מהו סינכרופאסוטרון? Synchrophasotron - מה זה: הגדרה, עקרון הפעולה, יישום הסינכרופאסוטרון החזק ביותר בעולם.

הטכנולוגיה בברית המועצות התפתחה במהירות. מה שווה את השיגור של הלוויין המלאכותי הראשון של כדור הארץ, שנצפה על ידי כל העולם. מעטים יודעים שבאותה 1957 הושק הסינכרופאסוטרון בברית המועצות (כלומר, הוא לא רק הושלם והופעל, אלא הושק). מילה זו מציינת מתקן לפיזור חלקיקים יסודיים. כמעט כולם שמעו היום על ה-Large Hadron Collider - זוהי גרסה חדשה ומשופרת של המכשיר המתואר במאמר זה.

מהו סינכרופאסוטרון? לשם מה זה?

התקנה זו היא מאיץ גדול של חלקיקים אלמנטריים (פרוטונים), המאפשר לך ללמוד לעומק יותר את עולם המיקרו, כמו גם את האינטראקציה של חלקיקים אלה ממש זה עם זה. הדרך ללמוד פשוטה מאוד: שברו את הפרוטונים לחתיכות קטנות ותראו מה יש בפנים. זה נשמע פשוט, אבל שבירת פרוטון היא משימה קשה ביותר, שדרשה בנייה של מבנה כה ענק. כאן, חלקיקים מואצים למהירויות עצומות דרך מנהרה מיוחדת ואז נשלחים למטרה. כשהם פוגעים בו, הם מתנפצים לרסיסים קטנים. ה"קולגה" הקרוב ביותר לסינכרופאסוטרון, מאיץ ההדרון הגדול, פועל בערך לפי אותו עיקרון, רק שם החלקיקים מאיצים בכיוונים מנוגדים ואינם פוגעים במטרה עומדת, אלא מתנגשים זה בזה.

עכשיו אתה מבין קצת שזהו סינכרופאסוטרון. האמינו שהמיצב יאפשר לעשות פריצת דרך מדעית בתחום חקר עולם המיקרו. בתורו, זה יאפשר לגלות אלמנטים חדשים ודרכים להשיג מקורות אנרגיה זולים. באופן אידיאלי, הם רצו לגלות אלמנטים עדיפים ביעילותם ובו בזמן היו פחות מזיקים וקלים יותר להיפטר מהם.

יישומים צבאיים

ראוי לציין כי מתקן זה נוצר כדי ליישם פריצת דרך מדעית וטכנולוגית, אך מטרותיו לא היו רק שלווה. מבחינות רבות, פריצת הדרך המדעית והטכנולוגית נובעת ממרוץ החימוש הצבאי. הסינכרופאסוטרון נוצר תחת הכותרת "סודי ביותר", ופיתוחו ובנייתו בוצעו כחלק מיצירת פצצת אטום. ההנחה הייתה שהמכשיר יאפשר ליצור תיאוריה מושלמת של כוחות גרעיניים, אבל הכל התברר כל כך לא פשוט. גם היום התיאוריה הזו נעדרת, אם כי הקידמה הטכנולוגית צעדה רחוק קדימה.

במילים פשוטות?

אם אתה מסכם ומדבר בשפה מובנת? Synchrophasotron הוא מתקן שבו ניתן להאיץ פרוטונים למהירות גבוהה. הוא מורכב מצינור עם לולאה עם ואקום בפנים ואלקטרומגנטים רבי עוצמה המונעים מהפרוטונים לנוע באופן אקראי. כאשר הפרוטונים מגיעים למהירות המרבית שלהם, זרימתם מכוונת למטרה מיוחדת. כשפוגעים בו, הפרוטונים מתפזרים לשברים קטנים. מדענים יכולים לראות עקבות של שברים מעופפים בתא בועות מיוחד, ומתוך עקבות אלה הם מנתחים את טבעם של החלקיקים עצמם.

תא הבועות הוא מכשיר מעט מיושן ללכידת עקבות של פרוטונים. כיום, מתקנים כאלה משתמשים במכ"מים מדויקים יותר, המספקים מידע נוסף על תנועת שברי פרוטונים.

למרות העיקרון הפשוט של הסינכרופאסוטרון, התקנה זו עצמה היא היי-טק, ויצירתה אפשרית רק עם רמה מספקת של פיתוח טכני ומדעי, שכמובן הייתה בברית המועצות. אם ניתן אנלוגיה, אז מיקרוסקופ קונבנציונלי הוא המכשיר שמטרתו עולה בקנה אחד עם מטרת הסינכרופאסוטרון. שני המכשירים מאפשרים לך לחקור את המיקרוקוסמוס, רק האחרון מאפשר לך "לחפור עמוק יותר" ויש לו שיטת מחקר קצת מוזרה.

בפירוט

פעולת המכשיר תוארה לעיל במילים פשוטות. כמובן, עקרון הפעולה של הסינכרופאסוטרון מורכב יותר. העובדה היא שכדי להאיץ חלקיקים למהירויות גבוהות, יש צורך לספק הפרש פוטנציאלי של מאות מיליארדי וולט. זה בלתי אפשרי אפילו בשלב הנוכחי של הפיתוח הטכנולוגי, שלא לדבר על הקודם.

לכן הוחלט להאיץ את החלקיקים בהדרגה ולהסיע אותם במעגל לאורך זמן. על כל עיגול, הפרוטונים הוזנו באנרגיה. כתוצאה ממעבר של מיליוני סיבובים ניתן היה להשיג את המהירות הנדרשת ולאחר מכן הם נשלחו למטרה.

עיקרון זה היה בשימוש בסינכרופאסוטרון. בתחילה, החלקיקים נעו לאורך המנהרה במהירות נמוכה. בכל סיבוב, הם נפלו לתוך מה שנקרא מרווחי האצה, שם הם קיבלו מטען נוסף של אנרגיה וצברו מהירות. קטעי תאוצה אלה הם קבלים, שתדירות מתח החילופין שלהם שווה לתדירות המעבר של פרוטונים דרך הטבעת. כלומר, החלקיקים פגעו בקטע התאוצה עם מטען שלילי, ברגע זה המתח גדל בחדות, מה שנתן להם מהירות. אם החלקיקים פגעו בקטע התאוצה במטען חיובי, אזי תנועתם הואטה. וזו תכונה חיובית, שכן בגללה כל אלומת הפרוטון נעה באותה מהירות.

וכך זה חזר על עצמו מיליוני פעמים, וכשהחלקיקים רכשו את המהירות הנדרשת, הם נשלחו למטרה מיוחדת, שעליה התרסקו. לאחר שקבוצת מדענים חקרה את תוצאות ההתנגשות של חלקיקים. כך פעל הסינכרופאסוטרון.

תפקידם של מגנטים

ידוע שגם במכונת האצת החלקיקים הענקית הזו נעשה שימוש באלקטרומגנטים רבי עוצמה. אנשים מאמינים בטעות שהם שימשו להאצת פרוטונים, אבל זה לא המקרה. החלקיקים הואצו בעזרת קבלים מיוחדים (קטעי תאוצה), והמגנטים רק שמרו על הפרוטונים במסלול מוגדר בהחלט. בלעדיהם, התנועה העקבית של קרן של חלקיקים יסודיים תהיה בלתי אפשרית. והכוח הגבוה של האלקטרומגנטים מוסבר על ידי המסה הגדולה של פרוטונים במהירות גבוהה.

אילו בעיות התמודדו מדענים?

אחת הבעיות העיקריות ביצירת ההתקנה הזו הייתה דווקא האצת החלקיקים. כמובן שניתן היה לתת להם תאוצה בכל סיבוב, אבל ככל שהאיצו, המסה שלהם הפכה גבוהה יותר. במהירות קרובה למהירות האור (כפי שאתם יודעים, שום דבר לא יכול לנוע מהר יותר ממהירות האור), המסה שלהם הפכה עצומה, מה שהקשה על שמירתם במסלול מעגלי. מתוכנית הלימודים בבית הספר אנו יודעים שרדיוס התנועה של יסודות בשדה מגנטי עומד ביחס הפוך למסה שלהם, לכן, עם עלייה במסת הפרוטונים, היה צורך להגדיל את הרדיוס ולהשתמש במגנטים גדולים וחזקים. חוקי פיזיקה כאלה מגבילים מאוד את האפשרויות למחקר. אגב, הם גם יכולים להסביר מדוע הסינכרופאסוטרון התברר כאדיר כל כך. ככל שהמנהרה גדולה יותר, ניתן להתקין מגנטים גדולים יותר כדי ליצור שדה מגנטי חזק כדי לשמור על תנועת הפרוטונים בכיוון הנכון.

הבעיה השנייה היא אובדן אנרגיה בזמן תנועה. חלקיקים מקרינים (מאבדים) אנרגיה כשהם עוברים דרך מעגל. כתוצאה מכך, כאשר נעים במהירות, חלק מהאנרגיה נעלם, וככל שמהירות התנועה גבוהה יותר, כך ההפסדים גבוהים יותר. במוקדם או במאוחר, מגיע רגע שבו מושווים ערכי האנרגיה הנפלטת והמתקבלת, מה שלא מאפשר להאיץ עוד יותר את החלקיקים. לכן, יש צורך ביותר כוח.

אנו יכולים לומר שכעת אנו מבינים ביתר דיוק שמדובר בסינכרופאסוטרון. אבל מה בדיוק השיגו המדענים במהלך הבדיקות?

איזה מחקר נעשה?

מטבע הדברים, עבודתו של התקנה זו לא נעלמה מעיניהם. ולמרות שהיה צפוי לקבל תוצאות רציניות יותר, כמה מחקרים התבררו כמועילים ביותר. בפרט, מדענים חקרו את תכונותיהם של דיוטרונים מואצים, את האינטראקציות של יונים כבדים עם מטרות, ופיתחו טכנולוגיה יעילה יותר לסילוק אורניום-238 מושקע. ולמרות שלאדם רגיל כל התוצאות הללו אומרות מעט, בתחום המדעי קשה להפריז במשמעותן.

יישום תוצאות

תוצאות הבדיקות שבוצעו בסינכרופאסוטרון משמשות גם כיום. בפרט, הם משמשים בבניית תחנות כוח, המשמשות ליצירת רקטות חלל, רובוטיקה וציוד מורכב. כמובן, התרומה למדע ולהתקדמות הטכנית של פרויקט זה היא די גדולה. חלק מהתוצאות מיושמות גם בתחום הצבאי. ולמרות שמדענים לא הצליחו לגלות יסודות חדשים שיכולים לשמש ליצירת פצצות אטום חדשות, למעשה, אף אחד לא יודע אם זה נכון או לא. יתכן וחלק מהתוצאות מסתירות מהאוכלוסייה, כי יש לזכור שפרויקט זה יצא לפועל תחת הכותרת "סודי ביותר".

סיכום

עכשיו אתה מבין שזהו סינכרופאסוטרון, ומה תפקידו בהתקדמות המדעית והטכנולוגית של ברית המועצות. גם היום, מתקנים כאלה נמצאים בשימוש פעיל במדינות רבות, אבל יש כבר אפשרויות מתקדמות יותר - Nuclotrons. מאיץ ההדרונים הגדול הוא אולי היישום הטוב ביותר של רעיון הסינכרופאסוטרון עד כה. השימוש במתקן זה מאפשר למדענים להכיר בצורה מדויקת יותר את עולם המיקרו עקב התנגשות של שתי אלומות פרוטונים הנעות במהירויות גדולות.

