+ elektrons) ir rezonanses cikliskais paātrinātājs, kura līdzsvara orbītas garums paātrinājuma laikā nemainās. Lai daļiņas paātrinājuma laikā paliktu vienā orbītā, mainās gan vadošais magnētiskais lauks, gan paātrinošā elektriskā lauka frekvence. Pēdējais ir nepieciešams, lai stars nonāktu paātrināšanas posmā vienmēr fāzē ar augsto frekvenci elektriskais lauks. Gadījumā, ja daļiņas ir ultrarelativistiskas, apgriezienu frekvence ar fiksētu orbītas garumu nemainās, palielinoties enerģijai, un arī RF ģeneratora frekvencei jāpaliek nemainīgai. Šādu paātrinātāju jau sauc par sinhrotronu.
Uzrakstiet atsauksmi par rakstu "Synchrophasotron"
Piezīmes
Skatīt arī
|
||||||||||||
Sinhropasotronu raksturojošs fragments
Ģenerāļa seja sarauca pieri, viņa lūpas raustījās un trīcēja. Viņš izņēma piezīmju grāmatiņu, ātri kaut ko uzzīmēja ar zīmuli, izrāva papīru, atdeva, ātriem soļiem piegāja pie loga, nometa ķermeni uz krēsla un paskatījās apkārt uz istabā esošajiem, it kā jautādams. : kāpēc viņi skatās uz viņu? Tad ģenerālis pacēla galvu, izstiepa kaklu, it kā domādams kaut ko teikt, bet tūdaļ, it kā nevērīgi sācis pie sevis dungot, izdvesa dīvainu skaņu, kas tūdaļ tika apturēta. Atvērās kabineta durvis, un uz sliekšņa parādījās Kutuzovs. Ģenerālis ar pārsietu galvu, it kā bēgtu no briesmām, saliecies, lieliem, ātriem, tievu kāju soļiem, tuvojās Kutuzovam.- Vous voyez le malheureux Makk, [Tu redzi nelaimīgo Maku.] - viņš aizlūzā balsī teica.
Kabineta durvīs stāvošā Kutuzova seja vairākus mirkļus palika pilnīgi nekustīga. Tad kā vilnis pār viņa seju pārskrēja grumba, piere nogludināja; viņš cieņpilni nolieca galvu, aizvēra acis, klusi palaida Meku sev garām un aizvēra aiz sevis durvis.
Jau iepriekš izplatītās baumas par austriešu sakāvi un visas armijas padošanos Ulmā izrādījās patiesas. Pēc pusstundas dažādos virzienos tika nosūtīti adjutanti ar pavēlēm, kas liecināja, ka drīzumā līdz šim neaktīvajam krievu karaspēkam būs jātiekas ar ienaidnieku.
Princis Andrejs bija viens no retajiem darbiniekiem, kurš uzskatīja savu galveno interesi par vispārējo militāro lietu gaitu. Ieraudzījis Maku un uzklausot viņa nāves detaļas, viņš saprata, ka puse no kampaņas ir zaudēta, saprata visas Krievijas karaspēka pozīcijas grūtības un spilgti iztēlojās, kas sagaida armiju un lomu, kas viņam tajā būs jāuzņemas. .
Šeit ir smalki pazīstamais vārds "sinhrofasotrons"! Atgādiniet man, kā tas nokļuva vienkāršam lajam Padomju Savienībā? Bija kaut kāda filma vai populāra dziesma, kaut kas, es precīzi atceros! Vai arī tas bija tikai neizrunājama vārda analogs?
Un tagad joprojām atcerēsimies, kas tas ir un kā tas tika izveidots ...
1957. gadā Padomju savienība veica revolucionāru zinātnisku izrāvienu uzreiz divos virzienos: oktobrī tika palaists pirmais mākslīgais Zemes pavadonis, bet dažus mēnešus pirms tam martā Dubnā sāka darboties leģendārais sinhrofazotrons, milzu instalācija mikropasaules izpētei. Šie divi notikumi šokēja visu pasauli, un vārdi "satelīts" un "sinhrofasotrons" ir stingri ienākuši mūsu dzīvē.
Sinhrofasotrons ir viens no lādētu daļiņu paātrinātāju veidiem. Tajās esošās daļiņas tiek paātrinātas līdz lieliem ātrumiem un līdz ar to līdz lielām enerģijām. Pēc to sadursmēm ar citām atomu daļiņām tiek vērtēta matērijas struktūra un īpašības. Sadursmju iespējamību nosaka paātrinātā daļiņu stara intensitāte, tas ir, tajā esošo daļiņu skaits, tāpēc intensitāte kopā ar enerģiju ir svarīgs paātrinātāja parametrs.
Paātrinātāji sasniedz milzīgus izmērus, un nav nejaušība, ka rakstnieks Vladimirs Karcevs tos nosauca par kodollaikmeta piramīdām, pēc kurām pēcteči spriedīs par mūsu tehnoloģiju līmeni.
Pirms paātrinātāju uzbūves kosmiskie stari bija vienīgais augstas enerģijas daļiņu avots. Būtībā tie ir protoni ar vairāku GeV enerģiju, kas brīvi nāk no kosmosa, un sekundārās daļiņas, kas rodas, mijiedarbojoties ar atmosfēru. Bet kosmisko staru plūsma ir haotiska un tai ir zema intensitāte, tāpēc laika gaitā laboratorijas pētījumiem tie sāka radīt īpašas instalācijas- paātrinātāji ar kontrolētiem augstas enerģijas un lielākas intensitātes daļiņu stariem.
Visu akseleratoru darbība balstās uz labu zināms fakts: lādētu daļiņu paātrina elektriskais lauks. Tomēr nav iespējams iegūt ļoti augstas enerģijas daļiņas, paātrinot tās tikai vienu reizi starp diviem elektrodiem, jo tam būtu jāpieliek milzīgs spriegums, kas tehniski nav iespējams. Tāpēc lielas enerģijas daļiņas tiek iegūtas, atkārtoti izlaižot tās starp elektrodiem.
Paātrinātājus, kuros daļiņa iziet cauri secīgām paātrināšanas spraugām, sauc par lineāriem. Ar tiem sākās paātrinātāju izstrāde, taču prasība palielināt daļiņu enerģiju izraisīja gandrīz nereāli lielu instalāciju garumu.
1929. gadā amerikāņu zinātnieks E. Lorenss ierosināja izstrādāt paātrinātāju, kurā daļiņa kustas pa spirāli, vairākkārt šķērsojot vienu un to pašu spraugu starp diviem elektrodiem. Daļiņu trajektorija ir saliekta un savīta ar vienmērīgu magnētisko lauku, kas vērsts perpendikulāri orbītas plaknei. Paātrinātāju sauca par ciklotronu. 1930.–1931. gadā Lorenss un viņa līdzstrādnieki Kalifornijas Universitātē (ASV) uzbūvēja pirmo ciklotronu. Par šo izgudrojumu viņam 1939. gadā tika piešķirta Nobela prēmija.
Ciklotronā liels elektromagnēts rada vienmērīgu magnētisko lauku, un elektriskais lauks rodas starp diviem dobiem D formas elektrodiem (tātad to nosaukums - "dees"). Piestiprināts pie elektrodiem Maiņstrāvas spriegums, kas maina polaritāti katru reizi, kad daļiņa veic pusapgriezienu. Sakarā ar to elektriskais lauks vienmēr paātrina daļiņas. Šo ideju nevarētu realizēt, ja daļiņas ar dažādas enerģijas ir bijis dažādi periodi pārsūdzības. Bet, par laimi, lai gan ātrums palielinās, palielinoties enerģijai, apgriezienu periods paliek nemainīgs, jo trajektorijas diametrs palielinās tādā pašā proporcijā. Tieši šī ciklotrona īpašība ļauj paātrinājumam izmantot nemainīgu elektriskā lauka frekvenci.
Drīz ciklotronus sāka veidot citās pētniecības laboratorijās.
Sinhrofazotrona ēka 1950. gados
Par nepieciešamību izveidot nopietnu akseleratora bāzi Padomju Savienībā valdības līmenī tika paziņots 1938. gada martā. Ļeņingradas Fizikas un tehnoloģijas institūta (LFTI) pētnieku grupa, kuru vadīja akadēmiķis A.F. Ioffe vērsās pie PSRS Tautas komisāru padomes priekšsēdētāja V.M. Molotovs ar vēstuli, kurā ierosināts izveidot tehnisko bāzi pētījumiem struktūras jomā atoma kodols. Jautājumi par atoma kodola uzbūvi kļuva par vienu no centrālajām dabaszinātņu problēmām, un to risināšanā Padomju Savienība krietni atpalika. Tātad, ja Amerikā bija vismaz pieci ciklotroni, tad Padomju Savienībā nebija neviena (vienīgais Zinātņu akadēmijas Radija institūta (RIAN) ciklotrons, kas palaists 1937. gadā, praktiski nedarbojās, jo dizaina defekti). Aicinājums Molotovam saturēja lūgumu radīt apstākļus, lai līdz 1939.gada 1.janvārim varētu pabeigt LPTI ciklotrona būvniecību. Darbs pie tā izveides, kas sākās 1937. gadā, tika apturēts departamentu neatbilstību un finansējuma pārtraukšanas dēļ.
