Koji princip je u osnovi rada sinhrofazotrona. Sinhrofazotron: šta je to, princip rada i opis. Istraživanje provedeno na sinhrofazotronu

U svojoj srži, sinhrofazotron je ogromna instalacija za ubrzavanje nabijenih čestica. Brzine elemenata u ovom uređaju su vrlo velike, kao i energija koja se oslobađa. Dobijajući sliku međusobnog sudara čestica, naučnici mogu suditi o svojstvima materijalnog svijeta i njegovoj strukturi.

O potrebi stvaranja akceleratora raspravljalo se i prije početka Velikog domovinskog rata, kada je grupa sovjetskih fizičara predvođena akademikom A. Ioffeom poslala pismo vladi SSSR-a. Naglašavao je važnost stvaranja tehničke osnove za proučavanje strukture atomskog jezgra. Ova pitanja su već postala središnji problem prirodnih nauka, njihovo rješavanje moglo bi unaprijediti primijenjenu nauku, vojna pitanja i energetiku.

Godine 1949. počelo je projektovanje prve instalacije, protonskog akceleratora. Ova zgrada je izgrađena u Dubni do 1957. godine. Protonski akcelerator, nazvan "sinhrofazotron", je struktura ogromne veličine. Projektovana je kao zasebna zgrada istraživačkog instituta. Glavni dio površine objekta zauzima magnetni prsten prečnika oko 60 m. Potrebno je stvoriti elektromagnetno polje sa potrebnim karakteristikama. U prostoru magneta čestice se ubrzavaju.

Princip rada sinhrofazotrona

Prvi moćni sinhrofazotronski akcelerator prvobitno je trebao da bude konstruisan na osnovu kombinacije dva principa, koji su se ranije koristili odvojeno u fazotronu i sinhrotronu. Prvi princip je promjena frekvencije elektromagnetnog polja, drugi je promjena nivoa jačine magnetnog polja.

Sinhrofazotron radi na principu cikličnog akceleratora. Da bi se čestica zadržala u istoj ravnotežnoj orbiti, frekvencija ubrzavajućeg polja se mijenja. Snop čestica uvijek stiže u ubrzavajući dio instalacije u fazi sa visokofrekventnim električnim poljem. Sinhrofazotron se ponekad naziva sinhrotronom protona sa slabim fokusom. Važan parametar sinhrofazotrona je intenzitet snopa, koji je određen brojem čestica koje sadrži.

Sinhrofazotron gotovo u potpunosti eliminira greške i nedostatke svojstvene njegovom prethodniku, ciklotronu. Promjenom indukcije magnetskog polja i frekvencije punjenja čestica, protonski akcelerator povećava energiju čestica usmjeravajući ih duž željenog kursa. Stvaranje takvog uređaja revolucioniralo je nuklearnu energiju

Ti nisi rob!
Zatvoreni edukativni kurs za djecu elite: "Pravo uređenje svijeta."
http://noslave.org

Materijal sa Wikipedije - slobodne enciklopedije

Synchrophasotron (od sinhronizacija + faza + elektron) je rezonantni ciklički akcelerator sa konstantnom ravnotežnom dužinom orbite tokom procesa ubrzanja. Da bi čestice ostale u istoj orbiti tokom procesa ubrzanja, mijenjaju se i vodeće magnetsko polje i frekvencija ubrzavajućeg električnog polja. Ovo posljednje je neophodno kako bi snop uvijek stigao u dionicu ubrzanja u fazi sa visokofrekventnim električnim poljem. U slučaju da su čestice ultrarelativističke, frekvencija rotacije, za fiksnu orbitalnu dužinu, se ne mijenja sa povećanjem energije, a frekvencija RF generatora također mora ostati konstantna. Takav akcelerator se već zove sinhrotron.

Napišite recenziju o članku "Sinhrofazotron"

Bilješke

vidi takođe

Pogledajte ovaj šablon Po dizajnu Po namjeni

Izvod koji karakteriše sinhrofazotron

Zajedno smo izašli iz kuće, kao da ću i ja sa njom na pijacu, i na prvom skretanju smo se sporazumno rastali, i svako je već krenuo svojim putem i svojim poslom...
Kuća u kojoj je još uvijek živio otac male Veste nalazila se u prvom „novom kvartu“ koji smo gradili (kako su se zvale prve višespratnice) i nalazila se četrdesetak minuta hoda od nas. Oduvijek sam volio šetati, i to mi nije stvaralo nikakve neugodnosti. Samo što mi se sama ova nova oblast nije dopala, jer su kuće u njoj građene kao kutije šibica - sve iste i bezlične. A kako je ovo mjesto tek počinjalo da se gradi, u njemu nije bilo nijednog drveta niti bilo kakvog „zelenila“, a izgledalo je kao kamena i asfaltna maketa nekog ružnog, lažnog grada. Sve je bilo hladno i bez duše, i tu mi je uvek bilo jako loše - izgledalo je kao da jednostavno nemam šta da dišem...
Pa ipak, tamo je bilo gotovo nemoguće pronaći kućne brojeve, čak ni uz najveću želju. Kao, na primjer, ja sam u tom trenutku stajao između kuća br. 2 i br. 26 i nisam mogao razumjeti kako je to moglo da se desi?! I pitao sam se gdje je moja “nestala” kuća broj 12?.. Nije bilo logike u tome, a nisam mogao razumjeti kako ljudi mogu živjeti u takvom haosu?
Konačno, uz pomoć drugih, nekako sam uspeo da pronađem kuću koja mi je bila potrebna, a već sam stajao na zatvorenim vratima i pitao se kako će me ovaj potpuni stranac dočekati?..
Na isti način sam upoznao mnogo meni nepoznatih stranaca, a to je u početku uvek zahtevalo veliku nervozu. Nikad mi nije bilo prijatno da zadirem u nečiji privatni život, pa mi je svako takvo „izlet” uvek delovalo pomalo ludo. I takođe sam odlično razumeo koliko je to ludo moralo zvučati za one koji su bukvalno upravo izgubili nekog bliskog, a neka devojčica je iznenada upala u njihove živote i izjavila da im može pomoći da razgovaraju sa svojom mrtvom ženom, sestrom, sinom, majkom , oče... Slažete se - ovo im je sigurno zvučalo apsolutno i potpuno nenormalno! I, da budem iskren, još ne mogu da shvatim zašto su me ovi ljudi uopšte slušali?!

Ovo je neuhvatljivo poznata riječ "sinhrofazotron"! Podsjetite me kako je to dospjelo u uši običnog čovjeka u Sovjetskom Savezu? Bio je neki film ili popularna pesma, sećam se tačno šta je to bilo! Ili je to jednostavno bio analog neizgovorive riječi?

Sada se prisjetimo šta je to i kako je nastalo...

Sovjetski Savez je 1957. godine napravio revolucionarni naučni iskorak u dva pravca odjednom: u oktobru je lansiran prvi veštački Zemljin satelit, a nekoliko meseci ranije, u martu, počeo je da radi legendarni sinhrofazotron, gigantska instalacija za proučavanje mikrosveta. Dubna. Ova dva događaja šokirala su cijeli svijet, a riječi „satelit“ i „sinhrofazotron“ su se čvrsto udomaćile u našim životima.

Sinhrofazotron je vrsta akceleratora nabijenih čestica. Čestice u njima se ubrzavaju do velikih brzina i, posljedično, do visokih energija. Na osnovu rezultata njihovih sudara sa drugim atomskim česticama, prosuđuje se struktura i svojstva materije. Vjerovatnoća sudara određena je intenzitetom snopa ubrzanih čestica, odnosno brojem čestica u njemu, pa je intenzitet, uz energiju, važan parametar akceleratora.

Akceleratori dostižu ogromne veličine, a nije slučajno što ih je pisac Vladimir Karcev nazvao piramidama nuklearnog doba, po kojima će potomci suditi o nivou naše tehnologije.

Prije nego što su napravljeni akceleratori, jedini izvor visokoenergetskih čestica bili su kosmičke zrake. To su uglavnom protoni s energijom reda nekoliko GeV, koji slobodno dolaze iz svemira, i sekundarne čestice koje nastaju njihovom interakcijom s atmosferom. No, protok kosmičkih zraka je haotičan i slabog intenziteta, pa su se vremenom počele stvarati posebne instalacije za laboratorijska istraživanja - akceleratori s kontroliranim snopovima čestica visoke energije i većeg intenziteta.

Rad svih akceleratora zasniva se na dobro poznatoj činjenici: nabijenu česticu ubrzava električno polje. Međutim, nemoguće je dobiti čestice vrlo velike energije ubrzavanjem samo jednom između dvije elektrode, jer bi to zahtijevalo primjenu velikog napona na njih, što je tehnički nemoguće. Stoga se čestice visoke energije dobijaju uzastopnim prolaskom između elektroda.

Ubrzivači u kojima čestica prolazi kroz uzastopno locirane ubrzavajuće praznine nazivaju se linearni. S njima je počeo razvoj akceleratora, ali je zahtjev za povećanjem energije čestica doveo do gotovo nerealno dugih dužina instalacije.

Godine 1929. američki naučnik E. Lawrence predložio je dizajn akceleratora u kojem se čestica kreće spiralno, uzastopno prolazeći kroz isti jaz između dvije elektrode. Putanja čestice je savijena i uvrnuta jednoličnim magnetskim poljem usmjerenim okomito na orbitalnu ravan. Akcelerator se zvao ciklotron. Godine 1930-1931, Lawrence i njegove kolege izgradili su prvi ciklotron na Univerzitetu u Kaliforniji (SAD). Za ovaj izum dobio je Nobelovu nagradu 1939. godine.

