+ elektronas) yra rezonansinis ciklinis greitintuvas, kurio pusiausvyros orbitos ilgis greitėjimo metu nekinta. Kad dalelės įsibėgėjimo metu išliktų toje pačioje orbitoje, keičiasi ir pirmaujantis magnetinis laukas, ir greitėjančio elektrinio lauko dažnis. Pastarasis yra būtinas, kad spindulys patektų į greitėjimo sekciją visada fazėje su aukšto dažnio elektrinis laukas. Tuo atveju, kai dalelės yra ultrareliatyvios, apsisukimų dažnis su fiksuotu orbitos ilgiu nesikeičia didėjant energijai, o RF generatoriaus dažnis taip pat turi išlikti pastovus. Toks greitintuvas jau vadinamas sinchrotronu.
Parašykite apžvalgą apie straipsnį "Sinchrophasotron"
Pastabos
taip pat žr
|
||||||||||||
Sinchrofasotroną apibūdinanti ištrauka
Generolo veidas susiraukė, lūpos trūkčiojo ir drebėjo. Išsiėmė sąsiuvinį, greitai kažką nupiešė pieštuku, išplėšė popieriaus lapą, atidavė, greitais žingsniais nuėjo prie lango, metė kūną ant kėdės ir tarsi klausdamas apsižvalgė į esančius kambaryje. : Kodėl jie žiūri į jį? Tada generolas pakėlė galvą, ištiesė kaklą, lyg ketindamas ką nors pasakyti, bet tuoj pat, lyg nerūpestingai pradėdamas sau niūniuoti, išleido keistą garsą, kuris tuoj pat buvo sustabdytas. Atsidarė kabineto durys, ant slenksčio pasirodė Kutuzovas. Generolas sutvarstyta galva, tarsi bėgdamas nuo pavojaus, pasilenkęs, dideliais, greitais žingsniais plonomis kojomis, priėjo prie Kutuzovo.- Vous voyez le malheureux Mack, [Matai nelaimingąjį Macką.] - tarė jis sulaužytu balsu.
Kabineto tarpduryje stovėjusio Kutuzovo veidas keletą akimirkų liko visiškai nejudantis. Tada lyg banga per veidą perbėgo raukšlė, kakta išsilygino; jis pagarbiai nulenkė galvą, užsimerkė, tyliai paleido Maką ir uždarė už savęs duris.
Jau anksčiau pasklidę gandai apie austrų pralaimėjimą ir visos kariuomenės pasidavimą Ulme pasirodė teisingi. Po pusvalandžio į skirtingas puses buvo išsiųsti adjutantai su įsakymais, įrodančiais, kad netrukus iki šiol neveikusi rusų kariuomenė turės susitikti su priešu.
Princas Andrejus buvo vienas iš tų retų štabo karininkų, kurie savo pagrindiniu interesu laikė bendrus karinius reikalus. Pamatęs Macką ir išgirdęs jo mirties detales, jis suprato, kad pusė kampanijos buvo prarasta, suprato visą Rusijos kariuomenės padėties sunkumą ir ryškiai įsivaizdavo, kas laukia kariuomenės ir vaidmenį, kurį jis turės atlikti joje. .
Štai subtiliai pažįstamas žodis „sinchrofasotronas“! Priminkite, kaip tai pateko į paprasto pasauliečio ausis Sovietų Sąjungoje? Ten buvo koks nors filmas ar populiari daina, kažkas, aš tiksliai prisimenu! O gal tai buvo tik neištariamo žodžio analogas?
O dabar vis tiek prisiminkime, kas tai yra ir kaip jis buvo sukurtas ...
1957 metais Sovietų Sąjunga padarė revoliucinį mokslo proveržį iš karto dviem kryptimis: spalį buvo paleistas pirmasis dirbtinis Žemės palydovas, o likus keliems mėnesiams iki to, kovo mėnesį, Dubnoje pradėjo veikti legendinis sinchrofasotronas – milžiniška instaliacija, skirta mikropasauliui tirti. Šie du įvykiai sukrėtė visą pasaulį, o žodžiai „palydovas“ ir „sinchrofasotronas“ tvirtai įsiliejo į mūsų gyvenimą.
Sinchrofasotronas yra vienas iš įkrautų dalelių greitintuvų tipų. Juose esančios dalelės pagreitinamos iki didelių greičių ir, atitinkamai, iki didelės energijos. Pagal jų susidūrimų su kitomis atominėmis dalelėmis rezultatą sprendžiama apie materijos struktūrą ir savybes. Susidūrimų tikimybę lemia pagreitinto dalelių pluošto intensyvumas, tai yra jame esančių dalelių skaičius, todėl intensyvumas kartu su energija yra svarbus greitintuvo parametras.
Greitintuvai pasiekia milžiniškus dydžius, ir neatsitiktinai rašytojas Vladimiras Karcevas pavadino juos branduolinio amžiaus piramidėmis, pagal kurias palikuonys spręs apie mūsų technologijų lygį.
Prieš kuriant greitintuvus, kosminiai spinduliai buvo vienintelis didelės energijos dalelių šaltinis. Iš esmės tai yra protonai, kurių energija yra kelių GeV, laisvai ateinantys iš kosmoso, ir antrinės dalelės, atsirandančios sąveikaujant su atmosfera. Tačiau kosminių spindulių srautas yra chaotiškas ir mažo intensyvumo, todėl laikui bėgant laboratoriniams tyrimams jie pradėjo kurti specialios instaliacijos- greitintuvai su kontroliuojamais didelės energijos ir didesnio intensyvumo dalelių pluoštais.
Visų greitintuvų veikimas paremtas geru žinomas faktas: įkrautą dalelę pagreitina elektrinis laukas. Tačiau labai didelės energijos dalelių neįmanoma gauti greitinant jas tik vieną kartą tarp dviejų elektrodų, nes tam reikėtų joms taikyti didžiulę įtampą, o tai techniškai neįmanoma. Todėl daug energijos turinčios dalelės gaunamos pakartotinai perduodant jas tarp elektrodų.
Greitintuvai, kuriuose dalelė praeina per nuoseklius greitėjimo tarpus, vadinami tiesiniais. Greitintuvai prasidėjo nuo jų, tačiau reikalavimas didinti dalelių energiją lėmė beveik nerealiai didelius instaliacijų ilgius.
1929 metais amerikiečių mokslininkas E. Lawrence'as pasiūlė sukurti greitintuvą, kuriame dalelė juda spirale, pakartotinai eidama per tą patį tarpą tarp dviejų elektrodų. Dalelių trajektorija yra sulenkta ir susukta vienodo magnetinio lauko, nukreipto statmenai orbitos plokštumai. Greitintuvas buvo vadinamas ciklotronu. 1930-1931 metais Lawrence'as ir jo bendradarbiai Kalifornijos universitete (JAV) pastatė pirmąjį ciklotroną. Už šį išradimą jis buvo apdovanotas Nobelio premija 1939 m.
Ciklotrone didelis elektromagnetas sukuria vienodą magnetinį lauką, o elektrinis laukas atsiranda tarp dviejų tuščiavidurių D formos elektrodų (iš čia jų pavadinimas – „dees“). Tvirtinama prie elektrodų kintamoji įtampa, kuris keičia poliškumą kiekvieną kartą, kai dalelė padaro pusę apsisukimo. Dėl šios priežasties elektrinis laukas visada pagreitina daleles. Ši idėja negalėtų būti įgyvendinta, jei dalelės su skirtingos energijos turėjo skirtingi laikotarpiai apeliacinius skundus. Bet, laimei, nors greitis didėja didėjant energijai, apsisukimo laikotarpis išlieka pastovus, nes trajektorijos skersmuo didėja tuo pačiu santykiu. Būtent ši ciklotrono savybė leidžia pagreitinimui naudoti pastovų elektrinio lauko dažnį.
Netrukus ciklotronai buvo pradėti kurti kitose tyrimų laboratorijose.
Sinchrofazotrono pastatas šeštajame dešimtmetyje
Apie būtinybę sukurti rimtą akceleratoriaus bazę Sovietų Sąjungoje vyriausybės lygiu buvo paskelbta 1938 m. kovo mėn. Leningrado fizikos ir technologijos instituto (LFTI) mokslininkų grupė, vadovaujama akademiko A.F. Ioffe kreipėsi į SSRS liaudies komisarų tarybos pirmininką V.M. Molotovas su laišku, kuriame siūloma sukurti techninę bazę tyrimams struktūros srityje atomo branduolys. Atomo branduolio sandaros klausimai tapo viena iš pagrindinių gamtos mokslų problemų, o Sovietų Sąjunga jų sprendimu labai atsiliko. Taigi, jei Amerikoje buvo bent penki ciklotronai, tai Sovietų Sąjungoje nebuvo nė vieno (vienintelis Mokslų akademijos Radžio instituto (RIAN) ciklotronas, paleistas 1937 m., praktiškai neveikė dėl dizaino defektai). Kreipimesi į Molotovą buvo prašoma sudaryti sąlygas iki 1939 m. sausio 1 d. baigti LPTI ciklotrono statybą. Jo kūrimo darbai, prasidėję 1937 m., buvo sustabdyti dėl padalinių neatitikimų ir finansavimo nutraukimo.