באשר למצב הנוכחי של הסינכרופאסוטרון הסובייטי, הוא הומר למאיץ אלקטרונים. עכשיו הוא עובד ב-FIAN.

ב-1957 עשתה ברית המועצות פריצת דרך מדעית מהפכנית בשני כיוונים בבת אחת: באוקטובר שוגר לוויין כדור הארץ המלאכותי הראשון, וכמה חודשים קודם לכן, במרץ, החל הסינכרופאסוטרון האגדי, מתקן ענק לחקר עולם המיקרו. פועלים בדובנה. שני האירועים הללו זעזעו את העולם כולו, והמילים "לוויין" ו"סינכרופאסוטרון" נכנסו חזק לחיינו.

Synchrophasotron הוא אחד מסוגי מאיצי החלקיקים הטעונים. חלקיקים בהם מואצים למהירויות גבוהות וכתוצאה מכך לאנרגיות גבוהות. לפי התוצאה של התנגשויות שלהם עם חלקיקים אטומיים אחרים, המבנה והתכונות של החומר נשפטים. ההסתברות להתנגשויות נקבעת לפי עוצמת אלומת החלקיקים המואצת, כלומר לפי מספר החלקיקים בה, ולכן העוצמה, יחד עם האנרגיה, היא פרמטר חשוב של המאיץ.

הצורך ביצירת בסיס מאיץ רציני בברית המועצות הוכרז ברמת הממשלה במרץ 1938. קבוצת חוקרים ממכון לנינגרד לפיזיקה וטכנולוגיה (LFTI), בראשות האקדמיה A.F. איופה פנה ליושב ראש מועצת הקומיסרים העממיים של ברית המועצות V.M. מולוטוב עם מכתב המציע יצירת בסיס טכני למחקר בתחום המבנה של גרעין האטום. שאלות של מבנה גרעין האטום הפכו לאחת הבעיות המרכזיות של מדעי הטבע, וברית המועצות פיגרה הרחק מאחור בפתרונן. אז אם באמריקה היו לפחות חמישה ציקלוטרונים, אז בברית המועצות לא היה אחד אחד (הציקלוטרון היחיד של מכון הרדיום של האקדמיה למדעים (RIAN), שהושק ב-1937, כמעט ולא פעל בגלל ליקויי עיצוב). הפנייה למולוטוב כללה בקשה ליצור תנאים להשלמת בניית הציקלוטרון LPTI עד ה-1 בינואר 1939. העבודה על יצירתו, שהחלה ב-1937, הושעתה עקב חוסר עקביות מחלקתית והפסקת המימון.

בנובמבר 1938 ש.י. ואבילוב, בפנייתו לנשיאות האקדמיה למדעים, הציע לבנות את הציקלוטרון LFTI במוסקבה ולהעביר את המעבדה של I.V. קורצ'טוב, שהיה מעורב ביצירתו. סרגיי איבנוביץ' רצה שהמעבדה המרכזית לחקר גרעין האטום תהיה ממוקמת באותו מקום בו הייתה ממוקמת האקדמיה למדעים, כלומר במוסקבה. עם זאת, הוא לא נתמך על ידי LFTI. המחלוקות הסתיימו בסוף 1939, כאשר א.פ. איוף הציע ליצור שלושה ציקלוטרונים בבת אחת. ב-30 ביולי 1940, בישיבת הנשיאות של האקדמיה למדעים של ברית המועצות, הוחלט להורות ל-RIAN לצייד את הציקלוטרון הקיים בשנה הנוכחית, FIAN להכין את החומרים הדרושים לבניית ציקלוטרון חזק חדש על ידי 15 באוקטובר, ו-LFTI להשלים את בניית הציקלוטרון ברבעון הראשון של 1941.

בהקשר להחלטה זו, נוצרה ב-FIAN חטיבת הציקלוטרון, שכללה את ולדימיר יוסיפוביץ' וקסלר, סרגיי ניקולאביץ' ורנוב, פאבל אלכסייביץ' צ'רנקוב, ליאוניד ואסילביץ' גרושב ויבגני לבוביץ' פיינברג. ב-26 בספטמבר 1940 שמעה הלשכה של המחלקה למדעי הפיזיקה והמתמטיקה (OPMS) מידע מ-V.I. וקסלר על משימת התכנון של הציקלוטרון, אישר את המאפיינים העיקריים שלו ואומדן הבנייה. הציקלוטרון תוכנן להאיץ דיוטרונים עד לאנרגיה של 50 MeV.

אז, הגענו לדבר החשוב ביותר, לאדם שתרם תרומה משמעותית להתפתחות הפיזיקה בארצנו באותן שנים - ולדימיר יוסיפוביץ' וקסלר. הפיזיקאי המצטיין הזה יידון בהמשך.

V. I. Veksler נולד באוקראינה בעיר ז'יטומיר ב-3 במרץ 1907. אביו מת במלחמת העולם הראשונה.

בשנת 1921, בתקופה של רעב וחורבן קשים, עם קשיים גדולים, ללא כסף, הגיעה וולודיה וקסלר למוסקבה הרעבה שלפני ה-NEP. הנער מוצא את עצמו בבית קומונה שהוקם בחמובניקי, באחוזה ישנה שננטשה על ידי הבעלים.

וקסלר התבלט בעניין בפיזיקה ובהנדסת רדיו, הוא עצמו הרכיב מקלט רדיו גלאי, שבאותן שנים הייתה משימה קשה במיוחד, הוא קרא הרבה, למד היטב בבית הספר.
לאחר שעזבה את הקומונה, ווקסלר שמרה על רבים מההשקפות וההרגלים שהעלתה.
יש לציין כי הרוב המכריע של הדור שאליו השתייך ולדימיר יוסיפוביץ' התייחס בזלזול מוחלט להיבטים היומיומיים של חייהם, אך חיבב בקנאות בעיות מדעיות, מקצועיות וחברתיות.

וקסלר, בין שאר הקומונרים, סיים בית ספר תיכון בן תשע שנים ויחד עם כל הבוגרים הלך לעבוד כפועל במפעל, שם עבד כחשמלאי יותר משנתיים.
הבחינו בכמיהתו לידע, אהבת הספרים וכושר ההמצאה הנדיר שלו ובסוף שנות ה-20 קיבל הצעיר "כרטיס קומסומול" למכון.
כאשר ולדימיר יוסיפוביץ' סיים את המכון, בוצע ארגון מחדש נוסף של מוסדות השכלה גבוהים ושינוי שמם. כך קרה שווקסלר נכנס למכון פלחנוב לכלכלה לאומית, וסיים את לימודיו במכון להנדסת חשמל במוסקבה (מכון להנדסת חשמל במוסקבה) והוסמך כמהנדס בעל תואר בטכנולוגיית רנטגן.
באותה שנה הוא נכנס למעבדה לניתוח דיפרקציית קרני רנטגן של המכון האלקטרוטכני All-Union בלפורטובו, שם החל ולדימיר יוסיפוביץ' את עבודתו בבניית מכשירי מדידה וחקר שיטות למדידת קרינה מייננת, כלומר. זרמים של חלקיקים טעונים.

וקסלר עבד במעבדה זו במשך 6 שנים, ועבר במהירות מעוזר מעבדה לראש. כאן כבר בא לידי ביטוי "כתב ידו" האופייני של וקסלר כמדען ניסיוני מוכשר. תלמידו, פרופסור מ.ש. רבינוביץ' כתב מאוחר יותר בזיכרונותיו על וקסלר: "במשך כמעט 20 שנה הוא עצמו הרכיב, הרכיב מתקנים שונים שהומצאו על ידו, מעולם לא נרתע מאף עבודה. זה איפשר לו לראות לא רק את החזית, לא רק שלה. צד אידיאולוגי", אבל גם כל מה שמסתתר מאחורי התוצאות הסופיות, מאחורי דיוק המדידות, מאחורי ארונות המתקנים המבריקים. הוא למד והסבה מקצועית כל חייו. עד שנות חייו האחרונות ממש, בערבים, ב חופשה, הוא למד בקפידה והתווה עבודה תיאורטית."

בספטמבר 1937 עבר וקסלר מהמכון האלקטרוטכני של כל האיחוד למכון הפיזיקלי P.N. Lebedev של האקדמיה למדעים של ברית המועצות (FIAN). זה היה אירוע חשוב בחייו של מדען.

בשלב זה, ולדימיר יוסיפוביץ' כבר הגן על עבודת הדוקטורט שלו, שנושאה היה המכשיר והיישום של "המגברים הפרופורציונליים" שתוכננו על ידו.

ב-FIAN, וקסלר התחיל ללמוד קרניים קוסמיות. בניגוד ל-AI Alichhanov ומשתפי הפעולה שלו, שהתחשקו להר ארגטס הציורי בארמניה, וקסלר השתתף במסעות של מדענים לאלברוס, ולאחר מכן, מאוחר יותר, לפמיר - גג העולם. פיזיקאים ברחבי העולם חקרו זרימת חלקיקים טעונים באנרגיה גבוהה שלא ניתן היה להשיג במעבדות יבשתיות. החוקרים טיפסו קרוב יותר לזרמים המסתוריים של הקרינה הקוסמית.

אפילו עכשיו, קרניים קוסמיות תופסות מקום חשוב בארסנל של אסטרופיזיקאים ופיזיקאים בעלי אנרגיה גבוהה, תיאוריות מעניינות להפליא על מקורן מועלות. יחד עם זאת, פשוט אי אפשר היה להשיג חלקיקים עם אנרגיה כזו למחקר, ולפיזיקאים פשוט היה צורך לחקור את האינטראקציה שלהם עם שדות וחלקיקים אחרים. כבר בשנות השלושים, למדעני אטום רבים היה רעיון: כמה נחמד יהיה לקבל חלקיקים בעלי אנרגיות "קוסמיות" גבוהות כל כך במעבדה באמצעות מכשירים אמינים לחקר חלקיקים תת-אטומיים, ששיטת הלימוד הייתה אחת - הפצצה (כמו באופן פיגורטיבי הם נהגו לומר בעבר ולעיתים רחוקות אומרים עכשיו) של חלקיקים מסוימים על ידי אחרים. רתרפורד גילה את קיומו של גרעין האטום על ידי הפצצת האטומים בקליעים רבי עוצמה – חלקיקי אלפא. תגובות גרעיניות התגלו באותה שיטה. כדי להפוך יסוד כימי אחד למשנהו, היה צורך לשנות את הרכב הגרעין. זה הושג על ידי הפצצת גרעינים עם חלקיקי אלפא, וכעת עם חלקיקים מואצים במאיצים רבי עוצמה.

לאחר הפלישה לגרמניה הנאצית, פיזיקאים רבים התערבו מיד בעבודה צבאית. וקסלר קטע את חקר הקרניים הקוסמיות ועסק בתכנון ושיפור של ציוד רדיו לצרכי החזית.