U ciklotronu, ujednačeno magnetsko polje stvara veliki elektromagnet, a električno polje se stvara između dvije šuplje elektrode u obliku slova D (otuda njihov naziv, "dees"). Na elektrode se primjenjuje izmjenični napon, koji mijenja polaritet svaki put kada čestica napravi pola okretaja. Zbog toga električno polje uvijek ubrzava čestice. Ova ideja se ne bi mogla ostvariti ako bi čestice različitih energija imale različite periode okretanja. Ali, na sreću, iako se brzina povećava sa povećanjem energije, period okretanja ostaje konstantan, jer se promjer putanje povećava u istom omjeru. Upravo ovo svojstvo ciklotrona omogućava korištenje konstantne frekvencije električnog polja za ubrzanje.

Ubrzo su se ciklotroni počeli stvarati u drugim istraživačkim laboratorijima.

Zgrada sinhrofazotrona 1950-ih godina

Potreba za stvaranjem ozbiljne akceleratorske baze u Sovjetskom Savezu objavljena je na nivou vlade u martu 1938. Grupa istraživača sa Lenjingradskog instituta za fiziku i tehnologiju (LPTI), predvođena akademikom A.F. Ioffe se obratio predsjedniku Vijeća narodnih komesara SSSR-a V.M. Molotova pismom u kojem je predloženo stvaranje tehničke osnove za istraživanje u oblasti strukture atomskog jezgra. Pitanja o strukturi atomskog jezgra postala su jedan od centralnih problema prirodnih nauka, a Sovjetski Savez je znatno zaostajao u njihovom rješavanju. Dakle, ako je Amerika imala najmanje pet ciklotrona, onda Sovjetski Savez nije imao nijedan (jedini ciklotron Instituta za radij Akademije nauka (RIAN), lansiran 1937. godine, praktički nije radio zbog nedostataka u dizajnu). Apel Molotovu sadržavao je zahtjev da se stvore uslovi za završetak izgradnje LPTI ciklotrona do 1. januara 1939. godine. Rad na njegovom stvaranju, koji je započeo 1937. godine, obustavljen je zbog resornih nedosljednosti i prestanka finansiranja.

Zaista, u vrijeme kada je pismo napisano, postojao je jasan nesporazum u vladinim krugovima u zemlji o važnosti istraživanja u oblasti atomske fizike. Prema memoarima M.G. Meshcheryakov, 1938. čak se postavljalo pitanje likvidacije Instituta za radijum, koji se, po nekim mišljenju, bavio nepotrebnim istraživanjem uranijuma i torijuma, dok je zemlja pokušavala da poveća proizvodnju uglja i topljenje čelika.

Pismo Molotovu imalo je efekta, a već u junu 1938. komisija Akademije nauka SSSR-a, na čelu sa P.L. Kapica je, na zahtjev Vlade, dao zaključak o potrebi izgradnje ciklotrona od 10-20 MeV na LFTI, ovisno o vrsti ubrzanih čestica, te poboljšanja RIAN ciklotrona.

U novembru 1938. S.I. Vavilov je, u apelu Prezidijumu Akademije nauka, predložio da se u Moskvi izgradi ciklotron LPTI i da se laboratorija IV prenese na Institut za fiziku Akademije nauka (FIAN) iz LPTI. Kurčatova, koja je učestvovala u njenom stvaranju. Sergej Ivanovič je želeo da se centralna laboratorija za proučavanje atomskog jezgra nalazi na istom mestu gde se nalazila Akademija nauka, odnosno u Moskvi. Međutim, nije dobio podršku u LPTI. Polemika je okončana krajem 1939. godine, kada je A.F. Ioffe je predložio stvaranje tri ciklotrona odjednom. Dana 30. jula 1940. godine, na sastanku Prezidijuma Akademije nauka SSSR-a, odlučeno je da se RIAN-u zaduži da ove godine rekonstruiše postojeći ciklotron, a FIAN-u da pripremi potrebne materijale za izgradnju novog moćnog ciklotrona do 15. oktobra. , i LFTI za završetak izgradnje ciklotrona u prvoj četvrtini 1941. godine.

U vezi sa ovom odlukom, FIAN je stvorio takozvani ciklotronski tim, u koji su bili Vladimir Iosifović Veksler, Sergej Nikolajevič Vernov, Pavel Aleksejevič Čerenkov, Leonid Vasiljevič Grošev i Jevgenij Ljovič Fajnberg. Dana 26. septembra 1940. godine, Biro Odeljenja za fizičke i matematičke nauke (OPMS) čuo je informaciju od V.I. Wexler na projektnim specifikacijama za ciklotron, odobrio je njegove glavne karakteristike i procjene konstrukcije. Ciklotron je dizajniran da ubrza deuterone do energije od 50 MeV. FIAN je planirao da počne sa izgradnjom 1941. godine i pušta u rad 1943. godine. Planove je poremetio rat.

Hitna potreba za stvaranjem atomske bombe natjerala je Sovjetski Savez da mobilizira napore u proučavanju mikrosvijeta. Dva ciklotrona su izgrađena jedan za drugim u Laboratoriji br. 2 u Moskvi (1944, 1946); u Lenjingradu, nakon ukidanja blokade, obnovljeni su ciklotroni RIAN-a i LPTI (1946).

Iako je projekat FIAN ciklotrona odobren prije rata, postalo je jasno da se Lawrenceov dizajn iscrpio, jer energija ubrzanih protona nije mogla preći 20 MeV. Upravo iz te energije počinje se osjećati učinak povećanja mase čestice brzinama srazmjernim brzini svjetlosti, što proizlazi iz Einsteinove teorije relativnosti.

Zbog povećanja mase, rezonancija između prolaska čestice kroz ubrzavajuću prazninu i odgovarajuće faze električnog polja je poremećena, što povlači za sobom kočenje.

Treba napomenuti da je ciklotron dizajniran da ubrzava samo teške čestice (protone, ione). To je zbog činjenice da zbog premale mase mirovanja, elektron već pri energijama od 1-3 MeV postiže brzinu blisku brzini svjetlosti, zbog čega se njegova masa primjetno povećava i čestica brzo napušta rezonanciju. .

Prvi ciklični akcelerator elektrona bio je betatron, koji je napravio Kerst 1940. na osnovu Wideroeove ideje. Betatron je zasnovan na Faradejevom zakonu, prema kojem se, kada se promijeni magnetni fluks koji prodire u zatvoreni krug, u ovom krugu pojavljuje elektromotorna sila. U betatronu, zatvorena petlja je tok čestica koje se kreću kružnom orbiti u vakuumskoj komori konstantnog radijusa u magnetskom polju koje se postepeno povećava. Kada se magnetni tok unutar orbite poveća, nastaje elektromotorna sila čija tangencijalna komponenta ubrzava elektrone. U betatronu, poput ciklotrona, postoji ograničenje za proizvodnju čestica vrlo visoke energije. To je zbog činjenice da, prema zakonima elektrodinamike, elektroni koji se kreću po kružnim orbitama emituju elektromagnetne valove, koji odnose mnogo energije pri relativističkim brzinama. Da bi se nadoknadili ovi gubici, potrebno je značajno povećati veličinu magnetnog jezgra, što ima praktičnu granicu.

Dakle, do ranih 1940-ih, mogućnosti za dobijanje viših energija i od protona i od elektrona bile su iscrpljene. Za dalja istraživanja mikrosvijeta bilo je potrebno povećati energiju ubrzanih čestica, pa je zadatak pronalaženja novih metoda ubrzanja postao hitan.

U februaru 1944. V.I. Wexler je iznio revolucionarnu ideju o tome kako savladati energetsku barijeru ciklotrona i betatrona. Bilo je tako jednostavno da se činilo čudnim zašto nisu ranije došli do toga. Ideja je bila da se tokom rezonantnog ubrzanja frekvencije rotacije čestica i ubrzavajuće polje stalno poklapaju, drugim riječima, budu sinhrone. Prilikom ubrzavanja teških relativističkih čestica u ciklotronu, za sinhronizaciju je predloženo da se promijeni frekvencija ubrzavajućeg električnog polja prema određenom zakonu (kasnije je takav akcelerator nazvan sinhrociklotron).

Za ubrzanje relativističkih elektrona predložen je akcelerator, koji je kasnije nazvan sinhrotron. U njemu se ubrzanje provodi naizmjeničnim električnim poljem konstantne frekvencije, a sinhronizam osigurava magnetsko polje koje varira prema određenom zakonu, koje drži čestice u orbiti konstantnog radijusa.

U praktične svrhe, bilo je potrebno teorijski provjeriti da su predloženi procesi ubrzanja stabilni, odnosno da će se uz manja odstupanja od rezonancije faziranje čestica odvijati automatski. Teoretski fizičar ciklotronskog tima E.L. Feinberg je skrenuo pažnju Veksleru na ovo i sam je striktno matematički dokazao stabilnost procesa. Zato je Vekslerova ideja nazvana „princip autofaziranja“.