Išties rašant laišką šalies valdžios sluoksniuose buvo aiškus nesusipratimas dėl tyrimų aktualumo atominės fizikos srityje. Pagal atsiminimus M.G. Meshcheryakov, 1938 m. net iškilo klausimas dėl Radžio instituto, kuris, kai kurių nuomone, užsiėmė nenaudingais urano ir torio tyrimais, likvidavimo, o šalis siekė padidinti anglies gavybą ir plieno lydymą.
Laiškas Molotovui turėjo įtakos ir jau 1938 metų birželį SSRS mokslų akademijos komisija, vadovaujama P.L. „Kapitsa“, vyriausybės prašymu, pateikė išvadą dėl būtinybės sukurti 10–20 MeV LPTI ciklotroną, atsižvelgiant į pagreitintų dalelių tipą, ir tobulinti RIAN ciklotroną.
1938 metų lapkritį S.I. Vavilovas, kreipdamasis į Mokslų akademijos prezidiumą, pasiūlė LFTI ciklotroną pastatyti Maskvoje ir perduoti I. V. laboratoriją. Kurchatovą, kuris dalyvavo jo kūrime. Sergejus Ivanovičius norėjo, kad centrinė atomo branduolio tyrimo laboratorija būtų toje pačioje vietoje, kur buvo įsikūrusi Mokslų akademija, tai yra Maskvoje. Tačiau jo nepalaikė LLRI. Ginčai baigėsi 1939 metų pabaigoje, kai A.F. Ioffas pasiūlė iš karto sukurti tris ciklotronus. 1940 m. liepos 30 d. SSRS mokslų akademijos prezidiumo posėdyje buvo nuspręsta RIAN einamaisiais metais pavesti įrengti esamą ciklotroną FIAN – iki spalio 15 d. reikalingos medžiagos naujo galingo ciklotrono statybai, o LFTI – ciklotrono statybas užbaigti 1941 metų pirmąjį ketvirtį.
Atsižvelgiant į šį sprendimą, FIAN buvo sukurta vadinamoji ciklotronų brigada, kurią sudarė Vladimiras Iosifovičius Veksleris, Sergejus Nikolajevičius Vernovas, Pavelas Aleksejevičius Čerenkovas, Leonidas Vasiljevičius Groševas ir Jevgenijus Lvovičius Feinbergas. 1940 m. rugsėjo 26 d. Fizinių ir matematikos mokslų katedros (OPMS) biuras išgirdo V.I. Veksleris apie ciklotrono projektavimo užduotį patvirtino pagrindines jo charakteristikas ir konstrukcijos sąmatą. Ciklotronas buvo skirtas pagreitinti deuteronus iki 50 MeV energijos. FIAN planavo pradėti statyti 1941 m., o pradėti eksploatuoti 1943 m. Suplanuotus planus sujaukė karas.
Neatidėliotinas poreikis sukurti atominę bombą privertė Sovietų Sąjungą sutelkti pastangas tiriant mikropasaulį. Laboratorijoje Nr.2 Maskvoje vienas po kito buvo pastatyti du ciklotronai (1944, 1946); Leningrade, panaikinus blokadą, buvo atkurti RIAN ir LFTI ciklotronai (1946 m.).
Nors Fianovskio ciklotrono projektas buvo patvirtintas dar prieš karą, paaiškėjo, kad Lawrence'o projektas išnaudojo save, nes pagreitintų protonų energija negalėjo viršyti 20 MeV. Būtent nuo šios energijos pradeda veikti dalelės masės padidėjimo šviesos greitį proporcingais greičiais poveikis, kas išplaukia iš Einšteino reliatyvumo teorijos.
Dėl masės augimo pažeidžiamas rezonansas tarp dalelės praėjimo per greitėjimo tarpą ir atitinkamos elektrinio lauko fazės, o tai reiškia lėtėjimą.
Pažymėtina, kad ciklotronas skirtas pagreitinti tik sunkiąsias daleles (protonus, jonus). Taip yra dėl to, kad dėl per mažos ramybės masės elektronas jau esant 1–3 MeV energijoms pasiekia greitį, artimą šviesos greičiui, dėl to jo masė pastebimai didėja ir dalelė greitai nueina. iš rezonanso.
Pirmasis ciklinis elektronų greitintuvas buvo betatronas, kurį Kerst pastatė 1940 m., remdamasis Wideröe idėja. Betatronas remiasi Faradėjaus dėsniu, pagal kurį pasikeitus magnetiniam srautui, prasiskverbiam į uždarą grandinę, šioje grandinėje atsiranda elektrovaros jėga. Betatrone uždara grandinė yra dalelių srautas, judantis žiedine orbita pastovaus spindulio vakuuminėje kameroje palaipsniui didėjančiame magnetiniame lauke. Didėjant magnetiniam srautui orbitos viduje, atsiranda elektrovaros jėga, kurios tangentinė dedamoji pagreitina elektronus. Betatrone, kaip ir ciklotrone, yra labai didelės energijos dalelių gamybos ribos. Taip yra dėl to, kad pagal elektrodinamikos dėsnius žiedinėmis orbitomis judantys elektronai skleidžia elektromagnetines bangas, kurios reliatyvistiniu greičiu nuneša daug energijos. Norint kompensuoti šiuos nuostolius, būtina žymiai padidinti magneto šerdies dydį, kuris turi praktinę ribą.
Taigi iki 1940-ųjų pradžios galimybės gauti didesnę energiją tiek protonams, tiek elektronams buvo išnaudotos. Tolesniems mikrokosmoso tyrimams reikėjo didinti pagreitintų dalelių energiją, todėl aktuali tapo užduotis rasti naujus pagreičio metodus.
1944 metų vasarį V.I. Veksleris pateikė revoliucinę idėją, kaip įveikti ciklotrono ir betatrono energijos barjerą. Tai buvo taip paprasta, kad atrodė keista, kad į jį nebuvo kreiptasi anksčiau. Idėja buvo tokia, kad rezonansinio pagreičio metu dalelių apsisukimų dažniai ir greitėjimo laukas turi nuolat sutapti, kitaip tariant, būti sinchroniški. Sinchronizacijai greitinant sunkiąsias reliatyvistines daleles ciklotrone, buvo pasiūlyta keisti greitėjančio elektrinio lauko dažnį pagal tam tikrą dėsnį (vėliau toks greitintuvas buvo vadinamas sinchrociklotronu).
Reliatyvistiniams elektronams pagreitinti buvo pasiūlytas greitintuvas, vėliau vadinamas sinchrotronu. Jame pagreitį vykdo pastovaus dažnio kintamasis elektrinis laukas, o sinchronizmą užtikrina pagal tam tikrą dėsnį besikeičiantis magnetinis laukas, išlaikantis daleles pastovaus spindulio orbitoje.
Praktiniais tikslais reikėjo teoriškai įsitikinti, kad siūlomi pagreičio procesai yra stabilūs, tai yra, esant nedideliems nukrypimams nuo rezonanso, dalelių fazavimas bus atliekamas automatiškai. Ciklotronų komandos teorinis fizikas E.L. Feinbergas atkreipė į tai Vekslerio dėmesį ir pats griežtai matematiškai įrodė procesų stabilumą. Štai kodėl Wexlerio idėja buvo pavadinta „autofazavimo principu“.
Siekdamas aptarti gautą sprendimą, FIAN surengė seminarą, kuriame Veksleris skaitė įvadinį pranešimą, o Feinbergas – apie stabilumą. Darbas buvo patvirtintas, o tais pačiais 1944 m. žurnale „SSRS mokslų akademijos pranešimai“ buvo paskelbti du straipsniai, kuriuose buvo svarstomi nauji pagreičio metodai (pirmame straipsnyje buvo kalbama apie greitintuvą, pagrįstą keliais dažniais, vėliau vad. mikrotroną). Jų autoriumi buvo nurodytas tik Veksleris, o Feinbergo pavardė iš viso nebuvo paminėta. Labai greitai Feinbergo vaidmuo atrandant automatinio fazavimo principą buvo nepelnytai užmirštas.
Po metų automatinio fazavimo principą savarankiškai atrado amerikiečių fizikas E. MacMillanas, tačiau Wexleris išlaikė prioritetą.
Pažymėtina, kad greitintuvuose, pagrįstuose naujuoju principu, „sverto taisyklė“ pasireiškė aiškiai – energijos padidėjimas lėmė pagreitintų dalelių pluošto intensyvumo praradimą, o tai siejama su cikliškumu. jų pagreičio, priešingai nei sklandžiai ciklotronuose ir betatronuose. Į šį nemalonų momentą iš karto buvo atkreiptas dėmesys 1945 m. vasario 20 d. Fizinių ir matematikos mokslų katedros sesijoje, tačiau tada visi vieningai priėjo prie išvados, kad ši aplinkybė jokiu būdu neturėtų trukdyti įgyvendinti projektą. Nors, beje, kova dėl intensyvumo vėliau nuolat erzino „akceleratorius“.
Toje pačioje sesijoje, SSRS mokslų akademijos prezidento siūlymu S.I. Vavilovo, buvo nuspręsta nedelsiant sukurti dviejų tipų greitintuvus, kuriuos pasiūlė Veksler. 1946 m. vasario 19 d. Specialusis komitetas prie SSRS liaudies komisarų tarybos pavedė atitinkamai komisijai parengti jų projektus, nurodant pajėgumus, gamybos laiką ir statybos vietą. (FIAN atsisakė sukurti ciklotroną.)