בשלב זה, המכון הפיזי של האקדמיה למדעים, כמו כמה מוסדות אקדמיים אחרים, פונה לקאזאן. רק ב-1944 ניתן היה לארגן משלחת מקאזאן לפמירים, שם יכלה קבוצתו של וקסלר להמשיך במחקרים שהחלו בקווקז של קרניים קוסמיות ותהליכים גרעיניים שנגרמו על ידי חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה. מבלי לבחון בפירוט את תרומתו של וקסלר לחקר תהליכים גרעיניים הקשורים בקרניים קוסמיות, להן הוקדשו שנים רבות מעבודתו, ניתן לומר שהוא היה משמעותי מאוד והניב תוצאות רבות וחשובות. אבל אולי הכי חשוב, חקר הקרניים הקוסמיות הוביל את המדען לרעיונות חדשים לחלוטין של האצת חלקיקים. בהרים, וקסלר הגה את הרעיון של בניית מאיצי חלקיקים כדי ליצור "קרניים קוסמיות" משלו.

מאז 1944, V. I. Veksler עבר לתחום חדש, שתפס את המקום העיקרי בעבודתו המדעית. מאז, שמו של וקסלר נקשר לנצח ביצירת מאיצי "אוטופיזינג" גדולים ופיתוח שיטות האצה חדשות.

עם זאת, הוא לא איבד עניין בקרניים קוסמיות והמשיך לעבוד בתחום זה. וקסלר השתתף במשלחות מדעיות בגובה רב לפמירים במהלך השנים 1946-1947. בקרניים קוסמיות, נמצאים חלקיקים בעלי אנרגיות גבוהות להפליא שאינם נגישים למאיצים. לוקסלר היה ברור שאי אפשר להשוות "מאיץ טבעי" של חלקיקים עד אנרגיות כה גבוהות ל"יצירת ידיים אנושיות".

וקסלר הציע דרך לצאת מהמבוי הסתום הזה ב-1944. המחבר כינה את העיקרון החדש, לפיו פעלו מאיצי הוקסלר, אוטומטי-פאזינג.

בשלב זה כבר נוצר מאיץ חלקיקים טעונים מסוג "ציקלוטרון" (וקסלר, במאמר פופולרי בעיתון, הסביר את עקרון פעולת הציקלוטרון כך: "במכשיר זה, חלקיק טעון, הנע בשדה מגנטי. בספירלה, מואצת ברציפות על ידי שדה חשמלי מתחלף. הודות לכך, ניתן לתקשר לחלקיקי הציקלוטרון אנרגיה של 10-20 מיליון אלקטרונים וולט"). אבל התברר שלא ניתן לחצות את סף 20 MeV בשיטה זו.

בציקלוטרון, השדה המגנטי משתנה באופן מחזורי, ומאיץ חלקיקים טעונים. אבל בתהליך האצה מתרחשת עלייה במסת החלקיקים (כפי שצריך להיות לפי SRT - תורת היחסות המיוחדת). זה מוביל להפרה של התהליך - לאחר מספר מסוים של סיבובים, השדה המגנטי, במקום להאיץ, מתחיל להאט את החלקיקים.

וקסלר מציע להתחיל להגדיל לאט את השדה המגנטי בציקלוטרון עם הזמן, ולהזין את המגנט בזרם חילופין. ואז מתברר שבממוצע, תדירות מחזור החלקיקים במעגל תישמר אוטומטית שווה לתדירות השדה החשמלי המופעל על הדס (זוג מערכות מגנטיות שמכופפות את הנתיב ומאיצות את החלקיקים על ידי המגנטי שדה).

במהלך כל מעבר בחריץ ה-de, החלקיקים מקבלים ובנוסף תוספת מסה שונה (ולפיכך מקבלים תוספת שונה של הרדיוס שלאורכו עוטף אותם השדה המגנטי) בהתאם לעוצמת השדה בין ה-dees ברגע של האצה של חלקיק זה. בין כל החלקיקים ניתן לייחד חלקיקי שיווי משקל ("מזל"). עבור חלקיקים אלה, המנגנון ששומר אוטומטית על קביעות תקופת המהפכה הוא פשוט במיוחד.

חלקיקי "מזל" חווים עלייה במסה ועלייה ברדיוס המעגל עם כל מעבר דרך חריץ הדי. זה בדיוק מפצה על הירידה ברדיוס הנגרמת מהעלייה בשדה המגנטי במהלך מהפכה אחת. כתוצאה מכך, חלקיקי "מזל" (שיווי משקל) יכולים להאיץ בתהודה כל עוד השדה המגנטי גדל.

התברר שכמעט לכל שאר החלקיקים יש את אותה יכולת, רק שהתאוצה לוקחת יותר זמן. בתהליך האצה, כל החלקיקים יחוו רעידות סביב רדיוס מסלולם של חלקיקי שיווי המשקל. אנרגיית החלקיקים תהיה, בממוצע, שווה לאנרגיה של חלקיקי שיווי משקל. אז, כמעט כל החלקיקים משתתפים בתאוצת תהודה.

אם במקום להגדיל לאט את השדה המגנטי במאיץ (ציקלוטרון) בזמן, על ידי הזנת המגנט בזרם חילופין, אנו מגדילים את תקופת השדה החשמלי המתחלף המופעל על הדסים, אזי יוקם גם מצב ה"אוטופיזינג" .

"ייתכן שנראה שבשביל הופעת ה-autophasing ויישום האצת תהודה, יש צורך לשנות או את השדה המגנטי או את התקופה של השדה החשמלי בזמן. למעשה, זה לא כך. אולי הפשוט ביותר בתיאוריה ( אבל רחוק מלהיות פשוט ביישום מעשי) שיטת האצה שהוקמה על ידי המחבר מוקדם יותר משיטות אחרות, יכולה להיות מיושמת עם שדה מגנטי קבוע ותדר קבוע.

בשנת 1955, כאשר וקסלר כתב את החוברת שלו על מאיצים, עיקרון זה, כפי שציין המחבר, היווה את הבסיס למאיץ - מיקרוטרון - מאיץ הדורש מקורות רבי עוצמה של מיקרוגלים. לדברי וקסלר, המיקרוטרון "עדיין לא הפך לנפוץ (1955). עם זאת, מספר מאיצי אלקטרונים לאנרגיות של עד 4 MeV פעלו כבר מספר שנים".

וקסלר היה פופולארי מבריק של הפיזיקה, אך למרבה הצער, בשל לוח הזמנים העמוס שלו, הוא מיעט לפרסם מאמרים פופולריים.

עקרון ה-autophasing הראה כי ניתן לקבל אזור פאזה יציב, ולכן ניתן לשנות את תדירות השדה המאיץ ללא חשש ליציאה מאזור התאוצה התהודה. יש רק צורך לבחור את שלב האצה הנכון. על ידי שינוי תדירות השדה, ניתן היה לפצות בקלות על השינוי במסת החלקיקים. יתרה מכך, השינוי בתדר אפשר לספירלה המסתובבת במהירות של הציקלוטרון להתקרב למעגל ולהאיץ את החלקיקים עד שעוצמת השדה המגנטי הספיקה כדי לשמור את החלקיקים במסלול נתון.

המאיץ המתואר עם autophasing, שבו תדירות השדה האלקטרומגנטי משתנה, נקרא סינכרוציקלוטרון, או פאזוטרון.

הסינכרו-פאסוטרון משתמש בשילוב של שני עקרונות של אוטופיזינג. הראשון שבהם עומד בבסיס הפזוטרון, שכבר הוזכר, הוא שינוי בתדירות השדה האלקטרומגנטי. העיקרון השני משמש בסינכרוטרונים - כאן משתנה עוצמת השדה המגנטי.

מאז גילוי ה-autophasing, מדענים ומהנדסים תכננו מאיצים עבור מיליארדי וולט אלקטרונים. הראשון שבהם בארצנו היה מאיץ פרוטונים - סינכרופאסוטרון ל-10 מיליארד וולט אלקטרונים בדובנה.

התכנון של המאיץ הגדול הזה החל בשנת 1949 ביוזמת V. I. Veksler ו- S. I. Vavilov, והוכנס לפעולה בשנת 1957. המאיץ הגדול השני נבנה בפרוטווינו ליד Serpukhov כבר עבור אנרגיה של 70 GeV. לא רק חוקרים סובייטים, אלא גם פיזיקאים ממדינות אחרות עובדים על זה כעת.

אבל הרבה לפני השקת שני מאיצי ענק "מיליארד", נבנו מאיצי חלקיקים רלטיביסטיים במכון הפיזיקלי של האקדמיה למדעים (FIAN) בניהולו של וקסלר. בשנת 1947 הושק מאיץ אלקטרונים באנרגיות של עד 30 MeV, ששימש מודל למאיץ אלקטרונים גדול יותר - סינכרוטרון לאנרגיה של 250 MeV. הסינכרוטרון הושק בשנת 1949. על מאיצים אלה, מדענים מהמכון הפיזי של האקדמיה למדעים של ברית המועצות ביצעו עבודה מהשורה הראשונה על פיזיקת המזון וגרעין האטום.

לאחר השקת ה-Dubna synchrophasotron החלה תקופה של התקדמות מהירה בבניית מאיצים עתירי אנרגיה. מאיצים רבים נבנו והוכנסו לפעולה בברית המועצות ובמדינות אחרות. אלה כוללים את מאיץ 70 GeV שכבר הוזכר בסרפוצוב, מאיץ 50 GeV בבטאוויה (ארה"ב), מאיץ 35 GeV בז'נבה (שוויץ), מאיץ 35 GeV בקליפורניה (ארה"ב). כיום, פיזיקאים מציבים לעצמם את המשימה ליצור מאיצים עבור מספר טרה-אלקטרו-וולט (טראלקטרון-וולט - 1012 eV).

בשנת 1944, כאשר נולד המונח "אוטופיזינג". וקסלר היה בן 37. וקסלר התברר כמארגן מחונן של עבודה מדעית וראש בית ספר מדעי.

שיטת ה-autophasing, כמו פרי בשל, חיכתה שמדען בעל חזון יוריד אותו וישתלט עליו. שנה לאחר מכן, ללא תלות בווקסלר, התגלה עקרון ה-autophasing על ידי המדען האמריקאי המפורסם מקמילאן. הוא הכיר בעדיפותו של המדען הסובייטי. מקמילן נפגש עם וקסלר יותר מפעם אחת. הם היו ידידותיים מאוד, והידידות של שני מדענים יוצאי דופן מעולם לא עמדה בצל שום דבר עד מותו של וקסלר.

מאיצים שנבנו בשנים האחרונות, על אף שהם מבוססים על עקרון ה-autophasing של וכסלר, השתפרו כמובן משמעותית בהשוואה למכונות מהדור הראשון.

בנוסף ל-autophasing, וקסלר הגה רעיונות נוספים להאצת חלקיקים שהתבררו כפוריים מאוד. רעיונותיו של וקסלר מפותחים באופן נרחב בברית המועצות ובמדינות אחרות.

במרץ 1958 התקיימה האסיפה השנתית המסורתית של האקדמיה למדעים של ברית המועצות בבית המדענים ברחוב קרופוטקינסקאיה. וקסלר תיאר את הרעיון של עיקרון חדש של תאוצה, שאותו כינה "קוהרנטי". זה מאפשר להאיץ לא רק חלקיקים בודדים, אלא גם צרורות פלזמה המורכבות ממספר רב של חלקיקים. שיטת ההאצה ה"קוהרנטית", כפי שאמר וקסלר בזהירות ב-1958, מאפשרת לחשוב על האפשרות להאיץ חלקיקים עד לאנרגיות של אלף מיליארד וולט אלקטרונים ואף יותר.