Kako bi se razgovaralo o rezultirajućem rješenju, FIAN je održao seminar na kojem je Wexler dao uvodni izvještaj, a Feinberg o održivosti. Rad je odobren, a iste 1944. godine časopis "Izvještaji Akademije nauka SSSR-a" objavio je dva članka u kojima se raspravljalo o novim metodama ubrzanja (prvi članak se bavio akceleratorom zasnovanim na više frekvencija, kasnije nazvanim mikrotron). Njihov autor je naveden samo kao Wexler, a Feinbergovo ime uopće nije spomenuto. Vrlo brzo je Feinbergova uloga u otkriću principa autofaziranja nezasluženo predana potpunom zaboravu.

Godinu dana kasnije, princip autofaziranja je nezavisno otkrio američki fizičar E. MacMillan, ali je Wexler zadržao prioritet.

Treba napomenuti da se u akceleratorima zasnovanim na novom principu jasno manifestiralo „pravilo poluge” - dobitak u energiji je podrazumijevao gubitak intenziteta snopa ubrzanih čestica, što je povezano s cikličnom prirodom njihovog ubrzanja. , za razliku od glatkog ubrzanja kod ciklotrona i betatrona. Na ovu neugodnu tačku odmah je ukazano na sjednici Odjeljenja za fizičko-matematičke nauke 20. februara 1945. godine, ali su istovremeno svi jednoglasno došli do zaključka da ta okolnost ni u kom slučaju ne smije ometati realizaciju projekta. Iako je, inače, borba za intenzitet naknadno stalno živcirala "akceleratore".

Na istoj sjednici, na prijedlog predsjednika Akademije nauka SSSR-a S.I. Vavilov, odlučeno je da se odmah naprave dvije vrste akceleratora koje je predložio Wexler. Dana 19. februara 1946. Posebni komitet pri Vijeću narodnih komesara SSSR-a naložio je relevantnoj komisiji da razradi svoje projekte, navodeći kapacitet, vrijeme proizvodnje i mjesto izgradnje. (U FIAN-u je odustalo od stvaranja ciklotrona.)

Kao rezultat toga, 13. avgusta 1946. istovremeno su izdate dvije rezolucije Vijeća ministara SSSR-a, koje je potpisao predsjedavajući Vijeća ministara SSSR-a I.V. Staljin i rukovodilac poslova Vijeća ministara SSSR-a Ya.E. Čadajev, za stvaranje sinhrociklotrona sa energijom deuterona od 250 MeV i sinhrotrona sa energijom od 1 GeV. Energiju akceleratora diktirala je prvenstveno politička konfrontacija između SAD-a i SSSR-a. U SAD-u su već napravili sinhrociklotron sa energijom deuterona od oko 190 MeV i počeli da grade sinhrotron sa energijom od 250–300 MeV. Domaći akceleratori trebali su energetski nadmašiti američke.

Sinhrociklotron je bio povezan s nadom u otkriće novih elemenata, novih načina proizvodnje atomske energije iz izvora jeftinijih od uranijuma. Uz pomoć sinhrotrona namjeravali su umjetno proizvesti mezone, koji su, kako su sovjetski fizičari u to vrijeme pretpostavljali, bili sposobni izazvati nuklearnu fisiju.

Obje rezolucije su izdate sa žigom „Strogo povjerljivo (posebna fascikla)“, budući da je izgradnja akceleratora izvedena u sklopu projekta stvaranja atomske bombe. Uz njihovu pomoć, nadali su se da će dobiti tačnu teoriju nuklearnih sila neophodnu za proračune bombi, koji su se u to vrijeme provodili samo pomoću velikog skupa približnih modela. Istina, pokazalo se da sve nije tako jednostavno kao što se u početku mislilo, a treba napomenuti da takva teorija do danas nije stvorena.

Rezolucijama su određena gradilišta za akceleratore: sinhrotron - u Moskvi, na Kalužskoj magistrali (danas Lenjinski prospekt), na teritoriji Fizičkog instituta Lebedeva; sinhrociklotron - na području hidroelektrane Ivankovskaja, 125 kilometara sjeverno od Moskve (u to vrijeme Kalinjinska oblast). U početku je izrada oba akceleratora povjerena FIAN-u. Za šefa sinhrotronskog rada imenovan je V.I. Veksler, a za sinhrociklotron - D.V. Skobeltsyn.

Sa leve strane je doktor tehničkih nauka, profesor L.P. Zinovjev (1912–1998), desno - akademik Akademije nauka SSSR V.I. Wexler (1907–1966) tokom stvaranja sinhrofazotrona

Šest mjeseci kasnije, šef nuklearnog projekta I.V. Kurčatov, nezadovoljan napretkom rada na sinhrociklotronu Fianov, prenio je ovu temu u svoju Laboratoriju br. 2. Za novog voditelja teme imenovao je M.G. Meshcheryakov, oslobođen rada u Lenjingradskom institutu radija. Pod vodstvom Meshcheryakova, Laboratorija br. 2 kreirala je model sinhrociklotrona, koji je već eksperimentalno potvrdio ispravnost principa autofaziranja. Godine 1947. počela je izgradnja akceleratora u Kalinjinskoj oblasti.

Dana 14. decembra 1949. godine, pod rukovodstvom M.G. Meshcheryakov sinhrociklotron je uspješno lansiran prema planu i postao je prvi akcelerator ovog tipa u Sovjetskom Savezu, nadmašujući energiju sličnog akceleratora stvorenog 1946. godine u Berkeleyju (SAD). Ostao je rekord do 1953. godine.

U početku je laboratorija, zasnovana na sinhrociklotronu, nazvana Hidrotehnička laboratorija Akademije nauka SSSR-a (GTL) zbog tajnosti i bila je ogranak Laboratorije br. 2. 1953. transformisana je u nezavisni Institut za nuklearne probleme Akademije nauka SSSR-a (INP), na čelu sa M.G. Meshcheryakov.

Akademik Ukrajinske akademije nauka A.I. Leypunsky (1907–1972), na osnovu principa autofaziranja, predložio je dizajn akceleratora, kasnije nazvanog sinhrofazotronom (fotografija: “Nauka i život”)
Stvaranje sinhrotrona nije bilo moguće iz više razloga. Prvo, zbog nepredviđenih poteškoća bilo je potrebno izgraditi dva sinhrotrona na nižim energijama - 30 i 250 MeV. Nalazili su se na teritoriji Fizičkog instituta Lebedev i odlučili su da izgrade sinhrotron od 1 GeV van Moskve. U junu 1948. dodijeljeno mu je mjesto nekoliko kilometara od sinhrociklotrona koji se već gradio u Kalinjinskoj oblasti, ali ni tamo nikada nije izgrađen, jer je prednost dat akceleratoru koji je predložio akademik Ukrajinske akademije nauka Aleksandar Iljič Lejpunski. Desilo se na sljedeći način.

Godine 1946. A.I. Leypunsky, zasnovan na principu autofaziranja, iznio je ideju o mogućnosti stvaranja akceleratora koji kombinira karakteristike sinhrotrona i sinhrociklotrona. Nakon toga, Wexler je ovu vrstu akceleratora nazvao sinhrofazotronom. Ime postaje jasno ako uzmemo u obzir da se sinhrociklotron u početku zvao fazotron, a u kombinaciji sa sinhrotronom se dobija sinhrofazotron. U njemu, kao rezultat promjena u kontrolnom magnetskom polju, čestice se kreću u prstenu, kao u sinhrotronu, a ubrzanje proizvodi visokofrekventno električno polje čija frekvencija varira s vremenom, kao u sinhrociklotronu. To je omogućilo značajno povećanje energije ubrzanih protona u odnosu na sinhrociklotron. U sinhrofazotronu, protoni se unaprijed ubrzavaju u linearnom akceleratoru - injektoru. Čestice unesene u glavnu komoru počinju da kruže u njoj pod uticajem magnetnog polja. Ovaj način rada naziva se betatron. Zatim se visokofrekventni ubrzavajući napon uključuje na elektrode postavljene u dva dijametralno suprotna ravna praznina.

Od sva tri tipa akceleratora zasnovanih na principu autofaziranja, sinhrofazotron je tehnički najsloženiji, a tada su mnogi sumnjali u mogućnost njegovog stvaranja. Ali Leypunsky, uvjeren da će sve uspjeti, hrabro je krenuo u realizaciju svoje ideje.

Godine 1947., u Laboratoriji "B" u blizini stanice Obninskoye (danas grad Obninsk), posebna akceleratorska grupa pod njegovim vodstvom počela je razvijati akcelerator. Prvi teoretičari sinhrofazotrona bili su Yu.A. Krutkov, O.D. Kazachkovsky i L.L. Sabsovich. U februaru 1948. održana je zatvorena konferencija o akceleratorima, kojoj su, pored ministara, prisustvovali i A.L. Mints, tada već poznati specijalista za radiotehniku, i glavni inženjeri lenjingradskih elektrosila i transformatora. Svi su izjavili da bi se akcelerator koji je predložio Leypunsky mogao napraviti. Ohrabrujući prvi teorijski rezultati i podrška inženjera iz vodećih tvornica omogućili su početak rada na specifičnom tehničkom projektu za veliki akcelerator s energijom protona od 1,3–1,5 GeV i početak eksperimentalnog rada koji je potvrdio ispravnost ideje Leipunskog. Do decembra 1948. tehnički projekat akceleratora je bio gotov, a do marta 1949. Lejpunski je trebalo da predstavi idejni projekat sinhrofazotrona od 10 GeV.

