Synchrophasotron: kaj je, načelo delovanja in opis

Leta 1957 je ZSSR naredil znanstveni in tehnični preboj na več področjih: uspešno je lansiral umetni satelit Zemlje in nekaj mesecev pred tem dogodkom je v Dubni začel delovati sinhrofazotron. Kaj je to in zakaj potrebujemo takšno napravo? To vprašanje je skrbelo ne le državljane ZSSR v tistem času, temveč tudi ves svet. Seveda je znanstvena skupnost razumela, kaj je to, toda običajni državljani so bili osupli, ko so slišali to besedo. Tudi danes večina ljudi ne razume bistva in načela sinhrofazotrona, čeprav so slišali to besedo večkrat. Poglejmo, kaj je ta naprava in za kaj je bila uporabljena.

Za kaj je sinhrofaksotron?

Razvil je to napravo za preučevanje mikrosvijeta in poznavanje strukture elementarnih delcev, zakonitosti njihove medsebojne interakcije. Metoda znanja je bila zelo preprosta: zlomiti delce in videti, kaj je notri. Vendar, kako lahko prekinete proton? Za to je nastal sinhrofazotron, ki pospeši delce in jih zadene na tarčo. Slednji so lahko mirujoči in v sodobnem Velikem hadronskem trkalniku (to je izboljšana različica dobrega starega sinhrofazotrona) se tarča premika. Tam se protonski žarki hitro premikajo drug proti drugemu in udarjajo.

Menilo se je, da bi ta objekt naredil znanstveni preboj, odkril nove elemente in metode za pridobivanje atomske energije iz poceni virov, ki bi bila boljša v učinkovitosti. obogateni uran varnejši in manj škodljivi za okolje.

Vojaški cilji

Seveda so se uresničevali tudi vojaški cilji. Ustvarjanje atomske energije v miroljubne namene je le izgovor za naivno. Ni čudno, da je bil projekt sinhrofaksotrona žigosan "Top Secret", ker je bila gradnja tega pospeševalnika izvedena kot del projekta za ustvarjanje novega atomska bomba. Z njegovo pomočjo so želeli dobiti izboljšano teorijo. jedrske sile ki je potrebna za izračun in ustvarjanje bombe. Res je, da se je izkazalo, da je veliko bolj zapleteno, in tudi danes ta teorija manjka.

Kaj je sinhrofazotron v preprostih besedah?

Če povzamemo, je ta nastavitev pospeševalnik elementarnih delcev, zlasti protonov. Sinhrofazotron je sestavljen iz nemagnetne zankaste cevi z vakuumom v notranjosti in močnih elektromagnetov. Alternativno se magneti vklopijo in napolnjene delce usmerijo v vakuumsko cev. Ko dosežejo največjo hitrost s pomočjo pospeševalnikov, se pošljejo v posebno tarčo. Protoni so ga zadeli, razbili samo tarčo in jo razbili sami. Drobci se razletijo in pustijo sledi v komori mehurčkov. Po teh poteh skupina znanstvenikov analizira njihovo naravo.

To se je prej zgodilo, vendar se v sodobnih instalacijah (kot je Veliki hadronski trkalnik) uporabljajo sodobnejši detektorji namesto mehurčne komore, ki zagotavljajo več informacij o fragmentih protonov.

Sama instalacija je precej zapletena in visokotehnološka. Lahko rečemo, da je sinhrofazotron "oddaljeni sorodnik" sodobnega velikega hadronskega trkalnika. Pravzaprav se lahko imenuje analogni mikroskop. Obe napravi sta zasnovani tako, da preučujeta mikrosvet, to je samo načelo učenja je drugačno.

Več o napravi

Torej, že vemo, kaj je sinhrofazotron, kot tudi dejstvo, da se tu delci pospešijo do ogromnih hitrosti. Kot se je izkazalo, da bi pospešili protone do ogromne hitrosti, je treba ustvariti potencialno razliko v višini več sto milijard voltov. Na žalost je človeštvo nemogoče narediti takšno stvar, zato so se delci postopoma pospešili.

V instalaciji se delci premikajo v krogu, na vsaki revoluciji pa se napajajo, sprejemajo pospešek. In čeprav je taka krma majhna, lahko za milijone obratov pridobite potrebno energijo.

Načelo delovanja sinhrofazotrona je prav to načelo. Elementarni delci, pospešeni do majhnih vrednosti, se sprožijo v tunel, kjer so magneti. Ustvarjajo magnetno polje, ki je pravokotno na obroč. Mnogi ljudje napačno verjamejo, da ti magneti pospešujejo delce, v resnici pa to ni tako. Spreminjajo le svojo pot, prisilijo jih, da se gibljejo v krogu, vendar jih ne pospešujejo. Sam pospešek se pojavi pri določenih razmikih pospeškov.

