikana magneettikentän lisääntymisen aiheuttaman säteen pienenemisen. Näin ollen "onnen" (tasapaino) hiukkaset voivat kiihtyä resonanssisti niin kauan kuin magneettikenttä kasvaa.

Kävi ilmi, että melkein kaikilla muilla hiukkasilla on sama kyky, vain kiihtyvyys kestää kauemmin. Kiihtyvyysprosessissa kaikki hiukkaset kokevat värähtelyä tasapainohiukkasten kiertoradan säteen ympärillä. Hiukkasten energia on keskimäärin yhtä suuri kuin tasapainohiukkasten energia. Joten melkein kaikki hiukkaset osallistuvat resonanssikiihtyvyyteen.

Jos sen sijaan, että lisäämme hitaasti magneettikenttää kiihdyttimessä (syklotronissa) ajoissa, syöttämällä magneettia vaihtovirralla, lisäämme deeseihin kohdistuvan vaihtosähkökentän jaksoa, niin myös "autophasing" -tila muodostuu. .

"Saattaa vaikuttaa siltä, ​​että automaattisen vaiheistuksen ilmaantumista ja resonanssikiihtyvyyden toteuttamista varten on tarpeen muuttaa joko magneettikenttää tai sähkökentän jaksoa ajassa. Itse asiassa näin ei ole. Ehkä teoriassa yksinkertaisin ( mutta käytännössä kaukana yksinkertaisesta) tekijän muita menetelmiä aikaisemmin perustama kiihdytysmenetelmä voidaan toteuttaa vakiomagneettikentällä ja vakiotaajuudella.

Vuonna 1955, kun Wexler kirjoitti pamflettinsa kiihdyttimistä, tämä periaate, kuten kirjoittaja huomautti, muodosti perustan kiihdyttimelle - mikrotronille - kiihdytinelle, joka vaatii tehokkaita mikroaaltolähteitä. Vekslerin mukaan mikrotroni "ei ole vielä yleistynyt (1955). Useita jopa 4 MeV:n energian elektronikiihdyttimiä on kuitenkin toiminut useiden vuosien ajan."

Veksler oli loistava fysiikan popularisoija, mutta valitettavasti kiireisen aikataulunsa vuoksi hän julkaisi harvoin suosittuja artikkeleita.

Autophasing-periaate osoitti, että on mahdollista saada stabiili vaihealue ja siksi on mahdollista muuttaa kiihdytyskentän taajuutta ilman pelkoa poistumisesta resonanssikiihtyvyysalueelta. On vain tarpeen valita oikea kiihdytysvaihe. Kentän taajuutta muuttamalla saatiin helposti kompensoitua hiukkasten massan muutos. Lisäksi taajuuden muutos antoi syklotronin nopeasti pyörivän spiraalin lähestyä ympyrää ja kiihdyttää hiukkasia, kunnes magneettikentän voimakkuus riitti pitämään hiukkaset tietyllä kiertoradalla.

Kuvattua autophasing-kiihdytintä, jossa sähkömagneettisen kentän taajuus muuttuu, kutsutaan synkrosyklotroniksi tai fasotroniksi.

Synkrofasotronissa käytetään kahden automaattisen vaiheistuksen periaatteen yhdistelmää. Ensimmäinen niistä on fasotronin taustalla, joka on jo mainittu, on muutos sähkömagneettisen kentän taajuudessa. Toista periaatetta käytetään synkrotroneissa - tässä magneettikentän voimakkuus muuttuu.

Autophasingin keksimisen jälkeen tiedemiehet ja insinöörit ovat suunnitelleet kiihdyttimiä miljardeille elektronivolteille. Ensimmäinen niistä maassamme oli protonikiihdytin - synkrofasotroni 10 miljardille elektronivoltille Dubnassa.

Tämän suuren kiihdyttimen suunnittelu aloitettiin vuonna 1949 V. I. Vekslerin ja S. I. Vavilovin aloitteesta, ja se otettiin käyttöön vuonna 1957. Toinen suuri kiihdytin rakennettiin Protvinoon lähellä Serpukhovia jo 70 GeV:n energialle. Sen parissa työskentelevät nyt paitsi Neuvostoliiton tutkijat, myös muiden maiden fyysikot.

Mutta kauan ennen kahden jättimäisen "miljardin" kiihdytin lanseerausta tiedeakatemian fysikaaliseen instituuttiin (FIAN) rakennettiin relativistisia hiukkaskiihdyttimiä Vekslerin johdolla. Vuonna 1947 lanseerattiin elektronikiihdytin, jonka energia oli jopa 30 MeV, joka toimi mallina suuremmalle elektronikiihdyttimelle - synkrotronille 250 MeV:n energialle. Synkrotroni laukaistiin vuonna 1949. Näillä kiihdyttimillä Neuvostoliiton tiedeakatemian fysikaalisen instituutin tutkijat suorittivat ensiluokkaista työtä mesonfysiikasta ja atomin ytimestä.

Dubna-synkrofasotronin käynnistämisen jälkeen korkean energian kiihdyttimien rakentamisessa alkoi nopean edistymisen aika. Neuvostoliitossa ja muissa maissa rakennettiin ja otettiin käyttöön monia kiihdyttimiä. Näitä ovat jo mainittu 70 GeV kiihdytin Serpukhovissa, 50 GeV kiihdytin Bataviassa (USA), 35 GeV kiihdytin Genevessä (Sveitsi), 35 GeV kiihdytin Kaliforniassa (USA). Tällä hetkellä fyysikot asettavat itselleen tehtäväksi luoda kiihdyttimiä useille teraelektronivolteille (teraelektronivoltti - 1012 eV).

Vuonna 1944, jolloin termi "autophasing" syntyi. Veksler oli 37-vuotias. Veksler osoittautui lahjakkaaksi tieteellisen työn järjestäjäksi ja tieteellisen koulun johtajaksi.

Autophasing-menetelmä, kuten kypsä hedelmä, odotti visionäärisen tiedemiehen ottavan sen alas ja ottavan sen haltuunsa. Vuotta myöhemmin, Wexleristä riippumatta, kuuluisa amerikkalainen tiedemies MacMilan löysi automaattisen vaiheistuksen periaatteen. Hän tunnusti Neuvostoliiton tiedemiehen prioriteetin. McMillan tapasi Vekslerin useammin kuin kerran. He olivat erittäin ystävällisiä, ja kahden merkittävän tiedemiehen ystävyyttä ei koskaan varjostanut mikään ennen Vekslerin kuolemaa.

Viime vuosina rakennetut kiihdyttimet, vaikka ne perustuvatkin Wechslerin automaattisen vaiheistuksen periaatteeseen, ovat luonnollisesti huomattavasti parempia verrattuna ensimmäisen sukupolven koneisiin.

Automaattisen vaiheistuksen lisäksi Wexler keksi muita ideoita hiukkaskiihdytykseen, jotka osoittautuivat erittäin hedelmällisiksi. Vekslerin ideoita kehitetään laajasti Neuvostoliitossa ja muissa maissa.

Maaliskuussa 1958 Neuvostoliiton tiedeakatemian perinteinen vuosikokous pidettiin tiedemiesten talossa Kropotkinskaya-kadulla. Veksler hahmotteli ajatuksen uudesta kiihtyvyyden periaatteesta, jota hän kutsui "koherentiksi". Se mahdollistaa yksittäisten hiukkasten lisäksi myös suuresta määrästä hiukkasista koostuvien plasmakimppujen nopeuttamisen. "Koherentti" kiihdytysmenetelmä, kuten Veksler varovasti sanoi vuonna 1958, mahdollistaa mahdollisuuden kiihdyttää hiukkasia jopa tuhannen miljardin elektronivoltin energioihin ja vieläkin korkeampiin.

Vuonna 1962 Veksler lensi tutkijoiden delegaation johdolla Geneveen osallistuakseen kansainvälisen korkean energian fysiikan konferenssin työhön. Neuvostoliiton valtuuskunnan neljänkymmenen jäsenen joukossa oli sellaisia ​​merkittäviä fyysikoita kuin A. I. Alikhanov, N. N. Bogolyubov, D. I. Blokhintsev, I. Ya. Pomeranchuk, M. A. Markov. Monet valtuuskunnan tiedemiehistä olivat kiihdytinasiantuntijoita ja Wexlerin opiskelijoita.

