Sinkrofazotron: što je, princip rada i opis

Godine 1957. SSSR je napravio znanstveni i tehnički proboj u nekoliko područja: uspješno je lansirao umjetni satelit Zemlje, a nekoliko mjeseci prije tog događaja u Dubni je počeo raditi sinkrofazotron. Što je to i zašto nam je potrebna takva instalacija? To je pitanje zabrinjavalo ne samo tadašnje građane SSSR-a, nego i cijeli svijet. Naravno, znanstvena zajednica je razumjela što je to, ali obični građani su bili zbunjeni kad su čuli tu riječ. Čak i danas većina ljudi ne razumije bit i načelo sinkrofaksotrona, iako su tu riječ čuli više puta. Pogledajmo što je ovaj uređaj i za što je korišten.

Za što je sinkrofaksotron?

Razvio je ovu instalaciju za proučavanje mikrosvijeta i poznavanje strukture elementarnih čestica, zakona njihove međusobne interakcije. Sama metoda znanja bila je vrlo jednostavna: razbiti česticu i vidjeti što je unutra. Međutim, kako možete razbiti proton? Za to je stvoren sinkrofazotron koji ubrzava čestice i udara ih u metu. Potonji mogu biti stacionarni, au suvremenom Velikom Hadronskom Collideru (to je poboljšana verzija dobrog starog sinkrofazotrona), meta se kreće. Tamo se protonski snopovi kreću ogromnom brzinom jedan prema drugome i udaraju.

Smatralo se da će ova instalacija napraviti znanstveni proboj, otkriti nove elemente i metode za dobivanje atomske energije iz jeftinih izvora koji bi bili superiorniji u učinkovitosti obogaćeni uran bio bi sigurniji i manje štetan za okoliš.

Vojni ciljevi

Naravno, vodili su se i vojni ciljevi. Stvaranje atomske energije u miroljubive svrhe samo je izgovor za naivno. Nesporno je da je projekt sinkrofazotrona označen kao "Top Secret", jer je izgradnja ovog akceleratora provedena kao dio projekta za stvaranje novog atomska bomba. Uz njegovu pomoć htjeli su dobiti bolju teoriju. nuklearnih sila što je potrebno za izračun i stvaranje bombe. Istina, ispostavilo se da je to mnogo kompliciranije, pa čak i danas ta teorija nedostaje.

Što je sinkrofaksotron jednostavnim riječima?

Ukratko, ova postavka je akcelerator elementarnih čestica, posebno protona. Sinhrofazotron se sastoji od nemagnetske cijevi s petljom s unutarnjim vakuumom, kao i od moćnih elektromagneta. Naizmjenično, magneti se uključuju, usmjeravajući nabijene čestice unutar vakuumske cijevi. Kada postignu maksimalnu brzinu uz pomoć akceleratora, šalju se u posebni cilj. Protoni su ga pogodili, razbili samu metu i razbili je sami. Fragmenti se razdvajaju i ostavljaju tragove u komori mjehurića. Slijedeći ove staze, skupina znanstvenika analizira njihovu prirodu.

To je ranije bio slučaj, međutim, u modernim instalacijama (kao što je Large Hadron Collider), koriste se moderniji detektori umjesto komore mjehurića, koji daju više informacija o fragmentima protona.

Sama instalacija je vrlo složena i high-tech. Možemo reći da je sinkrofazotron "udaljeni rođak" modernog Velikog hadronskog sudarača. Zapravo, to se može nazvati analogom mikroskopa. Oba uređaja namijenjena su proučavanju mikrosvijeta, to je samo načelo učenja različito.

Više o uređaju

Dakle, mi već znamo što je sinkrofazotron, kao i činjenicu da se ovdje čestice ubrzavaju do ogromnih brzina. Pokazalo se da je za ubrzavanje protona do ogromne brzine potrebno stvoriti potencijalnu razliku od stotina milijardi volti. Nažalost, čovječanstvu je nemoguće učiniti tako nešto, pa su čestice postupno ubrzavale.

U instalaciji, čestice se kreću u krugu, a na svakoj revoluciji one su energizirane, primaju ubrzanje. I premda je takva hrana mala, za milijune okreta možete dobiti potrebnu energiju.

Princip rada sinkrofaksotrona je upravo to načelo. Elementarne čestice ubrzane do malih vrijednosti lansiraju se u tunel gdje se nalaze magneti. Oni stvaraju magnetno polje okomito na prsten. Mnogi ljudi pogrešno vjeruju da ovi magneti ubrzavaju čestice, ali u stvarnosti to nije slučaj. Oni samo mijenjaju putanju, prisiljavajući ih da se kreću u krugu, ali ih ne ubrzavaju. Samo ubrzanje se događa pri određenim prazninama ubrzanja.

