Синхрофазотрон: шта је, принцип рада и опис

Године 1957. СССР је направио научни и технички пробој у неколико области: успешно је лансирао вештачки сателит Земље, а неколико месеци пре овог догађаја у Дубни је почео да ради синхрофазотрон. Шта је то и зашто нам је потребна таква инсталација? То питање није забрињавало само тадашње грађане СССР-а, већ и цијели свијет. Наравно, научна заједница је схватила шта је то, али обични грађани су били збуњени када су чули ту ријеч. Чак и данас већина људи не разуме суштину и принцип синкрофасотрона, иако су ту ријеч чули више пута. Да видимо шта је овај уређај и за шта је коришћен.

За шта је синхрофаксотрон?

Развио је ову инсталацију за проучавање микросвијета и познавање структуре елементарних честица, закона њихове међусобне интеракције. Сама метода знања је била изузетно једноставна: разбити честицу и видјети што је унутра. Међутим, како можете разбити протон? За то је створен синкрофазотрон, који убрзава честице и удара их на мету. Потоњи могу бити стационарни, ау модерном Великом Хадронском Цоллидер-у (то је побољшана верзија доброг старог синкрофазотрона), мета се креће. Тамо се протонски снопови крећу огромном брзином једни према другима и ударају.

Сматрало се да ће ова установа направити научни пробој, открити нове елементе и методе за добијање атомске енергије из јефтиних извора који би били супериорнији у ефикасности. обогаћени уранијум био би сигурнији и мање штетан за животну средину.

Војни циљеви

Наравно, вођени су и војни циљеви. Стварање атомске енергије у мирољубиве сврхе само је изговор за наивно. Није ни чудо што је пројекат синкрофасотрона означен са "Топ Сецрет", јер је изградња овог акцелератора изведена у оквиру пројекта за стварање новог атомска бомба. Уз његову помоћ, желели су да добију побољшану теорију. нуклеарним снагама што је неопходно за израчунавање и стварање бомбе. Истина, испоставило се да је то много компликованије, па чак и данас ова теорија недостаје.

Шта је синкрофаксотрон једноставним речима?

Укратко, ова поставка је акцелератор елементарних честица, посебно протона. Синхрофазотрон се састоји од не-магнетне петље са унутрашњим вакуумом, као и од моћних електромагнета. Алтернативно, магнети су укључени, усмеравајући набијене честице унутар вакуумске цијеви. Када достигну максималну брзину уз помоћ акцелератора, шаљу се у посебну мету. Протони су га погодили, разбили саму мету и разбили је сами. Фрагменти се раздвајају и остављају трагове у комори мехурића. Пратећи ове трагове, група научника анализира њихову природу.

То је раније био случај, међутим, у модерним инсталацијама (као што је Ларге Хадрон Цоллидер), користе се модернији детектори уместо мехурићке коморе, која пружа више информација о фрагментима протона.

Сама инсталација је прилично сложена и хигх-тецх. Можемо рећи да је синкрофазотрон "удаљени рођак" модерног Великог хадронског сударача. У ствари, може се назвати аналогом микроскопа. Оба ова уређаја су дизајнирана за проучавање микросвијета, то је само принцип учења различит.

Више о уређају

Дакле, ми већ знамо шта је синкрофазотрон, као и чињеницу да се овде честице убрзавају до огромних брзина. Како се испоставило, за убрзавање протона до огромне брзине потребно је створити потенцијалну разлику од стотине милијарди волти. Нажалост, за човечанство је немогуће да уради такву ствар, па су честице постепено долазиле до убрзања.

У инсталацији, честице се крећу у кругу, а на свакој револуцији оне се напајају, примају убрзање. И мада је таква храна мала, за милионе окрета можете добити потребну енергију.

Принцип рада синхрофаксотрона је управо тај принцип. Елементарне честице убрзане до малих вриједности лансирају се у тунел гдје се налазе магнети. Они стварају магнетно поље које је окомито на прстен. Многи људи погрешно верују да ови магнети убрзавају честице, али у стварности то није случај. Они само мењају путању, присиљавајући их да се крећу у кругу, али их не убрзавају. Само убрзање се одвија при одређеним празнинама убрзања.