I iznenada 1949. godine, u jeku radova, vlada je odlučila da prenese rad na sinhrofazotronu na Fizički institut Lebedev. Za što? Zašto? Uostalom, FIAN već stvara sinhrotron od 1 GeV! Da, činjenica je da su oba projekta, sinhrotron od 1,5 GeV i sinhrotron od 1 GeV, bili preskupi, pa se postavilo pitanje njihove izvodljivosti. To je konačno riješeno na jednom od specijalnih sastanaka u FIAN-u, gdje su se okupili vodeći fizičari zemlje. Smatrali su da je nepotrebno graditi sinhrotron od 1 GeV zbog nedostatka velikog interesovanja za ubrzanje elektrona. Glavni protivnik ove pozicije bio je M.A. Markov. Njegov glavni argument je bio da je mnogo efikasnije proučavati i protone i nuklearne sile koristeći već dobro proučenu elektromagnetnu interakciju. Međutim, nije uspio odbraniti svoje gledište, a pozitivna odluka se pokazala u korist projekta Leipunskog.

Ovako izgleda sinhrofazotron od 10 GeV u Dubni

Wexlerov cijenjeni san o izgradnji najvećeg akceleratora se rušio. Ne želeći da trpi trenutnu situaciju, on je uz podršku S.I. Vavilova i D.V. Skobeltsyna je predložio da se odustane od izgradnje sinhrofazotrona od 1,5 GeV i počne projektirati akcelerator od 10 GeV, koji je prethodno bio povjeren A.I. Leypunsky. Vlada je prihvatila ovaj prijedlog, jer se u aprilu 1948. godine saznalo za projekt sinhrofazotrona od 6-7 GeV na Univerzitetu u Kaliforniji i željeli su barem nakratko biti ispred Sjedinjenih Država.

Dana 2. maja 1949. godine, Vijeće ministara SSSR-a izdalo je dekret o stvaranju sinhrofazotrona s energijom od 7-10 GeV na teritoriji koja je ranije bila određena za sinhrotron. Tema je prebačena na Fizički institut Lebedev, a V.I. je imenovan za njegovog naučnog i tehničkog direktora. Wexler, iako je Leypunsky bio prilično dobar.

To se može objasniti, prije svega, činjenicom da se Wexler smatrao autorom principa autofaziranja i, prema sjećanjima suvremenika, L.P. mu je bio vrlo naklonjen. Beria. Drugo, S.I. Vavilov je u to vrijeme bio ne samo direktor FIAN-a, već i predsjednik Akademije nauka SSSR-a. Leypunsky je ponuđen da postane Wexlerov zamjenik, ali je on odbio i nije učestvovao u stvaranju sinhrofazotrona u budućnosti. Prema zamjeniku Leypunsky O.D. Kazačkovskog, "bilo je jasno da se dva medveda neće slagati u jednoj jazbini." Nakon toga A.I. Leypunsky i O.D. Kazačkovski je postao vodeći stručnjaci za reaktore i 1960. godine dobio je Lenjinovu nagradu.

Rezolucija je sadržala klauzulu o premještaju na rad u Fizički institut Lebedev Laboratorije „B“ zaposlenih koji su uključeni u razvoj akceleratora, uz prenos odgovarajuće opreme. I imalo se šta prenijeti: rad na akceleratoru u Laboratoriji „B“ do tada je doveden do faze modela i opravdanja glavnih odluka.

Nisu svi bili oduševljeni prelaskom u FIAN, budući da je sa Leypunskyjem bilo lako i zanimljivo raditi: bio je ne samo odličan naučni supervizor, već i divna osoba. Međutim, bilo je gotovo nemoguće odbiti transfer: u to teško vrijeme, odbijanje je prijetilo suđenjem i logorima.

Grupa prebačena iz Laboratorije „B“ uključivala je inženjera Leonida Petroviča Zinovjeva. On je, kao i drugi članovi grupe akceleratora, u laboratoriju Leypunskog najprije radio na razvoju pojedinačnih komponenti potrebnih za model budućeg akceleratora, posebno izvora jona i visokonaponskih impulsnih kola za napajanje injektora. Leypunsky je odmah skrenuo pažnju na kompetentnog i kreativnog inženjera. Po njegovim uputstvima, Zinovjev se prvi uključio u stvaranje pilot-instalacije u kojoj bi se mogao simulirati čitav proces ubrzanja protona. Tada niko nije mogao ni zamisliti da će Zinovjev, postavši jedan od pionira u oživljavanju ideje sinhrofazotrona, biti jedina osoba koja će proći kroz sve faze njegovog stvaranja i poboljšanja. I neće samo proći, već će ih voditi.

Teorijski i eksperimentalni rezultati dobijeni u Laboratoriji „B“ korišćeni su na Fizičkom institutu Lebedev pri projektovanju sinhrofazotrona od 10 GeV. Međutim, povećanje energije akceleratora na ovu vrijednost zahtijevalo je značajne modifikacije. Poteškoće u njegovom stvaranju uvelike je pogoršala činjenica da u to vrijeme nije bilo iskustva u izgradnji tako velikih instalacija u cijelom svijetu.

Pod rukovodstvom teoretičara M.S. Rabinovich i A.A. Kolomensky u FIAN-u je napravio fizičku potporu tehničkog projekta. Glavne komponente sinhrofazotrona razvili su Moskovski radiotehnički institut Akademije nauka i Lenjingradski istraživački institut pod vodstvom njihovih direktora A.L. Mints i E.G. Mosquito.

Da bismo stekli potrebno iskustvo, odlučili smo da napravimo model sinhrofazotrona sa energijom od 180 MeV. Nalazio se na teritoriji Fizičkog instituta Lebedev u posebnoj zgradi, koja je iz razloga tajnosti nazvana skladište broj 2. Početkom 1951. Wexler je povjerio sve radove na modelu, uključujući ugradnju opreme, podešavanje i njegovo sveobuhvatno lansiranje, Zinovjevu.

Model Fianov nikako nije bio mali - njegov magnet prečnika 4 metra težio je 290 tona. Nakon toga, Zinovjev se prisjetio da kada su sastavili model u skladu s prvim proračunima i pokušali da ga pokrenu, u početku ništa nije funkcioniralo. Mnoge nepredviđene tehničke poteškoće su morale biti prevladane prije nego što je model lansiran. Kada se to dogodilo 1953., Veksler je rekao: „To je to! Sinhrofazotron Ivankovsky će raditi!” Govorili smo o velikom sinhrofazotronu od 10 GeV, koji je već počeo da se gradi 1951. godine u Kalinjinskoj oblasti. Gradnju je izvodila organizacija kodnog naziva TDS-533 (Tehnička direkcija za izgradnju 533).

Nedugo prije lansiranja modela, u jednom američkom časopisu neočekivano se pojavila poruka o novom dizajnu magnetnog sistema akceleratora, nazvanom tvrdo fokusiranje. Izvodi se u obliku skupa naizmjeničnih sekcija sa suprotno usmjerenim gradijentima magnetskog polja. Ovo značajno smanjuje amplitudu oscilacija ubrzanih čestica, što zauzvrat omogućava značajno smanjenje poprečnog presjeka vakuumske komore. Kao rezultat, štedi se velika količina željeza koje se koristi za izradu magneta. Na primjer, akcelerator od 30 GeV u Ženevi, zasnovan na tvrdom fokusiranju, ima tri puta veću energiju i tri puta veći obim od sinhrofazotrona Dubna, a njegov magnet je deset puta lakši.

Dizajn magneta za tvrdo fokusiranje predložili su i razvili američki naučnici Courant, Livingston i Snyder 1952. godine. Nekoliko godina prije njih, Christofilos je došao na istu ideju, ali je nije objavio.

Zinovjev je odmah cijenio otkriće Amerikanaca i predložio redizajn sinhrofazotrona Dubna. Ali ovo bi moralo žrtvovati vrijeme. Veksler je tada rekao: "Ne, barem na jedan dan, ali moramo biti ispred Amerikanaca." Vjerovatno je u uslovima Hladnog rata bio u pravu – „konje se ne mijenja usred toka“. I nastavili su graditi veliki akcelerator prema prethodno razvijenom projektu. 1953. godine, na bazi sinhrofazotrona u izgradnji, stvorena je Elektrofizička laboratorija Akademije nauka SSSR-a (EFLAN). Za njegovog direktora imenovan je V.I. Wexler.

Godine 1956. INP i EFLAN činili su osnovu osnovanog Zajedničkog instituta za nuklearna istraživanja (JINR). Njegova lokacija postala je poznata kao grad Dubna. Do tada je energija protona na sinhrociklotronu iznosila 680 MeV, a izgradnja sinhrofazotrona je bila završena. Od prvih dana formiranja JINR, stilizovani crtež zgrade sinhrofazotrona (V.P. Bochkarev) postao je njen službeni simbol.

Model je pomogao u rješavanju brojnih problema za akcelerator od 10 GeV, ali dizajn mnogih čvorova je doživio značajne promjene zbog velike razlike u veličini. Prosječni promjer sinhrofazotronskog elektromagneta bio je 60 metara, a težina 36 hiljada tona (prema svojim parametrima i dalje ostaje u Ginisovoj knjizi rekorda). Pojavio se čitav niz novih složenih inženjerskih problema koje je tim uspješno riješio.