Dėl to 1946 metų rugpjūčio 13 dieną vienu metu buvo išleisti du SSRS Ministrų Tarybos dekretai, kuriuos pasirašė SSRS Ministrų Tarybos pirmininkas I.V. Stalinas ir SSRS Ministrų Tarybos vadovas Ya.E. Chadajevas apie sinchrociklotrono sukūrimą 250 MeV deuterono energijai ir sinchrotroną 1 GeV energijai. Greitintuvų energiją pirmiausia padiktavo JAV ir SSRS politinė konfrontacija. Jungtinės Valstijos jau pastatė sinchrociklotroną, kurio deuterono energija yra apie 190 MeV, ir pradėjo statyti sinchrotroną, kurio energija yra 250–300 MeV. Buitiniai greitintuvai energine prasme turėjo pralenkti amerikietiškus.
Į sinchrociklotroną buvo dedamos viltys atrasti naujus elementus, naujus atominės energijos gavimo būdus iš pigesnių už uraną šaltinių. Sinchrotrono pagalba jie ketino dirbtinai gauti mezonus, kurie, kaip tuo metu manė sovietų fizikai, galėjo sukelti branduolio skilimą.
Abu dekretai buvo paskelbti su antspaudu „Visiškai slaptas (specialus aplankas)“, nes greitintuvų statyba buvo atominės bombos sukūrimo projekto dalis. Jų pagalba buvo tikimasi gauti tikslią branduolinių jėgų teoriją, reikalingą bombų skaičiavimams, kurie tuo metu buvo atliekami tik naudojant didelį apytikslių modelių rinkinį. Tiesa, viskas pasirodė ne taip paprasta, kaip buvo manyta iš pradžių, ir reikia pastebėti, kad tokia teorija nesukurta iki šių dienų.
Nutarimais buvo nustatytos greitintuvų statybos vietos: sinchrotronas - Maskvoje, Kalugos plente (dabar Leninsky prospektas), FIAN teritorijoje; sinchrociklotronas - Ivankovskajos hidroelektrinės rajone, 125 km į šiaurę nuo Maskvos (tuo metu Kalinino sritis). Iš pradžių abiejų greitintuvų kūrimas buvo patikėtas FIAN. V.I. Veksleris, o sinchrociklotronui - D.V. Skobelcynas.
Kairėje – technikos mokslų daktaras profesorius L.P. Zinovjevas (1912–1998), dešinėje - SSRS mokslų akademijos akademikas V.I. Veksleris (1907–1966), kurdamas sinchrofasotroną
Po šešių mėnesių atominio projekto vadovas I.V. Kurchatovas, nepatenkintas Fianovo sinchrociklotrono darbų eiga, šią temą perkėlė į savo laboratoriją Nr. 2. Jis paskyrė M.G. Meshcheryakov, atleisdamas jį iš darbo Leningrado radžio institute. Vadovaujant Meshcheryakovui, laboratorijoje Nr.2 buvo sukurtas sinchrociklotrono modelis, kuris jau eksperimentiškai patvirtino automatinio fazavimo principo teisingumą. 1947 metais Kalinino srityje pradėtas statyti akceleratorius.
1949 m. gruodžio 14 d., vadovaujant M.G. Meshcheryakov Synchrocyclotron buvo sėkmingai paleistas pagal grafiką ir tapo pirmuoju tokio tipo greitintuvu Sovietų Sąjungoje, blokuojančiu panašaus 1946 metais Berklyje (JAV) sukurto greitintuvo energiją. Jis išliko rekordinis iki 1953 m.
Iš pradžių sinchrociklotrono pagrindu veikianti laboratorija slaptumo dėlei vadinosi SSRS mokslų akademijos (GTL) hidrotechnikos laboratorija ir buvo 2-osios laboratorijos filialas. 1953 m. ji buvo pertvarkyta į nepriklausomą Branduolinių problemų institutą. SSRS mokslų akademija (INP), vadovaujama M.G. Meshcheryakov.
Ukrainos mokslų akademijos akademikas A.I. Leipunskis (1907–1972), remdamasis automatinio fazavimo principu, pasiūlė sukurti greitintuvą, vėliau pavadintą sinchrofasotronu (nuotrauka: Mokslas ir gyvenimas)
Sinchrotrono sukūrimas nepavyko dėl daugelio priežasčių. Pirmiausia dėl nenumatytų sunkumų teko pastatyti du sinchrotronus mažesnėms energijoms – 30 ir 250 MeV. Jie buvo FIAN teritorijoje, o 1 GeV sinchrotroną nuspręsta statyti už Maskvos ribų. 1948 m. birželį jam buvo skirta vieta keli kilometrai nuo jau statomo sinchrociklotrono Kalinino srityje, bet ten taip pat nebuvo pastatyta, nes pirmenybė buvo suteikta Ukrainos akademijos akademiko Aleksandro Iljičiaus Leipunskio pasiūlytam greitintuvui. Mokslai. Tai atsitiko tokiu būdu.
1946 metais A.I. Leipunskis, remdamasis automatinio fazavimo principu, iškėlė idėją apie galimybę sukurti greitintuvą, kuriame būtų sujungtos sinchrotrono ir sinchrociklotrono savybės. Vėliau Veksleris šio tipo greitintuvus pavadino sinchrofasotronu. Pavadinimas tampa aiškus, jei atsižvelgsime į tai, kad sinchrociklotronas iš pradžių buvo vadinamas fasotronu, o kartu su sinchrotronu gaunamas sinchrofasotronas. Jame, pasikeitus vadovui magnetinis laukas dalelės juda žiedu, kaip sinchrotrone, o pagreičiu susidaro aukšto dažnio elektrinis laukas, kurio dažnis kinta laikui bėgant, kaip sinchrociklotrone. Tai leido žymiai padidinti pagreitintų protonų energiją, palyginti su sinchrociklotronu. Sinchrofazotrone protonai preliminariai pagreitinami tiesiniame greitintuve - purkštuve. Dalelės, įvestos į pagrindinę kamerą veikiant magnetiniam laukui, joje pradeda cirkuliuoti. Šis režimas vadinamas betatron režimu. Tada prie elektrodų, išdėstytų dviejuose diametraliai priešinguose tiesiniuose tarpeliuose, įjungiama aukšto dažnio greitinimo įtampa.
Iš visų trijų greitintuvų tipų, pagrįstų automatinio fazavimo principu, sinchrofasotronas yra techniškai pats sudėtingiausias, todėl daugelis abejojo jo sukūrimo galimybe. Tačiau Leipunskis, įsitikinęs, kad viskas pavyks, drąsiai ėmėsi įgyvendinti savo idėją.
1947 metais laboratorijoje „B“ prie Obninskojės stoties (dabar Obninsko miestas) speciali jo vadovaujama greitintuvų grupė pradėjo kurti greitintuvą. Pirmieji sinchrofasotrono teoretikai buvo Yu.A. Krutkovas, O.D. Kazačkovskis ir L.L. Sabsovičius. 1948 metų vasarį įvyko uždara greitintuvų konferencija, kurioje, be ministrų, dalyvavo ir A.L. Mintsas, žinomas to meto radijo inžinerijos specialistas, ir Leningrado elektrosilos bei transformatorių gamyklų vyriausieji inžinieriai. Visi jie teigė, kad Leipūno pasiūlytą akceleratorių galima padaryti. Paskatinus pirmuosius teorinius rezultatus ir pirmaujančių gamyklų inžinierių palaikymą, buvo galima pradėti konkretaus techninio didelio 1,3–1,5 GeV protonų energijos greitintuvo projekto darbus ir parengti eksperimentinį darbą, patvirtinantį Leipunskio idėjos teisingumą. 1948 m. gruodžio mėn. buvo parengtas greitintuvo techninis projektas, o 1949 m. kovo mėn. Leipunskis turėjo pateikti preliminarus projektas sinchrofazotronas esant 10 GeV.
Ir staiga, 1949 m., pačiame darbų įkarštyje, vyriausybė nutarė pradėtus darbus su sinchrofasotronu perduoti FIAN. Kam? Kodėl? Juk FIAN jau stato 1 GeV sinchrotroną! Taip, faktas yra tas, kad abu projektai, tiek 1,5 GeV sinchrotronas, tiek 1 GeV sinchrotronas, buvo per brangūs ir kilo klausimas dėl jų tikslingumo. Galiausiai tai buvo išspręsta viename iš specialių FIAN susitikimų, kur susirinko žymiausi šalies fizikai. Jie manė, kad nereikia statyti 1 GeV sinchrotrono, nes trūksta didelio susidomėjimo elektronų pagreičiu. Pagrindinis šios pozicijos priešininkas buvo M.A. Markovas. Pagrindinis jo argumentas buvo tas, kad daug efektyviau tirti protonus ir branduolines jėgas jau gerai ištirtos elektromagnetinės sąveikos pagalba. Tačiau apginti savo požiūrio jam nepavyko, o teigiamas sprendimas pasirodė Leipunskio projektui palankus.
