Що таке синхрофазотрон: принцип роботи та отримані результати
Опубликованно 29.10.2018 08:52
Весь світ знає, що в 1957 році СРСР запустив перший у світі штучний супутник Землі. Однак, мало хто знає, що в цьому ж році Радянський Союз почав випробування синхрофазотрона, який є прабатьком сучасного Великого Адронного Колайдера в Женеві. У статті піде мова про те, що таке синхрофазотрон, і як він працює. Синхрофазотрон простими словами
Відповідаючи на питання, що таке синхрофазотрон, слід сказати, що це і наукоємне високотехнологічне пристрій, яке призначалося для дослідження мікрокосмосу. Зокрема, ідея синхрофазотрона полягала в наступному: необхідно було за допомогою потужних магнітних полів, створюваних електромагнітами, розігнати до великих швидкостей пучок елементарних частинок (протонів), а потім направити цей пучок на що знаходиться в спокої мішень. Від такого зіткнення протони повинні будуть "разломаться" на частини. Недалеко від мішені знаходиться спеціальний детектор - бульбашкова камера. Цей детектор дозволяє по треках, які залишають частині протона, дослідити їх природу і властивості.
Для чого потрібно було будувати синхрофазотрон СРСР? У цьому науковому експерименті, який проходив під категорією "цілком таємно", радянські вчені намагалися знайти нове джерело дешевшої і більш ефективної енергії, ніж збагачений уран. Також переслідувалися і суто наукові цілі більш глибокого вивчення природи ядерних взаємодій і світу субатомних частинок. Принцип роботи синхрофазотрона
Наведене вище опис завдань, які стояли перед синхрофазотроном, може багатьом здатися не занадто складним для їх реалізації на практиці, але це не так. Незважаючи на всю простоту питання, що таке синхрофазотрон, щоб прискорити протони до необхідних величезних швидкостей, потрібні електричні напруги в сотні млрд вольт. Такі напруги неможливо створити навіть в даний час. Тому було вирішено розподілити в часі вкачиваемую в протони енергію.
Принцип роботи синхрофазотрона полягав у наступному: пучок протонів починає свій рух по кольцеобразному тунелю, в певному місці цього тунелю стоять конденсатори, які створюють скачок напруги в той момент, коли пучок протонів пролітає через них. Таким чином, на кожному витку відбувається невелике прискорення протонів. Після того, як пучок частинок зробить кілька мільйонів обертів по тунелю синхрофазотрона, протони досягнуть бажаних швидкостей, і будуть спрямовані на мішень.
Варто відзначити, що використовуються під час прискорення протонів електромагніти виконували направляючу роль, тобто вони визначали траєкторію пучка, але не брали участі в його прискоренні. Проблеми, з якими зіткнулися вчені при проведенні експериментів
Щоб краще зрозуміти, що таке синхрофазотрон, і чому його створення є дуже складним і наукомістким процесом, слід розглянути проблеми, що виникають у процесі його роботи.
По-перше, чим більше швидкість пучка протонів, тим більшою масою вони починають володіти згідно знаменитому закону Ейнштейна. При швидкостях близьких до світлових маса частинок стає настільки великою, що для їх утримання на потрібній траєкторії, необхідно мати потужні електромагніти. Чим більше розмір синхрофазотрона, тим великі магніти можна поставити.
По-друге, створення синхрофазотрона ускладнювалося ще й втратами енергії пучком протонів під час їх кругового прискорення, причому, чим більше швидкість пучка, тим більш значними стають ці втрати. Виходить, що для розгону пучка до необхідних велетенських швидкостей, необхідно мати величезні потужності. Які результати вдалося отримати?
Безсумнівно, експерименти на радянському синхрофазотроне внесли величезний внесок у розвиток сучасних галузей техніки. Так, завдяки цим експериментів вчені СРСР змогли поліпшити процес переробки використаного урану-238 і отримали деякі цікаві дані, зіштовхуючи прискорені іони різних атомів з мішенню.
Результати експериментів на синхрофазотроне використовуються і донині в будівництві атомних електростанцій, космічних ракет і робототехніки. Досягнення радянської наукової думки були використані при будівництві самого потужного синхрофазотрона сучасності, якими є Великий Адронний Коллайдер. Сам же радянський прискорювач служить науці РФ, перебуваючи в інституті ФІАН (Москва), де використовується як прискорювача іонів. Автор: Валерій Савельєв 10 Серпня, 2018
Категория: Студентам