Konačno, sve je bilo spremno za sveobuhvatno pokretanje akceleratora. Po nalogu Wexlera, vodio ga je L.P. Zinovjev. Radovi su počeli krajem decembra 1956. godine, situacija je bila napeta, a Vladimir Iosifović nije štedio ni sebe ni svoje zaposlene. Često smo ostajali preko noći na krevetićima u ogromnoj kontrolnoj sobi instalacije. Prema memoarima A.A. Kolomenskog, Veksler je većinu svoje neiscrpne energije u to vreme potrošio na „iznuđivanje“ pomoći od spoljnih organizacija i na sprovođenje razumnih predloga, koji su uglavnom dolazili od Zinovjeva. Wexler je visoko cijenio svoju eksperimentalnu intuiciju, koja je odigrala odlučujuću ulogu u lansiranju divovskog akceleratora.

Dugo vremena nisu mogli dobiti betatron mod, bez kojeg je lansiranje nemoguće. A Zinovjev je bio taj koji je u ključnom trenutku shvatio šta treba učiniti da se sinhrofazotronu udahne život. Eksperiment, koji je pripreman dvije sedmice, konačno je okrunjen uspjehom, na radost svih. Sinhrofazotron Dubna je počeo sa radom 15. marta 1957. godine, o čemu je list Pravda izvijestio cijeli svijet 11. aprila 1957. (članak V. I. Vekslera). Zanimljivo je da se ova vijest pojavila tek kada je energija akceleratora, postepeno podizana od dana lansiranja, premašila energiju od 6,3 GeV tada vodećeg američkog sinhrofazotrona u Berkeleyu. “Postoji 8,3 milijarde elektron-volti!” - objavio je list, saopštavajući da je u Sovjetskom Savezu stvoren rekordni akcelerator. Wexlerov cijenjeni san se ostvario!

Energija protona je 16. aprila dostigla projektovanu vrednost od 10 GeV, ali je akcelerator pušten u rad tek nekoliko meseci kasnije, pošto je bilo još dosta nerešenih tehničkih problema. A ipak je glavna stvar bila iza nas - sinhrofazotron je počeo da radi.

Veksler je to izvijestio na drugoj sjednici Nastavnog vijeća Zajedničkog instituta u maju 1957. Istovremeno, direktor instituta D.I. Blokhintsev je napomenuo da je, prvo, sinhrofazotronski model stvoren za godinu i po dana, dok je u Americi za to trebalo oko dvije godine. Drugo, sam sinhrofazotron je lansiran za tri mjeseca, po planu, iako je u početku izgledalo nerealno. Upravo je lansiranje sinhrofazotrona donijelo Dubni prvu svjetsku slavu.

Na trećoj sjednici naučnog vijeća instituta, dopisni član Akademije nauka V.P. Dželepov je napomenuo da je „Zinovjev u svakom pogledu bio duša startapa i dao je kolosalnu količinu energije i truda ovoj stvari, odnosno kreativnog truda tokom postavljanja mašine“. A D.I. Blokhincev je dodao da je „Zinovjev zapravo nosio ogroman trud kompleksnog prilagođavanja“.

Hiljade ljudi je bilo uključeno u stvaranje sinhrofazotrona, ali Leonid Petrovič Zinovjev je u tome imao posebnu ulogu. Veksler je napisao: „Uspjeh lansiranja sinhrofazotrona i mogućnost pokretanja širokog spektra fizičkih radova na njemu umnogome su povezani sa učešćem L.P. u ovim radovima. Zinovjev."

Zinovjev je planirao da se vrati u FIAN nakon lansiranja akceleratora. Međutim, Veksler ga je molio da ostane, vjerujući da ne može nikome drugom povjeriti upravljanje sinhrofazotronom. Zinovjev je pristao i nadgledao rad akceleratora više od trideset godina. Pod njegovim vodstvom i neposrednim učešćem, akcelerator je stalno unapređivan. Zinovjev je volio sinhrofazotron i vrlo suptilno osjećao dah ovog gvozdenog diva. Prema njegovim riječima, nije postojao niti jedan dio akceleratora, čak ni najmanji, koji nije dirao i čiju svrhu nije znao.

U oktobru 1957. godine, na proširenom sastanku naučnog saveta Instituta Kurčatov, kojim je predsedavao sam Igor Vasiljevič, sedamnaest ljudi iz različitih organizacija koje su učestvovale u stvaranju sinhrofazotrona nominovano je za najprestižniju Lenjinovu nagradu u Sovjetskom Savezu. vrijeme. No, prema uslovima, broj laureata nije mogao biti veći od dvanaest ljudi. U aprilu 1959. nagradu je dobio direktor Laboratorije visoke energije JINR V.I. Veksler, šef odjeljenja iste laboratorije L.P. Zinovjev, zamjenik načelnika Glavne uprave za korištenje atomske energije pri Vijeću ministara SSSR-a D.V. Efremov, direktor Lenjingradskog istraživačkog instituta E.G. Komar i njegovi saradnici N.A. Monoszon, A.M. Stolov, direktor Moskovskog radiotehničkog instituta Akademije nauka SSSR-a A.L. Kovnice novca, uposlenici istog instituta F.A. Vodopyanov, S.M. Rubchinsky, zaposlenici FIAN-a A.A. Kolomensky, V.A. Petukhov, M.S. Rabinovich. Veksler i Zinovjev postali su počasni građani Dubne.

Sinhrofazotron je ostao u službi četrdeset pet godina. Za to vrijeme na njemu su napravljena brojna otkrića. 1960. sinhrofazotronski model je pretvoren u akcelerator elektrona, koji još uvijek radi na Fizičkom institutu Lebedev.

izvori

književnost:
Kolomensky A. A., Lebedev A. N. Teorija cikličkih akceleratora. - M., 1962.
Komar E.G. Akceleratori nabijenih čestica. - M., 1964.
Livingood J. Principi rada cikličkih akceleratora - M., 1963.
Oganesyan Yu Kako je nastao ciklotron / Nauka i život, 1980. br. 4, str. 73.
Hill R. Tragom čestica - M., 1963.

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.larisa-zinovyeva.com

I podsjetit ću vas na neke druge postavke: na primjer, i kako to izgleda. Zapamtite i šta. Ili možda ne znaš? ili šta je to Originalni članak je na web stranici InfoGlaz.rf Link na članak iz kojeg je napravljena ova kopija -

Godine 1957. SSSR je napravio naučni i tehnički proboj u nekoliko oblasti: uspešno je lansirao veštački Zemljin satelit, a nekoliko meseci pre ovog događaja sinhrofazotron je počeo da radi u Dubni. Šta je to i zašto je potrebna takva instalacija? Ovo pitanje je zabrinjavalo ne samo građane SSSR-a u to vrijeme, već i cijeli svijet. Naravno, naučna zajednica je shvatila o čemu se radi, ali obični građani su bili zbunjeni kada su čuli ovu riječ. Ni danas većina ljudi ne razumije suštinu i princip sinhrofazotrona, iako su ovu riječ čuli više puta. Hajde da shvatimo šta je ovo uređaj i za šta je korišten.

Za šta se koristi sinhrofazotron?

Ova instalacija je razvijena za proučavanje mikrokosmosa i razumijevanje strukture elementarnih čestica i zakona njihove međusobne interakcije. Sama metoda saznanja bila je krajnje jednostavna: razbiti česticu i vidjeti šta je unutra. Međutim, kako možete razbiti proton? U tu svrhu stvoren je sinhrofazotron koji ubrzava čestice i udara ih u metu. Potonji može biti nepomičan, ali u modernom Velikom hadronskom sudaraču (koji je poboljšana verzija dobrog starog sinhrofazotrona) meta se kreće. Tamo se snopovi protona kreću jedan prema drugom velikom brzinom i udaraju jedni druge.

Vjerovalo se da će ova instalacija omogućiti naučni iskorak, otkrivanje novih elemenata i metoda za proizvodnju atomske energije iz jeftinih izvora koji će biti efikasniji od obogaćenog uranijuma i sigurniji i manje štetni za okoliš.

Vojne svrhe

Naravno, težili su se i vojnim ciljevima. Stvaranje atomske energije u miroljubive svrhe samo je izgovor za naivne. Nije slučajno da je projekat sinhrofazotrona klasifikovan kao „strogo poverljivo“, jer je izgradnja ovog akceleratora izvedena u sklopu projekta stvaranja nove atomske bombe. Uz njegovu pomoć željeli su dobiti poboljšanu teoriju nuklearnih sila, koja je neophodna za proračun i stvaranje bombe. Istina, sve se pokazalo mnogo komplikovanije, a ova teorija i danas nedostaje.

Šta je sinhrofazotron jednostavnim riječima?

Da rezimiramo, ova instalacija je akcelerator elementarnih čestica, posebno protona. Sinhrofazotron se sastoji od nemagnetne petlje cijevi s vakuumom unutar, kao i snažnih elektromagneta. Naizmjenično, magneti se uključuju, vodeći nabijene čestice unutar vakuumske cijevi. Kada uz pomoć akceleratora dostignu maksimalnu brzinu, šalju se na posebnu metu. Protoni ga pogađaju, razbijaju samu metu i razbijaju se sami. Fragmenti lete u različitim smjerovima i ostavljaju tragove u mjehurastoj komori. Koristeći ove tragove, grupa naučnika analizira njihovu prirodu.

To je bio slučaj i ranije, ali moderne instalacije (kao što je Veliki hadronski sudarač) koriste modernije detektore umjesto mjehuraste komore, koje pružaju više informacija o fragmentima protona.