Patiešām, vēstules rakstīšanas laikā valsts valdības aprindās valdīja nepārprotama neizpratne par pētījumu aktualitāti atomfizikas jomā. Saskaņā ar atmiņām par M.G. Meščerjakova, 1938. gadā pat radās jautājums par Radija institūta likvidāciju, kas, pēc dažu domām, nodarbojās ar bezjēdzīgiem urāna un torija pētījumiem, kamēr valsts centās palielināt ogļu ieguvi un tērauda kausēšanu.
Vēstule Molotovam iedarbojās, un jau 1938. gada jūnijā PSRS Zinātņu akadēmijas komisija P.L. vadībā. Kapitsa pēc valdības lūguma sniedza slēdzienu par nepieciešamību atkarībā no paātrināto daļiņu veida uzbūvēt 10–20 MeV LFTI ciklotronu un pilnveidot RIAN ciklotronu.
1938. gada novembrī S.I. Vavilovs savā aicinājumā Zinātņu akadēmijas Prezidijam ierosināja būvēt LFTI ciklotronu Maskavā un nodot I. V. laboratoriju. Kurčatovs, kurš bija iesaistīts tā izveidē. Sergejs Ivanovičs vēlējās, lai centrālā laboratorija atoma kodola izpētei atrastos tajā pašā vietā, kur atradās Zinātņu akadēmija, tas ir, Maskavā. Taču LFTI viņu neatbalstīja. Strīdi beidzās 1939. gada beigās, kad A.F. Ioffs ierosināja izveidot trīs ciklotronus vienlaikus. 1940. gada 30. jūlijā PSRS Zinātņu akadēmijas Prezidija sēdē tika nolemts uzdot RIAN kārtējā gadā aprīkot esošo ciklotronu, FIAN - sagatavot līdz 15. oktobrim. nepieciešamie materiāli jauna jaudīga ciklotrona būvniecībai, bet LFTI - ciklotrona būvniecības pabeigšanai 1941. gada pirmajā ceturksnī.
Saistībā ar šo lēmumu FIAN tika izveidota tā sauktā ciklotronu brigāde, kurā ietilpa Vladimirs Iosifovičs Vekslers, Sergejs Nikolajevičs Vernovs, Pāvels Aleksejevičs Čerenkovs, Leonīds Vasiļjevičs Groševs un Jevgeņijs Ļvovičs Feinbergs. 1940. gada 26. septembrī Fizisko un matemātikas zinātņu nodaļas (OPMS) birojs uzklausīja informāciju no V.I. Vekslers par ciklotrona projektēšanas uzdevumu, apstiprināja tā galvenos raksturlielumus un konstrukcijas tāmi. Ciklotrons tika izstrādāts, lai paātrinātu deuteronu enerģiju līdz 50 MeV. FIAN plānoja tā celtniecību uzsākt 1941. gadā un nodot ekspluatācijā 1943. gadā. Plānotos plānus izjauca karš.
Steidzamā nepieciešamība izveidot atombumbu lika Padomju Savienībai mobilizēt centienus mikropasaules izpētē. 2. laboratorijā Maskavā viens pēc otra uzbūvēti divi ciklotroni (1944, 1946); Ļeņingradā pēc blokādes atcelšanas tika atjaunoti RIAN un LFTI ciklotroni (1946).
Lai gan Fianovska ciklotrona projekts tika apstiprināts pirms kara, kļuva skaidrs, ka Lorensa dizains ir sevi izsmēlis, jo paātrināto protonu enerģija nevarēja pārsniegt 20 MeV. Tieši no šīs enerģijas sāk ietekmēt daļiņas masas pieauguma ietekme pie ātrumiem, kas atbilst gaismas ātrumam, kas izriet no Einšteina relativitātes teorijas.
Masas pieauguma dēļ tiek pārkāpta rezonanse starp daļiņas pāreju caur paātrinājuma spraugu un atbilstošo elektriskā lauka fāzi, kas izraisa palēninājumu.
Jāņem vērā, ka ciklotrons ir paredzēts tikai smago daļiņu (protonu, jonu) paātrināšanai. Tas ir saistīts ar to, ka pārāk mazās miera masas dēļ elektrons jau pie enerģijām 1–3 MeV sasniedz gaismas ātrumam tuvu ātrumu, kā rezultātā tā masa manāmi palielinās un daļiņa ātri aiziet. ārpus rezonanses.
Pirmais cikliskais elektronu paātrinātājs bija betatrons, ko Kersta uzbūvēja 1940. gadā, pamatojoties uz Wideröe ideju. Betatrons ir balstīts uz Faradeja likumu, saskaņā ar kuru, mainoties magnētiskajai plūsmai, kas iekļūst slēgtā ķēdē, šajā ķēdē rodas elektromotora spēks. Betatronā slēgta ķēde ir daļiņu plūsma, kas pārvietojas pa gredzenveida orbītu vakuuma kamerā ar nemainīgu rādiusu pakāpeniski pieaugošā magnētiskajā laukā. Palielinoties magnētiskajai plūsmai orbītas iekšpusē, rodas elektromotora spēks, kura tangenciālā sastāvdaļa paātrina elektronus. Betatronā, tāpat kā ciklotronā, ir ierobežojumi ļoti augstas enerģijas daļiņu ražošanai. Tas ir saistīts ar faktu, ka saskaņā ar elektrodinamikas likumiem elektroni, kas pārvietojas pa apļveida orbītām, izstaro elektromagnētiskos viļņus, kas ar relatīvistisku ātrumu aiznes daudz enerģijas. Lai kompensētu šos zaudējumus, ir būtiski jāpalielina magnēta serdes izmērs, kam ir praktiska robeža.
Tādējādi līdz 40. gadu sākumam iespējas iegūt augstākas enerģijas gan protoniem, gan elektroniem bija izsmeltas. Turpmākiem mikrokosmosa pētījumiem bija nepieciešams palielināt paātrināto daļiņu enerģiju, tāpēc aktuāls kļuva uzdevums atrast jaunas paātrināšanas metodes.
1944. gada februārī V.I. Vekslers izvirzīja revolucionāru ideju par to, kā pārvarēt ciklotrona un betatrona enerģijas barjeru. Tas bija tik vienkārši, ka likās dīvaini, ka tas nebija ticis agrāk. Ideja bija tāda, ka rezonanses paātrinājuma laikā daļiņu un paātrinājuma lauka apgriezienu frekvencēm pastāvīgi jāsakrīt, citiem vārdiem sakot, jābūt sinhronām. Paātrinot smagās relativistiskās daļiņas ciklotronā sinhronizācijai, tika ierosināts mainīt paātrinošā elektriskā lauka frekvenci saskaņā ar noteiktu likumu (vēlāk šādu paātrinātāju sauca par sinhrociklotronu).
Lai paātrinātu relativistiskus elektronus, tika ierosināts paātrinātājs, ko vēlāk sauca par sinhrotronu. Tajā paātrinājumu veic mainīgs nemainīgas frekvences elektriskais lauks, un sinhronismu nodrošina magnētiskais lauks, kas mainās saskaņā ar noteiktu likumu, kas notur daļiņas nemainīga rādiusa orbītā.
Praktiskiem nolūkiem bija nepieciešams teorētiski pārliecināties, vai piedāvātie paātrinājuma procesi ir stabili, tas ir, ar nelielām novirzēm no rezonanses daļiņu fāzēšana tiks veikta automātiski. Ciklotronu komandas teorētiskais fiziķis E.L. Feinbergs tam pievērsa Vekslera uzmanību un pats stingrā matemātiskā veidā pierādīja procesu stabilitāti. Tāpēc Vekslera ideja tika saukta par "automātiskās fāzes principu".
Lai apspriestu iegūto risinājumu, FIAN rīkoja semināru, kurā Vekslers uzstājās ar ievadziņojumu, bet Feinbergs - par stabilitāti. Darbs tika apstiprināts, un tajā pašā 1944. gadā žurnālā “PSRS Zinātņu akadēmijas ziņojumi” tika publicēti divi raksti, kuros tika aplūkotas jaunas paātrināšanas metodes (pirmajā rakstā bija runa par paātrinātāju, kas balstīts uz vairākām frekvencēm, vēlāk saukts mikrotrons). Kā to autors bija norādīts tikai Vekslers, un Feinberga vārds vispār netika minēts. Ļoti drīz Feinberga loma automātiskās fāzes principa atklāšanā tika nepelnīti nodota pilnīgai aizmirstībai.
Gadu vēlāk automātiskās fāzes principu neatkarīgi atklāja amerikāņu fiziķis E. Makmilans, taču Vekslers saglabāja prioritāti.
Jāpiebilst, ka akseleratoros, kas balstīti uz jauno principu, "sviras noteikums" izpaudās nepārprotami - enerģijas pieaugums izraisīja paātrināto daļiņu stara intensitātes zudumu, kas ir saistīts ar cikliskumu. to paātrinājuma, atšķirībā no vienmērīgā paātrinājuma ciklotronos un betatronos. Uz šo nepatīkamo brīdi uzreiz tika norādīts Fizikas un matemātikas zinātņu katedras sēdē 1945. gada 20. februārī, taču tad visi vienbalsīgi nonāca pie secinājuma, ka šis apstāklis nekādā gadījumā nedrīkst traucēt projekta realizāciju. Lai gan, starp citu, cīņa par intensitāti pēc tam pastāvīgi kaitināja “paātrinātājus”.
