Sincrofasotrón: qué es: definición, principio de funcionamiento, aplicación. Quién y cómo inventó el sincrofasotrón Qué es un sincrofasotrón en palabras simples
+ fase + electrón) es un acelerador cíclico resonante con la longitud de la órbita de equilibrio sin cambios durante la aceleración. Para que las partículas permanezcan en la misma órbita durante la aceleración, tanto el campo magnético principal como la frecuencia del campo eléctrico acelerador cambian. Este último es necesario para que el haz llegue a la sección de aceleración siempre en fase con el campo eléctrico de alta frecuencia. En el caso de que las partículas sean ultrarrelativistas, la frecuencia de revolución, con una longitud fija de la órbita, no cambia al aumentar la energía, y la frecuencia del generador de RF también debe permanecer constante. Tal acelerador ya se llama sincrotrón.
en la cultura
Fue este dispositivo que el alumno de primer grado "trabajó en el trabajo" en la famosa canción de Alla Pugacheva "La canción del alumno de primer grado". Synchrophasotron también se menciona en la comedia de Gaidai "Operation Y and Shurik's Other Adventures". Este dispositivo también se muestra como ejemplo de la aplicación de la Teoría de la Relatividad de Einstein en el cortometraje educativo "¿Qué es la teoría de la relatividad?". En espectáculos humorísticos de bajo intelecto, para el público en general, a menudo actúa como un dispositivo científico "incomprensible" o un ejemplo de alta tecnología.
En 1957, la Unión Soviética hizo un avance científico revolucionario en dos direcciones a la vez: en octubre, se lanzó el primer satélite artificial de la Tierra, y unos meses antes, en marzo, comenzó el legendario sincrofasotrón, una instalación gigante para estudiar el micromundo. operando en Dubna. Estos dos eventos conmocionaron al mundo entero, y las palabras "satélite" y "sincrofasotrón" han entrado firmemente en nuestras vidas.
El sincrofasotrón es uno de los tipos de aceleradores de partículas cargadas. Las partículas en ellos se aceleran a altas velocidades y, en consecuencia, a altas energías. Por el resultado de sus colisiones con otras partículas atómicas, se juzgan la estructura y propiedades de la materia. La probabilidad de colisiones viene determinada por la intensidad del haz de partículas aceleradas, es decir, por el número de partículas que contiene, por lo que la intensidad, junto con la energía, es un parámetro importante del acelerador.
La necesidad de crear una base aceleradora seria en la Unión Soviética se anunció a nivel gubernamental en marzo de 1938. Un grupo de investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Leningrado (LFTI), encabezado por el académico A.F. Ioffe se dirigió al presidente del Consejo de Comisarios del Pueblo de la URSS V.M. Molotov con una carta proponiendo la creación de una base técnica para la investigación en el campo de la estructura del núcleo atómico. Las cuestiones de la estructura del núcleo atómico se convirtieron en uno de los problemas centrales de las ciencias naturales, y la Unión Soviética se retrasó mucho en su solución. Entonces, si en América había al menos cinco ciclotrones, entonces en la Unión Soviética no había ni uno solo (el único ciclotrón del Radium Institute of the Academy of Sciences (RIAN), lanzado en 1937, prácticamente no funcionó debido a defectos de diseño). La apelación a Molotov contenía una solicitud para crear condiciones para la finalización antes del 1 de enero de 1939 de la construcción del ciclotrón LPTI. Los trabajos para su creación, que se iniciaron en 1937, se suspendieron por inconsistencias departamentales y la terminación de la financiación.
En noviembre de 1938 S.I. Vavilov, en su apelación al Presidium de la Academia de Ciencias, propuso construir el ciclotrón LFTI en Moscú y transferir el laboratorio de I.V. Kurchatov, quien participó en su creación. Sergei Ivanovich quería que el laboratorio central para el estudio del núcleo atómico estuviera ubicado en el mismo lugar donde estaba ubicada la Academia de Ciencias, es decir, en Moscú. Sin embargo, no fue apoyado por la LFTI. Las disputas terminaron a fines de 1939, cuando A.F. Ioffe propuso crear tres ciclotrones a la vez. El 30 de julio de 1940, en una reunión del Presidium de la Academia de Ciencias de la URSS, se decidió instruir a RIAN para equipar el ciclotrón existente en el año en curso, FIAN para preparar los materiales necesarios para la construcción de un nuevo ciclotrón potente por 15 de octubre y LFTI para completar la construcción del ciclotrón en el primer trimestre de 1941.