Sama instalacija je prilično složena i visokotehnološka. Možemo reći da je sinhrofazotron „daleki rođak“ modernog Velikog hadronskog sudarača. Zapravo, može se nazvati analogom mikroskopa. Oba ova uređaja namijenjena su proučavanju mikrosvijeta, ali je princip proučavanja drugačiji.

Više o uređaju

Dakle, već znamo šta je sinhrofazotron, a takođe i da se ovde čestice ubrzavaju do ogromnih brzina. Kako se ispostavilo, da bi se protoni ubrzali do ogromnih brzina, potrebno je stvoriti potencijalnu razliku od stotina milijardi volti. Nažalost, čovječanstvo to nije u stanju, pa su došli na ideju da postepeno ubrzavaju čestice.

U instalaciji, čestice se kreću u krug, a pri svakoj revoluciji se napajaju energijom, primajući ubrzanje. I iako je takvo dopunjavanje malo, preko miliona okretaja možete dobiti potrebnu energiju.

Rad sinhrofazotrona zasniva se upravo na ovom principu. Elementarne čestice ubrzane do malih vrijednosti lansiraju se u tunel u kojem se nalaze magneti. Oni stvaraju magnetsko polje okomito na prsten. Mnogi ljudi pogrešno vjeruju da ovi magneti ubrzavaju čestice, ali u stvari to nije slučaj. Oni samo mijenjaju svoju putanju, tjerajući ih da se kreću u krug, ali ih ne ubrzavaju. Samo ubrzanje se javlja u određenim intervalima ubrzanja.

Ubrzanje čestica

Takav period ubrzanja je kondenzator na koji se napon primjenjuje na visokoj frekvenciji. Inače, to je osnova cjelokupnog rada ove instalacije. Snop protona leti u ovaj kondenzator u trenutku kada je napon u njemu nula. Kako čestice lete kroz kondenzator, napon ima vremena da se poveća, što ubrzava čestice. Na sljedećem krugu to se ponavlja, jer je frekvencija naizmjeničnog napona posebno odabrana jednaka frekvenciji cirkulacije čestice oko prstena. Posljedično, protoni se ubrzavaju sinhrono i u fazi. Otuda i naziv - sinhrofazotron.

Inače, ovaj način ubrzanja ima određeni povoljan učinak. Ako iznenada snop protona leti brže od potrebne brzine, onda on odleti u jaz ubrzanja pri negativnoj vrijednosti napona, zbog čega malo usporava. Ako je brzina kretanja manja, onda će učinak biti suprotan: čestica dobiva ubrzanje i sustiže glavnu gomilu protona. Kao rezultat toga, gust i kompaktan snop čestica kreće se istom brzinom.

Problemi

U idealnom slučaju, čestice bi trebale biti ubrzane do najveće moguće brzine. A ako se protoni kreću sve brže i brže na svakom krugu, zašto se onda ne mogu ubrzati do najveće moguće brzine? Postoji nekoliko razloga.

Prvo, povećanje energije podrazumijeva povećanje mase čestica. Nažalost, relativistički zakoni ne dozvoljavaju da se bilo koji element ubrza iznad brzine svjetlosti. U sinhrofazotronu, brzina protona gotovo dostiže brzinu svjetlosti, što uvelike povećava njihovu masu. Kao rezultat toga, postaje teško održavati ih u kružnoj orbiti radijusa. Još iz škole je poznato da je radijus kretanja čestica u magnetskom polju obrnuto proporcionalan masi i direktno proporcionalan veličini polja. A pošto se masa čestica povećava, radijus se mora povećati, a magnetsko polje ojačati. Ovi uslovi stvaraju ograničenja u implementaciji uslova za istraživanje, jer su tehnologije i danas ograničene. Do sada nije bilo moguće stvoriti polje sa indukcijom većom od nekoliko Tesla. Zato se tuneli prave velike dužine, jer se sa velikim radijusom teške čestice ogromne brzine mogu zadržati u magnetnom polju.

Drugi problem je kretanje sa ubrzanjem u krugu. Poznato je da naelektrisanje koje se kreće određenom brzinom emituje energiju, odnosno gubi je. Posljedično, čestice konstantno gube dio energije tokom ubrzanja, a što je veća njihova brzina, to više energije troše. U nekom trenutku dolazi do ravnoteže između energije primljene u dijelu ubrzanja i gubitka iste količine energije po okretu.

Istraživanje provedeno na sinhrofazotronu

Sada razumijemo koji princip je u osnovi rada sinhrofazotrona. To je omogućilo niz studija i otkrića. Konkretno, naučnici su bili u mogućnosti da proučavaju svojstva ubrzanih deuterona, ponašanje kvantne strukture jezgara, interakciju teških jona sa metama, a takođe su razvili tehnologiju za recikliranje uranijuma-238.

Primjena rezultata ispitivanja

Rezultati dobijeni u ovim oblastima danas se koriste u izgradnji svemirskih brodova, projektovanju nuklearnih elektrana, kao i u razvoju specijalne opreme i robotike. Iz svega proizilazi da je sinhrofazotron uređaj čiji je doprinos nauci teško precijeniti.

Zaključak

Već 50 godina takve instalacije služe za dobrobit nauke i aktivno ih koriste naučnici širom planete. Prethodno stvoreni sinhrofazotron i slične instalacije (nastale ne samo u SSSR-u) samo su jedna karika u lancu evolucije. Danas se pojavljuju napredniji uređaji - nuklotroni, koji imaju ogromnu energiju.

Jedan od najnaprednijih ovih uređaja je Veliki hadronski sudarač. Za razliku od djelovanja sinhrofazotrona, on sudara dva snopa čestica u suprotnim smjerovima, zbog čega je energija oslobođena sudara višestruko veća od energije na sinhrofazotronu. Ovo otvara mogućnosti za preciznije proučavanje elementarnih čestica.

Možda biste sada trebali shvatiti šta je sinhrofazotron i zašto je potreban. Ova instalacija nam je omogućila niz otkrića. Danas je pretvoren u akcelerator elektrona, a trenutno radi na Fizičkom institutu Lebedev.

Sovjetski Savez je 1957. godine napravio revolucionarni naučni iskorak u dva pravca odjednom: u oktobru je lansiran prvi veštački Zemljin satelit, a nekoliko meseci ranije, u martu, počeo je da radi legendarni sinhrofazotron, gigantska instalacija za proučavanje mikrosveta. Dubna. Ova dva događaja šokirala su cijeli svijet, a riječi „satelit“ i „sinhrofazotron“ su se čvrsto udomaćile u našim životima.

Sinhrofazotron je vrsta akceleratora nabijenih čestica. Čestice u njima se ubrzavaju do velikih brzina i, posljedično, do visokih energija. Na osnovu rezultata njihovih sudara sa drugim atomskim česticama, prosuđuje se struktura i svojstva materije. Vjerovatnoća sudara određena je intenzitetom snopa ubrzanih čestica, odnosno brojem čestica u njemu, pa je intenzitet, uz energiju, važan parametar akceleratora.

Potreba za stvaranjem ozbiljne akceleratorske baze u Sovjetskom Savezu objavljena je na nivou vlade u martu 1938. Grupa istraživača sa Lenjingradskog instituta za fiziku i tehnologiju (LPTI), predvođena akademikom A.F. Ioffe se obratio predsjedniku Vijeća narodnih komesara SSSR-a V.M. Molotova pismom u kojem je predloženo stvaranje tehničke osnove za istraživanje u oblasti strukture atomskog jezgra. Pitanja o strukturi atomskog jezgra postala su jedan od centralnih problema prirodnih nauka, a Sovjetski Savez je znatno zaostajao u njihovom rješavanju. Dakle, ako je Amerika imala najmanje pet ciklotrona, onda Sovjetski Savez nije imao nijedan (jedini ciklotron Instituta za radij Akademije nauka (RIAN), lansiran 1937. godine, praktički nije radio zbog nedostataka u dizajnu). Apel Molotovu sadržavao je zahtjev da se stvore uslovi za završetak izgradnje LPTI ciklotrona do 1. januara 1939. godine. Rad na njegovom stvaranju, koji je započeo 1937. godine, obustavljen je zbog resornih nedosljednosti i prestanka finansiranja.

U novembru 1938. S.I. Vavilov je, u apelu Prezidijumu Akademije nauka, predložio da se u Moskvi izgradi ciklotron LPTI i da se laboratorija IV prenese na Institut za fiziku Akademije nauka (FIAN) iz LPTI. Kurčatova, koja je učestvovala u njenom stvaranju. Sergej Ivanovič je želeo da se centralna laboratorija za proučavanje atomskog jezgra nalazi na istom mestu gde se nalazila Akademija nauka, odnosno u Moskvi. Međutim, nije dobio podršku u LPTI. Polemika je okončana krajem 1939. godine, kada je A.F. Ioffe je predložio stvaranje tri ciklotrona odjednom. Dana 30. jula 1940. godine, na sastanku Prezidijuma Akademije nauka SSSR-a, odlučeno je da se RIAN-u zaduži da ove godine rekonstruiše postojeći ciklotron, a FIAN-u da pripremi potrebne materijale za izgradnju novog moćnog ciklotrona do 15. oktobra. , i LFTI za završetak izgradnje ciklotrona u prvoj četvrtini 1941. godine.