Tajā pašā sesijā pēc PSRS Zinātņu akadēmijas prezidenta ierosinājuma S.I. Vavilova, tika nolemts nekavējoties uzbūvēt divu Vekslera piedāvāto paātrinātāju veidus. Speciālā komiteja pie PSRS Tautas komisāru padomes 1946. gada 19. februārī uzdeva attiecīgajai komisijai izstrādāt savus projektus, norādot jaudu, ražošanas laiku un būvlaukumu. (FIAN atteicās izveidot ciklotronu.)
Rezultātā 1946. gada 13. augustā vienlaikus tika izdoti divi PSRS Ministru Padomes dekrēti, kurus parakstīja PSRS Ministru padomes priekšsēdētājs I.V. Staļins un PSRS Ministru padomes vadītājs Ya.E. Čadajevs par sinhrociklotrona izveidi deuterona enerģijai 250 MeV un sinhrotrona ar enerģiju 1 GeV. Akseleratoru enerģiju galvenokārt noteica ASV un PSRS politiskā konfrontācija. Amerikas Savienotās Valstis jau ir izveidojušas sinhrociklotronu ar deuteronu enerģiju aptuveni 190 MeV un ir sākušas būvēt sinhrotronu ar enerģiju 250–300 MeV. Bija paredzēts, ka vietējiem paātrinātājiem enerģētiski jāpārspēj amerikāņu.
Uz sinhrociklotronu tika liktas cerības uz jaunu elementu atklāšanu, jaunas metodes atomenerģijas iegūšanai no avotiem, kas ir lētāki par urānu. Ar sinhrotrona palīdzību viņi bija iecerējuši mākslīgi iegūt mezonus, kas, kā tolaik pieņēma padomju fiziķi, spēj izraisīt kodola skaldīšanu.
Abi dekrēti tika izdoti ar zīmogu "Top Secret (speciālā mape)", jo akseleratoru būvniecība bija daļa no atombumbas izveides projekta. Ar viņu palīdzību tika cerēts iegūt precīzu kodolspēku teoriju, kas nepieciešama bumbu aprēķiniem, kas tolaik tika veikti tikai ar lielu aptuvenu modeļu kopu. Tiesa, viss izrādījās ne tik vienkārši, kā sākumā tika uzskatīts, un jāatzīmē, ka šāda teorija nav radīta līdz mūsdienām.
Rezolūcijās tika noteiktas akseleratoru būvniecības vietas: sinhrotrons - Maskavā, uz Kalugas šosejas (tagad Ļeņina prospekts), FIAN teritorijā; Sinhrociklotrons - Ivankovskas hidroelektrostacijas rajonā, 125 kilometrus uz ziemeļiem no Maskavas (tolaik Kaļiņinas apgabals). Sākotnēji abu akseleratoru izveide tika uzticēta FIAN. V.I. Veksleram un sinhrociklotronam - D.V. Skobeļcins.
Kreisajā pusē - tehnisko zinātņu doktors profesors L.P. Zinovjevs (1912–1998), labajā pusē - PSRS Zinātņu akadēmijas akadēmiķis V.I. Vekslers (1907–1966) sinhrofazotrona radīšanas laikā
Pēc sešiem mēnešiem atomprojekta vadītājs I.V. Kurčatovs, neapmierināts ar Fianovo sinhrociklotrona darba gaitu, pārcēla šo tēmu uz savu laboratoriju Nr. 2. Viņš iecēla M.G. Meščerjakovs, atbrīvojot viņu no darba Ļeņingradas Radija institūtā. Meščerjakova vadībā laboratorijā Nr.2 tika izveidots sinhrociklotrona modelis, kas jau eksperimentāli apstiprinājis autofāzēšanas principa pareizību. 1947. gadā Kaļiņinas apgabalā sākās akseleratora būvniecība.
1949. gada 14. decembrī M.G. vadībā. Meshcheryakov Synchrocyclotron tika veiksmīgi palaists pēc grafika un kļuva par pirmo šāda veida paātrinātāju Padomju Savienībā, bloķējot līdzīga akseleratora enerģiju, kas tika izveidota 1946. gadā Bērklijā (ASV). Tas saglabājās rekords līdz 1953. gadam.
Sākotnēji uz sinhrociklotronu balstītā laboratorija slepenības labad tika saukta par PSRS Zinātņu akadēmijas (GTL) Hidrotehnisko laboratoriju un bija 2. laboratorijas filiāle. 1953. gadā tā tika pārveidota par neatkarīgu Kodolproblēmu institūtu. PSRS Zinātņu akadēmija (INP), kuru vadīja M.G. Meščerjakovs.
Ukrainas Zinātņu akadēmijas akadēmiķis A.I. Leipunskis (1907–1972), balstoties uz automātiskās fāzes principu, ierosināja izstrādāt paātrinātāju, ko vēlāk sauca par sinhrofazotronu (foto: Zinātne un dzīve)
Sinhrotrona izveide neizdevās vairāku iemeslu dēļ. Pirmkārt, neparedzētu grūtību dēļ bija jāizbūvē divi sinhrotroni zemākām enerģijām - 30 un 250 MeV. Tie atradās FIAN teritorijā, un 1 GeV sinhrotronu tika nolemts būvēt ārpus Maskavas. 1948. gada jūnijā viņam tika piešķirta vieta dažu kilometru attālumā no jau būvējamā sinhronā ciklotrona Kaļiņinas apgabalā, taču arī tur tā netika uzbūvēta, jo priekšroka tika dota Ukrainas akadēmijas akadēmiķa Aleksandra Iļjiča Leipunska piedāvātajam akseleratoram. Zinātnes. Tas notika sekojošā veidā.
1946. gadā A.I. Leipunskis, pamatojoties uz automātiskās fāzes principu, izvirzīja ideju par iespēju izveidot paātrinātāju, kurā apvienotas sinhrotrona un sinhrociklotrona īpašības. Pēc tam Vekslers šāda veida paātrinātājus nosauca par sinhrofazotronu. Nosaukums kļūst skaidrs, ja ņemam vērā, ka sinhrociklotrons sākotnēji tika saukts par fasotronu, un savienojumā ar sinhrotronu tiek iegūts sinhrofazotrons. Tajā vadītāja maiņas rezultātā magnētiskais lauks daļiņas pārvietojas gredzenā, tāpat kā sinhrotronā, un paātrinājums rada augstfrekvences elektrisko lauku, kura frekvence mainās atkarībā no laika, tāpat kā sinhronā ciklotronā. Tas ļāva ievērojami palielināt paātrināto protonu enerģiju salīdzinājumā ar sinhrociklotronu. Sinhrofasotronā protonus provizoriski paātrina lineārā paātrinātājā - inžektorā. Galvenajā kamerā magnētiskā lauka iedarbībā ievadītās daļiņas sāk cirkulēt tajā. Šo režīmu sauc par betatron režīmu. Tad pie elektrodiem, kas novietoti divās diametrāli pretējās taisnās spraugās, tiek ieslēgts augstfrekvences paātrinājuma spriegums.
No visiem trim paātrinātāju veidiem, kuru pamatā ir automātiskās fāzes princips, sinchrofasotrons ir tehniski vissarežģītākais, un tad daudzi šaubījās par tā izveides iespēju. Taču Leipunskis, būdams pārliecināts, ka viss izdosies, drosmīgi ķērās pie savas idejas īstenošanas.
1947. gadā laboratorijā "B" netālu no Obninskoje stacijas (tagad Obninskas pilsēta) īpaša akseleratoru grupa viņa vadībā sāka akseleratora izstrādi. Pirmie sinhrofazotrona teorētiķi bija Yu.A. Krutkovs, O.D. Kazačkovskis un L.L. Sabsovičs. 1948. gada februārī notika slēgta konference par akseleratoriem, kurā bez ministriem piedalījās arī A.L. Mints, tolaik pazīstamais radiotehnikas speciālists, un Ļeņingradas Electrosila un transformatoru rūpnīcu galvenie inženieri. Visi norādīja, ka Leipuņa piedāvāto akseleratoru varētu izdarīt. Pirmo teorētisko rezultātu iedrošināšana un vadošo rūpnīcu inženieru atbalsts ļāva uzsākt darbu pie konkrēta tehniskā projekta liela paātrinātāja protonu enerģijām 1,3–1,5 GeV un izstrādāt eksperimentālus darbus, kas apstiprināja Leipunska idejas pareizību. Līdz 1948. gada decembrim akseleratora tehniskais projekts bija gatavs, un līdz 1949. gada martam Leipunskim bija jāiesniedz sākotnējais projekts sinhrofazotrons pie 10 GeV.
Un pēkšņi, 1949. gadā, pašā darba uzplaukumā, valdība nolēma nodot FIAN iesākto darbu pie sinchrofasotrona. Priekš kam? Kāpēc? Galu galā FIAN jau būvē 1 GeV sinhrotronu! Jā, lieta ir tāda, ka abi projekti, gan 1,5 GeV sinhrotrons, gan 1 GeV sinhrotrons, bija pārāk dārgi, un radās jautājums par to lietderību. Tas beidzot tika atrisināts vienā no īpašajām sanāksmēm FIAN, kur pulcējās valsts vadošie fiziķi. Viņi uzskatīja, ka nav nepieciešams izveidot 1 GeV sinhrotronu, jo trūkst lielas intereses par elektronu paātrinājumu. Šīs pozīcijas galvenais pretinieks bija M.A. Markovs. Viņa galvenais arguments bija tāds, ka ar jau labi izpētītās elektromagnētiskās mijiedarbības palīdzību ir daudz efektīvāk pētīt gan protonus, gan kodolspēkus. Tomēr viņam neizdevās aizstāvēt savu viedokli, un pozitīvs lēmums izrādījās par labu Leipunska projektam.