En relación con esta decisión, se creó la llamada brigada ciclotrón en FIAN, que incluía a Vladimir Iosifovich Veksler, Sergei Nikolaevich Vernov, Pavel Alekseevich Cherenkov, Leonid Vasilyevich Groshev y Evgeny Lvovich Feinberg. El 26 de septiembre de 1940, la oficina del Departamento de Ciencias Físicas y Matemáticas (OPMS) escuchó información de V.I. Veksler sobre la tarea de diseño del ciclotrón, aprobó sus principales características y estimación de construcción. El ciclotrón fue diseñado para acelerar deuterones hasta una energía de 50 MeV.
Entonces, hemos llegado a lo más importante, a la persona que hizo una contribución significativa al desarrollo de la física en nuestro país en esos años: Vladimir Iosifovich Veksler. Este destacado físico será discutido más adelante.
V. I. Veksler nació en Ucrania en la ciudad de Zhytomyr el 3 de marzo de 1907. Su padre murió en la Primera Guerra Mundial.
En 1921, durante un período de hambruna severa y devastación, con grandes dificultades, sin dinero, Volodya Veksler terminó hambriento en el Moscú anterior a la NEP. El adolescente se encuentra en una casa comunal establecida en Khamovniki, en una vieja mansión abandonada por los propietarios.
Veksler se distinguió por su interés en la física y la ingeniería de radio práctica, él mismo ensambló un receptor de radio detector, que en esos años era una tarea inusualmente difícil, leía mucho, estudiaba bien en la escuela.
Después de dejar la comuna, Veksler conservó muchas de las opiniones y hábitos que había criado.
Cabe señalar que la gran mayoría de la generación a la que pertenecía Vladimir Iosifovich trataba los aspectos cotidianos de su vida con completo desdén, pero era fanáticamente aficionada a los problemas científicos, profesionales y sociales.
Veksler, entre otros comuneros, se graduó de una escuela secundaria de nueve años y, junto con todos los graduados, se fue a trabajar como obrero en una fábrica, donde trabajó como electricista durante más de dos años.
Se notaron sus ansias de conocimiento, amor por los libros y rara ingeniosidad y, a fines de los años 20, el joven recibió un "boleto Komsomol" para el instituto.
Cuando Vladimir Iosifovich se graduó del instituto, se llevó a cabo otra reorganización de las instituciones de educación superior y un cambio de nombre. Dio la casualidad de que Veksler ingresó al Instituto Plekhanov de Economía Nacional, se graduó del Instituto de Ingeniería de Energía de Moscú (Instituto de Ingeniería de Energía de Moscú) y se calificó como ingeniero con un título en tecnología de rayos X.
En el mismo año, ingresó al laboratorio de análisis de difracción de rayos X del Instituto Electrotécnico de toda la Unión en Lefortovo, donde Vladimir Iosifovich comenzó su trabajo con la construcción de instrumentos de medición y el estudio de métodos para medir la radiación ionizante, es decir. corrientes de partículas cargadas.
Veksler trabajó en este laboratorio durante 6 años, pasando rápidamente de asistente de laboratorio a jefe. Aquí ya se ha manifestado la característica "escritura a mano" de Veksler como un científico experimental talentoso. Su alumno, el profesor M. S. Rabinovich escribió más tarde en sus memorias sobre Veksler: "Durante casi 20 años, él mismo montó, montó varias instalaciones inventadas por él, sin rehuir ningún trabajo. Esto le permitió ver no solo la fachada, no solo su lado ideológico”, pero también todo lo que se esconde detrás de los resultados finales, detrás de la precisión de las medidas, detrás de los brillantes gabinetes de las instalaciones. Estudió y se recicló toda su vida. Hasta los últimos años de su vida, por las tardes, en vacaciones, estudió cuidadosamente y esbozó el trabajo teórico ".
En septiembre de 1937, Veksler se mudó del Instituto Electrotécnico de toda la Unión al Instituto de Física P. N. Lebedev de la Academia de Ciencias de la URSS (FIAN). Fue un evento importante en la vida de un científico.
En ese momento, Vladimir Iosifovich ya había defendido su tesis doctoral, cuyo tema era el dispositivo y la aplicación de los "amplificadores proporcionales" diseñados por él.