Ubrzanje čestica

Takav razmak ubrzanja je kondenzator koji se napaja visokom frekvencijom. Usput, to je osnova svih radova ove instalacije. U tom kondenzatoru u trenutku kada je napon u njoj nula, protonska zraka leti. Kako čestice prolaze kroz kondenzator, napon raste s vremenom, što pokreće čestice. U sljedećem krugu, to se ponavlja, budući da je frekvencija izmjeničnog napona posebno odabrana da bude jednaka frekvenciji cirkulacije čestica oko prstena. Zbog toga se protoni ubrzavaju istovremeno i u fazi. Otuda i naziv - sinkrofazotron.

Usput, s ovom metodom ubrzanja postoji određeni korisni učinak. Ako iznenada protonska zraka leti brže od željene brzine, onda ona ulazi u ubrzavajući razmak s negativnom vrijednošću napona, što uzrokuje malo usporavanje. Ako je brzina sporija, učinak će biti suprotan: čestica se ubrzava i zahvaća glavnu skupinu protona. Kao rezultat toga, gust i kompaktan snop čestica kreće se s jednom brzinom.

problemi

U idealnom slučaju, čestice treba ubrzati do maksimalne moguće brzine. A ako se protoni na svakom krugu kreću brže i brže, zašto ih onda ne ubrzati do maksimalne moguće brzine? Postoji nekoliko razloga.

Prvo, povećanje energije podrazumijeva povećanje mase čestica. Nažalost, relativistički zakoni ne dopuštaju bilo kojem elementu da se ubrza iznad brzine svjetlosti. U sinkrofazotronu, brzina protona praktički doseže brzinu svjetlosti, što uvelike povećava njihovu masu. Kao rezultat, postaje teško zadržati ih u kružnoj orbiti radijusa. Iz škole je poznato da je radijus gibanja čestica u magnetskom polju obrnuto proporcionalan masi i izravno je proporcionalan veličini polja. I kako masa čestica raste, radijus se mora povećati i magnetsko polje mora biti jače. Ti uvjeti stvaraju ograničenja u provedbi uvjeta za istraživanje, budući da su tehnologije i danas ograničene. Do sada nije bilo moguće stvoriti polje s indukcijom iznad nekoliko tesla. Zbog toga oni prave tunele velike duljine, jer se s velikim radijusom teške čestice pri velikoj brzini mogu držati u magnetskom polju.

Drugi problem je kretanje s ubrzanjem po obodu. Poznato je da naboj koji se kreće određenom brzinom zrači energiju, odnosno gubi je. Prema tome, čestice konstantno gube energiju za vrijeme ubrzanja, i što je veća njihova brzina, više energije troše. U jednom trenutku dolazi do ravnoteže između energije primljene u odjeljku ubrzanja i gubitka iste količine energije u jednoj revoluciji.

Istraživanje je provedeno na sinkrofazotronu

Sada razumijemo koji je princip u pozadini rada sinkrofazotrona. Dozvolio je provođenje niza studija i otkrića. Posebno, znanstvenici su mogli proučiti svojstva ubrzanih deuterona, ponašanje kvantne strukture jezgara, interakciju teških iona s ciljevima, te razviti tehnologiju za korištenje urana-238.

Primjena rezultata ispitivanja

Rezultati dobiveni na ovim područjima danas se koriste u izgradnji svemirskih letjelica, projektiranju nuklearnih elektrana, kao iu razvoju specijalne opreme i robotike. Iz svega navedenog slijedi da je sinkrofaksotron takav uređaj, čiji je doprinos znanosti teško precijeniti.

zaključak

Već 50 godina takva postrojenja služe dobru znanosti i aktivno ih koriste znanstvenici diljem planete. Prethodno stvoreni sinkrofaksotron i slični objekti (ne samo u SSSR-u) samo su jedna karika u lancu evolucije. Danas postoje napredniji uređaji - Nuklotroni, koji imaju ogromnu energiju.

Jedan od najnaprednijih među takvim uređajima je Large Hadron Collider. Za razliku od djelovanja sinkrofazotrona, on gura dvije zrake čestica u suprotnim smjerovima, što rezultira time da je energija oslobođena od sudara mnogo puta veća od energije u sinkrofazotronu. To otvara mogućnosti za preciznije proučavanje elementarnih čestica.

Možda sada morate razumjeti što je sinkrofaksotron i zašto je uopće potreban. Ova instalacija je napravila niz otkrića. Danas je od njega napravljen akcelerator elektrona, a trenutno radi u FIAN-u.