Taip atrodo 10 GeV sinchrofasotronas Dubnoje
Puoselėta Vekslerio svajonė sukurti didžiausią greitintuvą žlugo. Nenorėdamas taikstytis su esama situacija, jis, remiamas S.I. Vavilovas ir D.V. Skobeltsyna pasiūlė atsisakyti 1,5 GeV sinchrofasotrono statybos ir nedelsiant pradėti kurti 10 GeV greitintuvą, kuris anksčiau buvo patikėtas A. I. Leipunskis. Vyriausybė pritarė šiam pasiūlymui, nes 1948 m. balandį sužinojo apie 6–7 GeV sinchrofasotrono projektą Kalifornijos universitete ir norėjosi bent trumpam aplenkti JAV.
1949 m. gegužės 2 d. SSRS Ministrų Taryba paskelbė nutarimą dėl 7–10 GeV energijos sinchrofazotrono sukūrimo anksčiau sinchrotronui skirtoje teritorijoje. Tema buvo perkelta į FIAN, o V.I. Veksleris, nors Leipunskio verslas klostėsi visai neblogai.
Tai galima paaiškinti, pirma, tuo, kad Veksleris buvo laikomas autofazavimo principo autoriumi ir, remiantis amžininkų prisiminimais, L. P. jam labai palankė. Berija. Antra, S. I. Vavilovas tuo metu buvo ne tik FIAN direktorius, bet ir SSRS mokslų akademijos prezidentas. Leipunskiui buvo pasiūlyta tapti Vekslerio pavaduotoju, tačiau jis atsisakė ir vėliau nedalyvavo kuriant sinchrofasotroną. Pasak pavaduotojo Leipunskio O.D. Kazachkovskio, „buvo aišku, kad du lokiai negali susitvarkyti viename guolyje“. Vėliau A.I. Leipunskis ir O.D. Kazačkovskis tapo pagrindiniais reaktorių specialistais ir 1960 m. buvo apdovanotas Lenino premija.
Nutarime buvo punktas dėl Laboratorijos „V“ darbuotojų, užsiimančių akceleratoriaus kūrimu, perkėlimo dirbti į FIAN su atitinkamos įrangos perkėlimu. Ir buvo ką perteikti: darbas su akceleratoriumi „B“ laboratorijoje tuo metu buvo perkeltas į modeliavimo ir pagrindinių sprendimų pagrindimo stadiją.
Ne visi buvo entuziastingi dėl perėjimo į FIAN, nes su Leipunskiu buvo lengva ir įdomu dirbti: jis buvo ne tik puikus mokslinis patarėjas, bet ir nuostabus žmogus. Tačiau atsisakyti perdavimo buvo beveik neįmanoma: tuo atšiauriu metu atsisakymui grėsė teismas ir stovyklos.
Iš laboratorijos „B“ perkelta grupė buvo inžinierius Leonidas Petrovičius Zinovjevas. Jis, kaip ir kiti greitintuvų grupės nariai, Leipunskio laboratorijoje pirmą kartą užsiėmė atskirų komponentų, būtinų būsimo greitintuvo modeliui, kūrimu, ypač jonų šaltiniu ir aukštos įtampos. impulsų grandinės maitinti purkštuką. Leipunskis iškart atkreipė dėmesį į kompetentingą ir kūrybingą inžinierių. Jo nurodymu Zinovjevas pirmasis dalyvavo kuriant bandomąją gamyklą, kurioje buvo galima imituoti visą protonų pagreičio procesą. Tada niekas negalėjo pagalvoti, kad tapęs vienu iš pradininkų sinchrofasotrono idėjai įgyvendinti, Zinovjevas bus vienintelis žmogus, kuris pereis visus jo kūrimo ir tobulinimo etapus. Ir ne tik praleisti, bet ir vadovauti.
„V“ laboratorijoje gauti teoriniai ir eksperimentiniai rezultatai buvo panaudoti Lebedevo fiziniame institute kuriant 10 GeV sinchrofazotroną. Tačiau norint padidinti akceleratoriaus energiją iki šios vertės, reikėjo gerokai patobulinti. Jo kūrimo sunkumus labai apsunkino tai, kad tuo metu nebuvo patirties statyti tokias dideles instaliacijas visame pasaulyje.
Vadovaujant teoretikams M.S. Rabinovičius ir A.A. Kolomenskis iš FIAN pateikė fizinį pateisinimą techninis projektas. Pagrindinius sinchrofasotrono komponentus sukūrė Mokslų akademijos Maskvos radijo inžinerijos institutas ir Leningrado tyrimų institutas, vadovaujant jų direktoriams A.L. Mints ir E.G. Uodas.
Norėdami įgyti reikiamos patirties, nusprendėme sukurti sinchrofasotrono modelį, kurio energija būtų 180 MeV. Jis buvo FIAN teritorijoje specialiame pastate, kuris slaptumo sumetimais buvo vadinamas sandėliu Nr. 2. 1951 m. pradžioje Veksleris patikėjo Zinovjevui visus modelio darbus, įskaitant įrangos montavimą, derinimą ir jo integruotas paleidimas.
Fianovsky modelis jokiu būdu nebuvo kūdikis – jo 4 metrų skersmens magnetas svėrė 290 tonų. Vėliau Zinovjevas prisiminė, kad kai jie surinko modelį pagal pirmuosius skaičiavimus ir bandė jį paleisti, iš pradžių niekas neveikė. Prieš paleidžiant modelį į rinką, teko įveikti daugybę nenumatytų techninių sunkumų. Kai tai atsitiko 1953 m., Veksleris pasakė: „Na, viskas! Ivankovskio sinchrofasotronas veiks! Kalbama apie didelį 10 GeV sinchrofasotroną, kuris jau buvo pradėtas statyti 1951 m. Kalinino srityje. Statybas vykdė organizacija, pavadinta TDS-533 (Statybos techninė direkcija 533).
Prieš pat modelio pasirodymą amerikiečių žurnalas staiga paskelbė žinutę apie Naujas dizainas magnetinė greitintuvo sistema, vadinama kietuoju fokusavimu. Jis atliekamas kaip kintamų sekcijų rinkinys su priešingos krypties magnetinio lauko gradientais. Tai žymiai sumažina pagreitintų dalelių svyravimų amplitudę, o tai savo ruožtu leidžia žymiai sumažinti vakuuminės kameros skerspjūvį. Dėl to sutaupoma daug geležies, kuri atitenka magneto konstrukcijai. Pavyzdžiui, 30 GeV greitintuvas Ženevoje, pagrįstas kietu fokusavimu, turi tris kartus didesnę energiją ir tris kartus didesnį perimetrą nei Dubnos sinchrofasotronas, o jo magnetas yra dešimt kartų lengvesnis.
Kietojo fokusavimo magnetų dizainą pasiūlė ir sukūrė amerikiečių mokslininkai Courantas, Livingstonas ir Snyderis 1952 m. Keletą metų prieš juos tą patį sugalvojo, bet nepublikavo Christophilos.
Zinovjevas iš karto įvertino amerikiečių atradimą ir pasiūlė perdaryti Dubnos sinchrofazotroną. Tačiau tam tektų paaukoti laiką. Veksleris tada pasakė: „Ne, nors vienai dienai, bet mes turime būti prieš amerikiečius“. Ko gero, Šaltojo karo sąlygomis jis buvo teisus – „arkliai nekeičiami viduryje“. O didysis akceleratorius ir toliau buvo statomas pagal anksčiau parengtą projektą. 1953 m. statomo sinchrofasotrono pagrindu buvo sukurta SSRS mokslų akademijos (EFLAN) Elektrofizinė laboratorija. Jos direktoriumi buvo paskirtas V. I.. Veksleris.
1956 m. INP ir EFLAN sudarė įkurto Jungtinio branduolinių tyrimų instituto (JINR) pagrindą. Jo vieta tapo žinoma kaip Dubnos miestas. Iki to laiko sinchrociklotrono protonų energija buvo 680 MeV, o sinchrofasotrono statyba buvo baigta. Nuo pirmųjų JINR susikūrimo dienų stilizuotas sinchrofazotrono pastato piešinys (autorius V.P. Bochkarev) tapo oficialiu jo simboliu.
Modelis padėjo išspręsti daugybę 10 GeV greitintuvo problemų, tačiau dėl didelio dydžio skirtumo daugelio mazgų dizainas patyrė didelių pokyčių. Vidutinis sinchrofasotrono elektromagneto skersmuo siekė 60 metrų, o svoris – 36 tūkst. tonų (pagal parametrus jis vis dar yra Gineso rekordų knygoje). Iškilo daugybė naujų sudėtingų inžinerinių problemų, kurias komanda sėkmingai išsprendė.
Galiausiai viskas buvo paruošta integruotam akceleratoriaus paleidimui. Vekslerio įsakymu jai vadovavo L.P. Zinovjevas. Darbas prasidėjo 1956 m. gruodžio pabaigoje, situacija buvo įtempta, Vladimiras Iosifovičius negailėjo nei savęs, nei savo darbuotojų. Dažnai nakvodavome ant lovelių tiesiai didžiulėje įrenginio valdymo patalpoje. Pagal atsiminimus A.A. Kolomenskis, dauguma Tuo metu Veksleris išnaudojo savo neišsenkamą energiją „prievartuodamas“ išorinių organizacijų pagalbą ir įgyvendindamas praktinius pasiūlymus, daugiausia gautus iš Zinovjevo. Veksleris labai vertino savo eksperimentinę intuiciją, kuri suvaidino lemiamą vaidmenį kuriant milžinišką akceleratorių.