En FIAN, Veksler se dedicó al estudio de los rayos cósmicos. A diferencia de AI Alikhanov y sus colaboradores, que se encapricharon del pintoresco Monte Aragats en Armenia, Veksler participó en las expediciones de científicos a Elbrus y luego, más tarde, a Pamir, el Techo del Mundo. Físicos de todo el mundo han estado estudiando flujos de partículas cargadas de alta energía que no podrían obtenerse en laboratorios terrestres. Los investigadores se acercaron a las misteriosas corrientes de radiación cósmica.
Incluso ahora, los rayos cósmicos ocupan un lugar importante en el arsenal de los astrofísicos y los físicos de alta energía, y se proponen teorías emocionantemente interesantes sobre su origen. Al mismo tiempo, era simplemente imposible obtener partículas con tal energía para el estudio, y para los físicos era simplemente necesario estudiar su interacción con campos y otras partículas. Ya en los años treinta, muchos científicos atómicos tuvieron una idea: qué bueno sería obtener partículas de energías "cósmicas" tan altas en el laboratorio usando instrumentos confiables para estudiar partículas subatómicas, el método de estudio que era uno: bombardeo (como figurativamente solían decir antes y rara vez dicen ahora) de unas partículas por otras. Rutherford descubrió la existencia del núcleo atómico al bombardear los átomos con poderosos proyectiles: partículas alfa. Las reacciones nucleares fueron descubiertas por el mismo método. Para convertir un elemento químico en otro, era necesario cambiar la composición del núcleo. Esto se logró bombardeando núcleos con partículas alfa, y ahora con partículas aceleradas en poderosos aceleradores.
Después de la invasión de la Alemania nazi, muchos físicos se involucraron de inmediato en el trabajo militar. Veksler interrumpió el estudio de los rayos cósmicos y asumió el diseño y mejora de equipos de radio para las necesidades del frente.
En ese momento, el Instituto de Física de la Academia de Ciencias, al igual que otras instituciones académicas, fue evacuado a Kazán. Recién en 1944 fue posible organizar una expedición desde Kazan al Pamir, donde el grupo de Veksler pudo continuar los estudios iniciados en el Cáucaso sobre los rayos cósmicos y los procesos nucleares provocados por partículas de alta energía. Sin entrar en detalle en la contribución de Veksler al estudio de los procesos nucleares asociados a los rayos cósmicos, a los que dedicó muchos años de su trabajo, podemos decir que fue muy significativo y produjo muchos resultados importantes. Pero quizás lo más importante es que el estudio de los rayos cósmicos llevó al científico a ideas completamente nuevas sobre la aceleración de partículas. En las montañas, a Veksler se le ocurrió la idea de construir aceleradores de partículas para crear sus propios "rayos cósmicos".
Desde 1944, V. I. Veksler pasó a un nuevo campo, que ocupó el lugar principal en su trabajo científico. Desde entonces, el nombre de Veksler se ha asociado para siempre con la creación de grandes aceleradores de "autofase" y el desarrollo de nuevos métodos de aceleración.
Sin embargo, no perdió el interés por los rayos cósmicos y siguió trabajando en esta área. Veksler participó en expediciones científicas a gran altitud al Pamir durante 1946-1947. En los rayos cósmicos se encuentran partículas de energías fantásticamente altas que son inaccesibles a los aceleradores. Para Veksler estaba claro que un "acelerador natural" de partículas de energías tan altas no podía compararse con una "creación de manos humanas".
Wexler propuso una salida a este callejón sin salida en 1944. El autor llamó al nuevo principio, según el cual operaban los aceleradores de Wexler, autophasing.
En ese momento, se había creado un acelerador de partículas cargadas del tipo "ciclotrón" (Vexler, en un artículo de periódico popular, explicó el principio de la operación del ciclotrón de la siguiente manera: "En este dispositivo, una partícula cargada, moviéndose en un campo magnético en espiral, es continuamente acelerada por un campo eléctrico alterno. Gracias a esto, es posible comunicar a las partículas del ciclotrón una energía de 10-20 millones de electronvoltios"). Pero quedó claro que el umbral de 20 MeV no podía cruzarse con este método.
En un ciclotrón, el campo magnético cambia cíclicamente, acelerando partículas cargadas. Pero en el proceso de aceleración, se produce un incremento en la masa de las partículas (como debería ser según SRT, la teoría especial de la relatividad). Esto conduce a una violación del proceso: después de un cierto número de revoluciones, el campo magnético, en lugar de acelerar, comienza a ralentizar las partículas.