Vladimir Iosifovich Veksler toimi useiden vuosien ajan Kansainvälisen teoreettisen ja soveltavan fysiikan liiton korkean energian fysiikan toimikunnan puheenjohtajana.

25. lokakuuta 1963 Wexler ja hänen amerikkalainen kollegansa Edwin McMillan, Kalifornian yliopiston Lawrencen säteilylaboratorion johtaja, saivat American Atom for Peace -palkinnon.

Veksler oli Dubnan Ydintutkimuslaitoksen korkean energian laboratorion pysyvä johtaja. Nyt hänen mukaansa nimetty katu muistuttaa Vekslerin oleskelusta tässä kaupungissa.

Vekslerin tutkimustyö keskittyi useiden vuosien ajan Dubnaan. Hän yhdisti työnsä Joint Institute for Nuclear Researchissa työhön P. N. Lebedevin fysikaalisessa instituutissa, jossa hän aloitti tutkijanuransa kaukaisessa nuoruudessaan, oli professori Moskovan valtionyliopistossa, jossa hän johti laitosta.

Vuonna 1963 Veksler valittiin Neuvostoliiton tiedeakatemian ydinfysiikan osaston akateemikko-sihteeriksi, ja hän toimi pysyvästi tässä tärkeässä virassa.

V. I. Vekslerin tieteellisiä saavutuksia arvostettiin suuresti myöntämällä hänelle ensimmäisen asteen valtionpalkinto ja Lenin-palkinto (1959). Tiedemiehen erinomaisesta tieteellisestä, pedagogisesta, organisatorisesta ja yhteiskunnallisesta toiminnasta palkittiin kolme Leninin ritarikuntaa, Työn punaisen lipun ritarikunta ja Neuvostoliiton mitalit.

Vladimir Iosifovich Veksler kuoli äkillisesti 20. syyskuuta 1966 toiseen sydänkohtaukseen. Hän oli vain 59-vuotias. Elämässä hän näytti aina vuotiaan nuoremmalta, oli energinen, aktiivinen ja väsymätön.

+ vaihe + elektroni) on resonoiva syklinen kiihdytin, jonka tasapainoradan pituus pysyy muuttumattomana kiihdytyksen aikana. Jotta hiukkaset pysyisivät samalla kiertoradalla kiihdytyksen aikana, sekä johtava magneettikenttä että kiihtyvän sähkökentän taajuus muuttuvat. Jälkimmäinen on tarpeen, jotta säde saapuisi kiihdytysosaan aina samassa vaiheessa suurtaajuisen sähkökentän kanssa. Siinä tapauksessa, että hiukkaset ovat ultrarelativistisia, pyörimistaajuus kiinteällä kiertoradan pituudella ei muutu energian kasvaessa, ja RF-generaattorin taajuuden on myös pysyttävä vakiona. Tällaista kiihdytintä kutsutaan jo synkrotroniksi.

Kulttuurissa

Juuri tällä laitteella ekaluokkalainen "työskenteli töissä" Alla Pugachevan kuuluisassa kappaleessa "Ensimmäisen luokkalaisen laulu". Synkrofasotron mainitaan myös Gaidain komediassa "Operaatio Y ja Shurikin muut seikkailut". Tämä laite esitetään myös esimerkkinä Einsteinin suhteellisuusteorian soveltamisesta opetuslyhytelokuvassa "Mikä on suhteellisuusteoria?". Heikkojärkisissä humoristisissa ohjelmissa se toimii suurelle yleisölle usein "käsittämättömänä" tieteellisenä välineenä tai esimerkkinä korkeasta teknologiasta.

Vuonna 1957 Neuvostoliitto teki tieteellisen ja teknisen läpimurron useilla alueilla: se laukaisi onnistuneesti keinotekoisen maasatelliitin, ja muutama kuukausi ennen tätä tapahtumaa synkrofasotroni alkoi toimia Dubnassa. Mikä se on ja miksi tällaista asennusta tarvitaan? Tämä kysymys huolestutti paitsi tuolloin Neuvostoliiton kansalaisia, myös koko maailmaa. Tiedeyhteisössä he tietysti ymmärsivät, mitä se oli, mutta tavalliset kansalaiset olivat hämmentyneitä kuultuaan tämän sanan. Vielä nykyäänkään useimmat ihmiset eivät ymmärrä synkrofasotronin olemusta ja periaatetta, vaikka he ovat kuulleet tämän sanan useammin kuin kerran. Katsotaan millainen laite on ja mihin sitä on käytetty.

Miksi tarvitset synkrofasotronin?

Tämä installaatio kehitettiin mikromaailman tutkimiseen ja alkuainehiukkasten rakenteen, niiden keskinäisen vuorovaikutuksen lakien ymmärtämiseen. Kognitiomenetelmä oli äärimmäisen yksinkertainen: murtaa hiukkanen ja katso, mitä sen sisällä on. Miten protoni voidaan kuitenkin rikkoa? Tätä varten luotiin synkrofasotroni, joka kiihdyttää hiukkasia ja osuu ne kohteeseen. Jälkimmäinen voi olla paikallaan, mutta nykyaikaisessa Large Hadron Colliderissa (se on parannettu versio vanhasta hyvästä synkrofasotronista) kohde liikkuu. Siellä protoninsäteet liikkuvat toisiaan kohti suurella nopeudella ja törmäävät toisiinsa.

Tämän asennuksen uskottiin mahdollistavan tieteellisen läpimurron, löytää uusia elementtejä ja menetelmiä atomienergian saamiseksi halvoista lähteistä, jotka olisivat tehokkaampia kuin rikastettu uraani ja olisivat turvallisempia ja vähemmän haitallisia ympäristölle.

Sotilaalliset kohteet

Tietysti myös sotilaallisia tavoitteita tavoiteltiin. Atomienergian luominen rauhanomaisiin tarkoituksiin on vain tekosyy naiiveille. Ei ole turhaa, että synkrofasotroniprojekti julkaistiin leimalla "Top Secret", koska tämän kiihdytin rakennettiin osana uuden atomipommin luomisprojektia. Sen avulla he halusivat saada parannetun ydinvoimien teorian, jota tarvitaan pommin laskemiseen ja luomiseen. Totta, kaikki osoittautui paljon monimutkaisemmaksi, ja jopa tänään tämä teoria puuttuu.

Mikä on synkrofasotroni yksinkertaisilla sanoilla?

Yhteenvetona voidaan todeta, että tämä asennus on alkuainehiukkasten, erityisesti protonien, kiihdytin. Synkrofasotroni koostuu ei-magneettisesta silmukasta putkesta, jonka sisällä on tyhjiö, sekä tehokkaista sähkömagneeteista. Vaihtoehtoisesti magneetit käynnistyvät ohjaten varautuneet hiukkaset tyhjiöputken sisään. Kun ne saavuttavat maksiminopeuden kiihdytinten avulla, ne lähetetään erityiseen kohteeseen. Protonit osuvat siihen, rikkovat itse kohteen ja rikkovat itsensä samalla. Sirpaleet leviävät eri suuntiin ja jättävät jälkiä kuplakammioon. Näitä jälkiä seuraten joukko tiedemiehiä analysoi niiden luonnetta.

Näin oli ennenkin, mutta nykyaikaisissa tiloissa (kuten Large Hadron Collider) käytetään kuplakammion sijasta nykyaikaisempia ilmaisimia, jotka antavat enemmän tietoa protonifragmenteista.

Itse asennus on melko monimutkainen ja korkean teknologian. Voimme sanoa, että synkrofasotroni on nykyaikaisen Large Hadron Colliderin "kaukainen sukulainen". Itse asiassa sitä voidaan kutsua mikroskoopin analogiksi. Molemmat laitteet on tarkoitettu mikrokosmoksen tutkimiseen, mutta tutkimuksen periaate on erilainen.