בשנת 1962, טס וקסלר, בראש משלחת של מדענים, לז'נבה כדי לקחת חלק בעבודתה של הוועידה הבינלאומית לפיזיקה של אנרגיה גבוהה. בין ארבעים חברי המשלחת הסובייטית היו פיזיקאים בולטים כמו A. I. Alichhanov, N. N. Bogolyubov, D. I. Blokhintsev, I. Ya. Pomeranchuk, M. A. Markov. רבים מהמדענים במשלחת היו מומחי מאיצים וסטודנטים של וקסלר.

ולדימיר יוסיפוביץ' וקסלר במשך מספר שנים היה יו"ר הוועדה לפיזיקת אנרגיה גבוהה של האיגוד הבינלאומי לפיזיקה תיאורטית ויישומית.

ב-25 באוקטובר 1963, הוענק וקסלר ועמיתו האמריקני, אדווין מקמילן, מנהל מעבדת הקרינה באוניברסיטת קליפורניה, לורנס, בפרס "אטומים לשלום" האמריקאי.

וקסלר היה המנהל הקבוע של המעבדה לאנרגיה גבוהה של המכון המשותף למחקר גרעיני בדובנה. כעת הרחוב הקרוי על שמו מזכיר את שהותו של וקסלר בעיר זו.

עבודת המחקר של וקסלר התרכזה בדובנה במשך שנים רבות. הוא שילב את עבודתו במכון המשותף למחקר גרעיני עם עבודה במכון הפיזיקלי P. N. Lebedev, שם החל את דרכו כחוקר בצעירותו הרחוקה, היה פרופסור באוניברסיטת מוסקבה, שם עמד בראש המחלקה.

בשנת 1963, וקסלר נבחר לאקדמאי-מזכיר המחלקה לפיזיקה גרעינית של האקדמיה למדעים של ברית המועצות ושימש לצמיתות בתפקיד חשוב זה.

ההישגים המדעיים של V. I. Veksler זכו להערכה רבה על ידי הענקת פרס המדינה לתואר ראשון ופרס לנין (1959). הפעילויות המדעיות, הפדגוגיות, הארגוניות והחברתיות המצטיינות של המדען זכו בשלושה מסדרים של לנין, מסדר הדגל האדום של העבודה ומדליות של ברית המועצות.

ולדימיר יוסיפוביץ' וקסלר מת באופן פתאומי ב-20 בספטמבר 1966 מהתקף לב שני. הוא היה רק ​​בן 59. בחיים הוא תמיד נראה צעיר משנותיו, היה נמרץ, פעיל ובלתי נלאה.

+ שלב + אלקטרון) הוא מאיץ מחזורי תהודה שאורך מסלול שיווי המשקל אינו משתנה במהלך האצה. על מנת שהחלקיקים יישארו באותו מסלול בזמן האצה, משתנים גם השדה המגנטי המוביל וגם תדירות השדה החשמלי המאיץ. זה האחרון הכרחי כדי שהקרן תגיע לקטע המאיץ תמיד בשלב עם השדה החשמלי בתדר גבוה. במקרה שהחלקיקים הם אולטרה-רלטיביסטיים, תדירות המהפכה, באורך קבוע של המסלול, לא משתנה עם הגדלת האנרגיה, וגם התדירות של מחולל ה-RF חייבת להישאר קבועה. מאיץ כזה כבר נקרא סינכרוטרון.

בתרבות

זה היה המכשיר הזה שתלמיד כיתה א' "עבד בעבודה" בשיר המפורסם של Alla Pugacheva "השיר של תלמיד כיתה א'". Synchrophasotron מוזכר גם בקומדיה של גאידאי "מבצע Y וההרפתקאות האחרות של שוריק". מכשיר זה מוצג גם כדוגמה ליישום תורת היחסות של איינשטיין בסרט הקצר החינוכי "מהי תורת היחסות?". במופעים הומוריסטיים דלי אינטלקט, עבור הציבור הרחב, הוא משמש לעתים קרובות כמכשיר מדעי "לא מובן" או דוגמה לטכנולוגיה עילית.

בשנת 1957 עשתה ברית המועצות פריצת דרך מדעית וטכנית בכמה תחומים: היא שיגרה בהצלחה לוויין מלאכותי של כדור הארץ, וכמה חודשים לפני אירוע זה החל לפעול בדובנה סינכרופאסוטרון. מה זה ולמה יש צורך בהתקנה כזו? שאלה זו הדאיגה לא רק את אזרחי ברית המועצות באותה תקופה, אלא את כל העולם. כמובן, בקהילה המדעית הם הבינו מה זה, אבל אזרחים מן השורה היו מבולבלים כששמעו את המילה הזו. גם היום, רוב האנשים אינם מבינים את המהות והעיקרון של הסינכרופאסוטרון, למרות שהם שמעו את המילה הזו יותר מפעם אחת. בואו נראה באיזה סוג מכשיר מדובר ולמה הוא שימש.

למה אתה צריך סינכרופאסוטרון?

מיצב זה פותח לחקר עולם המיקרו והבנת המבנה של חלקיקים אלמנטריים, חוקי האינטראקציה שלהם זה עם זה. עצם שיטת ההכרה הייתה פשוטה ביותר: לשבור את החלקיק ולראות מה יש בפנים. עם זאת, כיצד ניתן לשבור פרוטון? לשם כך נוצר סינכרופאסוטרון, המאיץ חלקיקים ופוגע בהם במטרה. האחרון יכול להיות נייח, אבל במאיץ האדרון הגדול המודרני (זו גרסה משופרת של הסינכרופאסוטרון הישן והטוב), המטרה נעה. שם, אלומות של פרוטונים נעות זו לזו במהירות רבה ומתנגשות.

האמינו כי מתקן זה יאפשר לעשות פריצת דרך מדעית, לגלות יסודות ושיטות חדשות להשגת אנרגיה אטומית ממקורות זולים, שיהיו עדיפים ביעילות על אורניום מועשר ויהיו בטוחים יותר ופחות מזיקים לסביבה.

מטרות צבאיות

כמובן שנשאו גם מטרות צבאיות. יצירת אנרגיה אטומית למטרות שלום היא רק תירוץ לתמימים. לא בכדי יצא פרויקט הסינכרופאסוטרון עם החותמת "סודי ביותר", כי בניית המאיץ הזה בוצעה במסגרת הפרויקט ליצירת פצצת אטום חדשה. בעזרתו רצו לקבל תיאוריה משופרת של כוחות גרעיניים, הנחוצה לחישוב ויצירת פצצה. נכון, הכל התברר הרבה יותר מסובך, וגם היום התיאוריה הזו נעדרת.

מהו סינכרופאסוטרון במילים פשוטות?

לסיכום, מתקן זה הוא מאיץ של חלקיקים אלמנטריים, פרוטונים בפרט. הסינכרופאסוטרון מורכב מצינור עם לולאה לא מגנטי עם ואקום בפנים, כמו גם אלקטרומגנטים רבי עוצמה. לחילופין, המגנטים מופעלים ומכוונים את החלקיקים הטעונים בתוך צינור הוואקום. כשהם מגיעים למהירות מרבית בעזרת מאיצים, הם נשלחים למטרה מיוחדת. פרוטונים פוגעים בו, שוברים את המטרה עצמה ושוברים את עצמם תוך כדי. השברים מתפזרים לכיוונים שונים ומשאירים עקבות בתא הבועות. בעקבות עקבות אלה, קבוצת מדענים מנתחת את טבעם.

זה היה המצב בעבר, אבל במתקנים מודרניים (כגון מאיץ ההדרונים הגדול) משתמשים בגלאים מודרניים יותר במקום תא בועות, המספקים מידע נוסף על שברי פרוטונים.

ההתקנה עצמה די מורכבת והיי-טקית. אנו יכולים לומר שהסינכרופאסוטרון הוא "קרוב משפחה רחוק" של מאיץ ההדרונים הגדול המודרני. למעשה, זה יכול להיקרא אנלוגי של מיקרוסקופ. שני המכשירים הללו נועדו לחקור את המיקרוקוסמוס, אך עקרון המחקר שונה.

עוד על המכשיר

אז, אנחנו כבר יודעים מה זה סינכרופאסוטרון, וגם שכאן החלקיקים מואצים למהירויות אדירות. כפי שהתברר, כדי להאיץ פרוטונים למהירות אדירה, יש צורך ליצור הפרש פוטנציאלי של מאות מיליארדי וולט. למרבה הצער, זה מעבר לכוחה של האנושות לעשות זאת, אז הם העלו את הרעיון לפזר את החלקיקים בהדרגה.

במיצב החלקיקים נעים במעגל, ובכל סיבוב הם מוזנים באנרגיה וצוברים תאוצה. ולמרות שהטעינה כזו קטנה, עבור מיליוני מהפכות אתה יכול להשיג את האנרגיה הדרושה.

פעולת הסינכרופאסוטרון מבוססת על עיקרון זה. חלקיקים יסודיים המפוזרים לערכים קטנים משוגרים לתוך המנהרה, שם נמצאים המגנטים. הם יוצרים שדה מגנטי בניצב לטבעת. רבים מאמינים בטעות שמגנטים אלו מאיצים חלקיקים, אך למעשה זה לא המקרה. הם רק משנים את מסלולם, מאלצים אותם לנוע במעגל, אך אינם מאיצים אותם. התאוצה עצמה מתרחשת במרווחי האצה מסוימים.

האצת חלקיקים

פער תאוצה כזה הוא קבל, המופעל בתדר גבוה. אגב, זה הבסיס לכל הפעולה של התקנה זו. אלומת פרוטונים עפה לתוך קבל נתון ברגע שבו המתח בו הוא אפס. כשהחלקיקים עפים דרך הקבל, למתח יש זמן לעלות, מה שמניע את החלקיקים. במעגל הבא זה חוזר על עצמו, מכיוון שתדירות מתח החילופין נבחרה במיוחד כך שתהיה שווה לתדירות הסיבוב של החלקיק סביב הטבעת. כתוצאה מכך, פרוטונים מואצים באופן סינכרוני ובפאזה. מכאן השם - synchrophasotron.

אגב, בשיטה זו של האצה יש השפעה מועילה מסוימת. אם פתאום אלומת פרוטון עפה מהר יותר מהמהירות הנדרשת, אז היא עפה לתוך הפער המואץ בערך מתח שלילי, מה שמאט אותה מעט. אם מהירות התנועה נמוכה יותר, אז ההשפעה תהיה הפוכה: החלקיק מואץ ומשיג את חבורת הפרוטונים העיקרית. כתוצאה מכך, קרן צפופה וקומפקטית של חלקיקים נעה באותה מהירות.

בעיות

באופן אידיאלי, יש להאיץ חלקיקים למהירות הגבוהה ביותר האפשרית. ואם הפרוטונים נעים מהר יותר ויותר בכל מעגל, אז למה אי אפשר להאיץ אותם למהירות המרבית האפשרית? ישנן מספר סיבות.