Veksler propone comenzar a aumentar lentamente el campo magnético en el ciclotrón con el tiempo, alimentando el imán con corriente alterna. Entonces resulta que, en promedio, la frecuencia de circulación de partículas en un círculo se mantendrá automáticamente igual a la frecuencia del campo eléctrico aplicado a los dees (un par de sistemas magnéticos que desvían el camino y aceleran las partículas por el efecto magnético). campo).
Durante cada paso a través de la ranura del dee, las partículas tienen y además reciben un incremento de masa diferente (y, en consecuencia, reciben un incremento diferente del radio a lo largo del cual el campo magnético las envuelve) dependiendo de la intensidad del campo entre los dees en el momento de aceleración de esta partícula. Entre todas las partículas, se pueden destacar las partículas de equilibrio ("afortunadas"). Para estas partículas, el mecanismo que mantiene automáticamente la constancia del periodo de revolución es especialmente sencillo.
Las partículas "afortunadas" experimentan un aumento en la masa y un aumento en el radio del círculo con cada paso a través de la rendija en D. Compensa exactamente la disminución del radio causada por el aumento del campo magnético durante una revolución. En consecuencia, las partículas "afortunadas" (de equilibrio) pueden acelerarse resonantemente siempre que aumente el campo magnético.
Resultó que casi todas las demás partículas tienen la misma capacidad, solo que la aceleración lleva más tiempo. En el proceso de aceleración, todas las partículas experimentarán vibraciones alrededor del radio de la órbita de las partículas en equilibrio. La energía de la partícula será, en promedio, igual a la energía de las partículas en equilibrio. Entonces, casi todas las partículas participan en la aceleración resonante.
Si, en lugar de aumentar lentamente el campo magnético en el acelerador (ciclotrón) en el tiempo, al alimentar el imán con corriente alterna, aumentamos el período del campo eléctrico alterno aplicado a los dees, entonces también se establecerá el modo de "autofase". .
"Puede parecer que para la aparición de la fase automática y la implementación de la aceleración resonante, es necesario cambiar el campo magnético o el período del campo eléctrico en el tiempo. De hecho, esto no es así. Quizás la teoría más simple ( pero lejos de ser simple en la implementación práctica) método de aceleración establecido por el autor antes que otros métodos, puede implementarse con un campo magnético constante y una frecuencia constante.
En 1955, cuando Wexler escribió su folleto sobre aceleradores, este principio, como señaló el autor, formó la base de un acelerador, un microtrón, un acelerador que requiere poderosas fuentes de microondas. Según Veksler, el microtrón "aún no se ha generalizado (1955). Sin embargo, varios aceleradores de electrones para energías de hasta 4 MeV han estado funcionando durante varios años".
Veksler fue un brillante divulgador de la física, pero, por desgracia, debido a su apretada agenda, rara vez publicaba artículos populares.
El principio de autophasing mostró que es posible tener una región de fase estable y, por lo tanto, es posible cambiar la frecuencia del campo acelerador sin temor a salir de la región de aceleración resonante. Solo es necesario elegir la fase de aceleración correcta. Al cambiar la frecuencia del campo, se hizo posible compensar fácilmente el cambio en la masa de las partículas. Además, el cambio de frecuencia permitió que la espiral del ciclotrón, que giraba rápidamente, se aproximara a un círculo y acelerara las partículas hasta que la fuerza del campo magnético fuera suficiente para mantener las partículas en una órbita determinada.
El acelerador descrito con autofasaje, en el que cambia la frecuencia del campo electromagnético, se denomina sincrociclotrón o fasotrón.
El sincrofasotrón utiliza una combinación de dos principios de autofasaje. El primero de ellos subyace al fasotrón, que ya se ha mencionado, es un cambio en la frecuencia del campo electromagnético. El segundo principio se usa en sincrotrones: aquí cambia la intensidad del campo magnético.
Desde el descubrimiento de la fase automática, los científicos e ingenieros han estado diseñando aceleradores para miles de millones de electronvoltios. El primero de ellos en nuestro país fue un acelerador de protones, un sincrofasotrón para 10 mil millones de electronvoltios en Dubna.