U vezi sa ovom odlukom, FIAN je stvorio takozvani ciklotronski tim, u koji su bili Vladimir Iosifović Veksler, Sergej Nikolajevič Vernov, Pavel Aleksejevič Čerenkov, Leonid Vasiljevič Grošev i Jevgenij Ljovič Fajnberg. Dana 26. septembra 1940. godine, Biro Odeljenja za fizičke i matematičke nauke (OPMS) čuo je informaciju od V.I. Wexler na projektnim specifikacijama za ciklotron, odobrio je njegove glavne karakteristike i procjene konstrukcije. Ciklotron je dizajniran da ubrza deuterone do energije od 50 MeV.

Dakle, dolazimo do najvažnijeg, do osobe koja je tih godina dala značajan doprinos razvoju fizike u našoj zemlji - Vladimira Josifoviča Vekslera. O ovom izvanrednom fizičaru će se dalje govoriti.

V. I. Veksler je rođen u Ukrajini u gradu Žitomiru 3. marta 1907. godine. Otac mu je poginuo u Prvom svjetskom ratu.

Godine 1921, u periodu teške gladi i razaranja, uz velike poteškoće i bez novca, Volodja Veksler se našao u gladnoj prednepskoj Moskvi. Tinejdžer se nalazi u komunalnoj kući osnovanoj u Khamovniki, u staroj vili koju su vlasnici napustili.

Wexler se odlikovao interesom za fiziku i praktičnu radiotehniku, sam je sastavio detektorski radio prijemnik, što je tih godina bio neobično težak zadatak, puno je čitao i dobro učio u školi.
Nakon što je napustio komunu, Veksler je zadržao mnoge stavove i navike koje je gajio.
Napomenimo da je generacija kojoj je pripadao Vladimir Josifović, ogromna većina prema svakodnevnim aspektima svog života odnosila s potpunim prezirom, ali je bila fanatično zainteresovana za naučne, stručne i društvene probleme.

Veksler je sa ostalim komunjarima završio devetogodišnju srednju školu i zajedno sa svim maturantima ušao u proizvodnju kao radnik, gde je radio kao električar više od dve godine.
Primijećena je njegova žeđ za znanjem, ljubav prema knjigama i rijetka inteligencija, a krajem dvadesetih mladić je dobio „komsomolsku kartu“ za institut.
Kada je Vladimir Iosifovich diplomirao na fakultetu, izvršena je još jedna reorganizacija visokoškolskih ustanova i njihova imena su promijenjena. Ispostavilo se da je Wexler upisao Plekhanov institut za nacionalnu ekonomiju, diplomirao na MPEI (Moskovski energetski institut) i stekao kvalifikaciju inženjera sa specijalnošću u tehnologiji rendgenskih zraka.
Iste godine ušao je u laboratoriju za analizu difrakcije rendgenskih zraka Svesaveznog elektrotehničkog instituta u Lefortovu, gdje je Vladimir Iosifovich započeo svoj rad izgradnjom mjernih instrumenata i proučavanjem metoda za mjerenje jonizujućeg zračenja, tj. tokovi naelektrisanih čestica.

Wexler je u ovoj laboratoriji radio 6 godina, brzo se uspravio od laboratorijskog asistenta do menadžera. Ovdje se već pojavio Wexlerov karakterističan "rukopis" kao talentiranog eksperimentalnog naučnika. Njegov učenik, profesor M. S. Rabinovich, naknadno je u svojim memoarima o Veksleru napisao: „Smatrao je 20 godina sam sastavljao i postavljao razne instalacije koje je izmislio, nikada ne zazirući od bilo kakvog rada To mu je omogućilo da vidi ne samo fasadu, ne samo njenu ideološku strana, ali i sve ono što se krije iza konačnih rezultata, iza tačnosti merenja, iza blistavih ormarića instalacija Učio je i iznova učio sve do poslednjih godina života, uveče, na odmoru. pažljivo proučavao i bilježio teorijske radove.”

U septembru 1937. Wexler se preselio sa Svesaveznog elektrotehničkog instituta u Fizički institut Akademije nauka SSSR-a po imenu P. N. Lebedeva (FIAN). Ovo je bio važan događaj u životu naučnika.

U to vrijeme Vladimir Iosifovich je već odbranio doktorsku tezu, čija je tema bila dizajn i primjena „proporcionalnih pojačala“ koje je dizajnirao.

U FIAN-u, Wexler je počeo proučavati kosmičke zrake. Za razliku od A. I. Alikhanova i njegovih kolega, koji su zavoljeli živopisnu planinu Aragats u Jermeniji, Wexler je učestvovao u naučnim ekspedicijama na Elbrus, a potom i na Pamir - Krov svijeta. Fizičari širom svijeta proučavali su tokove visokoenergetskih nabijenih čestica koje se nisu mogle dobiti u zemaljskim laboratorijama. Istraživači su se približili tajanstvenim tokovima kosmičkog zračenja.

Čak i sada kosmičke zrake zauzimaju važno mjesto u arsenalu astrofizičara i stručnjaka za fiziku visokih energija, a iznose se uzbudljivo zanimljive teorije o njihovom nastanku. U isto vrijeme, jednostavno je bilo nemoguće dobiti čestice s takvom energijom za proučavanje, a za fizičare je bilo jednostavno potrebno proučavati njihovu interakciju s poljima i drugim česticama. Već tridesetih godina mnogi atomski naučnici su razmišljali: kako bi bilo dobro dobiti čestice tako visokih „kosmičkih“ energija u laboratoriji koristeći pouzdane instrumente za proučavanje subatomskih čestica, čiji je metod proučavanja bio jedan - bombardovanje (kako su oni figurativno se govorilo i rijetko sada kaže) neke čestice od drugih. Rutherford je otkrio postojanje atomskog jezgra bombardirajući atome snažnim projektilima - alfa česticama. Nuklearne reakcije otkrivene su istom metodom. Da bi se jedan hemijski element transformisao u drugi, bilo je potrebno promeniti sastav jezgra. To je postignuto bombardiranjem jezgara alfa česticama, a sada i česticama ubrzanim u moćnim akceleratorima.

Nakon invazije nacističke Njemačke, mnogi fizičari su se odmah uključili u poslove od vojnog značaja. Veksler je prekinuo svoje proučavanje kosmičkih zraka i počeo da dizajnira i poboljšava radio opremu za potrebe fronta.

U to vrijeme, Institut za fiziku Akademije nauka, kao i neki drugi akademski instituti, evakuisan je u Kazanj. Tek 1944. godine bilo je moguće organizirati ekspediciju na Pamir iz Kazana, gdje je Wexlerova grupa mogla nastaviti istraživanje započeto na Kavkazu o kosmičkim zracima i nuklearnim procesima uzrokovanim česticama visoke energije. Ne razmatrajući detaljnije Wexlerov doprinos proučavanju nuklearnih procesa povezanih sa kosmičkim zracima, kojem je posvećen dugogodišnji rad, možemo reći da je bio veoma značajan i dao mnoge važne rezultate. Ali što je možda najvažnije, njegovo proučavanje kosmičkih zraka dovelo ga je do potpuno novih ideja o ubrzanju čestica. U planinama, Wexler je došao na ideju da izgradi akceleratore nabijenih čestica kako bi stvorio vlastite "kosmičke zrake".

Od 1944. V. I. Veksler se preselio u novo područje, koje je zauzelo glavno mjesto u njegovom naučnom radu. Od tog vremena, Wexlerovo ime je zauvijek povezano sa stvaranjem velikih "autofaznih" akceleratora i razvojem novih metoda ubrzanja.

Međutim, nije izgubio interesovanje za kosmičke zrake i nastavio je da radi u ovoj oblasti. Wexler je učestvovao u planinskim naučnim ekspedicijama na Pamir tokom 1946-1947. U kosmičkim zracima detektuju se čestice fantastično visokih energija koje su nedostupne akceleratorima. Wexleru je bilo jasno da se „prirodni akcelerator“ čestica do tako visokih energija ne može porediti sa „stvaranjem ljudskih ruku“.

Wexler je predložio izlaz iz ovog ćorsokaka 1944. Novi princip po kojem su Wechslerovi akceleratori radili autor je nazvao autofaziranjem.

Do tada je stvoren akcelerator naelektrisanih čestica tipa „ciklotron“ (Wechsler je u popularnom novinskom članku objasnio princip rada ciklotrona na sledeći način: „U ovom uređaju, naelektrisana čestica, koja se kreće u magnetno polje u spirali, neprekidno se ubrzava naizmeničnim električnim poljem, zahvaljujući tome, moguće je komunicirati sa ciklotronskim česticama sa energijom od 10-20 miliona elektron volti. Ali postalo je jasno da se prag od 20 MeV ne može preći ovom metodom.

U ciklotronu se magnetsko polje ciklički mijenja, ubrzavajući nabijene čestice. Ali u procesu ubrzanja, masa čestica se povećava (kao što bi trebalo biti prema SRT-u - specijalnoj teoriji relativnosti). To dovodi do prekida procesa - nakon određenog broja okretaja, magnetsko polje, umjesto da se ubrza, počinje usporavati čestice.

Wexler predlaže da se počne polako povećavati magnetsko polje u ciklotronu tijekom vremena, napajajući magnet naizmjeničnom strujom. Tada se ispostavlja da će se u prosjeku frekvencija rotacije čestica u krugu automatski održavati jednakom frekvenciji električnog polja primijenjenog na dee (par magnetnih sistema koji savijaju putanju i ubrzavaju čestice sa magnetsko polje).