Lisää laitteesta

Tiedämme siis jo, mikä synkrofasotroni on, ja myös sen, että täällä hiukkaset kiihtyvät valtaviin nopeuksiin. Kuten kävi ilmi, protonien kiihdyttämiseksi valtavaan nopeuteen on tarpeen luoda satojen miljardien volttien potentiaaliero. Valitettavasti ihmiskunta ei voi tehdä tätä, joten he keksivät ajatuksen hiukkasten levittämisestä vähitellen.

Asennuksessa hiukkaset liikkuvat ympyrää, ja jokaisella kierroksella niihin syötetään energiaa, jolloin ne kiihtyvät. Ja vaikka tällainen lataus on pieni, voit saada tarvittavan energian miljoonilla kierroksilla.

Synkrofasotronin toiminta perustuu tähän periaatteeseen. Pieniin arvoihin hajallaan olevat alkuainehiukkaset johdetaan tunneliin, jossa magneetit sijaitsevat. Ne luovat magneettikentän, joka on kohtisuorassa renkaaseen nähden. Monet uskovat virheellisesti, että nämä magneetit kiihdyttävät hiukkasia, mutta todellisuudessa näin ei ole. Ne vain muuttavat lentorataa ja pakottavat heidät liikkumaan ympyrässä, mutta eivät kiihdytä niitä. Itse kiihtyvyys tapahtuu tietyin kiihdytysvälein.

Hiukkaskiihtyvyys

Tällainen kiihtyvyysrako on kondensaattori, joka jännitetään korkealla taajuudella. Muuten, tämä on tämän asennuksen koko toiminnan perusta. Protonisäde lentää tiettyyn kondensaattoriin sillä hetkellä, kun sen jännite on nolla. Kun hiukkaset lentävät kondensaattorin läpi, jännitteellä on aikaa nousta, mikä ajaa hiukkasia. Seuraavalla ympyrällä tämä toistetaan, koska vaihtojännitteen taajuus on erityisesti valittu vastaamaan hiukkasen kierrostaajuutta renkaan ympäri. Tämän seurauksena protonit kiihtyvät synkronisesti ja vaiheittain. Tästä syystä nimi - synkrofasotroni.

Muuten, tällä kiihdytysmenetelmällä on tietty hyödyllinen vaikutus. Jos yhtäkkiä protonisäde lentää vaadittua nopeutta nopeammin, se lentää kiihdytysrakoon negatiivisella jännitearvolla, mikä hidastaa sitä hieman. Jos liikenopeus on pienempi, vaikutus on päinvastainen: hiukkanen kiihtyy ja saavuttaa suurimman protonijoukon. Tämän seurauksena tiheä ja kompakti hiukkassäde liikkuu samalla nopeudella.

Ongelmia

Ihannetapauksessa hiukkaset tulisi kiihdyttää mahdollisimman suureen nopeuteen. Ja jos protonit liikkuvat yhä nopeammin jokaisella ympyrällä, niin miksi niitä ei voida kiihdyttää mahdollisimman suureen nopeuteen? Syitä on useita.

Ensinnäkin energian lisääntyminen merkitsee hiukkasten massan kasvua. Valitettavasti relativistiset lait eivät salli minkään elementin kiihtyvän valon nopeuden yläpuolelle. Synkrofasotronissa protonien nopeus saavuttaa käytännössä valon nopeuden, mikä lisää huomattavasti niiden massaa. Seurauksena on, että niitä on vaikea pitää ympyränmuotoisella kiertoradalla. Koulusta lähtien on tiedetty, että hiukkasten liikesäde magneettikentässä on kääntäen verrannollinen massaan ja suoraan verrannollinen kentän suuruuteen. Ja koska hiukkasten massa kasvaa, sädettä on lisättävä ja magneettikenttä on vahvistettava. Nämä olosuhteet rajoittavat tutkimuksen edellytysten toteuttamista, koska teknologiat ovat rajallisia vielä tänäkin päivänä. Toistaiseksi ei ole ollut mahdollista luoda kenttää, jonka induktio on suurempi kuin muutama tesla. Siksi ne tekevät suuripituisia tunneleita, koska suurella säteellä suurella nopeudella raskaat hiukkaset voidaan pitää magneettikentässä.

Toinen ongelma on liike kiihtyvyydellä ympyrässä. Tiedetään, että tietyllä nopeudella liikkuva varaus säteilee energiaa eli menettää sen. Tästä johtuen hiukkaset menettävät jatkuvasti osan energiasta kiihtyvyyden aikana, ja mitä suurempi niiden nopeus, sitä enemmän ne kuluttavat energiaa. Jossain vaiheessa syntyy tasapaino kiihdytysosuudessa vastaanotetun energian ja saman energiamäärän häviämisen välillä kierrosta kohti.

Synkrofasotronissa tehty tutkimus

Nyt ymmärrämme, mikä periaate on synkrofasotronin toiminnan taustalla. Hän antoi mahdollisuuden tehdä useita tutkimuksia ja löytöjä. Erityisesti tutkijat pystyivät tutkimaan kiihdytettyjen deuteronien ominaisuuksia, ytimien kvanttirakenteen käyttäytymistä, raskaiden ionien vuorovaikutusta kohteiden kanssa sekä kehittämään teknologiaa uraani-238:n hyödyntämiseksi.

Testien aikana saatujen tulosten soveltaminen

Näillä alueilla saatuja tuloksia hyödynnetään tällä hetkellä avaruusalusten rakentamisessa, ydinvoimaloiden suunnittelussa sekä erikoislaitteiden ja robotiikan kehittämisessä. Kaikesta tästä seuraa, että synkrofasotroni on laite, jonka panosta tieteeseen on vaikea yliarvioida.

Johtopäätös

Tällaiset laitokset ovat palvelleet tiedettä 50 vuoden ajan, ja tutkijat käyttävät niitä aktiivisesti kaikkialla maailmassa. Aiemmin luotu synkrofasotroni ja sen kaltaiset tilat (ne luotiin paitsi Neuvostoliitossa) ovat vain yksi lenkki evoluutioketjussa. Nykyään ilmestyy kehittyneempiä laitteita - Nuklotroneja, joilla on valtava energia.

Yksi edistyneimmistä tällaisista laitteista on Large Hadron Collider. Toisin kuin synkrofasotronin toiminnassa, se törmää kahteen vastakkaiseen suuntaan olevaan hiukkassäteeseen, minkä seurauksena törmäyksestä vapautuva energia on monta kertaa suurempi kuin synkrofasotronissa oleva energia. Tämä avaa mahdollisuuksia perushiukkasten tarkempaan tutkimukseen.

Ehkä nyt sinun pitäisi ymmärtää, mikä synkrofasotroni on ja miksi sitä ylipäätään tarvitaan. Tämä asennus mahdollisti joukon löytöjä. Nykyään siitä on tehty elektronikiihdytin, joka tällä hetkellä toimii FIANissa.

Tässä on hienovaraisesti tuttu sana "synkrofasotroni"! Muistutatko minua, kuinka se päätyi yksinkertaisen maallikon korviin Neuvostoliitossa? Siellä oli joku elokuva tai suosittu kappale, jotain, muistan tarkalleen! Vai oliko se vain sanan, jota ei voi lausua, analogia?

Ja nyt muistetaan vielä mikä se on ja miten se luotiin ...

Vuonna 1957 Neuvostoliitto teki vallankumouksellisen tieteellisen läpimurron kahteen suuntaan kerralla: lokakuussa laukaistiin ensimmäinen keinotekoinen maasatelliitti, ja muutamaa kuukautta aiemmin, maaliskuussa, alkoi legendaarinen synkrofasotroni, jättiläinen mikromaailman tutkimiseen tarkoitettu installaatio. toimii Dubnassa. Nämä kaksi tapahtumaa järkyttivät koko maailmaa, ja sanat "satelliitti" ja "synkrofasotroni" ovat tulleet lujasti elämäämme.

Synkrofasotroni on yksi varautuneiden hiukkaskiihdyttimien tyypeistä. Niissä olevat hiukkaset kiihdytetään suuriin nopeuksiin ja siten suuriin energioihin. Niiden törmäysten tuloksena muiden atomihiukkasten kanssa arvioidaan aineen rakenne ja ominaisuudet. Törmäysten todennäköisyys määräytyy kiihdytetyn hiukkassäteen intensiteetin eli siinä olevien hiukkasten lukumäärän mukaan, joten intensiteetti on energian ohella tärkeä kiihdytin parametri.