Šādi izskatās 10 GeV sinhronais fasotrons Dubnā
Sabruka Vekslera lolotais sapnis par lielākā akseleratora būvniecību. Nevēloties samierināties ar esošo situāciju, viņš ar S.I. Vavilovs un D.V. A.I. Leipunskis. Valdība pieņēma šo priekšlikumu, jo 1948. gada aprīlī kļuva zināms par 6–7 GeV sinchrofasotronu projektu Kalifornijas Universitātē un viņi vēlējās vismaz uz brīdi apsteigt ASV.
1949. gada 2. maijā PSRS Ministru padome izdeva lēmumu par sinhrofasotrona izveidi 7–10 GeV enerģijai iepriekš sinhrotronam atvēlētajā teritorijā. Tēma tika nodota FIAN, un V.I. Veksler, lai gan Leipunska bizness gāja diezgan labi.
Tas izskaidrojams, pirmkārt, ar to, ka Vekslers tika uzskatīts par autofāzēšanas principa autoru un, pēc laikabiedru atmiņām, L. P. viņam ļoti labvēlīgi izturējās. Berija. Otrkārt, S. I. Vavilovs tajā laikā bija ne tikai FIAN direktors, bet arī PSRS Zinātņu akadēmijas prezidents. Leipunskim tika piedāvāts kļūt par Vekslera vietnieku, taču viņš atteicās un vēlāk sinhrona fasotrona izveidē nepiedalījās. Saskaņā ar vietnieka Leipunska O.D. Kazačkovskis, "bija skaidrs, ka divi lāči nevar tikt galā vienā migā." Pēc tam A.I. Leipunskis un O.D. Kazačkovskis kļuva par vadošajiem speciālistiem reaktoru jomā un 1960. gadā viņam tika piešķirta Ļeņina balva.
Rezolūcijā bija punkts par laboratorijas "V" darbinieku, kuri nodarbojās ar akseleratora izstrādi, pārcelšanu uz darbu FIAN ar atbilstošā aprīkojuma nodošanu. Un bija ko nodot: darbs pie akseleratora laboratorijā "B" līdz tam laikam bija novests līdz modelim un galveno lēmumu pamatojumam.
Ne visi ar entuziasmu pieņēma pāreju uz FIAN, jo ar Leipunski bija viegli un interesanti strādāt: viņš bija ne tikai lielisks zinātniskais padomnieks, bet arī brīnišķīgs cilvēks. Tomēr atteikt pārsūtīšanu bija gandrīz neiespējami: tajā skarbajā laikā atteikums draudēja ar tiesu un nometnēm.
No laboratorijas "B" pārceltajā grupā bija inženieris Leonīds Petrovičs Zinovjevs. Viņš, tāpat kā citi akseleratoru grupas dalībnieki, Leipunska laboratorijā vispirms nodarbojās ar atsevišķu komponentu izstrādi, kas nepieciešami nākotnes akseleratora modelim, jo īpaši jonu avotam un augstspriegumam. impulsu ķēdes lai darbinātu inžektoru. Leipunskis nekavējoties pievērsa uzmanību kompetentam un radošam inženierim. Pēc viņa norādījumiem Zinovjevs bija pirmais, kurš iesaistījās izmēģinājuma rūpnīcas izveidē, kurā bija iespējams simulēt visu protonu paātrināšanas procesu. Tad neviens nevarēja iedomāties, ka Zinovjevs, kļuvis par vienu no pionieriem sinhrofasotrona idejas dzīvē, būs vienīgais, kurš izietu visus tā izveides un uzlabošanas posmus. Un ne tikai iet garām, bet arī vadīt tos.
Laboratorijā "V" iegūtie teorētiskie un eksperimentālie rezultāti tika izmantoti Ļebedeva Fizikālajā institūtā 10 GeV sinhrofazotrona projektēšanā. Tomēr, lai palielinātu akseleratora enerģiju līdz šai vērtībai, bija nepieciešami būtiski uzlabojumi. Tās izveides grūtības ļoti lielā mērā pastiprināja tas, ka tajā laikā visā pasaulē nebija pieredzes tik lielu instalāciju būvniecībā.
Teorētiķu vadībā M.S. Rabinovičs un A.A. Kolomenskis FIAN sniedza fizisku pamatojumu tehniskais projekts. Sinhrofazotrona galvenās sastāvdaļas izstrādāja Zinātņu akadēmijas Maskavas Radiotehnikas institūts un Ļeņingradas pētniecības institūts to direktoru A.L. vadībā. Mints un E.G. Moskīts.
Lai iegūtu nepieciešamo pieredzi, mēs nolēmām izveidot sinhrofazotrona modeli 180 MeV enerģijai. Tas atradās FIAN teritorijā īpašā ēkā, kas slepenības dēļ tika saukta par noliktavu Nr. 2. 1951. gada sākumā Vekslers uzticēja Zinovjevam visus darbus pie modeļa, ieskaitot aprīkojuma uzstādīšanu, regulēšanu un tā izveidi. integrēta palaišana.
Fianovska modelis nekādā gadījumā nebija mazulis - tā magnēts ar 4 metru diametru svēra 290 tonnas. Pēc tam Zinovjevs atgādināja, ka, kad viņi salika modeli saskaņā ar pirmajiem aprēķiniem un mēģināja to iedarbināt, sākumā nekas nedarbojās. Pirms modeļa laišanas tirgū bija jāpārvar daudzas neparedzētas tehniskas grūtības. Kad tas notika 1953. gadā, Vekslers teica: “Nu, tas tā! Ivankovska synchrophasotron derēs! Runa bija par lielu 10 GeV sinhrofazotronu, kas jau bija sākts būvēt 1951. gadā Kaļiņinas reģionā. Būvniecību veica organizācija ar koda nosaukumu TDS-533 (Būvniecības tehniskā direkcija 533).
Īsi pirms modeles izlaišanas kāds amerikāņu žurnāls pēkšņi publicēja ziņu par jauns dizains akseleratora magnētiskā sistēma, ko sauc par cieto fokusēšanu. To veic kā mainīgu sekciju kopumu ar pretēji vērstiem magnētiskā lauka gradientiem. Tas ievērojami samazina paātrināto daļiņu svārstību amplitūdu, kas savukārt ļauj ievērojami samazināt vakuuma kameras šķērsgriezumu. Rezultātā tiek ietaupīts liels daudzums dzelzs, kas aiziet uz magnēta konstrukciju. Piemēram, 30 GeV akseleratoram Ženēvā, kura pamatā ir stingra fokusēšana, ir trīs reizes lielāka enerģija un trīs reizes lielāks apkārtmērs nekā Dubnas sinhrofazotronam, un tā magnēts ir desmit reizes vieglāks.
Cieto fokusēšanas magnētu dizainu ierosināja un izstrādāja amerikāņu zinātnieki Kurants, Livingstons un Snaiders 1952. gadā. Dažus gadus pirms viņiem to pašu izdomāja, bet nepublicēja Kristofils.
Zinovjevs nekavējoties novērtēja amerikāņu atklājumu un ierosināja pārveidot Dubnas sinchrofasotronu. Bet šim nolūkam būtu jāziedo laiks. Vekslers toreiz teica: "Nē, kaut uz vienu dienu, bet mums ir jābūt priekšā amerikāņiem." Iespējams, aukstā kara apstākļos viņam bija taisnība - "zirgus vidus straumē nemaina". Un lielo akseleratoru turpināja būvēt pēc iepriekš izstrādātā projekta. 1953. gadā uz būvējamā sinhrofazotrona bāzes tika izveidota PSRS Zinātņu akadēmijas Elektrofizikālā laboratorija (EFLAN). Par tās direktoru tika iecelts V.I. Vekslers.
1956. gadā INP un EFLAN veidoja pamatu izveidotajam Apvienotajam Kodolpētījumu institūtam (JINR). Tās atrašanās vieta kļuva pazīstama kā Dubnas pilsēta. Līdz tam laikam protonu enerģija sinhrociklotronā bija 680 MeV, un tika pabeigta sinhrofazotrona būvniecība. Jau no pirmajām JINR veidošanās dienām par tās oficiālo simbolu kļuva stilizēts sinchrofasotrona ēkas zīmējums (autors V.P. Bočkarevs).
Modelis palīdzēja atrisināt vairākas problēmas ar 10 GeV paātrinātāju, tomēr daudzu mezglu dizains ir būtiski mainījies lielo izmēru atšķirību dēļ. Sinhrofazotrona elektromagnēta vidējais diametrs bija 60 metri, bet svars - 36 tūkstoši tonnu (pēc tā parametriem tas joprojām ir Ginesa rekordu grāmatā). Radās vesela virkne jaunu sarežģītu inženiertehnisko problēmu, kuras komanda veiksmīgi atrisināja.
Beidzot viss bija gatavs integrētai akseleratora palaišanai. Pēc Vekslera rīkojuma to vadīja L.P. Zinovjevs. Darbs sākās 1956. gada decembra beigās, situācija bija saspringta, un Vladimirs Iosifovičs nesaudzēja ne sevi, ne savus darbiniekus. Mēs bieži nakšņojām gultiņās tieši instalācijas milzīgajā vadības telpā. Saskaņā ar memuāriem A.A. Kolomenskis, lielākā daļa Toreiz Vekslers savu neizsīkstošo enerģiju tērēja palīdzības "izspiešanai" no ārējām organizācijām un praktisku, lielākoties Zinovjeva priekšlikumu iedzīvināšanai. Vekslers augstu novērtēja savu eksperimentālo intuīciju, kurai bija izšķiroša loma milzu akseleratora iedarbināšanā.
