что такое синхрофазотрон фото

Первоклассник из знаменитого шлягера Пугачевой вместо того, чтобы дышать озоном занимался на труде синхрофазотроном. То ли еще будет! В «Операции Ы» на экзамене изобретательный студент погорел именно на нем: «Билет номер семь. Принцип действия синхрофазотрона. Перехожу на прием». То есть синхрофазотрон настолько популярен, что прочно вошел в фольклор. Без всяких указаний сверху граждане чувствовали, что синхрофазотрон – нечто особенное.

Синхрофазотрон создал совсем молодой академик Владимир Векслер, которому в момент запуска было всего 50 лет. В детстве он был беспризорником, учился в коммуне в Хамовниках, стал электромонтером, получил комсомольскую путевку в институт. Парень не просто с головой, он был наделен редким талантом, его пригласили в Физический институт, откуда вышли практически все наши Нобелевские лауреаты.

В 1949 году Векслер приступил к проектированию синхрофазотрона в закрытой Дубне. Однако после создания атомной бомбы и первых АЭС, ученые во всем мире пришли к пониманию того, что работы в ядерной физике не могут быть только секретными. В середине 1950-х годов возникли два международных центра – ЦЕРН в Швейцарии, который был создан западными странами, и Объединенный институт ядерных исследований в Дубне, где работали физики из стран социализма, но половину расходов взял на себя СССР.

Синхрофазотрон был запущен уже в международном центре, секрета не было, достижение было признано всеми. Мощность синхрофазотрона составляла 10 Гэв (10 миллиардов элетронвольт). Таких установок в мире не было. Через несколько лет в Протвино был запущен также крупнейший в мире ускоритель на 70 Гэв, ставший прообразом Большого адронного коллайдера.

В 2002 году легендарный синхрофазотрон прекратил работу и находится в стадии демонтажа. Но весь он не умрет. Ярмо магнита используется в новом коллайдере NICA, который будет запущен в 2019-м году. Россия строит еще несколько мощных ускорителей, участвует в международных проектах в Германии и во Франции.

Владимир Векслер умер, как Курчатов и Королев, не дожив до 60 лет.

Источник

Синхрофазотрон: что такое, принцип действия и описание

В 1957 году СССР осуществил научный и технический прорыв в нескольких областях: произвел успешный запуск искусственного спутника Земли, а за несколько месяцев до данного события в Дубне начал работать синхрофазотрон. Что это такое и для чего нужна подобная установка? Этот вопрос волновал не только граждан СССР в то время, но и весь мир. Разумеется, в научном кругу понимали, что это такое, но обычные граждане приходили в недоумение, когда слышали это слово. Даже сегодня большинство людей не понимают сути и принципа синхрофазотрона, хотя не раз слышали это слово. Давайте разберемся, что это за устройство и для чего применялось.

Для чего нужен синхрофазотрон?

Разрабатывали эту установку для изучения микромира и познания структуры элементарных частиц, законов их взаимодействия друг с другом. Сам способ познания был чрезвычайно прост: поломать частицу и посмотреть, что находится внутри. Однако как можно поломать протон? Для этого и был создан синхрофазотрон, который разгоняет частицы и ударяет их о мишень. Последняя может быть неподвижной, а в современном Большом адронном коллайдере (он является усовершенствованной версией старого доброго синхрофазотрона) мишень является подвижной. Там пучки протонов с огромной скоростью движутся друг к другу и ударяются.

Считалось, что эта установка позволит осуществить научный прорыв, открыть новые элементы и способы получения атомной энергии из дешевых источников, которые превосходили бы по эффективности обогащенный уран и являлись бы более безопасными и менее вредными для окружающей среды.

Военные цели

Конечно, военные цели также преследовались. Создание атомной энергии в мирных целях – это лишь оправдание для наивных. Не зря проект синхрофазотрона вышел с грифом «Совершенно секретно», ведь строительство этого ускорителя осуществлялось в рамках проекта создания новой атомной бомбы. С его помощью хотели получить усовершенствованную теорию ядерных сил, которая необходима для расчета и создания бомбы. Правда, оказалось все гораздо сложнее, и даже сегодня эта теория отсутствует.

Что такое синхрофазотрон простыми словами?