Kiihdyttimet saavuttavat valtavia kokoja, eikä ole sattumaa, että kirjailija Vladimir Kartsev kutsui niitä ydinajan pyramideiksi, joiden perusteella jälkeläiset arvioivat teknologiamme tasoa.

Ennen kiihdyttimien rakentamista kosmiset säteet olivat ainoa korkeaenergisten hiukkasten lähde. Pohjimmiltaan nämä ovat protoneja, joiden energia on luokkaa useita GeV ja jotka tulevat vapaasti avaruudesta, ja toissijaisia ​​hiukkasia, joita syntyy, kun ne ovat vuorovaikutuksessa ilmakehän kanssa. Mutta kosmisten säteiden virtaus on kaoottista ja sen intensiteetti on alhainen, joten ajan myötä laboratoriotutkimukseen alettiin luoda erityisiä asennuksia - kiihdyttimiä, joissa on kontrolloidut korkean energian ja suuremman intensiteetin hiukkassäteet.

Kaikkien kiihdyttimien toiminta perustuu hyvin tunnettuun tosiasiaan: varautunutta hiukkasta kiihdyttää sähkökenttä. Erittäin suurienergisiä hiukkasia on kuitenkin mahdotonta saada kiihdyttämällä niitä vain kerran kahden elektrodin välillä, koska se vaatisi valtavan jännitteen kohdistamista niihin, mikä on teknisesti mahdotonta. Siksi korkeaenergisiä hiukkasia saadaan kuljettamalla niitä toistuvasti elektrodien välissä.

Kiihdyttimiä, joissa hiukkanen kulkee peräkkäisten kiihdytysrakojen läpi, kutsutaan lineaariseksi. Kiihdytinten kehitys alkoi niistä, mutta vaatimus lisätä hiukkasten energiaa johti lähes epärealistisen pitkiin asennuksiin.

Vuonna 1929 yhdysvaltalainen tiedemies E. Lawrence ehdotti kiihdytintä, jossa hiukkanen liikkuu spiraalina ja kulkee toistuvasti saman raon läpi kahden elektrodin välillä. Hiukkasten liikerataa taivutetaan ja kierretään tasaisella magneettikentällä, joka on suunnattu kohtisuoraan kiertoradan tasoon nähden. Kiihdytintä kutsuttiin syklotroniksi. Vuosina 1930-1931 Lawrence ja hänen työtoverinsa rakensivat ensimmäisen syklotronin Kalifornian yliopistossa (USA). Tästä keksinnöstä hänelle myönnettiin Nobel-palkinto vuonna 1939.

Syklotronissa suuri sähkömagneetti luo tasaisen magneettikentän, ja sähkökenttä syntyy kahden onton D-muotoisen elektrodin väliin (siis niiden nimi - "dees"). Elektrodeihin syötetään vaihtojännite, joka vaihtaa napaisuuden aina, kun hiukkanen tekee puoli kierrosta. Tästä johtuen sähkökenttä aina kiihdyttää hiukkasia. Tätä ajatusta ei voitaisi toteuttaa, jos hiukkasilla, joilla on erilainen energia, olisi eri kierrosjaksot. Mutta onneksi, vaikka nopeus kasvaa energian kasvaessa, kierrosjakso pysyy vakiona, koska lentoradan halkaisija kasvaa samassa suhteessa. Juuri tämä syklotronin ominaisuus mahdollistaa sähkökentän vakiotaajuuden käytön kiihdytyksessä.

Pian syklotroneja alettiin luoda muissa tutkimuslaboratorioissa.

Synkrofasotronin rakennus 1950-luvulla

Tarve luoda vakava kiihdytintukikohta Neuvostoliittoon ilmoitettiin hallitustasolla maaliskuussa 1938. Leningradin fysiikan ja tekniikan instituutin (LFTI) tutkijoiden ryhmä, jota johtaa akateemikko A.F. Ioffe kääntyi Neuvostoliiton kansankomissaarien neuvoston puheenjohtajan V.M. Molotov kirjeellä, jossa ehdotetaan teknisen perustan luomista atomiytimen rakenteen tutkimukselle. Atomin ytimen rakennetta koskevista kysymyksistä tuli yksi luonnontieteen keskeisistä ongelmista, ja Neuvostoliitto jäi niiden ratkaisussa kauas jälkeen. Joten, jos Amerikassa oli vähintään viisi syklotronia, niin Neuvostoliitossa ei ollut yhtäkään (tiedeakatemian Radium-instituutin (RIAN) ainoa syklotroni, joka käynnistettiin vuonna 1937, ei käytännössä toiminut, koska suunnitteluvirheitä). Molotoville osoitettu vetoomus sisälsi pyynnön luoda edellytykset LPTI-syklotronin rakentamisen valmistumiselle 1. tammikuuta 1939 mennessä. Vuonna 1937 alkanut työ sen luomiseksi keskeytettiin osastojen epäjohdonmukaisuuksien ja rahoituksen päättymisen vuoksi.

Kirjeen kirjoitushetkellä maan hallituspiirissä olikin selvä väärinkäsitys atomifysiikan alan tutkimuksen merkityksellisyydestä. Muistelmien mukaan M.G. Meshcheryakov, vuonna 1938 nousi jopa kysymys Radium-instituutin likvidaatiosta, joka joidenkin mukaan harjoitti turhaa uraanin ja toriumin tutkimusta, samalla kun maa pyrki lisäämään kivihiilen louhintaa ja teräksen sulatusta.

Kirje Molotoville vaikutti, ja jo kesäkuussa 1938 Neuvostoliiton tiedeakatemian komissio, jota johti P.L. Kapitsa antoi hallituksen pyynnöstä johtopäätöksen tarpeesta rakentaa 10–20 MeV LPTI-syklotroni kiihdytettyjen hiukkasten tyypistä riippuen ja parantaa RIAN-syklotronia.

Marraskuussa 1938 S.I. Vavilov ehdotti vetoomuksessaan Tiedeakatemian puheenjohtajistoon LFTI-syklotronin rakentamista Moskovaan ja I.V.:n laboratorion siirtämistä. Kurchatov, joka oli mukana sen luomisessa. Sergei Ivanovitš halusi atomiytimen tutkimuksen keskuslaboratorion sijoittuvan samaan paikkaan, jossa Tiedeakatemia sijaitsi, eli Moskovaan. LFTI ei kuitenkaan tukenut häntä. Kiistat päättyivät vuoden 1939 lopussa, kun A.F. Ioff ehdotti kolmen syklotronin luomista kerralla. 30. heinäkuuta 1940 Neuvostoliiton tiedeakatemian puheenjohtajiston kokouksessa päätettiin antaa RIANille tehtäväksi varustaa nykyinen syklotroni kuluvana vuonna, FIAN valmistaa tarvittavat materiaalit uuden tehokkaan syklotronin rakentamiseen. lokakuun 15. päivänä ja LFTI saattamaan päätökseen syklotronin rakentamisen vuoden 1941 ensimmäisellä neljänneksellä.

Tämän päätöksen yhteydessä FIANiin perustettiin niin kutsuttu syklotroniprikaati, johon kuuluivat Vladimir Iosifovich Veksler, Sergei Nikolaevich Vernov, Pavel Alekseevich Cherenkov, Leonid Vasilyevich Groshev ja Evgeny Lvovich Feinberg. 26. syyskuuta 1940 fysiikan ja matemaattisten tieteiden osaston (OPMS) toimisto kuuli tiedot V.I. Veksler syklotronin suunnittelutehtävästä hyväksyi sen pääominaisuudet ja rakennusarvion. Syklotroni on suunniteltu kiihdyttämään deuteroneja 50 MeV:n energiaan. FIAN aikoi aloittaa rakentamisen vuonna 1941 ja ottaa sen käyttöön vuonna 1943. Suunnitellut suunnitelmat rikkoivat sota.

Kiireellinen tarve luoda atomipommi pakotti Neuvostoliiton mobilisoimaan ponnistelut mikromaailman tutkimiseksi. Kaksi syklotronia rakennettiin peräkkäin Moskovan laboratorioon nro 2 (1944, 1946); Leningradissa saarron purkamisen jälkeen RIANin ja LFTI:n syklotronit palautettiin (1946).