El diseño de este gran acelerador comenzó en 1949 por iniciativa de V. I. Veksler y S. I. Vavilov, y se puso en funcionamiento en 1957. El segundo gran acelerador se construyó en Protvino, cerca de Serpukhov, para una energía de 70 GeV. No solo los investigadores soviéticos, sino también los físicos de otros países están trabajando en esto ahora.
Pero mucho antes del lanzamiento de dos aceleradores gigantes "milmillonésimos", se construyeron aceleradores de partículas relativistas en el Instituto de Física de la Academia de Ciencias (FIAN) bajo la dirección de Veksler. En 1947, se lanzó un acelerador de electrones con energías de hasta 30 MeV, que sirvió como modelo para un acelerador de electrones más grande: un sincrotrón para una energía de 250 MeV. El sincrotrón fue lanzado en 1949. En estos aceleradores, los científicos del Instituto de Física de la Academia de Ciencias de la URSS realizaron un trabajo de primera clase sobre la física de los mesones y el núcleo atómico.
Tras el lanzamiento del sincrofasotrón Dubna, comenzó un período de rápido progreso en la construcción de aceleradores de alta energía. Se construyeron y pusieron en funcionamiento muchos aceleradores en la URSS y otros países. Estos incluyen el ya mencionado acelerador de 70 GeV en Serpukhov, el acelerador de 50 GeV en Batavia (EE. UU.), el acelerador de 35 GeV en Ginebra (Suiza), el acelerador de 35 GeV en California (EE. UU.). En la actualidad, los físicos se proponen la tarea de crear aceleradores para varios teraelectronvoltios (teraelectronvoltios - 1012 eV).
En 1944, cuando nació el término "autophasing". Veksler tenía 37 años. Veksler resultó ser un talentoso organizador del trabajo científico y director de una escuela científica.
El método de autofase, como una fruta madura, estaba esperando que un científico visionario lo derribara y se hiciera cargo. Un año más tarde, independientemente de Wexler, el famoso científico estadounidense MacMilan descubrió el principio de la autofase. Reconoció la prioridad del científico soviético. McMillan se reunió con Veksler más de una vez. Eran muy amigos, y la amistad de dos científicos notables nunca se vio ensombrecida por nada hasta la muerte de Veksler.
Los aceleradores construidos en los últimos años, aunque se basan en el principio de autophasing de Wechsler, son, por supuesto, significativamente mejorados en comparación con las máquinas de la primera generación.
Además de la fase automática, a Wexler se le ocurrieron otras ideas para la aceleración de partículas que resultaron ser muy fructíferas. Las ideas de Veksler se están desarrollando ampliamente en la URSS y otros países.
En marzo de 1958, se llevó a cabo la tradicional reunión anual de la Academia de Ciencias de la URSS en la Casa de los Científicos en la calle Kropotkinskaya. Veksler esbozó la idea de un nuevo principio de aceleración, al que llamó "coherente". Permite acelerar no solo partículas individuales, sino también grupos de plasma que consisten en una gran cantidad de partículas. El método "coherente" de aceleración, como dijo cautelosamente Veksler en 1958, permite pensar en la posibilidad de acelerar partículas hasta energías de mil millones de electronvoltios e incluso más.
En 1962, Veksler, al frente de una delegación de científicos, voló a Ginebra para participar en el trabajo de la Conferencia Internacional sobre Física de Altas Energías. Entre los cuarenta miembros de la delegación soviética se encontraban físicos tan destacados como A. I. Alikhanov, N. N. Bogolyubov, D. I. Blokhintsev, I. Ya. Pomeranchuk, M. A. Markov. Muchos de los científicos de la delegación eran especialistas en aceleradores y estudiantes de Wexler.
Vladimir Iosifovich Veksler durante varios años fue presidente de la Comisión de Física de Altas Energías de la Unión Internacional de Física Teórica y Aplicada.
El 25 de octubre de 1963, Wexler y su colega estadounidense, Edwin McMillan, director del Laboratorio de Radiación de la Universidad de California, Lawrence, recibieron el premio American Atoms for Peace.
Veksler fue el director permanente del Laboratorio de Alta Energía del Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear en Dubna. Ahora la calle que lleva su nombre recuerda la estancia de Veksler en esta ciudad.
El trabajo de investigación de Veksler se concentró en Dubna durante muchos años. Compaginó su trabajo en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear con el trabajo en el Instituto de Física P. N. Lebedev, donde comenzó su carrera como investigador en su lejana juventud, fue profesor en la Universidad Estatal de Moscú, donde dirigió el departamento.