Labai ilgą laiką jie negalėjo gauti betatron režimo, be kurio paleidimas neįmanomas. Ir būtent Zinovjevas lemiamu momentu suprato, ką reikia padaryti, kad įkvėptų gyvybės sinchrofasotronui. Dvi savaites ruoštas eksperimentas visų džiaugsmui galiausiai vainikavo sėkmę. 1957 03 15 pradėjo veikti Dubnos sinchrofasotronas, apie kurį visam pasauliui pranešė 1957 04 11 laikraštis „Pravda“ (V.I. Vekslerio straipsnis). Įdomu tai, kad šios naujienos pasirodė tik tada, kai nuo paleidimo dienos palaipsniui didinama greitintuvo energija viršijo 6,3 GeV tuo metu pirmaujančio Amerikos sinchrofazotrono energiją Berklyje. "Yra 8,3 milijardo elektronvoltų!" – pranešė laikraštis, skelbdamas, kad Sovietų Sąjungoje buvo sukurtas rekordinis greitintuvas. Puoselėta Vekslerio svajonė išsipildė!
Balandžio 16 d. protonų energija pasiekė projektinę 10 GeV vertę, tačiau greitintuvas buvo pradėtas veikti tik po kelių mėnesių, nes vis dar buvo pakankamai neišspręstų techninių problemų. Ir vis dėlto pagrindinis dalykas atsiliko - sinchrofasotronas pradėjo veikti.
Veksleris apie tai pranešė jungtinio instituto akademinės tarybos antrojoje sesijoje 1957 m. gegužės mėn. Tuo pačiu metu instituto direktorius D.I. Blokhintsevas pažymėjo, kad, pirma, sinchrofazotrono modelis buvo sukurtas per pusantrų metų, o Amerikoje tai užtruko apie dvejus metus. Antra, pats sinchrofasotronas buvo paleistas per tris mėnesius, atitiko grafiką, nors iš pradžių atrodė nerealu. Būtent sinchrofasotrono paleidimas Dubnai atnešė pirmąją pasaulinę šlovę.
Trečiojoje instituto akademinės tarybos sesijoje Mokslų akademijos narys korespondentas V.P. Dželepovas pažymėjo, kad „Zinovjevas visais atžvilgiais buvo paleidimo siela ir įnešė į šį verslą nepaprastai daug energijos ir pastangų, būtent kūrybinių pastangų montuojant mašiną“. A D.I. Blokhintsevas pridūrė, kad „Zinovjevas iš tikrųjų ištvėrė didžiulį sudėtingo koregavimo darbą“.
Tūkstančiai žmonių dalyvavo kuriant sinchrofasotroną, tačiau Leonidas Petrovičius Zinovjevas atliko ypatingą vaidmenį. Veksleris rašė: „Sinchrofasotrono paleidimo sėkmė ir galimybė paleisti platų frontą fizinis darbas ant jo daugiausia susiję su dalyvavimu šiuose L. P. darbuose. Zinovjevas.
Zinovjevas planavo grįžti į FIAN po akceleratoriaus paleidimo. Tačiau Veksleris maldavo jo pasilikti, manydamas, kad niekam kitam negali patikėti sinchrofazotrono valdymo. Zinovjevas sutiko ir daugiau nei trisdešimt metų prižiūrėjo akceleratoriaus darbą. Jam vadovaujant ir tiesiogiai dalyvaujant akceleratorius buvo nuolat tobulinamas. Zinovjevas mėgo sinchrofasotroną ir labai subtiliai jautė šio geležies milžino kvapą. Anot jo, nebuvo nei vienos, net menkiausios akceleratoriaus detalės, kurios jis nepaliestų ir kurios paskirties nežinotų.
1957 m. spalio mėn. išplėstiniame Kurchatovo instituto akademinės tarybos posėdyje, kuriam pirmininkavo pats Igoris Vasiljevičius, septyniolika žmonių iš įvairių organizacijų, dalyvavusių kuriant sinchrofasotroną, buvo nominuoti tuo metu prestižiškiausiai sovietų Lenino premijai. sąjunga. Bet pagal sąlygas laureatų skaičius negalėjo viršyti dvylikos žmonių. 1959 m. balandį JINR aukštos energijos laboratorijos direktorius V.I. Veksleris, tos pačios laboratorijos skyriaus vedėjas L.P. Zinovjevas, Pagrindinio atominės energijos naudojimo direktorato prie SSRS Ministrų Tarybos vadovo pavaduotojas D.V. Efremovas, Leningrado tyrimų instituto direktorius E.G. Komaras ir jo bendradarbiai N.A. Monoszon, A.M. Stolovas, SSRS mokslų akademijos Maskvos radijo inžinerijos instituto direktorius A.L. Mints, to paties instituto darbuotojai F.A. Vodopjanovas, S.M. Rubchinsky, FIAN darbuotojai A.A. Kolomenskis, V.A. Petuhovas, M.S. Rabinovičius. Veksleris ir Zinovjevas tapo Dubnos garbės piliečiais.
Sinchrofasotronas tarnavo keturiasdešimt penkerius metus. Per tą laiką jame buvo padaryta nemažai atradimų. 1960 m. sinchrofasotrono modelis buvo paverstas elektronų greitintuvu, kuris FIAN veikia iki šiol.
šaltiniai
Literatūra:
Kolomensky A. A., Lebedev A. N. Ciklinių greitintuvų teorija. - M., 1962 m.
Komar EG Įkrauti dalelių greitintuvai. - M., 1964 m.
Livinggood J. Ciklinių greitintuvų veikimo principai - M., 1963 m.
Oganesyan Yu. Kaip buvo sukurtas ciklotronas / Mokslas ir gyvenimas, 1980 Nr. 4, p. 73.
Kalnas R. Dalelių pavėsyje – M., 1963 m.
http://elementy.ru/lib/430461?page_design=print
http://www.afizika.ru/zanitelniestati/172-ktopridumalsihrofazatron
http://theor.jinr.ru/~spin2012/talks/plenary/Kekelidze.pdf
http://fodeka.ru/blog/?p=1099
http://www.larissa-zinovyeva.com
Ir priminsiu apie kai kuriuos kitus nustatymus: pavyzdžiui, ir kaip tai atrodo. Prisiminkite, kas tai yra. O gal nežinai? arba kas yra Originalus straipsnis yra svetainėje InfoGlaz.rf Nuoroda į straipsnį, iš kurio padaryta ši kopija -1957 metais Sovietų Sąjunga padarė revoliucinį mokslo proveržį iš karto dviem kryptimis: spalį buvo paleistas pirmasis dirbtinis Žemės palydovas, o prieš kelis mėnesius, kovą, prasidėjo legendinis sinchrofasotronas – milžiniška mikropasaulio tyrinėjimo instaliacija. veikiantis Dubnoje. Šie du įvykiai sukrėtė visą pasaulį, o žodžiai „palydovas“ ir „sinchrofasotronas“ tvirtai įsiliejo į mūsų gyvenimą.
Sinchrofasotronas yra vienas iš įkrautų dalelių greitintuvų tipų. Juose esančios dalelės pagreitinamos iki didelių greičių ir, atitinkamai, iki didelės energijos. Pagal jų susidūrimų su kitomis atominėmis dalelėmis rezultatą sprendžiama apie materijos struktūrą ir savybes. Susidūrimų tikimybę lemia pagreitinto dalelių pluošto intensyvumas, tai yra jame esančių dalelių skaičius, todėl intensyvumas kartu su energija yra svarbus greitintuvo parametras.
Apie būtinybę sukurti rimtą akceleratoriaus bazę Sovietų Sąjungoje vyriausybės lygiu buvo paskelbta 1938 m. kovo mėn. Leningrado fizikos ir technologijos instituto (LFTI) mokslininkų grupė, vadovaujama akademiko A.F. Ioffe kreipėsi į SSRS liaudies komisarų tarybos pirmininką V.M. Molotovas su laišku, kuriame siūloma sukurti techninę bazę tyrimams atomo branduolio sandaros srityje. Atomo branduolio sandaros klausimai tapo viena iš pagrindinių gamtos mokslų problemų, o Sovietų Sąjunga jų sprendimu labai atsiliko. Taigi, jei Amerikoje buvo bent penki ciklotronai, tai Sovietų Sąjungoje nebuvo nė vieno (vienintelis Mokslų akademijos Radžio instituto (RIAN) ciklotronas, paleistas 1937 m., praktiškai neveikė dėl dizaino defektai). Kreipimesi į Molotovą buvo prašoma sudaryti sąlygas iki 1939 m. sausio 1 d. baigti LPTI ciklotrono statybą. Jo kūrimo darbai, prasidėję 1937 m., buvo sustabdyti dėl padalinių neatitikimų ir finansavimo nutraukimo.