Vaikka Fianovskin syklotroniprojekti hyväksyttiin ennen sotaa, kävi selväksi, että Lawrencen suunnittelu oli uupunut, koska kiihdytettyjen protonien energia ei voinut ylittää 20 MeV. Tästä energiasta alkaa vaikuttaa hiukkasen massan lisääntymisen vaikutus valonnopeuteen suhteutettuina nopeuksilla, mikä seuraa Einsteinin suhteellisuusteoriasta.

Massan kasvusta johtuen hiukkasen kiihdytysraon läpi kulkevan resonanssin ja sähkökentän vastaavan vaiheen välinen resonanssi rikkoutuu, mikä johtaa hidastumiseen.

On huomattava, että syklotroni on suunniteltu kiihdyttämään vain raskaita hiukkasia (protoneja, ioneja). Tämä johtuu siitä, että liian pienestä lepomassasta johtuen elektroni saavuttaa jo energioilla 1–3 MeV nopeuden, joka on lähellä valonnopeutta, minkä seurauksena sen massa kasvaa huomattavasti ja hiukkanen menee nopeasti resonanssista.

Ensimmäinen syklinen elektronikiihdytin oli Kerstin vuonna 1940 Wideröen idean pohjalta rakentama betatron. Betatron perustuu Faradayn lakiin, jonka mukaan suljetun piirin tunkeutuvan magneettivuon muuttuessa tähän piiriin syntyy sähkömotorinen voima. Betatronissa suljettu piiri on hiukkasvirta, joka liikkuu rengasmaista kiertorataa pitkin vakiosäteisessä tyhjiökammiossa vähitellen kasvavassa magneettikentässä. Kun magneettivuo kiertoradan sisällä kasvaa, syntyy sähkömotorinen voima, jonka tangentiaalinen komponentti kiihdyttää elektroneja. Betatronissa, kuten syklotronissa, on raja erittäin korkean energian hiukkasten tuotannolle. Tämä johtuu siitä, että sähködynamiikan lakien mukaan ympyräradalla liikkuvat elektronit lähettävät sähkömagneettisia aaltoja, jotka kuljettavat pois paljon energiaa relativistisilla nopeuksilla. Näiden häviöiden kompensoimiseksi on välttämätöntä suurentaa merkittävästi magneettiytimen kokoa, jolla on käytännön raja.

Näin ollen 1940-luvun alkuun mennessä mahdollisuudet saada korkeampia energioita sekä protoneille että elektroneille olivat loppuneet. Mikrokosmoksen lisätutkimuksia varten oli tarpeen lisätä kiihdytettyjen hiukkasten energiaa, joten uusien kiihdytysmenetelmien löytäminen tuli akuutiksi.

Helmikuussa 1944 V.I. Veksler esitti vallankumouksellisen idean syklotronin ja betatronin energiaesteen voittamiseksi. Se oli niin yksinkertaista, että tuntui oudolta, ettei sitä ollut lähestytty aikaisemmin. Ajatuksena oli, että resonanssikiihtyvyyden aikana hiukkasten ja kiihdytyskentän pyörimistaajuuksien tulee jatkuvasti olla samat, toisin sanoen olla synkronisia. Kiihdytettäessä raskaita relativistisia hiukkasia syklotronissa synkronointia varten ehdotettiin, että kiihtyvän sähkökentän taajuutta muutetaan tietyn lain mukaisesti (myöhemmin tällaista kiihdytintä kutsuttiin synkrosyklotroniksi).

Relativististen elektronien nopeuttamiseksi ehdotettiin kiihdytintä, jota myöhemmin kutsuttiin synkrotroniksi. Siinä kiihtyvyys suoritetaan vaihtuvalla vakiotaajuisella sähkökentällä ja synkronointi saadaan aikaan tietyn lain mukaan muuttuvalla magneettikentällä, joka pitää hiukkaset vakiosäteisellä kiertoradalla.

Käytännön syistä oli välttämätöntä varmistaa teoreettisesti, että ehdotetut kiihdytysprosessit ovat stabiileja, eli pienillä poikkeamilla resonanssista hiukkasten vaiheistus suoritetaan automaattisesti. Syklotroniryhmän teoreettinen fyysikko E.L. Feinberg kiinnitti Vekslerin huomion tähän ja itse osoitti prosessien vakauden tiukasti matemaattisesti. Tästä syystä Wexlerin ideaa kutsuttiin "automaattisen vaiheistuksen periaatteeksi".

Keskustelemaan saadusta ratkaisusta FIAN järjesti seminaarin, jossa Veksler teki johdantoraportin ja Feinberg vakautta käsittelevän raportin. Teos hyväksyttiin, ja samana vuonna 1944 Reports of the Academy of Sciences of the USSR julkaisi kaksi artikkelia, joissa pohdittiin uusia kiihdytysmenetelmiä (ensimmäinen artikkeli käsitteli useisiin taajuuksiin perustuvaa kiihdytintä, myöhemmin ns. mikrotroni). Niiden kirjoittajaksi mainittiin vain Veksler, eikä Feinbergin nimeä mainittu ollenkaan. Hyvin pian Feinbergin rooli automaattisen vaiheistuksen periaatteen löytämisessä joutui ansaitsemattomasti täydelliseen unohduksiin.

Vuotta myöhemmin amerikkalainen fyysikko E. MacMillan löysi automaattisen vaiheistuksen periaatteen itsenäisesti, mutta Wexler säilytti prioriteetin.

On huomattava, että uuteen periaatteeseen perustuvissa kiihdyttimissä "vipusääntö" ilmeni eksplisiittisessä muodossa - energian lisäys johti kiihdytettyjen hiukkasten säteen intensiteetin menettämiseen, mikä liittyy syklisyyteen. niiden kiihtyvyydestä, toisin kuin syklotronien ja betatronien tasainen kiihtyvyys. Tämä epämiellyttävä hetki todettiin välittömästi fysiikan ja matemaattisten tieteiden laitoksen istunnossa 20. helmikuuta 1945, mutta sitten kaikki tulivat yksimielisesti siihen tulokseen, että tämä seikka ei saa missään tapauksessa häiritä projektin toteuttamista. Vaikka muuten taistelu intensiteetistä ärsytti myöhemmin jatkuvasti "kiihdytintä".

Samassa istunnossa Neuvostoliiton tiedeakatemian presidentin S.I. Vavilov, päätettiin välittömästi rakentaa Vekslerin ehdottamat kaksi kiihdytintyyppiä. 19. helmikuuta 1946 Neuvostoliiton kansankomissaarien neuvoston alainen erityiskomitea antoi asiaankuuluvan komitean tehtäväksi kehittää hankkeensa ilmoittamalla kapasiteetin, tuotantoajan ja rakennuspaikan. (FIAN kieltäytyi luomasta syklotronia.)

Tämän seurauksena 13. elokuuta 1946 annettiin samanaikaisesti kaksi Neuvostoliiton ministerineuvoston asetusta, jotka Neuvostoliiton ministerineuvoston puheenjohtaja I.V. Stalin ja Neuvostoliiton ministerineuvoston johtaja Ya.E. Chadaev, synkrosyklotronin luomisesta 250 MeV:n deuteronienergialle ja synkrotronin luomisesta 1 GeV:n energialle. Kiihdytinten energian saneli ensisijaisesti Yhdysvaltojen ja Neuvostoliiton poliittinen vastakkainasettelu. Yhdysvallat on jo rakentanut synkrosykrotronin, jonka deuteronienergia on noin 190 MeV, ja on alkanut rakentaa synkrotronia, jonka energia on 250–300 MeV. Kotimaisten kiihdyttimien piti ylittää amerikkalaiset energian suhteen.

Synkrosyklotroniin pantiin toivoa uusien alkuaineiden löytämiseksi, uusien menetelmien saamiseksi atomienergian saamiseksi uraania halvemmista lähteistä. Synkrotronin avulla he aikoivat hankkia keinotekoisesti mesoneja, jotka, kuten Neuvostoliiton fyysikot tuolloin olettivat, kykenivät aiheuttamaan ydinfissiota.