Pospešek delcev

Takšen pospeševalni razmik je kondenzator, ki se napaja z visoko frekvenco. Mimogrede, to je osnova za vse delo te instalacije. Protonski žarek leti v ta kondenzator v trenutku, ko je napetost v njej enaka nič. Ko delci letijo skozi kondenzator, se napetost sčasoma poveča, kar poganja delce. Pri naslednjem krogu se to ponovi, saj je frekvenca izmenične napetosti posebej izbrana tako, da je enaka frekvenci kroženja delcev okoli obroča. Zato se protoni pospešujejo istočasno in v fazi. Zato ime - synchrophasotron.

Mimogrede, s to metodo pospeševanja obstaja določen koristen učinek. Če nenadoma protonski žarek leti hitreje od zahtevane hitrosti, potem leti v pospeševalno režo z negativno vrednostjo napetosti, kar povzroči malo upočasnitev. Če je hitrost hitrejša, bo učinek obraten: delci se pospešijo in ujamejo glavni protoni. Zaradi tega se gostota in kompaktni žarek delcev premika z eno hitrostjo.

Težave

V idealnem primeru je treba delce pospešiti do največje možne hitrosti. In če se protoni na vsakem krogu premikajo hitreje in hitreje, zakaj jih ne bi pospešili do največje možne hitrosti? Razlogov je več.

Prvič, povečanje energije pomeni povečanje mase delcev. Na žalost relativistični zakoni ne dovoljujejo nobenega elementa, da bi pospešil svetlobno hitrost. V sinhrofazotronu hitrost protonov praktično doseže hitrost svetlobe, ki močno poveča njihovo maso. Posledica tega je, da jih je težko obdržati v krožni orbiti radija. Iz šole je znano, da je polmer gibanja delcev v magnetnem polju obratno sorazmeren masi in je neposredno sorazmeren z velikostjo polja. In ko masa delcev raste, je treba polmer povečati in magnetno polje narediti močnejše. Ti pogoji ustvarjajo omejitve pri izvajanju pogojev za raziskave, saj so tehnologije tudi danes omejene. Doslej ni bilo mogoče ustvariti polja z indukcijo nad nekaj tesli. Torej izdelujejo predore velike dolžine, saj se lahko z velikim polmerom v magnetnem polju hranijo težki delci pri visoki hitrosti.

Drugi problem je gibanje s pospeškom po obodu. Znano je, da naboj, ki se premika z določeno hitrostjo, izžareva energijo, torej jo izgubi. Posledično delci med pospeševanjem nenehno izgubijo nekaj energije in večja je njihova hitrost, več energije porabijo. Na neki točki se pojavi ravnotežje med energijo, prejeto v pospeševalnem odseku, in izgubo enake količine energije v eni revoluciji.

Raziskave so potekale na sinhrofazotronu

Zdaj razumemo, kaj je načelo, na katerem temelji delovanje sinhrofazotrona. Dovolil je opraviti vrsto študij in odkritij. Znanstveniki so bili še posebej sposobni preučiti lastnosti pospešenih deuteronov, obnašanje kvantne strukture jeder, interakcijo težkih ionov s cilji in razviti tehnologijo za uporabo urana-238.

Uporaba rezultatov preskusa

Doseženi rezultati na teh področjih se danes uporabljajo pri gradnji vesoljskih plovil, načrtovanju jedrskih elektrarn, pa tudi pri razvoju posebne opreme in robotike. Iz vsega tega sledi, da je sinhrofatzotron takšna naprava, ki jo je znanost, ki jo je težko preceniti.

Zaključek

Takšne naprave že 50 let služijo v korist znanosti in jih znanstveniki po vsem svetu aktivno uporabljajo. Prej nastali sinhrofazotron in podobni objekti (ki niso nastali le v ZSSR) so le ena povezava v evolucijski verigi. Danes obstaja več naprednih naprav - Nuklotronov, ki imajo ogromno energije.

Eden od najbolj naprednih med takšnimi napravami je Large Hadron Collider. V nasprotju z delovanjem sinhrofazotrona potisne dva snopa delcev v nasprotnih smereh, tako da je energija, ki se sprosti pri trku, večkrat večja od energije pri sinhrofazotronu. To odpira možnosti za bolj natančno proučevanje osnovnih delcev.

Morda zdaj morate razumeti, kaj je sinhrofaksotron in zakaj ga potrebujete. Ta namestitev je naredila številna odkritja. Danes je bil izdelan elektronski pospeševalnik in v trenutku, ko dela v FIAN-u.