ראשית, עלייה באנרגיה מרמזת על עלייה במסת החלקיקים. למרבה הצער, חוקים רלטיביסטיים אינם מאפשרים לשום אלמנט להאיץ מעל מהירות האור. בסינכרופאסוטרון, מהירות הפרוטונים כמעט מגיעה למהירות האור, מה שמגדיל מאוד את המסה שלהם. כתוצאה מכך, קשה לשמור אותם במסלול מעגלי של רדיוס. מאז בית הספר ידוע שרדיוס התנועה של חלקיקים בשדה מגנטי הוא ביחס הפוך למסה וביחס ישר לגודל השדה. ומכיוון שמסת החלקיקים גדלה, יש להגדיל את הרדיוס ולחזק את השדה המגנטי. תנאים אלו יוצרים מגבלות ביישום התנאים למחקר, שכן הטכנולוגיות מוגבלות גם כיום. עד כה, לא ניתן היה ליצור שדה עם אינדוקציה גבוהה מכמה טסלות. לכן הם מייצרים מנהרות באורך גדול, כי ברדיוס גדול ניתן לשמור חלקיקים כבדים במהירות רבה בשדה מגנטי.

הבעיה השנייה היא תנועה עם האצה במעגל. ידוע שמטען שזז במהירות מסוימת מקרין אנרגיה, כלומר מאבד אותה. כתוצאה מכך, חלקיקים במהלך האצה מאבדים כל הזמן חלק מהאנרגיה, וככל שמהירותם גבוהה יותר, כך הם מוציאים יותר אנרגיה. בשלב מסוים, מתרחש איזון בין האנרגיה המתקבלת בקטע התאוצה לבין אובדן של אותה כמות אנרגיה לכל סיבוב.

מחקר שבוצע בסינכרופאסוטרון

כעת אנו מבינים איזה עיקרון עומד בבסיס פעולת הסינכרופאסוטרון. הוא אפשר למספר מחקרים ותגליות. בפרט, מדענים הצליחו לחקור את תכונותיהם של דיוטרונים מואצים, את התנהגות המבנה הקוונטי של גרעינים, את האינטראקציה של יונים כבדים עם מטרות, וכן לפתח טכנולוגיה לניצול אורניום-238.

יישום התוצאות שהתקבלו במהלך הבדיקות

התוצאות המתקבלות בתחומים אלו משמשות כיום בבניית חלליות, בתכנון תחנות כוח גרעיניות וכן בפיתוח ציוד מיוחד ורובוטיקה. מכל זה נובע שהסינכרופאסוטרון הוא מכשיר שקשה להפריז בתרומתו למדע.

סיכום

במשך 50 שנה, מתקנים כאלה משרתים את תועלת המדע ומשמשים באופן פעיל על ידי מדענים בכל רחבי העולם. הסינכרופאסוטרון שנוצר בעבר ומתקנים דומים לו (הם נוצרו לא רק בברית המועצות) הם רק חוליה אחת בשרשרת האבולוציה. כיום מופיעים מכשירים מתקדמים יותר - נוקלוטרונים, בעלי אנרגיה עצומה.

אחד המתקדמים מבין מכשירים כאלה הוא ה-Large Hadron Collider. בניגוד לפעולתו של הסינכרופאסוטרון, הוא מתנגש בשתי אלומות חלקיקים בכיוונים מנוגדים, וכתוצאה מכך האנרגיה המשתחררת מההתנגשות גדולה פי כמה מהאנרגיה בסינכרופאסוטרון. זה פותח הזדמנויות למחקר מדויק יותר של חלקיקים אלמנטריים.

אולי עכשיו אתה צריך להבין מה זה synchrophasotron ומדוע הוא נחוץ בכלל. התקנה זו אפשרה לגלות מספר תגליות. היום יוצר ממנו מאיץ אלקטרונים, וכרגע הוא עובד ב-FIAN.

הנה המילה המוכרת בעדינות "synchrophasotron"! תזכיר לי איך זה נכנס לאוזניו של הדיוט פשוט בברית המועצות? היה איזה סרט או שיר פופולרי, משהו, אני זוכר בדיוק! או שזה היה רק ​​אנלוגי של מילה בלתי ניתנת להגייה?

ועכשיו בואו עדיין נזכור מה זה ואיך זה נוצר...

ב-1957 עשתה ברית המועצות פריצת דרך מדעית מהפכנית בשני כיוונים בבת אחת: באוקטובר שוגר לוויין כדור הארץ המלאכותי הראשון, וכמה חודשים קודם לכן, במרץ, החל הסינכרופאסוטרון האגדי, מתקן ענק לחקר עולם המיקרו. פועלים בדובנה. שני האירועים הללו זעזעו את העולם כולו, והמילים "לוויין" ו"סינכרופאסוטרון" נכנסו חזק לחיינו.

Synchrophasotron הוא אחד מסוגי מאיצי החלקיקים הטעונים. חלקיקים בהם מואצים למהירויות גבוהות וכתוצאה מכך לאנרגיות גבוהות. לפי התוצאה של התנגשויות שלהם עם חלקיקים אטומיים אחרים, המבנה והתכונות של החומר נשפטים. ההסתברות להתנגשויות נקבעת לפי עוצמת אלומת החלקיקים המואצת, כלומר לפי מספר החלקיקים בה, ולכן העוצמה, יחד עם האנרגיה, היא פרמטר חשוב של המאיץ.

מאיצים מגיעים לגדלים עצומים, ולא במקרה הסופר ולדימיר קרצב כינה אותם פירמידות של העידן הגרעיני, לפיהן ישפטו הצאצאים את רמת הטכנולוגיה שלנו.

לפני בניית המאיצים, הקרניים הקוסמיות היו המקור היחיד לחלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה. בעיקרון, מדובר בפרוטונים בעלי אנרגיה בסדר גודל של מספר GeV, המגיעים בחופשיות מהחלל, וחלקיקים משניים המתעוררים כאשר הם מקיימים אינטראקציה עם האטמוספירה. אבל זרימת הקרניים הקוסמיות היא כאוטית ובעלת עוצמה נמוכה, לכן, עם הזמן, החלו ליצור מתקנים מיוחדים למחקר מעבדתי - מאיצים בעלי קרני חלקיקים מבוקרות בעלות אנרגיה גבוהה ועוצמה רבה יותר.

פעולת כל המאיצים מבוססת על עובדה ידועה: חלקיק טעון מואץ על ידי שדה חשמלי. עם זאת, אי אפשר להשיג חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה מאוד על ידי האצתם רק פעם אחת בין שתי אלקטרודות, שכן הדבר ידרוש הפעלת מתח עצום עליהם, דבר בלתי אפשרי מבחינה טכנית. לכן, חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה מתקבלים על ידי העברתם שוב ושוב בין האלקטרודות.

מאיצים שבהם חלקיק עובר דרך פערי האצה רצופים נקראים לינאריים. פיתוח המאיצים החל איתם, אך הדרישה להגדיל את האנרגיה של חלקיקים הובילה לאורכים גדולים כמעט באופן בלתי מציאותי של מתקנים.

בשנת 1929, המדען האמריקאי E. Lawrence הציע תכנון של מאיץ שבו החלקיק נע בספירלה, עובר שוב ושוב דרך אותו מרווח בין שתי אלקטרודות. מסלול החלקיקים מכופף ומפותל על ידי שדה מגנטי אחיד המכוון בניצב למישור המסלול. המאיץ נקרא ציקלוטרון. בשנים 1930-1931, לורנס ומשתפי הפעולה שלו בנו את הציקלוטרון הראשון באוניברסיטת קליפורניה (ארה"ב). על המצאה זו הוענק לו פרס נובל בשנת 1939.

בציקלוטרון, אלקטרומגנט גדול יוצר שדה מגנטי אחיד, ושדה חשמלי נוצר בין שתי אלקטרודות חלולות בצורת D (מכאן שמם - "דיים"). מתח חילופין מופעל על האלקטרודות, אשר הופך את הקוטביות בכל פעם שהחלקיק עושה חצי סיבוב. בשל כך, השדה החשמלי תמיד מאיץ את החלקיקים. רעיון זה לא היה יכול להתממש אם לחלקיקים בעלי אנרגיות שונות היו תקופות שונות של מהפכה. אבל, למרבה המזל, למרות שהמהירות עולה עם הגדלת האנרגיה, תקופת המהפכה נשארת קבועה, שכן קוטר המסלול גדל באותו יחס. תכונה זו של הציקלוטרון היא המאפשרת להשתמש בתדר קבוע של השדה החשמלי להאצה.

עד מהרה החלו ליצור ציקלוטרונים במעבדות מחקר אחרות.

בניין סינכרופאסוטרון בשנות החמישים

הצורך ביצירת בסיס מאיץ רציני בברית המועצות הוכרז ברמת הממשלה במרץ 1938. קבוצת חוקרים ממכון לנינגרד לפיזיקה וטכנולוגיה (LFTI), בראשות האקדמיה A.F. איופה פנה ליושב ראש מועצת הקומיסרים העממיים של ברית המועצות V.M. מולוטוב עם מכתב המציע יצירת בסיס טכני למחקר בתחום המבנה של גרעין האטום. שאלות של מבנה גרעין האטום הפכו לאחת הבעיות המרכזיות של מדעי הטבע, וברית המועצות פיגרה הרחק מאחור בפתרונן. אז אם באמריקה היו לפחות חמישה ציקלוטרונים, אז בברית המועצות לא היה אחד אחד (הציקלוטרון היחיד של מכון הרדיום של האקדמיה למדעים (RIAN), שהושק ב-1937, כמעט ולא פעל בגלל ליקויי עיצוב). הפנייה למולוטוב כללה בקשה ליצור תנאים להשלמת בניית הציקלוטרון LPTI עד ה-1 בינואר 1939. העבודה על יצירתו, שהחלה ב-1937, הושעתה עקב חוסר עקביות מחלקתית והפסקת המימון.

ואכן, בעת כתיבת המכתב נרשמה אי הבנה ברורה בחוגי הממשל בארץ לגבי הרלוונטיות של המחקר בתחום הפיזיקה האטומית. על פי זכרונותיו של מ.ג. משצ'ריקוב, בשנת 1938 אף עלתה השאלה של חיסול מכון הרדיום, שלדברי אחדים עסק במחקר חסר תועלת על אורניום ותוריום, בעוד המדינה חותרת להגברת כריית הפחם וההתכת הפלדה.

המכתב למולוטוב השפיע, וכבר ביוני 1938 הוקמה ועדה של האקדמיה למדעים של ברית המועצות, בראשות פ.ל. Kapitsa, לבקשת הממשלה, נתן מסקנה על הצורך בבניית ציקלוטרון LPTI 10–20 MeV, בהתאם לסוג החלקיקים המואצים, ולשפר את הציקלוטרון RIAN.

בנובמבר 1938 ש.י. ואבילוב, בפנייתו לנשיאות האקדמיה למדעים, הציע לבנות את הציקלוטרון LFTI במוסקבה ולהעביר את המעבדה של I.V. קורצ'טוב, שהיה מעורב ביצירתו. סרגיי איבנוביץ' רצה שהמעבדה המרכזית לחקר גרעין האטום תהיה ממוקמת באותו מקום בו הייתה ממוקמת האקדמיה למדעים, כלומר במוסקבה. עם זאת, הוא לא נתמך על ידי LFTI. המחלוקות הסתיימו בסוף 1939, כאשר א.פ. איוף הציע ליצור שלושה ציקלוטרונים בבת אחת. ב-30 ביולי 1940, בישיבת הנשיאות של האקדמיה למדעים של ברית המועצות, הוחלט להורות ל-RIAN לצייד את הציקלוטרון הקיים בשנה הנוכחית, FIAN להכין את החומרים הדרושים לבניית ציקלוטרון חזק חדש על ידי 15 באוקטובר, ו-LFTI להשלים את בניית הציקלוטרון ברבעון הראשון של 1941.