Ļoti ilgu laiku viņi nevarēja iegūt betatron režīmu, bez kura palaišana nav iespējama. Un tas bija Zinovjevs, kurš izšķirošajā brīdī saprata, kas jādara, lai iedvestu dzīvību sinhrofazotronā. Eksperiments, kas tika gatavots divas nedēļas, visiem par prieku, beidzot vainagojās panākumiem. 1957. gada 15. martā darbu sāka Dubnas sinhronaistrons, par ko visai pasaulei ziņoja laikraksts Pravda 1957. gada 11. aprīlī (V.I. Vekslera raksts). Interesanti, ka šīs ziņas parādījās tikai tad, kad akseleratora enerģija, kas pakāpeniski tika paaugstināta no palaišanas dienas, pārsniedza 6,3 GeV enerģiju tajā laikā vadošajam Amerikas sinhrofazotronam Bērklijā. "Ir 8,3 miljardi elektronvoltu!" - vēstīja laikraksts, paziņojot, ka Padomju Savienībā ir izveidots rekorda paātrinātājs. Vekslera lolotais sapnis ir piepildījies!
16. aprīlī protonu enerģija sasniedza projektēto vērtību 10 GeV, bet paātrinātājs tika nodots ekspluatācijā tikai dažus mēnešus vēlāk, jo joprojām bija pietiekami daudz neatrisinātu tehnisko problēmu. Un tomēr galvenais bija aiz muguras – sāka darboties sinhronofazotrons.
Par to Vekslers ziņoja Apvienotā institūta Akadēmiskās padomes otrajā sesijā 1957. gada maijā. Tajā pašā laikā institūta direktors D.I. Blohincevs atzīmēja, ka, pirmkārt, sinchrophasotron modelis tika izveidots pusotra gada laikā, savukārt Amerikā tas prasīja aptuveni divus gadus. Otrkārt, pats sinhrofazotrons tika palaists trīs mēnešu laikā, ievērojot grafiku, lai gan sākotnēji tas šķita nereāli. Tieši sinhrofazotrona palaišana atnesa Dubnai pirmo pasaules slavu.
Institūta Akadēmiskās padomes trešajā sesijā Zinātņu akadēmijas loceklis korespondents V.P. Dželepovs atzīmēja, ka "Zinovjevs visos aspektos bija palaišanas dvēsele un ienesa šajā biznesā milzīgu enerģijas un pūļu daudzumu, proti, radošus centienus iekārtas uzstādīšanas gaitā." A D.I. Blohincevs piebilda, ka "Zinovjevs patiesībā izturēja milzīgo sarežģīto pielāgošanas darbu."
Sinhrofazotrona izveidē bija iesaistīti tūkstošiem cilvēku, taču Leonīdam Petrovičam Zinovjevam tajā bija īpaša loma. Vekslers rakstīja: “Sinhrofasotrona palaišanas panākumi un iespēja palaist plašu fronti fiziskais darbs uz tā lielā mērā ir saistītas ar dalību šajos darbos L.P. Zinovjevs.
Zinovjevs plānoja atgriezties FIAN pēc akseleratora palaišanas. Tomēr Vekslers lūdza viņu palikt, uzskatot, ka nevar uzticēt nevienam citam sinhrona fasotrona pārvaldību. Zinovjevs piekrita un vairāk nekā trīsdesmit gadus uzraudzīja akseleratora darbu. Viņa vadībā un ar tiešu līdzdalību akselerators tika pastāvīgi uzlabots. Zinovjevs mīlēja sinhrofazotronu un ļoti smalki sajuta šī dzelzs milža elpu. Pēc viņa teiktā, nebija nevienas, pat mazākās akseleratora detaļas, kurai viņš neaiztiktu un kuras mērķi viņš nezinātu.
1957. gada oktobrī Kurčatova institūta Akadēmiskās padomes paplašinātajā sēdē, kuru vadīja pats Igors Vasiļjevičs, septiņpadsmit cilvēki no dažādām organizācijām, kas piedalījās sinhrofasotrona izveidē, tika nominēti tā laika prestižākajai Ļeņina balvai padomju laikā. savienība. Bet saskaņā ar nosacījumiem laureātu skaits nedrīkstēja pārsniegt divpadsmit cilvēkus. 1959. gada aprīlī JINR Augstas enerģijas laboratorijas direktors V.I. Vekslers, tās pašas laboratorijas nodaļas vadītājs L.P. Zinovjevs, PSRS Ministru padomes Galvenās Atomenerģijas izmantošanas direkcijas vadītāja vietnieks D.V. Efremovs, Ļeņingradas pētniecības institūta direktors E.G. Komārs un viņa līdzstrādnieki N.A. Monosons, A.M. Stolovs, PSRS Zinātņu akadēmijas Maskavas Radiotehnikas institūta direktors A.L. Mints, tā paša institūta darbinieki F.A. Vodopjanovs, S.M. Rubčinskis, FIAN darbinieki A.A. Kolomenskis, V.A. Petuhovs, M.S. Rabinovičs. Vekslers un Zinovjevs kļuva par Dubnas goda pilsoņiem.
Sinhrofazotrons darbojās četrdesmit piecus gadus. Šajā laikā tajā tika veikti vairāki atklājumi. 1960. gadā sinhrofazotrona modelis tika pārveidots par elektronu paātrinātāju, kas joprojām darbojas FIAN.
avoti
Literatūra:
Kolomenskis A. A., Ļebedevs A. N. Ciklisko paātrinātāju teorija. - M., 1962. gads.
Komar EG uzlādēti daļiņu paātrinātāji. - M., 1964. gads.
Livinggood J. Ciklisko paātrinātāju darbības principi - M., 1963.g.
Oganesjans Ju.Kā tika izveidots ciklotrons / Zinātne un dzīve, 1980, 4. lpp. 73.
Hill R. Daļiņu nomodā - M., 1963. gads.
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
Un es jums atgādināšu par dažiem citiem iestatījumiem: piemēram, un kā tas izskatās. Atcerieties, kas tas ir. Vai varbūt jūs nezināt? vai kas ir Oriģinālais raksts ir vietnē InfoGlaz.rf Saite uz rakstu, no kura izgatavota šī kopija -1957. gadā Padomju Savienība veica revolucionāru zinātnisku izrāvienu uzreiz divos virzienos: oktobrī tika palaists pirmais mākslīgais Zemes pavadonis, bet dažus mēnešus iepriekš, martā, sākās leģendārais sinhrofasotrons, milzu instalācija mikropasaules izpētei. darbojas Dubnā. Šie divi notikumi šokēja visu pasauli, un vārdi "satelīts" un "sinhrofasotrons" ir stingri ienākuši mūsu dzīvē.
Sinhrofasotrons ir viens no lādētu daļiņu paātrinātāju veidiem. Tajās esošās daļiņas tiek paātrinātas līdz lieliem ātrumiem un līdz ar to līdz lielām enerģijām. Pēc to sadursmēm ar citām atomu daļiņām tiek vērtēta matērijas struktūra un īpašības. Sadursmju iespējamību nosaka paātrinātā daļiņu stara intensitāte, tas ir, tajā esošo daļiņu skaits, tāpēc intensitāte kopā ar enerģiju ir svarīgs paātrinātāja parametrs.
Par nepieciešamību izveidot nopietnu akseleratora bāzi Padomju Savienībā valdības līmenī tika paziņots 1938. gada martā. Ļeņingradas Fizikas un tehnoloģijas institūta (LFTI) pētnieku grupa, kuru vadīja akadēmiķis A.F. Ioffe vērsās pie PSRS Tautas komisāru padomes priekšsēdētāja V.M. Molotovs ar vēstuli, kurā ierosināts izveidot tehnisko bāzi pētījumiem atoma kodola uzbūves jomā. Jautājumi par atoma kodola uzbūvi kļuva par vienu no centrālajām dabaszinātņu problēmām, un to risināšanā Padomju Savienība krietni atpalika. Tātad, ja Amerikā bija vismaz pieci ciklotroni, tad Padomju Savienībā nebija neviena (vienīgais Zinātņu akadēmijas Radija institūta (RIAN) ciklotrons, kas palaists 1937. gadā, praktiski nedarbojās, jo dizaina defekti). Aicinājums Molotovam saturēja lūgumu radīt apstākļus, lai līdz 1939.gada 1.janvārim varētu pabeigt LPTI ciklotrona būvniecību. Darbs pie tā izveides, kas sākās 1937. gadā, tika apturēts departamentu neatbilstību un finansējuma pārtraukšanas dēļ.
1938. gada novembrī S.I. Vavilovs savā aicinājumā Zinātņu akadēmijas Prezidijam ierosināja būvēt LFTI ciklotronu Maskavā un nodot I. V. laboratoriju. Kurčatovs, kurš bija iesaistīts tā izveidē. Sergejs Ivanovičs vēlējās, lai centrālā laboratorija atoma kodola izpētei atrastos tajā pašā vietā, kur atradās Zinātņu akadēmija, tas ir, Maskavā. Taču LFTI viņu neatbalstīja. Strīdi beidzās 1939. gada beigās, kad A.F. Ioffs ierosināja izveidot trīs ciklotronus vienlaikus. 1940. gada 30. jūlijā PSRS Zinātņu akadēmijas Prezidija sēdē tika nolemts šogad uzdot RIAN aprīkot esošo ciklotronu, FIAN līdz 15. oktobrim sagatavot nepieciešamos materiālus jauna jaudīga ciklotrona būvniecībai. , un LFTI, lai 1941. gada pirmajā ceturksnī pabeigtu ciklotrona būvniecību.