Molemmat asetukset julkaistiin leimalla "Top Secret (erityinen kansio)", koska kiihdytinten rakentaminen oli osa atomipommin luomisprojektia. Heidän avullaan toivottiin saada tarkka teoria ydinvoimista, joita tarvitaan pommilaskelmiin, jotka tuolloin suoritettiin vain suuren joukon likimääräisiä malleja avulla. Totta, kaikki ei osoittautunut niin yksinkertaiseksi kuin aluksi luuli, ja on huomattava, että tällaista teoriaa ei ole luotu tähän päivään mennessä.

Päätöslauselmissa määriteltiin paikat kiihdyttimien rakentamiselle: synkrotroni - Moskovassa, Kalugan moottoritiellä (nykyinen Leninski Prospekt), FIANin alueella; synkrosyklotroni - Ivankovskajan vesivoimalan alueella, 125 kilometriä Moskovasta pohjoiseen (silloin Kalininin alue). Molempien kiihdytinten luominen uskottiin aluksi FIANille. V.I. Veksler ja synkrosyklotronille - D.V. Skobeltsyn.

Vasemmalla - teknisten tieteiden tohtori, professori L.P. Zinovjev (1912–1998), oikealla - Neuvostoliiton tiedeakatemian akateemikko V.I. Veksler (1907–1966) synkrofasotronin luomisen aikana

Kuusi kuukautta myöhemmin atomiprojektin johtaja I.V. Kurchatov, joka oli tyytymätön Fianovon synkrosyklotronityön edistymiseen, siirsi tämän aiheen laboratorioonsa nro 2. Hän nimitti M.G. Meshcheryakov vapauttaen hänet työstä Leningrad Radium -instituutissa. Meshcheryakovin johdolla laboratoriossa nro 2 luotiin synkrosyklotronimalli, joka on jo kokeellisesti vahvistanut automaattisen vaiheistuksen periaatteen oikeellisuuden. Vuonna 1947 Kalininin alueella aloitettiin kiihdytin rakentaminen.

14. joulukuuta 1949 M.G.:n johdolla. Meshcheryakov-synkrosyklotroni käynnistettiin onnistuneesti aikataulussa ja siitä tuli ensimmäinen tämän tyyppinen kiihdytin Neuvostoliitossa, mikä esti samanlaisen vuonna 1946 Berkeleyssä (USA) luodun kiihdytin. Se pysyi ennätyksenä vuoteen 1953 asti.

Alun perin synkrosyklotroniin perustuvaa laboratoriota kutsuttiin salaisuuden vuoksi Neuvostoliiton tiedeakatemian hydrotekniseksi laboratorioksi (GTL) ja se oli laboratorion nro 2 haara. Vuonna 1953 se muutettiin itsenäiseksi ydinongelmien instituutiksi. Neuvostoliiton tiedeakatemia (INP), jota johtaa M.G. Meshcheryakov.

Ukrainan tiedeakatemian akateemikko A.I. Leipunsky (1907–1972), joka perustui automaattisen vaiheistuksen periaatteeseen, ehdotti kiihdytintä, jota myöhemmin kutsuttiin synkrofasotroniksi (kuva: Science and Life)
Synkrotronin luominen epäonnistui useista syistä. Ensinnäkin, odottamattomien vaikeuksien vuoksi jouduttiin rakentamaan kaksi synkrotronia alhaisemmille energioille - 30 ja 250 MeV. Ne sijaitsivat FIANin alueella, ja 1 GeV synkrotroni päätettiin rakentaa Moskovan ulkopuolelle. Kesäkuussa 1948 hänelle osoitettiin paikka muutaman kilometrin päässä jo rakenteilla olevasta synkrosyklotronista Kalininin alueella, mutta sitä ei koskaan rakennettu sinnekään, koska etusijalle annettiin Ukrainan Akatemian akateemikon Aleksanteri Iljitš Leipunskyn ehdottama kiihdytin. Tieteet. Se tapahtui seuraavalla tavalla.

Vuonna 1946 A.I. Leipunsky, joka perustuu automaattisen vaiheistuksen periaatteeseen, esitti ajatuksen mahdollisuudesta luoda kiihdytin, jossa synkrotronin ja synkrosyklotronin ominaisuudet yhdistettiin. Myöhemmin Veksler kutsui tämän tyyppistä kiihdytintä synkrofasotroniksi. Nimi tulee selväksi, jos otamme huomioon, että synkrosyklotronia kutsuttiin alun perin fasotroniksi ja synkrotronin yhteydessä saadaan synkrofasotroni. Siinä ohjausmagneettikentän muutoksen seurauksena hiukkaset liikkuvat rengasta pitkin, kuten synkrotronissa, ja kiihtyvyys tuottaa suurtaajuisen sähkökentän, jonka taajuus muuttuu ajan myötä, kuten synkrosyklotronissa. Tämä mahdollisti merkittävästi kiihdytettyjen protonien energian lisäämisen synkrosyklotroniin verrattuna. Synkrofasotronissa protonit kiihdytetään alustavasti lineaarikiihdytin - injektorissa. Pääkammioon magneettikentän vaikutuksesta tuodut hiukkaset alkavat kiertää siinä. Tätä tilaa kutsutaan betatron-tilaksi. Sitten suurtaajuinen kiihdytysjännite kytketään päälle kahdessa diametraalisesti vastakkaisessa suoraviivaisessa rakossa olevissa elektrodeissa.

Kaikista kolmesta automaattisen vaiheistuksen periaatteeseen perustuvista kiihdytintyypeistä synkrofasotroni on teknisesti monimutkaisin, ja sitten monet epäilivät sen luomismahdollisuutta. Mutta Leipunsky luotti siihen, että kaikki järjestyy, ryhtyi rohkeasti toteuttamaan ideaansa.

Vuonna 1947 laboratoriossa "B" lähellä Obninskoje-asemaa (nykyinen Obninskin kaupunki) hänen johtamansa erityinen kiihdytinryhmä alkoi kehittää kiihdytintä. Ensimmäiset synkrofasotronin teoreetikot olivat Yu.A. Krutkov, O.D. Kazachkovsky ja L.L. Sabsovich. Helmikuussa 1948 pidettiin suljettu konferenssi kiihdyttimistä, johon osallistui ministerien lisäksi A.L. Mints, tuolloin tunnettu radiotekniikan asiantuntija sekä Leningradin Electrosilan ja muuntajatehtaiden pääinsinöörit. Kaikki totesivat, että Leipunin ehdottama kiihdytin voitaisiin tehdä. Ensimmäisten teoreettisten tulosten rohkaiseminen ja johtavien laitosten insinöörien tuki mahdollistivat 1,3–1,5 GeV:n protonienergioiden suuren kiihdytin erityisen teknisen projektin aloittamisen ja Leipunskyn ajatuksen oikeellisuuden vahvistavan kokeellisen työn kehittämisen. Joulukuuhun 1948 mennessä kiihdytin tekninen suunnittelu oli valmis, ja maaliskuuhun 1949 mennessä Leipunskyn oli määrä esittää luonnos 10 GeV synkrofasotronista.

Ja yhtäkkiä, vuonna 1949, työn huipulla, hallitus päätti siirtää aloitetun synkrofasotronin työn FIANille. Mitä varten? Miksi? Loppujen lopuksi FIAN rakentaa jo 1 GeV synkrotronia! Kyllä, tosiasia on, että molemmat projektit, sekä 1,5 GeV synkrotroni että 1 GeV synkrotroni, olivat liian kalliita ja heräsi kysymys niiden tarkoituksenmukaisuudesta. Lopulta se ratkaistiin yhdessä FIANin erikoiskokouksessa, johon maan johtavat fyysikot kokoontuivat. He pitivät tarpeettomana rakentaa 1 GeV synkrotronia, koska elektronien kiihtyvyyttä ei kiinnostanut paljon. Tämän kannan tärkein vastustaja oli M.A. Markov. Hänen pääargumenttinsa oli, että on paljon tehokkaampaa tutkia sekä protoneja että ydinvoimia jo hyvin tutkitun sähkömagneettisen vuorovaikutuksen avulla. Hän ei kuitenkaan pystynyt puolustamaan näkemystään, ja myönteinen päätös osoittautui Leipunskyn hankkeen hyväksi.