בהקשר להחלטה זו, נוצרה ב-FIAN חטיבת הציקלוטרון, שכללה את ולדימיר יוסיפוביץ' וקסלר, סרגיי ניקולאביץ' ורנוב, פאבל אלכסייביץ' צ'רנקוב, ליאוניד ואסילביץ' גרושב ויבגני לבוביץ' פיינברג. ב-26 בספטמבר 1940 שמעה הלשכה של המחלקה למדעי הפיזיקה והמתמטיקה (OPMS) מידע מ-V.I. וקסלר על משימת התכנון של הציקלוטרון, אישר את המאפיינים העיקריים שלו ואומדן הבנייה. הציקלוטרון תוכנן להאיץ דיוטרונים עד לאנרגיה של 50 MeV. FIAN תכננה להתחיל את בנייתו ב-1941 ולהפעיל אותו ב-1943. התוכניות המתוכננות שובשו על ידי המלחמה.

הצורך הדחוף ביצירת פצצת אטום אילץ את ברית המועצות לגייס מאמצים בחקר עולם המיקרו. שני ציקלוטרונים נבנו בזה אחר זה במעבדה מס' 2 במוסקבה (1944, 1946); בלנינגרד, לאחר הסרת המצור, שוחזרו הציקלוטונים של ה-RIAN וה-LFTI (1946).

למרות שפרויקט הציקלוטרון של פיאנובסקי אושר לפני המלחמה, התברר שהתכנון של לורנס מיצה את עצמו, שכן האנרגיה של פרוטונים מואצים לא יכולה לעלות על 20 MeV. מאנרגיה זו מתחילה להשפיע ההשפעה של עלייה במסה של חלקיק במהירויות התואמות את מהירות האור, מה שנובע מתורת היחסות של איינשטיין.

עקב צמיחת המסה מופרת התהודה בין מעבר החלקיק דרך הפער המאיץ לבין השלב המקביל של השדה החשמלי, הגוררת האטה.

יש לציין שהציקלוטרון נועד להאיץ רק חלקיקים כבדים (פרוטונים, יונים). זאת בשל העובדה שבגלל מסת המנוחה הקטנה מדי, האלקטרון כבר באנרגיות של 1-3 MeV מגיע למהירות הקרובה למהירות האור, וכתוצאה מכך מסתו עולה באופן ניכר והחלקיק הולך במהירות. מתוך תהודה.

מאיץ האלקטרונים המחזורי הראשון היה ה-betatron שבנה קרסט ב-1940 בהתבסס על הרעיון של Wideröe. הבטאטרון מבוסס על חוק פאראדיי, לפיו, כאשר השטף המגנטי החודר למעגל סגור משתנה, נוצר כוח אלקטרו-מוטורי במעגל זה. בבטאטרון, מעגל סגור הוא זרם של חלקיקים הנעים לאורך מסלול טבעתי בתא ואקום ברדיוס קבוע בשדה מגנטי שהולך וגדל בהדרגה. כאשר השטף המגנטי בתוך המסלול עולה, נוצר כוח אלקטרו-מוטורי, שהמרכיב המשיק שלו מאיץ את האלקטרונים. בבטאטרון, כמו בציקלוטרון, יש גבול לייצור של חלקיקי אנרגיה גבוהה מאוד. זה נובע מהעובדה שעל פי חוקי האלקטרודינמיקה, אלקטרונים הנעים במסלולים מעגליים פולטים גלים אלקטרומגנטיים, אשר נושאים משם אנרגיה רבה במהירות רלטיביסטית. כדי לפצות על הפסדים אלה, יש צורך להגדיל באופן משמעותי את גודל ליבת המגנט, שיש לה מגבלה מעשית.

כך, עד תחילת שנות הארבעים מוצו האפשרויות להשיג אנרגיות גבוהות יותר הן לפרוטונים והן לאלקטרונים. למחקרים נוספים על המיקרוקוסמוס, היה צורך להגדיל את האנרגיה של חלקיקים מואצים, ולכן המשימה של מציאת שיטות תאוצה חדשות הפכה חריפה.

בפברואר 1944 V.I. וקסלר העלה רעיון מהפכני כיצד להתגבר על מחסום האנרגיה של הציקלוטרון והבטאטרון. זה היה כל כך פשוט שזה נראה מוזר שלא ניגשו אליו קודם לכן. הרעיון היה שבמהלך תאוצה תהודה, תדרי הסיבוב של החלקיקים והשדה המאיץ חייבים להיות חופפים כל הזמן, במילים אחרות, להיות סינכרוניים. כאשר מאיצים חלקיקים רלטיביסטיים כבדים בציקלוטרון לצורך סנכרון, הוצע לשנות את תדירות השדה החשמלי המאיץ לפי חוק מסוים (לימים מאיץ כזה נקרא סינכרוציקלוטרון).

כדי להאיץ אלקטרונים רלטיביסטיים, הוצע מאיץ, שנקרא מאוחר יותר סינכרוטרון. בה, האצה מתבצעת על ידי שדה חשמלי מתחלף בתדירות קבועה, והסנכרון מסופק על ידי שדה מגנטי המשתנה על פי חוק מסוים, השומר על חלקיקים במסלול ברדיוס קבוע.

למטרות מעשיות, היה צורך לוודא באופן תיאורטי שתהליכי ההאצה המוצעים יציבים, כלומר, עם חריגות קלות מהתהודה, השלב של החלקיקים יתבצע באופן אוטומטי. הפיזיקאי התיאורטי של צוות הציקלוטרון E.L. פיינברג הפנה לכך את תשומת ליבו של וקסלר ובעצמו הוכיח את יציבות התהליכים בצורה מתמטית קפדנית. לכן הרעיון של וקסלר כונה "עקרון ה-autophasing".

כדי לדון בפתרון שהושג, FIAN ערכה סמינר בו ערך וקסלר דוח מבוא, ופיינברג דיווח על יציבות. העבודה אושרה, ובאותה 1944 פרסם כתב העת "דוחות האקדמיה למדעים של ברית המועצות" שני מאמרים שבהם נשקלו שיטות תאוצה חדשות (המאמר הראשון עסק במאיץ המבוסס על ריבוי תדרים, שנקרא מאוחר יותר מיקרוטרון). רק וקסלר היה רשום כמחברם, ושמו של פיינברג לא הוזכר כלל. עד מהרה, תפקידו של פיינברג בגילוי עקרון ה-autophasing הועבר ללא הצדקה לשכחה מוחלטת.

שנה לאחר מכן, עקרון ה-autophasing התגלה באופן עצמאי על ידי הפיזיקאי האמריקאי E. MacMillan, אך וקסלר שמר על עדיפות.

יש לציין כי במאיצים המבוססים על העיקרון החדש, "כלל המנוף" התבטא בצורה מפורשת - הרווח באנרגיה הוביל לאובדן עוצמת אלומת החלקיקים המואצים, הקשורה לאופי המחזורי. של תאוצתם, בניגוד לתאוצה החלקה בציקלטרון ובבטטרונים. הרגע הלא נעים הזה הודגש מיד במושב המחלקה למדעי הפיזיקה והמתמטיקה ב-20 בפברואר 1945, אבל אז הגיעו כולם פה אחד למסקנה שנסיבות אלו לא אמורות בשום מקרה להפריע לביצוע הפרויקט. אם כי, אגב, המאבק על האינטנסיביות עצבן כל הזמן את ה"מאיצים".

באותו מושב, לפי הצעתו של נשיא האקדמיה למדעים של ברית המועצות S.I. ואבילוב, הוחלט לבנות מיד את שני סוגי המאיצים שהציע וקסלר. ב-19 בפברואר 1946, הוועדה המיוחדת תחת מועצת הקומיסרים העממיים של ברית המועצות הורתה לוועדה הרלוונטית לפתח את הפרויקטים שלהם, תוך ציון הקיבולת, זמן הייצור ואתר הבנייה. (ה-FIAN סירב ליצור ציקלוטרון.)

כתוצאה מכך, ב-13 באוגוסט 1946, הוצאו בו זמנית שני צווים של מועצת השרים של ברית המועצות, חתומים על ידי יושב ראש מועצת השרים של ברית המועצות I.V. סטלין ומנהל מועצת השרים של ברית המועצות יא.ע. Chadaev, על יצירת synchrocyclotron עבור אנרגיית דויטרונים של 250 MeV וסינכרוטרון עבור אנרגיה של 1 GeV. האנרגיה של המאיצים הוכתבה בעיקר על ידי העימות הפוליטי בין ארה"ב לברית המועצות. ארצות הברית כבר בנתה סינכרוציקלוטרון עם אנרגיית דויטרונים של כ-190 MeV והחלה לבנות סינכרוטרון באנרגיה של 250–300 MeV. מאיצים מקומיים היו אמורים לעלות על האמריקנים מבחינת אנרגיה.

בסינכרוציקלוטרון נתלו תקוות לגילוי יסודות חדשים, שיטות חדשות להשגת אנרגיה אטומית ממקורות זולים יותר מאורניום. בעזרת הסינכרוטרון הם התכוונו להשיג באופן מלאכותי מזוונים, שכפי שהניחו אז הפיזיקאים הסובייטים, היו מסוגלים לגרום לביקוע גרעיני.

שתי הגזירות יצאו עם החותמת "סודי ביותר (תיקייה מיוחדת)", שכן בניית המאיצים הייתה חלק מהפרויקט ליצירת פצצת אטום. בעזרתם קיוו להשיג תיאוריה מדויקת של כוחות גרעיניים הדרושים לחישובי פצצות, שבאותה תקופה בוצעו רק בעזרת סט גדול של מודלים משוערים. נכון, הכל התברר כלא פשוט כפי שחשבו בתחילה, ויש לציין שתיאוריה כזו לא נוצרה עד היום.

ההחלטות קבעו את המקומות לבניית מאיצים: הסינכרוטרון - במוסקבה, על הכביש המהיר Kaluga (כיום לנינסקי פרוספקט), בשטח ה-FIAN; synchrocyclotron - באזור תחנת הכוח ההידרואלקטרית איוונקובסקאיה, 125 קילומטרים צפונית למוסקבה (באותה תקופה אזור קלינין). בתחילה, יצירת שני המאיצים הופקדה בידי FIAN. V.I. וקסלר, ולסינכרוציקלוטרון - D.V. סקובלצין.

משמאל - דוקטור למדעים טכניים פרופסור ל.פ. זינובייב (1912–1998), מימין - אקדמאי של האקדמיה למדעים של ברית המועצות V.I. וקסלר (1907–1966) במהלך יצירת הסינכרופאסוטרון

שישה חודשים לאחר מכן, ראש הפרויקט האטומי, I.V. קורצ'טוב, שלא היה מרוצה מהתקדמות העבודה על הסינכרוציקלוטרון פיאנובו, העביר נושא זה למעבדה מס' 2 שלו. הוא מינה את M.G. משצ'ריקוב, משחרר אותו מעבודה במכון הרדיום בלנינגרד. בהנהגתו של משצ'ריקוב, נוצר מודל סינכרוציקלוטרון במעבדה מס' 2, שכבר אישר ניסיוני את נכונות עקרון ה-autophasing. ב-1947 החלה בניית מאיץ באזור קלינין.