Saistībā ar šo lēmumu FIAN tika izveidota tā sauktā ciklotronu brigāde, kurā ietilpa Vladimirs Iosifovičs Vekslers, Sergejs Nikolajevičs Vernovs, Pāvels Aleksejevičs Čerenkovs, Leonīds Vasiļjevičs Groševs un Jevgeņijs Ļvovičs Feinbergs. 1940. gada 26. septembrī Fizisko un matemātikas zinātņu nodaļas (OPMS) birojs uzklausīja informāciju no V.I. Vekslers par ciklotrona projektēšanas uzdevumu, apstiprināja tā galvenos raksturlielumus un konstrukcijas tāmi. Ciklotrons tika izstrādāts, lai paātrinātu deuteronu enerģiju līdz 50 MeV.
Tātad, mēs esam nonākuši pie vissvarīgākā, pie cilvēka, kurš tajos gados sniedza nozīmīgu ieguldījumu fizikas attīstībā mūsu valstī - Vladimirs Iosifovičs Vekslers. Šis izcilais fiziķis tiks apspriests tālāk.
V. I. Vekslers dzimis Ukrainā Žitomiras pilsētā 1907. gada 3. martā. Viņa tēvs gāja bojā Pirmajā pasaules karā.
1921. gadā smaga bada un posta periodā ar lielām grūtībām, bez naudas, Volodja Vekslers nokļuva izsalkušā pirmsNEP Maskavā. Pusaudzis nokļūst komūnas mājā, kas izveidota Hamovņikos, vecā savrupmājā, kuru īpašnieki pametuši.
Vekslers izcēlās ar interesi par fiziku un praktisko radiotehniku, viņš pats salika detektoru radio uztvērēju, kas tajos gados bija neparasti grūts uzdevums, viņš daudz lasīja, labi mācījās skolā.
Pēc komūnas aiziešanas Vekslere saglabāja daudzus savus audzinātos uzskatus un ieradumus.
Atzīmēsim, ka paaudze, kurai piederēja Vladimirs Iosifovičs, lielākā daļa no savas dzīves ikdienas izturējās ar pilnīgu nicinājumu, bet fanātiski mīlēja zinātnes, profesionālās un sociālās problēmas.
Vekslers, starp citiem komunāriem, pabeidza deviņus gadus vidusskola un kopā ar visiem absolventiem viņš iestājās ražošanā kā strādnieks, kur vairāk nekā divus gadus strādāja par elektriķi.
Viņa tieksme pēc zināšanām, mīlestība pret grāmatām un retā atjautība tika pamanīta un 20. gadu beigās jauneklis saņēma "Komsomola biļeti" uz institūtu.
Kad Vladimirs Iosifovičs absolvēja institūtu, notika vēl viena augstākā reorganizācija izglītības iestādēm un mainot viņu vārdus. Sagadījās, ka Vekslers iestājās Plehanova Tautsaimniecības institūtā, absolvējis Maskavas Enerģētikas institūtu (Maskavas Enerģētikas institūts) un ieguvis inženiera kvalifikāciju ar rentgena tehnoloģiju.
Tajā pašā gadā viņš iestājās Vissavienības Elektrotehniskā institūta Lefortovas rentgena difrakcijas analīzes laboratorijā, kur Vladimirs Iosifovičs sāka darbu ar mērinstrumentu konstruēšanu un jonizējošā starojuma mērīšanas metožu izpēti, t.i. lādētu daļiņu plūsmas.
Vekslers šajā laboratorijā strādāja 6 gadus, ātri pārejot no laboranta uz vadītāju. Te jau izpaudies Veksleram kā talantīgam eksperimentālajam zinātniekam raksturīgais "rokraksts". Viņa skolnieks profesors M. S. Rabinovičs savās atmiņās par Veksleru vēlāk rakstīja: "Gandrīz 20 gadus viņš pats montēja, montēja dažādas paša izdomātas instalācijas, nekad nekautrējoties no neviena darba. Tas ļāva viņam redzēt ne tikai fasādi, ne tikai tās fasādi. ideoloģiskā puse ", bet arī viss, kas slēpjas aiz gala rezultātiem, aiz mērījumu precizitātes, aiz spožajiem instalāciju skapjiem. Mācījās un pārkvalificējās visu mūžu. Līdz pašiem pēdējiem dzīves gadiem, vakaros, plkst. atvaļinājuma laikā viņš rūpīgi pētīja un izklāstīja teorētisko darbu.
1937. gada septembrī Vekslers pārcēlās no Vissavienības Elektrotehniskā institūta uz PSRS Zinātņu akadēmijas P. N. Ļebedeva Fizisko institūtu (FIAN). Tas bija nozīmīgs notikums zinātnieka dzīvē.
Līdz tam laikam Vladimirs Iosifovičs jau bija aizstāvējis savu doktora darbu, kura tēma bija viņa izstrādāto "proporcionālo pastiprinātāju" ierīce un pielietojums.
FIAN Vekslers sāka pētīt kosmiskos starus. Atšķirībā no A. I. Aļihanova un viņa kolēģiem, kuri aizrāvās ar gleznaino Aragata kalnu Armēnijā, Vekslers piedalījās zinātnieku ekspedīcijās uz Elbrusu un pēc tam uz Pamiru - Pasaules jumtu. Fiziķi visā pasaulē ir pētījuši augstas enerģijas uzlādētu daļiņu plūsmas, kuras nevarēja iegūt sauszemes laboratorijās. Pētnieki uzkāpa tuvāk noslēpumainajām kosmiskā starojuma plūsmām.
Arī tagad astrofiziķu un augstas enerģijas fiziķu arsenālā nozīmīgu vietu ieņem kosmiskie stari, un tiek izvirzītas aizraujoši interesantas to izcelsmes teorijas. Tajā pašā laikā vienkārši nebija iespējams iegūt daļiņas ar šādu enerģiju izpētei, un fiziķiem vienkārši bija nepieciešams izpētīt to mijiedarbību ar laukiem un citām daļiņām. Jau trīsdesmitajos gados daudziem atomzinātniekiem radās ideja: cik jauki būtu iegūt tik augstas "kosmiskas" enerģijas daļiņas laboratorijā, izmantojot uzticamus subatomisko daļiņu izpētes instrumentus, kuru izpētes metode bija tāda pati - dažu daļiņu bombardēšana (kā tēlaini teica iepriekš un reti saka tagad) ar citām. Rezerfords atklāja atoma kodola esamību, bombardējot atomus ar spēcīgiem šāviņiem – alfa daļiņām. Ar to pašu metodi tika atklātas kodolreakcijas. Lai pagrieztu vienu ķīmiskais elements citā bija jāmaina kodola sastāvs. Tas tika panākts, bombardējot kodolus ar alfa daļiņām, un tagad ar daļiņām, kas paātrinātas jaudīgos paātrinātājos.
Pēc nacistiskās Vācijas iebrukuma daudzi fiziķi nekavējoties iesaistījās militārajā darbā. Vekslers pārtrauca kosmisko staru izpēti un pievērsās radioiekārtu projektēšanai un uzlabošanai frontes vajadzībām.
Šajā laikā Zinātņu akadēmijas Fiziskais institūts, tāpat kā dažas citas akadēmiskās iestādes, tika evakuēts uz Kazaņu. Tikai 1944. gadā izdevās sarīkot ekspedīciju no Kazaņas uz Pamiru, kur Vekslera grupai izdevās turpināt Kaukāzā iesāktos kosmisko staru un augstas enerģijas daļiņu izraisīto kodolprocesu pētījumus. Detalizēti neizpētot Vekslera ieguldījumu ar kosmiskajiem stariem saistīto kodolprocesu izpētē, kam tika veltīti daudzi viņa darba gadi, mēs varam teikt, ka viņš bija ļoti nozīmīgs un deva daudz svarīgu rezultātu. Bet, iespējams, vissvarīgākais ir tas, ka kosmisko staru izpēte noveda zinātnieku pie pilnīgi jaunām idejām par daļiņu paātrinājumu. Kalnos Vekslers nāca klajā ar ideju izveidot daļiņu paātrinātājus, lai radītu savus "kosmiskos starus".
Kopš 1944. gada V. I. Vekslers pārgāja uz jaunu nozari, kas ieņēma galveno vietu viņa zinātniskajā darbā. Kopš tā laika Vekslera vārds uz visiem laikiem saistās ar lielu "autophasing" akseleratoru izveidi un jaunu paātrinājuma metožu izstrādi.
Tomēr viņš nezaudēja interesi par kosmiskajiem stariem un turpināja strādāt šajā jomā. Vekslers piedalījās augstkalnu zinātniskajās ekspedīcijās uz Pamiru no 1946. līdz 1947. gadam. Kosmosa staros tiek atrastas fantastiski augstas enerģijas daļiņas, kuras nav pieejamas paātrinātājiem. Veksleram bija skaidrs, ka daļiņu "dabisko paātrinātāju" līdz tik lielām enerģijām nevar salīdzināt ar "cilvēka roku radīšanu".