1938 metų lapkritį S.I. Vavilovas, kreipdamasis į Mokslų akademijos prezidiumą, pasiūlė LFTI ciklotroną pastatyti Maskvoje ir perduoti I. V. laboratoriją. Kurchatovą, kuris dalyvavo jo kūrime. Sergejus Ivanovičius norėjo, kad centrinė atomo branduolio tyrimo laboratorija būtų toje pačioje vietoje, kur buvo įsikūrusi Mokslų akademija, tai yra Maskvoje. Tačiau jo nepalaikė LLRI. Ginčai baigėsi 1939 metų pabaigoje, kai A.F. Ioffas pasiūlė iš karto sukurti tris ciklotronus. 1940 m. liepos 30 d. SSRS mokslų akademijos prezidiumo posėdyje buvo nuspręsta šiais metais pavesti RIAN įrengti esamą ciklotroną, FIAN iki spalio 15 dienos paruošti reikiamas medžiagas naujo galingo ciklotrono statybai. , o LFTI ciklotrono statybą užbaigti 1941 m. pirmąjį ketvirtį.
Atsižvelgiant į šį sprendimą, FIAN buvo sukurta vadinamoji ciklotronų brigada, kurią sudarė Vladimiras Iosifovičius Veksleris, Sergejus Nikolajevičius Vernovas, Pavelas Aleksejevičius Čerenkovas, Leonidas Vasiljevičius Groševas ir Jevgenijus Lvovičius Feinbergas. 1940 m. rugsėjo 26 d. Fizinių ir matematikos mokslų katedros (OPMS) biuras išgirdo V.I. Veksleris apie ciklotrono projektavimo užduotį patvirtino pagrindines jo charakteristikas ir konstrukcijos sąmatą. Ciklotronas buvo skirtas pagreitinti deuteronus iki 50 MeV energijos.
Taigi, mes priėjome prie svarbiausio dalyko, prie žmogaus, kuris tais metais reikšmingai prisidėjo prie fizikos vystymosi mūsų šalyje - Vladimiro Iosifovičiaus Vekslerio. Šis puikus fizikas bus aptariamas toliau.
V. I. Veksleris gimė Ukrainoje, Žitomiro mieste, 1907 metų kovo 3 dieną. Jo tėvas žuvo Pirmajame pasauliniame kare.
1921 m., didžiulio bado ir niokojimo laikotarpiu, su dideliais sunkumais, neturėdamas pinigų, Volodia Veksleris atsidūrė alkanoje priešNEP Maskvoje. Paauglys atsiduria Chamovnikuose, sename, savininkų apleistame dvare, įkurtame komunos name.
Veksleris išsiskyrė domėjimusi fizika ir praktine radijo inžinerija, pats surinko detektorinį radijo imtuvą, kuris tais metais buvo neįprastai sunkus uždavinys, daug skaitė, gerai mokėsi mokykloje.
Palikusi komuną, Veksler išlaikė daug savo išugdytų pažiūrų ir įpročių.
Pastebėkime, kad karta, kuriai priklausė Vladimiras Iosifovičius, didžioji dauguma kasdienius savo gyvenimo aspektus vertino visiškai panieka, bet fanatiškai mėgo mokslines, profesines ir socialines problemas.
Veksleris, be kitų komunarų, baigė devynmetį vidurinė mokykla ir kartu su visais absolventais įstojo į gamybą darbininku, kur daugiau nei dvejus metus dirbo elektriku.
Buvo pastebėtas jo potraukis žinioms, meilė knygoms ir retas išradingumas, o 20-ųjų pabaigoje jaunuolis gavo „Komsomolo bilietą“ į institutą.
Kai Vladimiras Iosifovičius baigė institutą, įvyko dar viena aukštoji reorganizacija švietimo įstaigų ir pakeisti jų vardus. Taip atsitiko, kad Veksleris įstojo į Plechanovo liaudies ūkio institutą, baigė Maskvos energetikos institutą (Maskvos energetikos institutą) ir įgijo rentgeno technologijos inžinieriaus kvalifikaciją.
Tais pačiais metais įstojo į Visasąjunginio elektrotechnikos instituto Lefortove rentgeno difrakcinės analizės laboratoriją, kur Vladimiras Iosifovičius pradėjo savo darbą nuo matavimo prietaisų konstravimo ir jonizuojančiosios spinduliuotės matavimo metodų tyrimo, t.y. įkrautų dalelių srautai.
Veksleris šioje laboratorijoje dirbo 6 metus, greitai iš laboranto tapdamas vadovu. Čia jau pasireiškė būdinga Vekslerio, kaip talentingo eksperimentuojančio mokslininko, „rašysena“. Jo mokinys profesorius M. S. Rabinovičius savo atsiminimuose apie Vekslerį vėliau rašė: „Beveik 20 metų jis pats surinko, surinko įvairias jo sugalvotas instaliacijas, niekuomet nevengdamas jokių darbų. Tai leido pamatyti ne tik fasadą, ne tik jo. idėjinė pusė ", bet ir viskas, kas slypi už galutinių rezultatų, už matavimų tikslumo, už puikių instaliacijų spintų. Visą gyvenimą mokėsi ir persikvalifikavo. Iki pat paskutinių gyvenimo metų vakarais, š. atostogas, jis atidžiai studijavo ir apibūdino teorinį darbą.
1937 metų rugsėjį Veksleris iš sąjunginio elektrotechnikos instituto persikėlė į SSRS mokslų akademijos (FIAN) P. N. Lebedevo fizinį institutą. Tai buvo svarbus įvykis mokslininko gyvenime.
Iki to laiko Vladimiras Iosifovičius jau buvo apgynęs daktaro disertaciją, kurios tema buvo jo sukurtų „proporcinių stiprintuvų“ įrenginys ir pritaikymas.
FIAN Veksleris ėmėsi kosminių spindulių tyrimo. Skirtingai nuo A. I. Alikhanovo ir jo kolegų, kurie pamėgo vaizdingą Aragato kalną Armėnijoje, Veksleris dalyvavo mokslininkų ekspedicijose į Elbrusą, o vėliau ir į Pamyrą – Pasaulio stogą. Fizikai visame pasaulyje tyrė didelės energijos įkrautų dalelių srautus, kurių nebuvo galima gauti antžeminėse laboratorijose. Tyrėjai priartėjo prie paslaptingų kosminės spinduliuotės srautų.
Jau dabar kosminiai spinduliai užima svarbią vietą astrofizikų ir didelės energijos fizikų arsenale, keliamos jaudinančiai įdomios jų kilmės teorijos. Tuo pačiu metu gauti tokią energiją turinčių dalelių studijoms buvo tiesiog neįmanoma, o fizikai tiesiog reikėjo ištirti jų sąveiką su laukais ir kitomis dalelėmis. Jau trečiajame dešimtmetyje daugeliui atominės energetikos mokslininkų kilo mintis: kaip būtų malonu gauti tokios didelės „kosminės“ energijos daleles laboratorijoje, naudojant patikimus subatominių dalelių tyrimo instrumentus, kurių tyrimo metodas buvo toks pat – kai kurių dalelių bombardavimas kitų. Rutherfordas atrado atomo branduolio egzistavimą bombarduodamas atomus galingais sviediniais – alfa dalelėmis. Branduolinės reakcijos buvo aptiktos tuo pačiu metodu. Norėdami paversti vieną cheminis elementas kitoje – reikėjo keisti šerdies sudėtį. Tai buvo pasiekta bombarduojant branduolius alfa dalelėmis, o dabar – dalelėmis, pagreitintomis galinguose greitintuvuose.
Po nacistinės Vokietijos invazijos daugelis fizikų iškart įsitraukė į karinį darbą. Veksleris nutraukė kosminių spindulių tyrimą ir ėmėsi radijo įrangos projektavimo bei tobulinimo fronto poreikiams.
Tuo metu Mokslų akademijos Fizinis institutas, kaip ir kai kurios kitos akademinės institucijos, buvo evakuotas į Kazanę. Tik 1944 metais pavyko surengti ekspediciją iš Kazanės į Pamyrą, kur Vekslerio grupė galėjo tęsti Kaukaze pradėtus kosminių spindulių ir didelės energijos dalelių sukeltų branduolinių procesų tyrimus. Išsamiai nenagrinėjant Vekslerio indėlio į branduolinių procesų, susijusių su kosminiais spinduliais, tyrimą, kuriam buvo skirta daug jo darbo metų, galima teigti, kad jis buvo labai reikšmingas ir davė daug svarbių rezultatų. Tačiau bene svarbiausia, kad kosminių spindulių tyrimas paskatino mokslininką prie visiškai naujų dalelių pagreičio idėjų. Kalnuose Veksleris sugalvojo statyti dalelių greitintuvus, kad sukurtų savo „kosminius spindulius“.
Nuo 1944 m. V. I. Veksleris perėjo į naują sritį, kuri užėmė pagrindinę vietą jo mokslinėje veikloje. Nuo to laiko Vekslerio vardas amžiams buvo siejamas su didelių „autofazinių“ greitintuvų kūrimu ir naujų pagreičio metodų kūrimu.
Tačiau jis neprarado susidomėjimo kosminiais spinduliais ir toliau dirbo šioje srityje. 1946–1947 m. Veksleris dalyvavo mokslinėse ekspedicijose dideliame aukštyje į Pamyrą. Kosminiuose spinduliuose randamos fantastiškai didelės energijos dalelės, kurios yra nepasiekiamos greitintuvams. Veksleriui buvo aišku, kad iki tokios didelės energijos dalelių „natūralus greitintuvas“ negali būti lyginamas su „žmogaus rankų kūriniu“.