14 בדצמבר 1949 בהנהגת מ.ג. Meshcheryakov synchrocyclotron הושק בהצלחה לפי לוח הזמנים והפך למאיץ הראשון מסוג זה בברית המועצות, וחסם את האנרגיה של מאיץ דומה שנוצר ב-1946 בברקלי (ארה"ב). זה נשאר שיא עד 1953.

בתחילה נקראה המעבדה המבוססת על הסינכרוציקלוטרון המעבדה ההידרוטכנית של האקדמיה למדעים של ברית המועצות (GTL) למען הסודיות והייתה שלוחה של מעבדה מס' 2. בשנת 1953 היא הפכה למכון עצמאי לבעיות גרעיניות של האקדמיה למדעים של ברית המועצות (INP), בראשות M.G. משצ'ריקוב.

אקדמאי של האקדמיה האוקראינית למדעים A.I. לייפונסקי (1907–1972), בהתבסס על עקרון ה-autophasing, הציע תכנון של מאיץ, שנקרא מאוחר יותר סינכרופאסוטרון (צילום: מדע וחיים)
יצירת הסינכרוטרון נכשלה ממספר סיבות. ראשית, עקב קשיים בלתי צפויים, היה צורך לבנות שני סינכרוטרונים לאנרגיות נמוכות יותר - 30 ו-250 MeV. הם היו ממוקמים בשטח FIAN, והוחלט על בניית הסינכרוטרון 1 GeV מחוץ למוסקבה. ביוני 1948 הוקצה לו מקום במרחק של קילומטרים ספורים מהסינכרוציקלוטרון שכבר היה בבנייה באזור קלינין, אך גם הוא מעולם לא נבנה שם, שכן ניתנה העדפה למאיץ שהוצע על ידי אלכסנדר איליץ' לייפונסקי, אקדמאי של האקדמיה האוקראינית. מדעים. זה קרה בצורה הבאה.

בשנת 1946 א.י. לייפונסקי, בהתבסס על עקרון ה-autophasing, העלה את הרעיון של האפשרות ליצור מאיץ שבו שולבו התכונות של סינכרוטרון וסינכרוציקלוטרון. לאחר מכן, וקסלר קרא לסוג זה של מאיץ סינכרופאסוטרון. השם מתבהר אם לוקחים בחשבון שהסינכרוציקלוטרון נקרא במקור הפאזוטרון, ובצירוף לסינכרוטרון מתקבל סינכרופסוטרון. בו, כתוצאה משינוי בשדה המגנטי הבקרה, חלקיקים נעים לאורך הטבעת, כמו בסינכרוטרון, והתאוצה מייצרת שדה חשמלי בתדר גבוה, שתדירותו משתנה עם הזמן, כמו בסינכרוציקלוטרון. זה איפשר להגדיל משמעותית את האנרגיה של פרוטונים מואצים בהשוואה לסינכרוציקלוטרון. בסינכרופאסוטרון, פרוטונים מואצים מראש במאיץ ליניארי - מזרק. החלקיקים המוכנסים לתא הראשי תחת פעולת שדה מגנטי מתחילים להסתובב בו. מצב זה נקרא מצב betatron. לאחר מכן מתח האצה בתדר גבוה מופעל באלקטרודות הממוקמות בשני מרווחים ישרים מנוגדים בצורה דימטרית.

מבין כל שלושת סוגי המאיצים המבוססים על עקרון ה-autophasing, הסינכרופאסוטרון הוא המורכב ביותר מבחינה טכנית, ואז רבים פקפקו באפשרות של יצירתו. אבל לייפונסקי, שהיה בטוח שהכל יסתדר, התחיל באומץ ליישם את הרעיון שלו.

בשנת 1947, במעבדה "B" ליד תחנת אובנינסקויה (כיום העיר אובנינסק), החלה קבוצת מאיץ מיוחדת בהנהגתו בפיתוח מאיץ. התיאורטיקנים הראשונים של הסינכרופאסוטרון היו יו.א. קרוטקוב, או.ד. קזצ'קובסקי ול.ל. סבסוביץ'. בפברואר 1948 התקיים ועידה סגורה בנושא מאיצים, שבה השתתפו בנוסף לשרים גם א.ל. מינטס, מומחה ידוע בהנדסת רדיו באותה תקופה, ומהנדסים ראשיים של מפעלי האלקטרוסילה והשנאים בלנינגרד. כולם הצהירו שאפשר לעשות את המאיץ שהציעה ליפון. עידוד תוצאות תיאורטיות ראשונות ותמיכה של מהנדסים ממפעלים מובילים אפשרו להתחיל לעבוד על פרויקט טכני ספציפי עבור מאיץ גדול לאנרגיות פרוטונים של 1.3–1.5 GeV ולפתח עבודה ניסיונית שאישרה את נכונות הרעיון של לייפונסקי. עד דצמבר 1948, התכנון הטכני של המאיץ היה מוכן, ועד מרץ 1949, לייפונסקי היה אמור להגיש טיוטת עיצוב של סינכרופאסוטרון 10 GeV.

ופתאום, בשנת 1949, ממש בשיא העבודה, החליטה הממשלה להעביר את העבודה על הסינכרופאסוטרון שהחלה ל-FIAN. בשביל מה? למה? אחרי הכל, FIAN כבר בונה סינכרוטרון 1 GeV! כן, עובדה היא ששני הפרויקטים, גם סינכרוטרון 1.5 GeV וגם סינכרוטרון 1 GeV, היו יקרים מדי, ועלתה השאלה לגבי כדאיותם. זה נפתר לבסוף באחת הפגישות המיוחדות ב-FIAN, שם התכנסו הפיזיקאים המובילים במדינה. הם ראו שזה מיותר לבנות סינכרוטרון 1 GeV בגלל חוסר העניין הרב בהאצת אלקטרונים. המתנגד העיקרי לתפקיד זה היה M.A. מרקוב. הטענה העיקרית שלו הייתה שהרבה יותר יעיל לחקור גם פרוטונים וגם כוחות גרעיניים בעזרת האינטראקציה האלקטרומגנטית שכבר נחקרה היטב. עם זאת, הוא לא הצליח להגן על נקודת המבט שלו, והתברר כי החלטה חיובית הייתה לטובת הפרויקט של לייפונסקי.

כך נראה סינכרופאסוטרון 10 GeV בדובנה

חלומו היקר של וקסלר לבנות את המאיץ הגדול ביותר הלך והתפורר. לא רצה להשלים עם המצב הנוכחי, הוא, בתמיכת ש.י. ואבילוב ו-D.V. סקובלסינה הציע לנטוש את בנייתו של סינכרופאסוטרון 1.5 GeV ולהמשיך לתכנון של מאיץ 10 GeV באופן מיידי, שהופקד בעבר בידי A.I. לייפונסקי. הממשלה קיבלה את ההצעה הזו, שכן באפריל 1948 נודע על פרויקט סינכרו-פאסוטרון 6–7 GeV באוניברסיטת קליפורניה והם רצו להקדים את ארצות הברית לפחות לזמן מה.

ב-2 במאי 1949 פרסמה מועצת השרים של ברית המועצות החלטה על יצירת סינכרו-פאסוטרון לאנרגיה של 7-10 GeV בשטח שהוקצה קודם לכן לסינכרוטרון. הנושא הועבר ל-FIAN, ו-V.I. וקסלר, למרות שעסקיו של לייפונסקי התנהלו יפה.

ניתן להסביר זאת, ראשית, בעובדה שווקסלר נחשב למחבר של עיקרון האוטופיזינג, ולפי זיכרונותיהם של בני דורו, L.P העדיף אותו מאוד. בריה. שנית, S. I. Vavilov היה באותה תקופה לא רק מנהל ה-FIAN, אלא גם נשיא האקדמיה למדעים של ברית המועצות. ללייפונסקי הוצע להיות סגנו של וקסלר, אך הוא סירב ומאוחר יותר לא השתתף ביצירת הסינכרופאסוטרון. לדברי סגן לייפונסקי O.D. קזצ'קובסקי, "היה ברור ששני דובים לא יכולים להסתדר במאורה אחת". לאחר מכן, א.י. לייפונסקי ואו.ד. קזצ'קובסקי הפך למומחים מובילים בכורים ובשנת 1960 זכה בפרס לנין.

ההחלטה כללה סעיף בדבר מעבר לעבודה ב-FIAN של עובדי מעבדת "V", שעסקו בפיתוח המאיץ, עם העברת הציוד המקביל. והיה מה להעביר: העבודה על המאיץ במעבדה "ב" עד אז הובאה לשלב של מודל וביסוס ההחלטות העיקריות.

לא כולם התלהבו מהמעבר ל-FIAN, מכיוון שהיה קל ומעניין לעבוד עם לייפונסקי: הוא לא היה רק ​​יועץ מדעי מצוין, אלא גם אדם נפלא. עם זאת, כמעט בלתי אפשרי היה לסרב להעברה: באותה תקופה קשה, סירוב איים במשפט ובמחנות.

הקבוצה שהועברה ממעבדה "B" כללה את המהנדס ליאוניד פטרוביץ' זינובייב. הוא, כמו חברים אחרים בקבוצת המאיצים, במעבדתו של לייפונסקי עסק לראשונה בפיתוח של יחידות בודדות הנחוצות למודל של המאיץ העתידי, בפרט, מקור היונים ומעגלי פולסים במתח גבוה להנעת המזרק. לייפונסקי משך מיד את תשומת הלב למהנדס מוכשר ויצירתי. בהוראתו היה זינובייב הראשון שהיה מעורב ביצירת מפעל פיילוט בו ניתן היה לדמות את כל תהליך האצת הפרוטונים. אז אף אחד לא יכול היה לדמיין שאחרי שהפך לאחד החלוצים בעבודה להחיות את רעיון הסינכרופאסוטרון, זינובייב יהיה האדם היחיד שיעבור את כל שלבי יצירתו ושיפורו. ולא רק לעבור, אלא להוביל אותם.

תוצאות תיאורטיות וניסיוניות שהתקבלו במעבדה "V" שימשו במכון הפיזיקלי של לבדב בתכנון הסינכרופאסוטרון 10 GeV. עם זאת, הגדלת אנרגיית המאיץ לערך זה דרשה שיפורים משמעותיים. קשיי יצירתו הוחרפו במידה רבה מאוד בשל העובדה שבאותה תקופה לא היה ניסיון בבניית מתקנים כה גדולים בכל העולם.

בהדרכת התיאורטיקנים מ.ס. רבינוביץ' וא.א. קולומנסקי ב-FIAN עשה הצדקה פיזית של הפרויקט הטכני. המרכיבים העיקריים של הסינכרופאסוטרון פותחו על ידי המכון להנדסת רדיו במוסקבה של האקדמיה למדעים ומכון המחקר של לנינגרד בהדרכת המנהלים שלהם A.L. מנטה וא.ג. יַתוּשׁ.