En 1963, Veksler fue elegido Académico-Secretario del Departamento de Física Nuclear de la Academia de Ciencias de la URSS y ocupó permanentemente este importante cargo.
Los logros científicos de V. I. Veksler fueron muy apreciados al otorgarle el Premio Estatal de Primer Grado y el Premio Lenin (1959). Las destacadas actividades científicas, pedagógicas, organizativas y sociales del científico recibieron tres Órdenes de Lenin, la Orden de la Bandera Roja del Trabajo y medallas de la URSS.
Vladimir Iosifovich Veksler murió repentinamente el 20 de septiembre de 1966 de un segundo infarto. Tenía solo 59 años. En vida siempre pareció más joven que sus años, era enérgico, activo e incansable.
Los parlamentarios del Reino Unido tardaron solo 15 minutos en decidir sobre una inversión pública de mil millones de libras esterlinas en la construcción del sincrofasotrón. Después de eso, durante una hora discutieron vigorosamente el costo del café, ni más ni menos, en el buffet parlamentario. Y sin embargo decidimos: rebajamos el precio un 15%.
Parecería que las tareas no son comparables en complejidad en absoluto y, según la lógica de las cosas, todo debería haber sucedido exactamente al revés. Una hora para la ciencia, 15 minutos para el café. ¡Pero no! Como resultó más tarde, la mayoría de los venerables políticos rápidamente dieron su más íntimo "a favor", sin tener absolutamente ninguna idea de lo que es un "sincrofasotrón".
Apreciado lector, llenemos junto a usted este vacío de conocimiento y no nos volvamos como la miopía científica de algunos compañeros.
¿Qué es un sincrofasotrón?
Sincrofasotrón - una instalación electrónica para la investigación científica - un acelerador cíclico de partículas elementales (neutrones, protones, electrones, etc.). Tiene la forma de un enorme anillo, con un peso de más de 36 mil toneladas. Sus imanes súper potentes y sus tubos aceleradores imbuyen partículas microscópicas con una energía direccional colosal. En las profundidades del resonador Phasotron, a una profundidad de 14,5 metros, se producen transformaciones realmente fantásticas a nivel físico: por ejemplo, un pequeño protón recibe 20 millones de electronvoltios y un ion pesado, 5 millones de eV. ¡Y esto es solo una modesta fracción de todas las posibilidades!
Es decir, gracias a las propiedades únicas del acelerador cíclico, los científicos lograron aprender los secretos más secretos del universo: estudiar la estructura de partículas insignificantemente pequeñas y los procesos fisicoquímicos que ocurren dentro de sus capas; observe la reacción de fusión con sus propios ojos; descubrir la naturaleza de objetos microscópicos hasta ahora desconocidos.
Phasotron marcó una nueva era de la investigación científica: un territorio de investigación donde el microscopio era impotente, sobre el cual incluso los innovadores de la ciencia ficción hablaron con gran cautela (¡su vuelo creativo con visión de futuro no podía predecir los descubrimientos realizados!).
Historia del sincrofasotrón
Inicialmente, los aceleradores eran lineales, es decir, no tenían una estructura cíclica. Pero pronto los físicos tuvieron que abandonarlos. Los requisitos para los valores de energía aumentaron, se necesitaba más. Pero la construcción lineal no pudo hacer frente: los cálculos teóricos mostraron que para estos valores, debe tener una longitud increíble.
- en 1929 El estadounidense E. Lawrence intenta resolver este problema e inventa el ciclotrón, el prototipo del fasotrón moderno. Las pruebas van bien. Diez años después, en 1939. Lawrence recibe el Premio Nobel.
- en 1938 en la URSS, el talentoso físico VI Veksler comenzó a abordar activamente el tema de la creación y mejora de los aceleradores. en febrero de 1944 se le ocurre una idea revolucionaria sobre cómo superar la barrera energética. Veksler llama a su método "autophasing". Exactamente un año después, E. Macmillan, un científico de los EE. UU., descubre la misma tecnología de forma completamente independiente.
- En 1949 en la Unión Soviética bajo el liderazgo de V.I. Veksler y S. I. Vavilov, se está desarrollando un proyecto científico a gran escala: la creación de un sincrofasotrón con una capacidad de 10 mil millones de electronvoltios. Durante 8 años, sobre la base del Instituto de Investigación Nuclear de la ciudad de Dubno en Ucrania, un grupo de físicos teóricos, diseñadores e ingenieros han estado trabajando minuciosamente en la instalación. Por lo tanto, también se le llama sincrofasotrón de Dubninsk.