Wexleris pasiūlė išeitį iš šios aklavietės 1944 m. Naująjį principą, pagal kurį veikė Wexler greitintuvai, autorius pavadino autofazavimu.
Iki to laiko buvo sukurtas „ciklotrono“ tipo įkrautų dalelių greitintuvas (Vexleris populiariame laikraščio straipsnyje ciklotrono veikimo principą paaiškino taip: „Šiame įrenginyje įkrauta dalelė, judanti magnetiniame lauke. spirale, yra nuolatos greitinamas kintamu elektriniu lauku. Dėl to su ciklotrono dalelėmis galima perduoti 10-20 milijonų elektronų voltų energiją"). Tačiau tapo aišku, kad šiuo metodu 20 MeV slenksčio peržengti nepavyks.
Ciklotrone magnetinis laukas kinta cikliškai, pagreitindamas įkrautas daleles. Tačiau pagreičio metu dalelių masė didėja (kaip turėtų būti pagal SRT - specialiąją reliatyvumo teoriją). Tai veda prie proceso pažeidimo – po tam tikro apsisukimų skaičiaus magnetinis laukas, užuot įsibėgėjęs, ima sulėtinti daleles.
Veksleris siūlo pradėti lėtai didinti magnetinį lauką ciklotrone laikui bėgant, maitinant magnetą kintamoji srovė. Tada paaiškėja, kad vidutiniškai dalelių cirkuliacijos ratu dažnis bus automatiškai išlaikomas lygus elektrinio lauko, veikiančio dees (magnetinių sistemų pora, kuri lenkia kelią ir pagreitina daleles magnetiniu būdu, dažniui). laukas).
Kiekvienai einant pro dee plyšį, dalelės turi ir papildomai gauna skirtingą masės prieaugį (ir atitinkamai gauna skirtingą spindulio, kuriuo jas apgaubia magnetinis laukas, prieaugį), priklausomai nuo lauko stiprumo tarp dees tuo momentu. šios dalelės pagreitis. Iš visų dalelių galima išskirti pusiausvyros („laimės“) daleles. Šioms dalelėms mechanizmas, automatiškai palaikantis revoliucijos periodo pastovumą, yra ypač paprastas.
„Laimingųjų“ dalelių masė didėja ir apskritimo spindulys didėja su kiekvienu praėjimu pro plyšį. Jis tiksliai kompensuoja spindulio sumažėjimą, kurį sukelia magnetinio lauko padidėjimas per vieną apsisukimą. Vadinasi, „laimingosios“ (pusiausvyros) dalelės gali rezonansiškai įsibėgėti tol, kol didėja magnetinis laukas.
Paaiškėjo, kad beveik visos kitos dalelės turi tą patį gebėjimą, tik įsibėgėjimas užtrunka ilgiau. Pagreičio metu visos dalelės patirs virpesius aplink pusiausvyros dalelių orbitos spindulį. Vidutiniškai dalelių energija bus lygi pusiausvyros dalelių energijai. Taigi beveik visos dalelės dalyvauja rezonansiniame pagreityje.
Jei, užuot laiku padidinę magnetinį lauką greitintuve (ciklotrone), maitindami magnetą kintamąja srove, padidinsime kintamo elektrinio lauko, veikiančio dees, periodą, tada taip pat bus nustatytas „autofazinis“ režimas. .
"Gali atrodyti, kad norint atsirasti autofazavimui ir įgyvendinti rezonansinį pagreitį, reikia laiku pakeisti arba magnetinį lauką, arba elektrinio lauko periodą. Tiesą sakant, taip nėra. Galbūt teoriškai paprasčiausia () bet praktikoje toli gražu nėra paprastas) pagreitinimo metodas, autoriaus nustatytas anksčiau nei kiti metodai, gali būti įgyvendintas esant pastoviam magnetiniam laukui ir pastoviam dažniui.
1955 m., kai Wexleris parašė savo brošiūrą apie greitintuvus, šis principas, kaip nurodė autorius, sudarė greitintuvo – mikrotrono – greitintuvo, kuriam reikalingi galingi mikrobangų šaltiniai, pagrindą. Anot Vekslerio, mikrotronas "dar nėra plačiai paplitęs (1955). Tačiau jau keletą metų veikia keli elektronų greitintuvai, skirti energijai iki 4 MeV".
Veksleris buvo puikus fizikos populiarintojas, bet, deja, dėl savo užimtumo retai publikavo populiarius straipsnius.
Automatinio fazavimo principas parodė, kad galima turėti stabilią fazės sritį, todėl galima keisti greitėjimo lauko dažnį, nebijant išeiti iš rezonansinio pagreičio srities. Tik reikia pasirinkti tinkamą pagreičio fazę. Pakeitus lauko dažnį, atsirado galimybė nesunkiai kompensuoti dalelių masės kitimą. Be to, dažnio pokytis leido greitai besisukančiai ciklotrono spiralei priartėti prie apskritimo ir paspartinti daleles tol, kol magnetinio lauko stiprumo pakako dalelėms išlaikyti tam tikroje orbitoje.
Aprašytas greitintuvas su autofazavimu, kuriame kinta elektromagnetinio lauko dažnis, vadinamas sinchrociklotronu arba fasotronu.
Sinchrofasotronas naudoja dviejų automatinio fazavimo principų derinį. Pirmasis iš jų yra fasotrono pagrindas, kuris jau buvo minėtas, yra elektromagnetinio lauko dažnio pokytis. Antrasis principas naudojamas sinchrotronuose – čia keičiasi magnetinio lauko stiprumas.
Nuo pat automatinio fazavimo atradimo mokslininkai ir inžinieriai kūrė greitintuvus milijardams elektronų voltų. Pirmasis iš tokių mūsų šalyje buvo protonų greitintuvas – 10 milijardų elektronvoltų sinchrofasotronas Dubnoje.
Šis didelis greitintuvas V. I. Vekslerio ir S. I. Vavilovo iniciatyva pradėtas projektuoti 1949 m., o pradėtas eksploatuoti 1957 m. Antrasis didelis greitintuvas buvo pastatytas Protvino mieste netoli Serpuchovo jau 70 GeV energijai. Šiuo metu tuo dirba ne tik sovietų tyrinėtojai, bet ir kitų šalių fizikai.
Tačiau gerokai prieš tai, kai buvo išleisti du milžiniški „milijardiniai“ greitintuvai Fizikos institutas Mokslų akademijoje (FIAN), vadovaujant Veksleriui, buvo sukurti reliatyvistiniai dalelių greitintuvai. 1947 m. buvo paleistas elektronų greitintuvas, kurio energija buvo iki 30 MeV, kuris buvo kaip modelis didesniam elektronų greitintuvui - sinchrotronui, kurio energija yra 250 MeV. Sinchrotronas buvo paleistas 1949 m. Šiuose greitintuvuose SSRS mokslų akademijos Fizikos instituto mokslininkai atliko aukščiausios klasės mezono fizikos ir atomo branduolio darbus.
Paleidus Dubnos sinchrofasotroną, prasidėjo sparčios pažangos laikotarpis kuriant didelės energijos greitintuvus. SSRS ir kitose šalyse buvo pastatyta ir pradėta eksploatuoti daug greitintuvų. Tai jau minėtas 70 GeV greitintuvas Serpuchove, 50 GeV greitintuvas Batavijoje (JAV), 35 GeV greitintuvas Ženevoje (Šveicarija), 35 GeV greitintuvas Kalifornijoje (JAV). Šiuo metu fizikai kelia sau uždavinį sukurti kelių teraelektronvoltų greitintuvus (teraelektronvoltas – 1012 eV).
1944 m., kai gimė terminas „autofazė“. Veksleriui buvo 37 metai. Veksleris pasirodė gabus organizatorius mokslinis darbas ir mokslinės mokyklos vadovas.
Automatinio fazavimo metodas, kaip prinokęs vaisius, laukė, kol mokslininkas vizionierius jį nuims ir perims. Po metų, nepriklausomai nuo Wexlerio, automatinio fazavimo principą atrado garsus amerikiečių mokslininkas MacMilanas. Jis pripažino sovietų mokslininko prioritetą. McMillanas su Veksleriu susitiko ne kartą. Jie buvo labai draugiški, o dviejų nuostabių mokslininkų draugystės niekada niekas neužgožė iki pat Vekslerio mirties.
Įmontuoti greitintuvai pastaraisiais metais, nors remiantis Wechslerio automatinio fazavimo principu, jie, žinoma, yra gerokai patobulinti lyginant su pirmosios kartos mašinomis.
Be automatinio fazavimo, Wexleris sugalvojo ir kitų dalelių pagreitinimo idėjų, kurios pasirodė labai vaisingos. Vekslerio idėjos plačiai plėtojamos SSRS ir kitose šalyse.
1958 m. kovą Mokslininkų namuose Kropotkinskaya gatvėje įvyko tradicinis metinis SSRS mokslų akademijos susirinkimas. Veksleris išdėstė naujo pagreičio principo idėją, kurią jis pavadino „nuosekliu“. Tai leidžia pagreitinti ne tik atskiras daleles, bet ir plazmos ryšulius, susidedančius iš daugybės dalelių. „Koherentinis“ pagreičio metodas, kaip 1958 metais atsargiai pasakė Veksleris, leidžia pagalvoti apie galimybę daleles pagreitinti iki tūkstančio milijardų elektronų voltų ir net didesnės energijos.