Sa svakim prolaskom kroz prorez na pločicama, čestice imaju i dodatno dobijaju različito povećanje mase (i, shodno tome, dobijaju različit prirast polumjera duž kojeg ih magnetsko polje okreće) u zavisnosti od napona polja između deesa. u trenutku ubrzanja date čestice. Među svim česticama mogu se razlikovati čestice ravnoteže („srećne”). Za ove čestice mehanizam koji automatski održava konstantnost orbitalnog perioda je posebno jednostavan.

“Srećne” čestice doživljavaju povećanje mase i povećanje polumjera kruga svaki put kada prođu kroz dee prorez. On precizno kompenzuje smanjenje radijusa uzrokovano povećanjem magnetnog polja tokom jednog obrtaja. Shodno tome, "sretne" (ravnotežne) čestice mogu biti rezonantno ubrzane sve dok se magnetsko polje povećava.

Ispostavilo se da skoro sve ostale čestice imaju istu sposobnost, samo ubrzanje traje duže. Tokom procesa ubrzanja, sve čestice će doživjeti oscilacije oko orbitalnog radijusa ravnotežnih čestica. Energija čestica u prosjeku će biti jednaka energiji ravnotežnih čestica. Dakle, skoro sve čestice učestvuju u rezonantnom ubrzanju.

Ako, umjesto da polako povećavamo magnetsko polje u akceleratoru (ciklotronu) tokom vremena, napajajući magnet naizmjeničnom strujom, povećamo period naizmjeničnog električnog polja primijenjenog na deese, tada će se uspostaviti režim “autofaziranja”.

"Može se činiti da je da bi došlo do autofaziranja i rezonantnog ubrzanja potrebno u vremenu promijeniti ili magnetsko polje ili električni period. U stvari, to nije tako. Možda je najjednostavniji koncept (ali daleko od jednostavan u praktičnoj implementaciji) metoda ubrzanja, koju je autor ustanovio ranije od drugih metoda, može se implementirati uz konstantno magnetsko polje u vremenu i konstantnu frekvenciju."

Godine 1955, kada je Wexler napisao svoju brošuru o akceleratorima, ovaj princip je, kako je autor istakao, osnovao akcelerator - mikrotron - akcelerator koji zahtijeva moćne izvore mikrovalova. Prema Wexleru, mikrotron „još nije postao široko rasprostranjen (1955. godine), nekoliko akceleratora elektrona s energijama do 4 MeV radi već nekoliko godina”.

Wexler je bio sjajan popularizator fizike, ali je, nažalost, zbog zauzetosti rijetko objavljivao popularne članke.

Princip autofaziranja je pokazao da je moguće imati stabilno fazno područje i stoga je moguće mijenjati frekvenciju ubrzavajućeg polja bez straha od napuštanja područja rezonantnog ubrzanja. Samo trebate odabrati pravu fazu ubrzanja. Promjenom frekvencije polja postalo je moguće lako kompenzirati promjenu mase čestica. Štaviše, promena frekvencije je omogućila da se spirala ciklotrona koja se brzo okreće približi krugu i ubrza čestice sve dok jačina magnetnog polja nije dovoljna da zadrži čestice u datoj orbiti.

Opisani akcelerator sa autofazom, u kojem se mijenja frekvencija elektromagnetnog polja, naziva se sinhrociklotron, odnosno fazotron.

Sinhrofazotron koristi kombinaciju dva principa autofaziranja. Prvi od njih leži u srcu fazotrona, koji je već spomenut - to je promjena frekvencije elektromagnetnog polja. Drugi princip se koristi u sinhrotronima - ovdje se mijenja jačina magnetnog polja.

Od otkrića autofaziranja, naučnici i inženjeri su počeli da projektuju akceleratore koji su sposobni za milijarde elektron volti. Prvi od njih u našoj zemlji bio je protonski akcelerator - sinhrofazotron od 10 milijardi elektron-volti u Dubni.

Projektovanje ovog velikog akceleratora počelo je 1949. godine na inicijativu V. I. Vekslera i S. I. Vavilova, a pušten je u rad 1957. godine. Drugi veliki akcelerator izgrađen je u Protvinu kod Serpuhova sa energijom od 70 GeV. Ne samo sovjetski istraživači, već i fizičari iz drugih zemalja sada rade na tome.

Ali mnogo prije lansiranja dva gigantska akceleratora vrijedna milijardu dolara, relativistički akceleratori čestica izgrađeni su na Fizičkom institutu Akademije nauka (FIAN), pod vodstvom Wexlera. Godine 1947. lansiran je akcelerator elektrona do energija od 30 MeV, koji je služio kao model većeg elektronskog akceleratora - sinhrotrona sa energijom od 250 MeV. Sinhrotron je lansiran 1949. godine. Koristeći ove akceleratore, istraživači na Institutu za fiziku Akademije nauka SSSR-a izveli su prvoklasan rad na fizici mezona i atomskom jezgru.

Nakon lansiranja sinhrofazotrona Dubna, započeo je period brzog napretka u izgradnji visokoenergetskih akceleratora. Mnogi akceleratori su izgrađeni i pušteni u rad u SSSR-u i drugim zemljama. To uključuje već spomenuti akcelerator od 70 GeV u Serpuhovu, 50 GeV u Batavii (SAD), 35 GeV u Ženevi (Švicarska), 35 GeV u Kaliforniji (SAD). Trenutno, fizičari sebi postavljaju zadatak da stvore akceleratore od nekoliko teraelektron-volti (teraelektron-volt - 1012 eV).

1944. godine, kada je rođen termin "autofaziranje". Wexler je imao 37 godina. Veksler se pokazao kao daroviti organizator naučnog rada i šef naučne škole.

Metoda autofaziranja, poput zrelog voća, čekala je naučnika-vidovca koji će ga ukloniti i zauzeti. Godinu dana kasnije, nezavisno od Wexlera, princip autofaziranja otkrio je poznati američki naučnik McMilan. Prepoznao je prioritet sovjetskog naučnika. McMillan se sastao sa Wexlerom više puta. Bili su veoma druželjubivi, a prijateljstvo dvojice divnih naučnika nikada ništa nije zasjenilo sve do Vekslerove smrti.

Akceleratori napravljeni posljednjih godina, iako su bazirani na Wechslerovom principu autofaziranja, naravno, značajno su poboljšani u odnosu na mašine prve generacije.

Osim autofaziranja, Wexler je došao do drugih ideja za ubrzanje čestica koje su se pokazale vrlo plodonosnim. Ove Wexlerove ideje su široko razvijene u SSSR-u i drugim zemljama.

U martu 1958. u Domu naučnika u Kropotkinskoj ulici održan je tradicionalni godišnji sastanak Akademije nauka SSSR-a. Wexler je iznio ideju o novom principu ubrzanja, koji je nazvao "koherentnim". Omogućava vam da ubrzate ne samo pojedinačne čestice, već i ugruške plazme koji se sastoje od velikog broja čestica. Metoda "koherentnog" ubrzanja, kako je Wechsler oprezno rekao 1958. godine, omogućava razmišljanje o mogućnosti ubrzanja čestica do energija od hiljadu milijardi elektron-volti i više.

Godine 1962. Veksler je, na čelu delegacije naučnika, odletio u Ženevu da učestvuje na Međunarodnoj konferenciji o fizici visokih energija. Među četrdeset članova sovjetske delegacije bili su tako istaknuti fizičari kao što su A. I. Alikhanov, N. N. Bogolyubov, D. I. Blokhintsev, I. Ya Pomeranchuk, M. A. Markov. Mnogi naučnici u delegaciji bili su stručnjaci za akceleratore i Vekslerovi studenti.

Vladimir Iosifović Veksler je dugi niz godina bio predsednik Komisije za fiziku visokih energija Međunarodne unije teorijske i primenjene fizike.

25. oktobra 1963. Wexler i njegov američki kolega Edwin McMillan, direktor laboratorije za zračenje na Univerzitetu Lawrence u Kaliforniji, dobili su nagradu American Atoms for Peace.

Wexler je bio stalni direktor Laboratorije visoke energije Zajedničkog instituta za nuklearna istraživanja u Dubni. Sada nas ulica koja nosi njegovo ime podsjeća na Vekslerov boravak u ovom gradu.

Wexlerov istraživački rad bio je koncentrisan u Dubni dugi niz godina. Svoj rad u Zajedničkom institutu za nuklearna istraživanja spojio je sa radom na Fizičkom institutu P. N. Lebedev, gdje je u dalekoj mladosti započeo karijeru istraživača, a bio je profesor na Moskovskom državnom univerzitetu, gdje je vodio odjel.

Godine 1963. Veksler je izabran za akademika-sekretara Odeljenja za nuklearnu fiziku Akademije nauka SSSR-a i trajno je obavljao ovu važnu funkciju.

Naučna dostignuća V. I. Vekslera visoko su cijenjena dodjeljivanjem Državne nagrade I stepena i Lenjinove nagrade (1959.). Izuzetne naučne, pedagoške, organizacione i društvene aktivnosti naučnika odlikovale su tri Ordena Lenjina, Ordena Crvene zastave rada i medalje SSSR-a.

Vladimir Iosifović Veksler je iznenada preminuo 20. septembra 1966. od drugog srčanog udara. Imao je samo 59 godina. U životu je uvijek djelovao mlađe od svojih godina, bio je energičan, aktivan i neumoran.