Vekslers piedāvāja izeju no šī strupceļa 1944. gadā. Jauno principu, pēc kura darbojās Vekslera paātrinātāji, autore nosauca par automātisko fāzi.
Līdz tam laikam bija izveidots "ciklotrona" tipa uzlādētu daļiņu paātrinātājs (Vekslers populārā laikraksta rakstā ciklotrona darbības principu skaidroja šādi: "Šajā ierīcē lādēta daļiņa, kas pārvietojas magnētiskajā laukā spirālē, tiek nepārtraukti paātrināts ar mainīgu elektrisko lauku. Pateicoties tam, ir iespējams sazināties ar ciklotronu daļiņām 10-20 miljonu elektronvoltu enerģiju). Bet kļuva skaidrs, ka ar šo metodi 20 MeV slieksni nevar pārkāpt.
Ciklotronā magnētiskais lauks mainās cikliski, paātrinot lādētas daļiņas. Bet paātrinājuma procesā notiek daļiņu masas pieaugums (kā tam vajadzētu būt saskaņā ar SRT - īpašo relativitātes teoriju). Tas noved pie procesa pārkāpuma - pēc noteikta apgriezienu skaita magnētiskais lauks tā vietā, lai paātrinātu, sāk bremzēt daļiņas.
Vekslers ierosina laika gaitā sākt lēnām palielināt magnētisko lauku ciklotronā, barojot magnētu maiņstrāva. Tad izrādās, ka vidēji daļiņu cirkulācijas biežums aplī automātiski tiks saglabāts vienāds ar elektriskā lauka frekvenci, kas tiek iedarbināta uz dees (magnētisko sistēmu pāris, kas izliek ceļu un paātrina daļiņas ar magnētisko palīdzību lauks).
Katru reizi, izejot cauri dee spraugai, daļiņām ir un papildus tiek saņemts atšķirīgs masas pieaugums (un attiecīgi tās saņem atšķirīgu rādiusa pieaugumu, pa kuru tās apvij magnētiskais lauks) atkarībā no lauka intensitātes starp deejām griešanas brīdī. šīs daļiņas paātrinājums. Starp visām daļiņām var izcelt līdzsvara ("laimīgās") daļiņas. Šīm daļiņām mehānisms, kas automātiski uztur revolūcijas perioda noturību, ir īpaši vienkāršs.
"Laimīgās" daļiņas piedzīvo masas pieaugumu un apļa rādiusa palielināšanos ar katru eju cauri dee spraugai. Tas precīzi kompensē rādiusa samazināšanos, ko izraisa magnētiskā lauka palielināšanās viena apgrieziena laikā. Līdz ar to "laimīgās" (līdzsvara) daļiņas var paātrināties rezonansi, kamēr palielinās magnētiskais lauks.
Izrādījās, ka gandrīz visām pārējām daļiņām ir tāda pati spēja, tikai paātrinājums aizņem ilgāku laiku. Paātrinājuma procesā visas daļiņas piedzīvos vibrācijas ap līdzsvara daļiņu orbītas rādiusu. Daļiņu enerģija vidēji būs vienāda ar līdzsvara daļiņu enerģiju. Tātad gandrīz visas daļiņas piedalās rezonanses paātrinājumā.
Ja tā vietā, lai laikus lēnām palielinātu magnētisko lauku akseleratorā (ciklotronā), barojot magnētu ar maiņstrāvu, palielināsim dees iedarbinātā mainīgā elektriskā lauka periodu, tad tiks izveidots arī "autofāzēšanas" režīms. .
"Var šķist, ka autofāzēšanas parādīšanās un rezonanses paātrinājuma īstenošanai ir nepieciešams laikā mainīt vai nu magnētisko lauku, vai elektriskā lauka periodu. Patiesībā tas tā nav. Varbūt teorētiski vienkāršākais ( bet praktiskajā īstenošanā tālu no vienkāršas) paātrinājuma metodi, ko autors iedibināja agrāk nekā citas metodes, var realizēt ar pastāvīgu magnētisko lauku un nemainīgu frekvenci.
1955. gadā, kad Vekslers uzrakstīja savu brošūru par paātrinātājiem, šis princips, kā norādīja autors, veidoja pamatu akseleratoram – mikrotronam – paātrinātājam, kam nepieciešami spēcīgi mikroviļņu avoti. Pēc Vekslera teiktā, mikrotrons "vēl nav kļuvis plaši izplatīts (1955). Tomēr jau vairākus gadus darbojas vairāki elektronu paātrinātāji enerģijām līdz 4 MeV."
Vekslers bija spožs fizikas popularizētājs, taču, diemžēl, aizņemtības dēļ viņš reti publicēja populārus rakstus.
Autofāzes princips parādīja, ka ir iespējams izveidot stabilu fāzes apgabalu un līdz ar to ir iespējams mainīt paātrinājuma lauka frekvenci, nebaidoties atstāt rezonanses paātrinājuma apgabalu. Atliek tikai izvēlēties pareizo paātrinājuma fāzi. Mainot lauka frekvenci, kļuva iespējams viegli kompensēt daļiņu masas izmaiņas. Turklāt frekvences izmaiņas ļāva ciklotrona strauji rotējošajai spirālei pietuvoties aplim un paātrināt daļiņas, līdz magnētiskā lauka stiprums bija pietiekams, lai daļiņas noturētu noteiktā orbītā.
Aprakstīto paātrinātāju ar autofāzēšanu, kurā mainās elektromagnētiskā lauka frekvence, sauc par sinhrociklotronu jeb fasotronu.
Sinhrofazotrons izmanto divu automātiskās fāzes principu kombināciju. Pirmais no tiem ir fasotrona pamatā, kas jau tika minēts, ir elektromagnētiskā lauka frekvences izmaiņas. Sinhrotronos tiek izmantots otrs princips - šeit mainās magnētiskā lauka stiprums.
Kopš automātiskās fāzes atklāšanas zinātnieki un inženieri ir izstrādājuši paātrinātājus miljardiem elektronu voltu. Pirmais no tādiem mūsu valstī bija protonu paātrinātājs - sinhronais fasotrons 10 miljardiem elektronvoltu Dubnā.
Šī lielā akseleratora projektēšana tika sākta 1949. gadā pēc V. I. Vekslera un S. I. Vavilova iniciatīvas, un tika nodota ekspluatācijā 1957. gadā. Otrs lielais paātrinātājs tika uzbūvēts Protvino netālu no Serpuhovas jau 70 GeV enerģijai. Pie tā šobrīd strādā ne tikai padomju pētnieki, bet arī citu valstu fiziķi.
Bet ilgi pirms divu milzu "miljardu" paātrinātāju palaišanas Fizikas institūts Zinātņu akadēmijas (FIAN) Vekslera vadībā tika uzbūvēti relativistiskie daļiņu paātrinātāji. 1947. gadā tika palaists elektronu paātrinātājs ar enerģijām līdz 30 MeV, kas kalpoja par paraugu lielākam elektronu paātrinātājam - sinhrotronam 250 MeV enerģijai. Sinhrotrons tika palaists 1949. gadā. Uz šiem paātrinātājiem PSRS Zinātņu akadēmijas Fizikālā institūta zinātnieki veica pirmās klases darbu pie mezona fizikas un atoma kodola.
Pēc Dubnas sinhrofazotrona palaišanas sākās strauja progresa periods lielas enerģijas paātrinātāju būvniecībā. PSRS un citās valstīs tika uzbūvēti un nodoti ekspluatācijā daudzi akseleratori. Tajos ietilpst jau pieminētais 70 GeV paātrinātājs Serpuhovā, 50 GeV paātrinātājs Batavijā (ASV), 35 GeV paātrinātājs Ženēvā (Šveice), 35 GeV paātrinātājs Kalifornijā (ASV). Šobrīd fiziķi izvirza sev uzdevumu izveidot paātrinātājus vairākiem teraelektronvoltiem (teraelektronvolts - 1012 eV).
1944. gadā, kad piedzima termins "autophasing". Veksleram bija 37 gadi. Vekslers izrādījās apdāvināts organizators zinātniskais darbs un zinātniskās skolas vadītājs.
Autofāzijas metode, tāpat kā nogatavojies auglis, gaidīja, kad zinātnieks, kurš redzējis, to nojauks un pārņems. Gadu vēlāk neatkarīgi no Vekslera automātiskās fāzes principu atklāja slavenais amerikāņu zinātnieks Makmilāns. Viņš atzina padomju zinātnieka prioritāti. Makmilans ar Veksleru tikās vairāk nekā vienu reizi. Viņi bija ļoti draudzīgi, un divu ievērojamu zinātnieku draudzību nekad nekas aizēnoja līdz pat Vekslera nāvei.
Iebūvēti paātrinātāji pēdējie gadi, lai gan balstīti uz Vekslera automātiskās fāzes principa, tie, protams, ir ievērojami uzlaboti, salīdzinot ar pirmās paaudzes mašīnām.
Papildus automātiskajai fāzēšanai Vekslers nāca klajā ar citām idejām par daļiņu paātrināšanu, kas izrādījās ļoti auglīgas. Vekslera idejas tiek plaši attīstītas PSRS un citās valstīs.
1958. gada martā Zinātnieku namā Kropotkinskas ielā notika tradicionālā PSRS Zinātņu akadēmijas ikgadējā sanāksme. Vekslers izklāstīja ideju par jaunu paātrinājuma principu, ko viņš sauca par "sakarīgu". Tas ļauj paātrināt ne tikai atsevišķas daļiņas, bet arī plazmas ķekarus, kas sastāv no liela skaita daļiņu. "Koherentā" paātrinājuma metode, kā Vekslers piesardzīgi teica 1958. gadā, ļauj domāt par iespēju paātrināt daļiņas līdz tūkstoš miljardu elektronvoltu enerģijām un pat vairāk.