1962 metais Veksleris, vadovaujamas mokslininkų delegacijos, išskrido į Ženevą dalyvauti Tarptautinės didelės energijos fizikos konferencijos darbe. Tarp keturiasdešimties sovietų delegacijos narių buvo tokių žymių fizikų kaip A. I. Alikhanovas, N. N. Bogolyubovas, D. I. Blokhincevas, I. Ya. Pomerančukas, M. A. Markovas. Daugelis delegacijos mokslininkų buvo greitintuvų specialistai ir Wexlerio studentai.
Vladimiras Iosifovičius Veksleris daugelį metų buvo Tarptautinės teorinės ir taikomosios fizikos sąjungos Aukštosios energijos fizikos komisijos pirmininkas.
1963 m. spalio 25 d. Wexleris ir jo kolega amerikietis Edwinas McMillanas, Kalifornijos universiteto Lorenso Radiacinės laboratorijos direktorius, buvo apdovanoti Amerikos atomų taikos premija.
Veksleris buvo nuolatinis Jungtinio branduolinių tyrimų instituto Dubnoje Aukštosios energijos laboratorijos direktorius. Dabar jo vardu pavadinta gatvė primena Vekslerio viešnagę šiame mieste.
Vekslerio mokslinis darbas ilgus metus telkėsi Dubnoje. Jis derino darbą Jungtiniame branduolinių tyrimų institute su darbu P. N. Lebedevo fiziniame institute, kur tolimoje jaunystėje pradėjo mokslininko karjerą, buvo Maskvos valstybinio universiteto profesorius, kur vadovavo katedrai.
1963 metais V. Veksleris buvo išrinktas SSRS mokslų akademijos Branduolinės fizikos katedros akademiku-sekretoriumi ir nuolat ėjo šias svarbias pareigas.
V. I. Vekslerio mokslo laimėjimai buvo labai įvertinti, jam įteikus Valstybinę I laipsnio ir Lenino premiją (1959 m.). Išskirtiniai moksliniai, pedagoginiai, organizaciniai ir socialinė veikla Mokslininkas buvo apdovanotas trimis Lenino ordinais, Raudonosios darbo vėliavos ordinu ir SSRS medaliais.
Vladimiras Iosifovičius Veksleris staiga mirė 1966 metų rugsėjo 20 dieną nuo antrojo širdies smūgio. Jam buvo tik 59 metai. Gyvenime jis visada atrodė jaunesnis už savo metus, buvo energingas, aktyvus ir nenuilstantis.
+ fazė + elektronas) yra rezonansinis ciklinis greitintuvas, kurio pusiausvyros orbitos ilgis greitėjimo metu nekinta. Kad dalelės įsibėgėjimo metu išliktų toje pačioje orbitoje, keičiasi ir pirmaujantis magnetinis laukas, ir greitėjančio elektrinio lauko dažnis. Pastarasis yra būtinas, kad spindulys patektų į greitėjimo sekciją visada fazėje su aukšto dažnio elektriniu lauku. Tuo atveju, kai dalelės yra ultrareliatyvios, apsisukimų dažnis su fiksuotu orbitos ilgiu nesikeičia didėjant energijai, o RF generatoriaus dažnis taip pat turi išlikti pastovus. Toks greitintuvas jau vadinamas sinchrotronu.
Kultūroje
Būtent šiuo įrenginiu pirmokas „dirbo darbe“ garsiojoje Alos Pugačiovos dainoje „Pirmoko daina“. Sinchrofasotronas minimas ir Gaidai komedijoje „Operacija Y ir kiti Šuriko nuotykiai“. Šis prietaisas taip pat rodomas kaip Einšteino reliatyvumo teorijos taikymo pavyzdys mokomajame trumpametražio filme „Kas yra reliatyvumo teorija?“. Žemo intelekto humoristinėse laidose plačiajai visuomenei jis dažnai veikia kaip „nesuprantamas“ mokslinis prietaisas arba aukštųjų technologijų pavyzdys.
Visas pasaulis žino, kad 1957 metais SSRS paleido pirmąjį pasaulyje dirbtinį Žemės palydovą. Tačiau nedaugelis žino, kad tais pačiais metais Sovietų Sąjunga pradėjo bandyti sinchrofasotroną, kuris yra modernaus Didžiojo hadronų greitintuvo Ženevoje pirmtakas. Straipsnyje bus aptarta, kas yra sinchrofasotronas ir kaip jis veikia.
Atsakant į klausimą, kas yra sinchrofasotronas, reikėtų pasakyti, kad tai aukštųjų technologijų ir imlus mokslui įrenginys, skirtas mikrokosmosui tirti. Visų pirma, sinchrofasotrono idėja buvo tokia: naudojant galingus magnetinius laukus, kuriuos sukuria elektromagnetai, reikėjo pagreitinti spindulį iki didelio greičio. elementariosios dalelės(protonai), tada nukreipkite šį spindulį į ramybės būseną. Nuo tokio susidūrimo protonai turės „skilti“ į gabalus. Netoli taikinio yra specialus detektorius – burbulų kamera. Šis detektorius leidžia sekti protonų dalių paliktus pėdsakus, kad būtų galima ištirti jų prigimtį ir savybes.
Kodėl reikėjo statyti SSRS sinchrofasotroną? Šiame moksliniame eksperimente, kuris buvo klasifikuojamas kaip „visiškai slaptas“, sovietų mokslininkai bandė rasti naują pigesnės ir efektyvesnės energijos šaltinį nei prisodrintas uranas. Taip pat persekiojamas ir švarus mokslinių tikslų giliau tyrinėti branduolinės sąveikos prigimtį ir subatominių dalelių pasaulį.
Sinchrofasotrono veikimo principas
Aukščiau pateiktas užduočių, su kuriomis susidūrė sinchrofasotronas, aprašymas daugeliui gali atrodyti ne per sunku jas įgyvendinti praktiškai, tačiau taip nėra. Nepaisant klausimo, kas yra sinchrofasotronas, paprastumo, norint pagreitinti protonus iki reikiamo milžiniško greičio, reikia elektros įtamposšimtai milijardų voltų. Tokios įtampos negalima sukurti net ir šiuo metu. Todėl buvo nuspręsta į protonus pumpuojamą energiją paskirstyti laiku.
Sinchrofasotrono veikimo principas buvo toks: protonų pluoštas pradeda judėti žiediniu tuneliu, kažkurioje šio tunelio vietoje yra kondensatoriai, kurie sukuria galios viršįtampią tuo momentu, kai pro juos praskrenda protonų pluoštas. Taigi kiekviename posūkyje yra nedidelis protonų pagreitis. Dalelių pluoštui padarius kelis milijonus apsisukimų per sinchrofasotrono tunelį, protonai pasieks norimą greitį ir bus nukreipti į taikinį.
Pažymėtina, kad elektromagnetai, naudojami protonų pagreičio metu, atliko vadovaujantį vaidmenį, tai yra, jie nustatė pluošto trajektoriją, bet nedalyvavo jį pagreitinant.
Problemos, su kuriomis susiduria mokslininkai atlikdami eksperimentus
Norint geriau suprasti, kas yra sinchrofasotronas ir kodėl jo kūrimas yra labai sudėtingas ir imlus mokslui procesas, reikėtų atsižvelgti į jo veikimo metu iškylančias problemas.
Pirma, nei daugiau greičio Protonų pluoštas, tuo didesnę masę jie pradeda turėti pagal garsųjį Einšteino dėsnį. Esant artimam šviesai greičiui, dalelių masė tampa tokia didelė, kad norint išlaikyti jas norimoje trajektorijoje, būtina turėti galingus elektromagnetus. Kuo didesnis sinchrofasotrono dydis, tuo didesni magnetai gali būti dedami.
Antra, sinchrofasotrono sukūrimą apsunkino ir protonų pluošto energijos nuostoliai jų apskritimo pagreičio metu, ir kuo didesnis pluošto greitis, tuo reikšmingesni šie nuostoliai. Pasirodo, norint pagreitinti spindulį iki reikiamų gigantiškų greičių, reikia turėti milžiniškų galių.
Kokie rezultatai buvo gauti?
Neabejotina, kad eksperimentai sovietiniame sinchrofasotrone labai prisidėjo prie šiuolaikinių technologijų sričių vystymosi. Taigi šių eksperimentų dėka sovietų mokslininkai sugebėjo patobulinti panaudoto urano-238 apdorojimo procesą ir gavo įdomių duomenų susidūrę su taikiniu pagreitintus skirtingų atomų jonus.
Eksperimentų su sinchrofasotronu rezultatai iki šiol naudojami statant atomines elektrines, kosmines raketas ir robotiką. Sovietinės mokslinės minties pasiekimai buvo panaudoti kuriant galingiausią mūsų laikų sinchrofasotroną – Didįjį hadronų greitintuvą. Pats sovietinis greitintuvas tarnauja Rusijos Federacijos mokslui, būdamas FIAN institute (Maskva), kur naudojamas kaip jonų greitintuvas.