Tältä näyttää 10 GeV:n synkrofasotroni Dubnassa

Vekslerin vaalittu unelma suurimman kiihdytin rakentamisesta oli murenemassa. Koska hän ei halua sietää nykyistä tilannetta, hän S.I. Vavilov ja D.V. Skobeltsyna ehdotti luopumista 1,5 GeV synkrofasotronin rakentamisesta ja siirtymistä välittömästi 10 GeV kiihdytin suunnitteluun, joka oli aiemmin uskottu A.I. Leipunsky. Hallitus hyväksyi tämän ehdotuksen, sillä huhtikuussa 1948 tuli tietoon Kalifornian yliopiston 6–7 GeV synkrofasotroniprojekti ja he halusivat olla Yhdysvaltoja edellä ainakin jonkin aikaa.

Neuvostoliiton ministerineuvosto antoi 2. toukokuuta 1949 päätöslauselman synkrofasotronin luomisesta 7–10 GeV:n energialle aiemmin synkrotronille varatulle alueelle. Teema siirrettiin FIANille, ja V.I. Veksler, vaikka Leipunskin bisnes meni varsin hyvin.

Tämä voidaan selittää ensinnäkin sillä, että Veksleriä pidettiin automaattisen vaiheistuksen periaatteen tekijänä ja hänen aikalaistensa muistelmien mukaan L. P. suosi häntä suuresti. Beria. Toiseksi, S. I. Vavilov ei ollut tuolloin vain FIANin johtaja, vaan myös Neuvostoliiton tiedeakatemian presidentti. Leipunskylle tarjottiin tulla Vekslerin sijaiseksi, mutta hän kieltäytyi eikä osallistunut myöhemmin synkrofasotronin luomiseen. Apulaisjohtaja Leipunsky O.D. Kazachkovsky, "oli selvää, että kaksi karhua ei voinut tulla toimeen yhdessä luolassa." Myöhemmin A.I. Leipunsky ja O.D. Kazachkovskysta tuli johtava reaktorien asiantuntija ja vuonna 1960 hänelle myönnettiin Lenin-palkinto.

Päätös sisälsi lausekkeen laboratorion "V" työntekijöiden, jotka osallistuivat kiihdytinkehitykseen, siirtämisestä töihin FIANiin vastaavien laitteiden siirrolla. Ja siinä oli jotain sanottavaa: laboratorion "B" kiihdytintyö oli siihen mennessä tuotu mallin ja tärkeimpien päätösten perustelun vaiheeseen.

Kaikki eivät olleet innostuneita siirtymisestä FIANiin, koska Leipunskyn kanssa oli helppoa ja mielenkiintoista työskennellä: hän ei ollut vain erinomainen tieteellinen neuvonantaja, vaan myös upea henkilö. Siirrosta oli kuitenkin lähes mahdotonta kieltäytyä: tuohon ankaraan aikaan kieltäytymistä uhkasi oikeudenkäynti ja leirit.

Laboratoriosta "B" siirrettyyn ryhmään kuului insinööri Leonid Petrovich Zinovjev. Hän, kuten muutkin kiihdytinryhmän jäsenet, osallistui Leipunskyn laboratoriossa ensin tulevan kiihdytinmalliin tarvittavien yksittäisten yksiköiden, erityisesti ionilähteen ja suurjännitepulssipiirien kehittämiseen injektorin virransyöttöä varten. Leipunsky kiinnitti heti huomion osaavaan ja luovaan insinööriin. Hänen ohjeidensa mukaan Zinovjev oli ensimmäinen, joka osallistui pilottilaitoksen luomiseen, jossa oli mahdollista simuloida koko protonikiihtyvyysprosessi. Sitten kukaan ei olisi voinut kuvitella, että Zinovjev olisi ainoa henkilö, joka käy läpi kaikki sen luomisen ja parantamisen vaiheet, kun hän oli yksi pioneereista synkrofasotronin idean toteuttamisessa. Eikä vain ohita, vaan johda heitä.

Laboratoriossa "V" saatuja teoreettisia ja kokeellisia tuloksia käytettiin Lebedev Physical Institutessa 10 GeV synkrofasotronin suunnittelussa. Kiihdytinenergian nostaminen tähän arvoon vaati kuitenkin merkittäviä parannuksia. Sen luomisen vaikeuksia pahensi hyvin pitkälti se, että tuolloin ei ollut kokemusta niin suurten installaatioiden rakentamisesta kaikkialla maailmassa.

Teoreetikkojen ohjauksessa M.S. Rabinovich ja A.A. Kolomensky FIANilla teki teknisen projektin fyysisen perustelun. Synkrofasotronin pääkomponentit kehittivät tiedeakatemian Moskovan radiotekniikan instituutti ja Leningradin tutkimuslaitos johtajiensa A.L. Mints ja E.G. Hyttynen.

Tarvittavan kokemuksen saamiseksi päätimme rakentaa synkrofasotronin mallin 180 MeV:n energialle. Se sijaitsi FIANin alueella erikoisrakennuksessa, jota salassapitosyistä kutsuttiin varastoksi nro 2. Vuoden 1951 alussa Veksler uskoi Zinovjeville kaikki malliin liittyvät työt, mukaan lukien laitteiden asennuksen, säädön ja sen integroitu käynnistys.

Fianovsky-malli ei suinkaan ollut vauva - sen magneetti, jonka halkaisija oli 4 metriä, painoi 290 tonnia. Myöhemmin Zinovjev muistutti, että kun he kokosivat mallin ensimmäisten laskelmien mukaisesti ja yrittivät käynnistää sen, aluksi mikään ei toiminut. Ennen mallin julkaisua piti voittaa monia odottamattomia teknisiä ongelmia. Kun tämä tapahtui vuonna 1953, Veksler sanoi: ”No, siinä se! Ivankovsky synchrophasotron toimii!" Kyse oli suuresta 10 GeV:n synkrofasotronista, jota oli alettu rakentaa jo vuonna 1951 Kalininin alueella. Rakentamisen suoritti organisaatio koodinimeltään TDS-533 (Technical Directorate of Construction 533).

Vähän ennen mallin lanseerausta amerikkalainen aikakauslehti julkaisi yllättäen raportin kiihdytin magneettisen järjestelmän uudesta suunnittelusta, jota kutsutaan kovaa fokusoinniksi. Se suoritetaan vuorottelevien osien sarjana vastakkaisiin suuntautuneilla magneettikentän gradienteilla. Tämä vähentää merkittävästi kiihdytettyjen hiukkasten värähtelyjen amplitudia, mikä puolestaan ​​​​mahdollistaa merkittävästi pienentää tyhjiökammion poikkileikkausta. Tämän seurauksena säästyy suuri määrä rautaa, joka menee magneetin rakentamiseen. Esimerkiksi Geneven kovaan tarkennukseen perustuvan 30 GeV:n kiihdytin on kolminkertainen Dubna-synkrofasotronin energia ja kolminkertainen ympärysmitta, ja sen magneetti on kymmenen kertaa kevyempi.

Amerikkalaiset tutkijat Courant, Livingston ja Snyder ehdottivat ja kehittivät kovaa tarkennusmagneettien suunnittelua vuonna 1952. Muutama vuosi ennen heitä sama asia keksi, mutta Christophilos ei julkaissut.

Zinovjev arvosti välittömästi amerikkalaisten löytöä ja ehdotti Dubna-synkrofasotronin uudelleensuunnittelua. Mutta tätä varten olisi uhrattava aikaa. Veksler sanoi silloin: "Ei, edes yhdeksi päiväksi, mutta meidän on oltava amerikkalaisia ​​edellä." Todennäköisesti kylmän sodan olosuhteissa hän oli oikeassa - "hevosia ei vaihdeta puolivälissä". Ja suuren kiihdyttimen rakentamista jatkettiin aiemmin kehitetyn projektin mukaisesti. Vuonna 1953 rakenteilla olevan synkrofasotronin pohjalta perustettiin Neuvostoliiton tiedeakatemian (EFLAN) sähköfysikaalinen laboratorio. V.I. nimitettiin sen johtajaksi. Veksler.