El sincrofasotrón se puso en funcionamiento en marzo de 1957, seis meses antes del vuelo al espacio del primer satélite terrestre artificial.
¿Qué investigación se lleva a cabo en el sincrofasotrón?
El acelerador cíclico resonante de Wexler dio origen a una galaxia de descubrimientos sobresalientes en muchos aspectos de la física fundamental y, en particular, en algunos problemas controvertidos y poco estudiados de la teoría de la relatividad de Einstein:
- el comportamiento de la estructura de quarks de los núcleos en el proceso de interacción;
- la formación de partículas acumulativas como resultado de reacciones que involucran núcleos;
- estudio de las propiedades de los deuterones acelerados;
- interacción de iones pesados con objetivos (comprobación de la resistencia de los microcircuitos);
- eliminación de uranio-238.
Los resultados obtenidos en estas áreas se aplican con éxito en la construcción de naves espaciales, el diseño de centrales nucleares, el desarrollo de robótica y equipos para trabajar en condiciones extremas. Pero lo más sorprendente es que una serie de estudios realizados en el sincrofasotrón está acercando cada vez más a los científicos a desentrañar el gran misterio del origen del Universo.
+ electrón) es un acelerador cíclico resonante con la longitud de la órbita de equilibrio sin cambios durante la aceleración. Para que las partículas permanezcan en la misma órbita durante la aceleración, tanto el campo magnético principal como la frecuencia del campo eléctrico acelerador cambian. Este último es necesario para que el haz llegue a la sección de aceleración siempre en fase con el campo eléctrico de alta frecuencia. En el caso de que las partículas sean ultrarrelativistas, la frecuencia de revolución, con una longitud fija de la órbita, no cambia al aumentar la energía, y la frecuencia del generador de RF también debe permanecer constante. Tal acelerador ya se llama sincrotrón.
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Un extracto que caracteriza el Sincrofasotrón
El rostro del general frunció el ceño, sus labios se torcieron y temblaron. Sacó un cuaderno, rápidamente dibujó algo con un lápiz, arrancó un papel, lo regaló, se acercó con pasos rápidos a la ventana, arrojó su cuerpo sobre una silla y miró a los que estaban en la habitación, como preguntando. : ¿Por qué lo miran? Entonces el general levantó la cabeza, estiró el cuello, como si quisiera decir algo, pero de inmediato, como si descuidadamente comenzara a tararear para sí mismo, emitió un sonido extraño, que se detuvo de inmediato. La puerta de la oficina se abrió y Kutuzov apareció en el umbral. El general con la cabeza vendada, como si huyera del peligro, se inclinó, con pasos grandes y rápidos de piernas delgadas, se acercó a Kutuzov.- Vous voyez le malheureux Mack, [Ves al desafortunado Mack.] - dijo con la voz entrecortada.
El rostro de Kutuzov, que estaba de pie en la puerta de la oficina, permaneció completamente inmóvil durante varios momentos. Luego, como una ola, una arruga recorrió su rostro, su frente se alisó; inclinó la cabeza respetuosamente, cerró los ojos, dejó pasar a Mack en silencio y cerró la puerta detrás de él.
El rumor, ya difundido antes, sobre la derrota de los austriacos y la rendición de todo el ejército en Ulm resultó ser cierto. Media hora más tarde, se enviaron ayudantes en diferentes direcciones con órdenes que demostraban que pronto las tropas rusas, que habían estado inactivas hasta ahora, tendrían que enfrentarse al enemigo.
El príncipe Andrei era uno de esos raros oficiales del estado mayor que consideraba su principal interés el curso general de los asuntos militares. Al ver a Mack y escuchar los detalles de su muerte, se dio cuenta de que la mitad de la campaña se había perdido, comprendió toda la dificultad de la posición de las tropas rusas e imaginó vívidamente lo que le esperaba al ejército y el papel que tendría que desempeñar en él. .
Todo el mundo sabe que en 1957 la URSS lanzó el primer satélite terrestre artificial del mundo. Sin embargo, pocas personas saben que en el mismo año la Unión Soviética comenzó a probar el sincrofasotrón, que es el progenitor del moderno Gran Colisionador de Hadrones en Ginebra. El artículo discutirá qué es un sincrofasotrón y cómo funciona.