כדי להשיג את הניסיון הדרוש, החלטנו לבנות מודל של סינכרו-פאסוטרון לאנרגיה של 180 MeV. הוא היה ממוקם בשטח FIAN בבניין מיוחד, אשר מטעמי סודיות נקרא מחסן מס' 2. בתחילת שנת 1951 הפקיד וקסלר את כל העבודות על הדגם, לרבות התקנת הציוד, התאמתו והתקנתו של זינובייב. השקה משולבת.

דגם פיאנובסקי לא היה בשום פנים ואופן תינוק - המגנט שלו בקוטר 4 מטרים שקל 290 טון. בהמשך נזכר זינובייב שכאשר הרכיבו את הדגם בהתאם לחישובים הראשונים וניסו להפעיל אותו, בהתחלה שום דבר לא עבד. היו צריכים להתגבר על קשיים טכניים רבים ובלתי צפויים לפני שהדגם הושק. כשזה קרה ב-1953, וקסלר אמר: "ובכן, זהו! סינכרופאסוטרון איבנקובסקי יעבוד!" זה היה על סינכרופאסוטרון גדול של 10 GeV, שכבר החל להיבנות ב-1951 באזור קלינין. הבנייה בוצעה על ידי ארגון בשם הקוד TDS-533 (המנהל הטכני של הבנייה 533).

זמן קצר לפני השקת הדגם, מגזין אמריקאי פרסם במפתיע דיווח על עיצוב חדש של המערכת המגנטית של המאיץ, המכונה קשה מיקוד. זה מבוצע כסט של קטעים מתחלפים עם שיפועי שדה מגנטי מכוונים הפוך. זה מקטין באופן משמעותי את משרעת התנודות של החלקיקים המואצים, אשר בתורו מאפשר להפחית באופן משמעותי את החתך של תא הוואקום. כתוצאה מכך נחסכת כמות גדולה של ברזל שעוברת לבניית המגנט. למשל, למאיץ ה-30 GeV בז'נבה, המבוסס על מיקוד קשיח, יש פי שלושה מהאנרגיה ופי שלושה מההיקף של הסינכרופאסוטרון של דובנה, והמגנט שלו קל פי עשרה.

העיצוב של מגנטים עם מיקוד קשיח הוצע ופותח על ידי המדענים האמריקאים קוראנט, ליווינגסטון וסניידר ב-1952. כמה שנים לפניהם, אותו דבר הומצא, אבל לא פורסם על ידי כריסטופילוס.

זינובייב העריך מיד את גילוי האמריקנים והציע לעצב מחדש את הסינכרופאסוטרון של דובנה. אבל בשביל זה צריך היה להקריב זמן. וקסלר אמר אז: "לא, אפילו ליום אחד, אבל אנחנו חייבים להקדים את האמריקאים". כנראה, בתנאי המלחמה הקרה, הוא צדק - "לא מחליפים סוסים באמצע הזרם". והמאיץ הגדול המשיך להיבנות לפי הפרויקט שפותח קודם לכן. בשנת 1953, על בסיס הסינכרו-פאסוטרון בבנייה, נוצרה המעבדה האלקטרופיזית של האקדמיה למדעים של ברית המועצות (EFLAN). V.I מונה למנהלו. וקסלר.

בשנת 1956, INP ו-EFLAN היוו את הבסיס של המכון המשותף למחקר גרעיני (JINR). מיקומה נודע בשם העיר דובנה. באותו זמן, אנרגיית הפרוטון בסינכרוציקלוטרון הייתה 680 MeV, ובניית הסינכרופאסוטרון הושלמה. מהימים הראשונים להיווצרותו של JINR, הציור המסוגנן של בניין הסינכרופאסוטרון (המחבר V.P. Bochkarev) הפך לסמלו הרשמי.

הדגם עזר בפתרון מספר בעיות עבור מאיץ ה-10 GeV, אולם העיצוב של צמתים רבים עבר שינויים משמעותיים בשל ההבדל הגדול בגודל. הקוטר הממוצע של האלקטרומגנט הסינכרופאסוטרון היה 60 מטר, והמשקל היה 36 אלף טון (לפי הפרמטרים שלו, הוא עדיין נשאר בספר השיאים של גינס). עלו מגוון שלם של בעיות הנדסיות מורכבות חדשות, שהצוות פתר אותן בהצלחה.

לבסוף, הכל היה מוכן להשקה המשולבת של המאיץ. בפקודת וקסלר הוביל אותה ל.פ. זינובייב. העבודה החלה בסוף דצמבר 1956, המצב היה מתוח, ולדימיר יוסיפוביץ' לא חס על עצמו ולא על עובדיו. לעתים קרובות נשארנו לילה על מיטות תינוק ממש בחדר הבקרה הענק של המתקן. לפי זכרונותיה של א.א. קולומנסקי, וקסלר השקיע את רוב מרצו הבלתי נדלה באותה תקופה ב"סחיטת" עזרה מארגונים חיצוניים וביישום הצעות מעשיות, שהגיעו ברובן מזינובייב. וקסלר העריך מאוד את האינטואיציה הניסיונית שלו, שמילאה תפקיד מכריע בהפעלת המאיץ הענק.

במשך זמן רב מאוד הם לא יכלו לקבל את מצב betatron, שבלעדיו ההשקה בלתי אפשרית. וזינובייב היה זה שברגע המכריע הבין מה צריך לעשות כדי להפיח חיים בסינכרופאסוטרון. הניסוי, שהוכן במשך שבועיים, לשמחת כולם, הוכתר סוף סוף בהצלחה. ב-15 במרץ 1957 החל לפעול הסינכרופאסוטרון של דובנא, שעליו דיווח העיתון "פרבדה" לכל העולם ב-11 באפריל 1957 (מאמר מאת V.I. Veksler). מעניין שחדשות אלה הופיעו רק כאשר האנרגיה של המאיץ, שהועלתה בהדרגה מיום ההשקה, עלתה על האנרגיה של 6.3 GeV של הסינכרופאסוטרון האמריקאי המוביל דאז בברקלי. "יש 8.3 מיליארד אלקטרונים וולט!" - דיווח העיתון, שהודיע ​​כי נוצר מאיץ שיא בברית המועצות. החלום היקר של וקסלר התגשם!

ב-16 באפריל, אנרגיית הפרוטון הגיעה לערך התכנון של 10 GeV, אך המאיץ הופעל רק כמה חודשים לאחר מכן, מכיוון שעדיין היו מספיק בעיות טכניות לא פתורות. ובכל זאת העיקר היה מאחור - הסינכרופאסוטרון התחיל לעבוד.

וקסלר דיווח על כך במושב השני של המועצה האקדמית של המכון המשותף במאי 1957. במקביל, מנהל המכון ד.י. Blokhintsev ציין כי ראשית, מודל הסינכרופאסוטרון נוצר תוך שנה וחצי, בעוד שבאמריקה זה לקח כשנתיים. שנית, הסינכרופאסוטרון עצמו הושק תוך שלושה חודשים, ועומד בלוח הזמנים, אם כי בהתחלה זה נראה לא ריאלי. ההשקה של הסינכרופאסוטרון היא שהביאה לדובנה את התהילה העולמית הראשונה שלה.

במושב השלישי של המועצה האקדמית של המכון, חבר מקביל באקדמיה למדעים V.P. דז'לפוב ציין כי "זינובייב היה מכל הבחינות הנשמה של ההשקה והכניס כמות עצומה של אנרגיה ומאמץ לעסק הזה, כלומר מאמצים יצירתיים במהלך הקמת המכונה". א D.I. בלוכינצב הוסיף כי "זינובייב למעשה סבל את העבודה העצומה של הסתגלות מורכבת".

אלפי אנשים היו מעורבים ביצירת הסינכרופאסוטרון, אך ליאוניד פטרוביץ' זינובייב מילא תפקיד מיוחד בכך. וקסלר כתב: "הצלחת ההשקה של הסינכרופאסוטרון והאפשרות להתחיל חזית רחבה של עבודה פיזית עליו קשורות במידה רבה להשתתפותה של ל.פ. זינובייב.

זינובייב תכנן לחזור ל-FIAN לאחר השקת המאיץ. עם זאת, וקסלר התחנן בפניו להישאר, מתוך אמונה שהוא לא יכול להפקיד באף אחד אחר את ניהול הסינכרופאסוטרון. זינובייב הסכים ופיקח על עבודת המאיץ במשך יותר משלושים שנה. בהנהגתו ובהשתתפות ישירה, המאיץ שופר ללא הרף. זינובייב אהב את הסינכרופאסוטרון וחש בעדינות רבה את נשימתו של ענק הברזל הזה. לדבריו, לא היה ולו פרט אחד, ולו הקטן ביותר, של דוושת הגז, שבו לא יגע ושאת מטרתו לא יידע.

באוקטובר 1957, בישיבה מורחבת של המועצה האקדמית של מכון קורצ'טוב, בראשות איגור ואסילביץ' עצמו, היו מועמדים שבעה עשר אנשים מארגונים שונים שהשתתפו ביצירת הסינכרופאסוטרון לפרס לנין היוקרתי ביותר באותה תקופה בברית המועצות. הִתאַחֲדוּת. אבל על פי התנאים, מספר הזוכים לא יכול היה לעלות על שנים עשר אנשים. באפריל 1959, מנהל מעבדת האנרגיה הגבוהה של JINR V.I. וקסלר, ראש המחלקה של אותה מעבדה L.P. זינובייב, סגן ראש המנהלה הראשית לשימוש באנרגיה אטומית תחת מועצת השרים של ברית המועצות D.V. אפרמוב, מנהל מכון המחקר לנינגרד א.ג. קומר ומשתפי הפעולה שלו נ.א מונוסון, א.מ. סטלוב, מנהל המכון להנדסת רדיו במוסקבה של האקדמיה למדעים של ברית המועצות A.L. מנטה, עובדי אותו מכון F.A. וודופיאנוב, ש.מ. רובצ'ינסקי, צוות FIAN א.א. קולומנסקי, V.A. פטוחוב, מ.ס. רבינוביץ'. וקסלר וזינובייב הפכו לאזרחי כבוד של דובנה.

הסינכרופאסוטרון נשאר בשירות במשך ארבעים וחמש שנים. במהלך תקופה זו התגלו בו מספר תגליות. בשנת 1960 הוסב מודל הסינכרו-פאסוטרון למאיץ אלקטרונים, שעדיין פועל ב-FIAN.

מקורות

סִפְרוּת:
Kolomensky A. A., Lebedev A. N. תורת המאיצים המחזוריים. - מ', 1962.
קומאר EG מאיצי חלקיקים טעונים. - מ', 1964.
Livinggood J. עקרונות הפעולה של מאיצים מחזוריים - מ', 1963.
Oganesyan Yu. כיצד נוצר הציקלוטרון / Science and Life, 1980 No. 4, p. 73.
גבעה ר' בעקבות חלקיקים - מ', תשכ"ג.

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

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

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

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

http://www.larissa-zinovyeva.com

ואני אזכיר לך על כמה הגדרות אחרות: למשל, ואיך זה נראה. תזכור מה זה. או שאולי אתה לא יודע? או מה זה המאמר המקורי נמצא באתר InfoGlaz.rfקישור למאמר שממנו נוצר עותק זה -