Vuonna 1956 INP ja EFLAN muodostivat perustan Joint Institute for Nuclear Researchille (JINR). Sen sijainti tuli tunnetuksi Dubnan kaupunkina. Siihen mennessä synkrosyklotronin protonienergia oli 680 MeV, ja synkrofasotronin rakentaminen oli valmistumassa. JINR:n muodostumisen ensimmäisistä päivistä lähtien tyylitelty piirustus synkrofasotronirakennuksesta (kirjoittaja V.P. Bochkarev) tuli sen viralliseksi symboliksi.

Malli auttoi ratkaisemaan useita 10 GeV:n kiihdytinongelmia, mutta monien solmujen suunnittelussa on tapahtunut merkittäviä muutoksia suuren kokoeron vuoksi. Synkrofasotronisähkömagneetin keskimääräinen halkaisija oli 60 metriä ja paino 36 tuhatta tonnia (parametrien mukaan se on edelleen Guinnessin ennätysten kirjassa). Syntyi joukko uusia monimutkaisia ​​suunnitteluongelmia, jotka tiimi ratkaisi onnistuneesti.

Lopulta kaikki oli valmis kiihdytin integroitua käynnistämistä varten. Vekslerin määräyksestä sitä johti L.P. Zinovjev. Työ alkoi joulukuun lopussa 1956, tilanne oli jännittynyt, eikä Vladimir Iosifovich säästänyt itseään eikä työntekijöitään. Yövyimme usein vauvansängyissä aivan laitoksen valtavassa valvomossa. Muistelmien mukaan A.A. Kolomensky, Veksler käytti suurimman osan ehtymättömästä energiastaan ​​tuolloin ulkopuolisten organisaatioiden avun "kiristämiseen" ja käytännön ehdotusten toteuttamiseen, suurelta osin Zinovjevilta. Veksler arvosti kokeellista intuitiota, jolla oli ratkaiseva rooli jättimäisen kiihdytin käynnistymisessä.

Hyvin pitkään he eivät saaneet betatron-tilaa, jota ilman käynnistäminen on mahdotonta. Ja Zinovjev tajusi ratkaisevalla hetkellä, mitä oli tehtävä, jotta synkrofasotroniin voitaisiin puhaltaa elämää. Kahden viikon ajan kaikkien iloksi valmisteltu kokeilu kruunasi lopulta menestyksen. 15. maaliskuuta 1957 aloitti toimintansa Dubna-synkrofasotroni, jonka Pravda-sanomalehti raportoi koko maailmalle 11. huhtikuuta 1957 (artikkeli V. I. Veksler). Mielenkiintoista on, että tämä uutinen ilmestyi vasta, kun kiihdytin energia, jota asteittain nostettiin laukaisupäivästä, ylitti tuolloin johtavan amerikkalaisen synkrofasotronin Berkeleyssä 6,3 GeV:n energian. "On 8,3 miljardia elektronvolttia!" - sanomalehti uutisoi ja ilmoitti, että Neuvostoliittoon oli luotu ennätyskiihdytin. Vekslerin vaalittu unelma on toteutunut!

16. huhtikuuta protonienergia saavutti suunnitteluarvon 10 GeV, mutta kiihdytin otettiin käyttöön vasta muutaman kuukauden kuluttua, koska ratkaisemattomia teknisiä ongelmia oli vielä tarpeeksi. Ja silti pääasia oli takana - synkrofasotroni alkoi toimia.

Veksler kertoi tästä yhteisinstituutin akateemisen neuvoston toisessa istunnossa toukokuussa 1957. Samaan aikaan instituutin johtaja D.I. Blokhintsev totesi, että ensinnäkin synkrofasotronimalli luotiin puolessatoista vuodessa, kun taas Amerikassa se kesti noin kaksi vuotta. Toiseksi itse synkrofasotron lanseerattiin kolmessa kuukaudessa aikataulun mukaisesti, vaikka se aluksi tuntui epärealistiselta. Synkrofasotronin käynnistäminen toi Dubnalle sen ensimmäisen maailmanlaajuisen mainetta.

Instituutin akateemisen neuvoston kolmannessa istunnossa Tiedeakatemian kirjeenvaihtajajäsen V.P. Dzhelepov totesi, että "Zinovjev oli kaikin puolin lanseerauksen sielu ja toi tähän liiketoimintaan valtavan määrän energiaa ja vaivaa, nimittäin luovia ponnisteluja koneen asennuksen aikana." D.I. Blokhintsev lisäsi, että "Zinovjev itse asiassa kesti valtavan monimutkaisen säätötyön."

Tuhannet ihmiset osallistuivat synkrofasotronin luomiseen, mutta Leonid Petrovich Zinovjev oli tässä erityinen rooli. Veksler kirjoitti: "Synkrofasotronin käynnistämisen menestys ja mahdollisuus aloittaa laaja fyysinen työ sen parissa liittyvät suurelta osin L.P.:n osallistumiseen. Zinovjev.

Zinovjev aikoi palata FIANiin kiihdyttimen käynnistämisen jälkeen. Veksler kuitenkin pyysi häntä jäämään, koska hän uskoi, ettei hän voinut uskoa kenellekään muulle synkrofasotronin hallintaa. Zinovjev suostui ja valvoi kiihdytin työtä yli kolmenkymmenen vuoden ajan. Hänen johdollaan ja suoralla osallistumisella kiihdytintä parannettiin jatkuvasti. Zinovjev rakasti synkrofasotronia ja tunsi hyvin hienovaraisesti tämän rautajättiläisen hengityksen. Hänen mukaansa kaasupolkimessa ei ollut ainuttakaan, pienintäkään yksityiskohtaa, johon hän ei olisi koskenut ja jonka tarkoitusta hän ei tietäisi.

Lokakuussa 1957 Kurchatov-instituutin akateemisen neuvoston laajennetussa kokouksessa, jonka puheenjohtajana toimi Igor Vasilievich itse, seitsemäntoista ihmistä eri organisaatioista, jotka osallistuivat synkrofasotronin luomiseen, nimitettiin tuolloin Neuvostoliiton arvostetuimmalle Lenin-palkinnolle. Liitto. Mutta ehtojen mukaan palkittujen määrä ei voinut ylittää kahtatoista henkilöä. Huhtikuussa 1959 JINR High Energy Laboratoryn johtaja V.I. Veksler, saman laboratorion osaston johtaja L.P. Zinovjev, Neuvostoliiton ministerineuvoston atomienergian käytön pääosaston apulaisjohtaja D.V. Efremov, Leningradin tutkimuslaitoksen johtaja E.G. Komar ja hänen työtoverinsa N.A. Monoszon, A.M. Stolov, Neuvostoliiton tiedeakatemian Moskovan radiotekniikan instituutin johtaja A.L. Rahapajat, saman instituutin työntekijät F.A. Vodopjanov, S.M. Rubchinsky, FIANin henkilökunta A.A. Kolomensky, V.A. Petukhov, M.S. Rabinovich. Veksleristä ja Zinovjevistä tuli Dubnan kunniakansalaiset.

Synkrofasotroni oli käytössä neljäkymmentäviisi vuotta. Tänä aikana siitä tehtiin useita löytöjä. Vuonna 1960 synkrofasotronimalli muutettiin elektronikiihdyttimeksi, joka toimii edelleen FIANissa.

lähteet

Kirjallisuus:
Kolomensky A. A., Lebedev A. N. Syklikiihdyttimien teoria. - M., 1962.
Komar EG Ladatut hiukkaskiihdyttimet. - M., 1964.
Livinggood J. Syklikiihdyttimien toimintaperiaatteet - M., 1963.
Oganesyan Yu. Kuinka syklotroni luotiin / Tiede ja elämä, 1980 nro 4, s. 73.
Hill R. Hiukkasten jäljiltä - M., 1963.

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

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

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

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

http://www.larissa-zinovyeva.com

Ja muistutan sinua joistakin muista asetuksista: esimerkiksi ja miltä se näyttää. Muista mitä se on. Tai ehkä et tiedä? vai mikä on Alkuperäinen artikkeli on verkkosivustolla InfoGlaz.rf Linkki artikkeliin, josta tämä kopio on tehty -