Respondiendo a la pregunta de qué es un sincrofasotrón, se debe decir que se trata de un dispositivo de alta tecnología y ciencia intensiva destinado al estudio del microcosmos. En particular, la idea del sincrofasotrón era la siguiente: con la ayuda de poderosos campos magnéticos creados por electroimanes, era necesario acelerar un haz de partículas elementales (protones) a altas velocidades y luego dirigir este haz hacia un objetivo. en reposo. De tal colisión, los protones tendrán que "romperse" en pedazos. No muy lejos del objetivo hay un detector especial: una cámara de burbujas. Este detector permite seguir las huellas dejadas por las partes de protones para investigar su naturaleza y propiedades.
¿Por qué fue necesario construir el sincrofasotrón de la URSS? En este experimento científico, que fue clasificado como "ultrasecreto", los científicos soviéticos intentaban encontrar una nueva fuente de energía más barata y eficiente que el uranio enriquecido. También se persiguieron los objetivos puramente científicos de un estudio más profundo de la naturaleza de las interacciones nucleares y el mundo de las partículas subatómicas.
El principio de funcionamiento del sincrofasotrón.
La descripción anterior de las tareas a las que se enfrentó el sincrofasotrón puede parecerles a muchos no demasiado difícil para su implementación en la práctica, pero no es así. A pesar de la simplicidad de la pregunta, ¿qué es un sincrofasotrón? Para acelerar los protones a las enormes velocidades requeridas, se necesitan voltajes eléctricos de cientos de miles de millones de voltios. Tales tensiones no pueden crearse ni siquiera en el momento actual. Por lo tanto, se decidió distribuir la energía bombeada en protones en el tiempo.
El principio de funcionamiento del sincrofasotrón era el siguiente: un haz de protones comienza su movimiento a lo largo de un túnel anular, en algún lugar de este túnel hay condensadores que crean una sobrecarga de energía en el momento en que el haz de protones vuela a través de ellos. Así, en cada vuelta hay una pequeña aceleración de protones. Después de que el haz de partículas haya realizado varios millones de revoluciones a través del túnel del sincrofasotrón, los protones alcanzarán las velocidades deseadas y se dirigirán al objetivo.
Cabe señalar que los electroimanes utilizados durante la aceleración de los protones desempeñaron un papel de guía, es decir, determinaron la trayectoria del haz, pero no participaron en su aceleración.
Problemas que enfrentan los científicos al realizar experimentos
Para comprender mejor qué es un sincrofasotrón y por qué su creación es un proceso muy complejo e intensivo en ciencia, se deben considerar los problemas que surgen durante su funcionamiento.
En primer lugar, cuanto mayor es la velocidad del haz de protones, mayor es la masa que empiezan a tener según la famosa ley de Einstein. A velocidades cercanas a la luz, la masa de partículas se vuelve tan grande que para mantenerlas en la trayectoria deseada, es necesario tener poderosos electroimanes. Cuanto mayor sea el tamaño del sincrofasotrón, se pueden colocar imanes más grandes.
En segundo lugar, la creación del sincrofasotrón también se vio complicada por las pérdidas de energía del haz de protones durante su aceleración circular, y cuanto mayor es la velocidad del haz, más significativas se vuelven estas pérdidas. Resulta que para acelerar el rayo a las gigantescas velocidades requeridas, es necesario tener enormes poderes.
¿Qué resultados se han obtenido?
Sin duda, los experimentos en el sincrofasotrón soviético hicieron una gran contribución al desarrollo de los campos modernos de la tecnología. Entonces, gracias a estos experimentos, los científicos soviéticos pudieron mejorar el proceso de procesamiento del uranio-238 usado y obtuvieron algunos datos interesantes al hacer colisionar iones acelerados de diferentes átomos con un objetivo.
Los resultados de los experimentos en el sincrofasotrón se utilizan hasta el día de hoy en la construcción de plantas de energía nuclear, cohetes espaciales y robótica. Los logros del pensamiento científico soviético se utilizaron en la construcción del sincrofasotrón más poderoso de nuestro tiempo, que es el Gran Colisionador de Hadrones. El propio acelerador soviético sirve a la ciencia de la Federación Rusa, estando en el Instituto FIAN (Moscú), donde se utiliza como acelerador de iones.