1962. gadā Vekslers zinātnieku delegācijas vadībā lidoja uz Ženēvu, lai piedalītos Starptautiskās augstas enerģijas fizikas konferences darbā. Starp četrdesmit padomju delegācijas locekļiem bija tādi ievērojami fiziķi kā A. I. Alikhanovs, N. N. Bogoļubovs, D. I. Blokhintsevs, I. Ja. Pomerančuks, M. A. Markovs. Daudzi delegācijas zinātnieki bija akseleratoru speciālisti un Vekslera studenti.
Vladimirs Iosifovičs Vekslers vairākus gadus bija Starptautiskās Teorētiskās un lietišķās fizikas savienības Augstas enerģijas fizikas komisijas priekšsēdētājs.
1963. gada 25. oktobrī Veksleram un viņa amerikāņu kolēģim Edvinam Makmilanam, Kalifornijas Universitātes Lorensas Radiācijas laboratorijas direktoram, tika piešķirta Amerikas atomu miera balva.
Vekslers bija Dubnas Apvienotā kodolpētniecības institūta Augstas enerģijas laboratorijas pastāvīgais direktors. Tagad viņa vārdā nosauktā iela atgādina Vekslera uzturēšanos šajā pilsētā.
Vekslera pētnieciskais darbs ilgus gadus koncentrējās Dubnā. Darbu Apvienotajā kodolpētniecības institūtā viņš apvienoja ar darbu P. N. Ļebedeva Fizikālajā institūtā, kur tālajā jaunībā sāka savu pētnieka karjeru, bija profesors Maskavas Valsts universitātē, kur vadīja katedru.
1963. gadā Vekslers tika ievēlēts par PSRS Zinātņu akadēmijas Kodolfizikas katedras akadēmiķi-sekretāru un pastāvīgi ieņēma šo svarīgo amatu.
V. I. Vekslera zinātniskie sasniegumi tika augstu novērtēti, piešķirot viņam Valsts I pakāpes prēmiju un Ļeņina prēmiju (1959). Izcilas zinātniskās, pedagoģiskās, organizatoriskās un sociālā aktivitāte Zinātnieks tika apbalvots ar trim Ļeņina ordeņiem, Darba Sarkanā karoga ordeni un PSRS medaļām.
Vladimirs Iosifovičs Vekslers pēkšņi nomira 1966. gada 20. septembrī no otrā sirdslēkmes. Viņam bija tikai 59 gadi. Dzīvē viņš vienmēr šķita jaunāks par saviem gadiem, bija enerģisks, aktīvs un nenogurstošs.
+ fāze + elektrons) ir rezonanses cikliskais paātrinātājs, kura līdzsvara orbītas garums paātrinājuma laikā nemainās. Lai daļiņas paātrinājuma laikā paliktu vienā orbītā, mainās gan vadošais magnētiskais lauks, gan paātrinošā elektriskā lauka frekvence. Pēdējais ir nepieciešams, lai stars nonāktu paātrināšanas posmā vienmēr fāzē ar augstfrekvences elektrisko lauku. Gadījumā, ja daļiņas ir ultrarelativistiskas, apgriezienu frekvence ar fiksētu orbītas garumu nemainās, palielinoties enerģijai, un arī RF ģeneratora frekvencei jāpaliek nemainīgai. Šādu paātrinātāju jau sauc par sinhrotronu.
Kultūrā
Tieši ar šo ierīci pirmklasnieks “strādāja darbā” slavenajā Allas Pugačovas dziesmā “Pirmklasnieka dziesma”. Sinhropazotrons pieminēts arī Gaidai komēdijā "Operācija Y un Šurika citi piedzīvojumi". Šī ierīce ir parādīta arī kā piemērs Einšteina relativitātes teorijas pielietojumam izglītojošā īsfilmā "Kas ir relativitātes teorija?". Zema intelekta humoristiskajos šovos plašākai publikai tas bieži vien darbojas kā "nesaprotama" zinātniska iekārta vai augsto tehnoloģiju piemērs.
Visa pasaule zina, ka 1957. gadā PSRS palaida pasaulē pirmo mākslīgo Zemes pavadoni. Tomēr tikai daži cilvēki zina, ka tajā pašā gadā Padomju Savienība sāka testēt sinhrofasotronu, kas ir mūsdienu Lielā hadronu paātrinātāja Ženēvā priekštecis. Rakstā tiks apspriests, kas ir synchrophasotron un kā tas darbojas.
Atbildot uz jautājumu, kas ir sinhrofazotrons, jāsaka, ka šī ir augsto tehnoloģiju un zinātņu ietilpīga ierīce, kas bija paredzēta mikrokosmosa izpētei. Jo īpaši sinhrofasotrona ideja bija šāda: ar spēcīgu elektromagnētu radīto magnētisko lauku palīdzību bija nepieciešams paātrināt staru līdz lieliem ātrumiem. elementārdaļiņas(protoni), un pēc tam novirziet šo staru uz mērķi miera stāvoklī. No šādas sadursmes protoniem būs "sadalīt" gabalos. Netālu no mērķa atrodas īpašs detektors - burbuļu kamera. Šis detektors ļauj sekot protonu daļu atstātajām pēdām, lai izpētītu to raksturu un īpašības.
Kāpēc bija nepieciešams uzbūvēt PSRS sinhrofazotronu? Šajā zinātniskajā eksperimentā, kas tika klasificēts kā "pilnīgi slepens", padomju zinātnieki mēģināja atrast jaunu lētākas un efektīvākas enerģijas avotu nekā bagātinātais urāns. Arī vajāts un tīrs zinātniskiem mērķiem kodolenerģijas mijiedarbības būtības un subatomisko daļiņu pasaules dziļāka izpēte.
Sinhrofazotrona darbības princips
Iepriekš minētais uzdevumu apraksts, ar kuriem saskārās synchrophasotron, daudziem var šķist ne pārāk sarežģīti to īstenošanai praksē, taču tas tā nav. Neskatoties uz jautājuma vienkāršību, kas ir sinhrofazotrons, lai paātrinātu protonus līdz vajadzīgajam milzīgajam ātrumam, ir nepieciešams elektriskie spriegumi simtiem miljardu voltu. Tādu spriedzi nevar radīt pat šobrīd. Tāpēc tika nolemts laikus sadalīt protonos sūknēto enerģiju.
Sinhrofasotrona darbības princips bija šāds: pa gredzenveida tuneli savu kustību sāk protonu stars, kādā šī tuneļa vietā ir kondensatori, kas rada jaudas pārspriegumu brīdī, kad protonu stars lido caur tiem. Tādējādi katrā pagriezienā ir neliels protonu paātrinājums. Pēc tam, kad daļiņu stars ir veicis vairākus miljonus apgriezienu pa sinchrophasotron tuneli, protoni sasniegs vēlamo ātrumu un tiks novirzīti uz mērķi.
Jāpiebilst, ka protonu paātrināšanas laikā izmantotie elektromagnēti spēlēja vadošo lomu, tas ir, noteica stara trajektoriju, bet nepiedalījās tā paātrināšanā.
Problēmas, ar kurām saskaras zinātnieki, veicot eksperimentus
Lai labāk izprastu, kas ir sinhrofazotrons un kāpēc tā izveide ir ļoti sarežģīts un zinātniski ietilpīgs process, jāapsver problēmas, kas rodas tā darbības laikā.
Pirmkārt, nekā lielāks ātrums protonu staru kūlis, jo lielāka ir to masa saskaņā ar slaveno Einšteina likumu. Gaismai tuvu ātrumā daļiņu masa kļūst tik liela, ka, lai tās noturētu vēlamajā trajektorijā, ir nepieciešami spēcīgi elektromagnēti. Jo lielāks ir sinhrofazotrona izmērs, jo lielākus magnētus var novietot.
Otrkārt, sinhrofazotrona izveidi sarežģīja arī protonu stara enerģijas zudumi to apļveida paātrinājuma laikā, un jo lielāks ir staru kūļa ātrums, jo nozīmīgāki šie zudumi kļūst. Izrādās, lai paātrinātu staru līdz vajadzīgajiem gigantiskajiem ātrumiem, ir jābūt milzīgām spējām.
Kādi rezultāti ir iegūti?
Neapšaubāmi, eksperimenti padomju sinchrofasotronā deva milzīgu ieguldījumu mūsdienu tehnoloģiju jomu attīstībā. Tātad, pateicoties šiem eksperimentiem, padomju zinātnieki spēja uzlabot izmantotā urāna-238 apstrādes procesu un ieguva interesantus datus, dažādu atomu paātrinātos jonus saduroties ar mērķi.
Sinhrofasotronā veikto eksperimentu rezultāti tiek izmantoti līdz mūsdienām atomelektrostaciju, kosmosa raķešu un robotikas būvniecībā. Padomju zinātniskās domas sasniegumi tika izmantoti mūsu laika jaudīgākā sinhrofasotrona, kas ir lielais hadronu paātrinātājs, konstruēšanā. Pats padomju akselerators kalpo Krievijas Federācijas zinātnei, atrodoties FIAN institūtā (Maskava), kur to izmanto kā jonu paātrinātāju.