Акцелерација честица

Такав размак убрзања је кондензатор који је под напоном високе фреквенције. Иначе, ово је основа за све радове ове инсталације. Протонска греда лети у овај кондензатор у тренутку када је напон у њему нула. Како честице пролазе кроз кондензатор, напон се повећава у времену, што покреће честице. У следећем кругу, ово се понавља, пошто је фреквенција наизменичног напона посебно изабрана да буде једнака фреквенцији циркулације честица око прстена. Сходно томе, протони се убрзавају истовремено и у фази. Отуда име - синцхропхасотрон.

Иначе, овом методом убрзања постоји одређени корисни ефекат. Ако изненада протонска греда лети брже од жељене брзине, онда она улази у убрзавајући размак с негативном вриједношћу напона, што узрокује мало успоравање. Ако је брзина мања, ефекат ће бити супротан: честица се убрзава и хвата главну гомилу протона. Као резултат, густ и компактан сноп честица се креће са једном брзином.

Проблемс

Идеално, честице треба убрзати до максималне могуће брзине. А ако се протони на сваком кругу крећу брже и брже, зашто их онда не убрзати до максималне могуће брзине? Постоји неколико разлога.

Прво, повећање енергије подразумева повећање масе честица. Нажалост, релативистички закони не дозвољавају било којем елементу да се убрза изнад брзине светлости. У синхрофазотрону, брзина протона практично достиже брзину светлости, која увелико повећава њихову масу. Као резултат, постаје тешко задржати их у кружној орбити радијуса. Од школе је познато да је радијус кретања честица у магнетном пољу обрнуто пропорционалан маси и директно пропорционалан величини поља. И како маса честица расте, радијус се мора повећати и магнетно поље мора бити јаче. Ови услови стварају ограничења у имплементацији услова за истраживање, јер су технологије и данас ограничене. До сада није било могуће створити поље са индукцијом изнад неколико тесла. Због тога они праве тунеле велике дужине, јер се са великим радијусом тешке честице при великој брзини могу држати у магнетном пољу.

Други проблем је кретање са убрзањем по ободу. Познато је да набој који се креће одређеном брзином зрачи енергију, односно губи је. Сходно томе, честице константно губе енергију током убрзања, и што је њихова брзина већа, више енергије троше. У једном тренутку, долази до равнотеже између енергије примљене у одељку убрзања и губитка исте количине енергије у једној револуцији.

Истраживање је спроведено на синхрофазотрону

Сада разумемо који принцип лежи у основи рада синхрофазотрона. Дозволио је да спроведе низ студија и направи открића. Нарочито, научници су били у могућности да проучавају својства убрзаних деутерона, понашање квантне структуре језгара, интеракцију тешких иона са циљевима, као и да развију технологију за коришћење уранијума-238.

Примена резултата испитивања

Добијени резултати у овим областима примењују се данас у изградњи свемирских летелица, пројектовању нуклеарних електрана, као иу развоју специјалне опреме и роботике. Из свега овога произилази да је синхрофазотрон такав уређај, чији је допринос науци тешко прецијенити.

Закључак

Већ 50 година такве инсталације служе добру науке и активно их користе научници широм планете. Претходно створени синкрофазотрон и слични објекти (створени су не само у СССР-у) само су једна карика у ланцу еволуције. Данас постоје напреднији уређаји - Нуклотрони, који имају огромну енергију.

Један од најнапреднијих међу таквим уређајима је Ларге Хадрон Цоллидер. За разлику од дјеловања синкрофазотрона, он гура два снопа честица у супротним правцима, тако да је енергија ослобођена од судара много пута већа од енергије у синхрофатзотрону. То отвара могућности за прецизније проучавање елементарних честица.

Можда сада морате да схватите шта је синхрофаксотрон и зашто је уопште потребан. Ова инсталација је направила бројна открића. Данас је направљен електронски акцелератор, а тренутно ради у ФИАН-у.