Если обобщить, то данная установка представляет собой ускоритель элементарных частиц, протонов в частности. Синхрофазотрон состоит из немагнитной закольцованной трубы с вакуумом внутри, а также мощных электромагнитов. Поочередно магниты включаются, направляя заряженные частицы внутри вакуумной трубы. Когда они с помощью ускорителей достигают максимальной скорости, их направляют в специальную мишень. Протоны в нее ударяются, разбивают саму мишень и разбиваются при этом сами. Осколки разлетаются в разные стороны и оставляют следы в пузырьковой камере. По этим следам группа ученых анализирует их природу.

Так было ранее, однако в современных установках (типа Большого адронного коллайдера) применяются более современные детекторы вместо пузырьковой камеры, которые дают больше информации об осколках протонов.

Сама по себе установка является достаточно сложной и высокотехнологичной. Можно сказать, что синхрофазотрон – это «дальний родственник» современного Большого адронного коллайдера. По сути, его можно назвать аналогом микроскопа. Оба эти прибора предназначаются для изучения микромира, вот только принцип изучения разный.

Подробнее об устройстве

Итак, мы уже знаем, что такое синхрофазотрон, а также то, что здесь частицы разгоняются до огромных скоростей. Как оказалось, для разгона протонов до огромной скорости необходимо создать разность потенциалов в сотни миллиардов вольт. К сожалению, сделать такое человечеству не под силу, поэтому частицы придумали разгонять постепенно.

В установке частицы двигаются по кругу, и на каждом обороте их подпитывают энергией, получая ускорение. И хотя подобная подпитка невелика, за миллионы оборотов можно набрать необходимую энергию.

В основу работы синхрофазотрона положен именно этот принцип. Разогнанные до небольших значений элементарные частицы запускаются в туннель, где располагаются магниты. Они создают перпендикулярное кольцу магнитное поле. Многие ошибочно полагают, что эти магниты ускоряют частицы, но на самом деле это не так. Они лишь меняют их траекторию, заставляя двигаться по окружности, однако не ускоряют их. Само ускорение происходит на определенных разгонных промежутках.

Разгон частиц

Подобный промежуток ускорения представляет собой конденсатор, на который подается напряжение с высокой частотой. Кстати, это основа всей работы данной установки. Пучок протонов влетает в данный конденсатор в момент, когда напряжение в нем равно нулю. По мере того как частицы пролетают по конденсатору, напряжение успевает возрасти, что подгоняет частицы. На следующем кругу это повторяется, так как частота переменного напряжения специально подбирается равной частоте обращения частицы по кольцу. Следовательно, синхронно и в фазе осуществляется ускорение протонов. Отсюда и название – синхрофазотрон.

Кстати, при таком способе ускорения есть определенный полезный эффект. Если вдруг пучок протонов летит быстрее необходимой скорости, то он влетает в разгонный промежуток при отрицательном значении напряжения, из-за чего немного притормаживает. Если скорость движения меньшая, то эффект будет обратным: частица получает ускорение и догоняет основной сгусток протонов. В результате плотный и компактный пучок частиц движется с одной скоростью.

Проблемы

В идеале частицы необходимо разогнать до максимально возможной скорости. И если протоны на каждом круге движутся быстрее и быстрее, то почему нельзя их разогнать до максимально возможной скорости? Причин несколько.

Во-первых, рост энергии предполагает увеличение массы частиц. К сожалению, релятивистские законы не позволяют ни один элемент разогнать выше скорости света. В синхрофазотроне скорость протонов практически достигает скорости движения света, что сильно увеличивает их массу. В результате их становится трудно удерживать на круговой орбите радиуса. Еще со школы известно, что радиус движения частиц в магнитном поле обратно пропорционален массе и прямо пропорционален величине поля. И так как масса частиц растет, то радиус необходимо увеличивать и делать магнитное поле сильнее. Эти условия и создают ограничения в реализации условий для исследования, так как технологии даже сегодня ограничены. Пока что не удается создать поле с индукцией выше нескольких тесла. Поэтому и делают туннели большой длины, ведь при большом радиусе тяжелые частицы на огромной скорости удается удерживать в магнитном поле.

Вторая проблема – движение с ускорением по окружности. Известно, что заряд, который движется с определенной скоростью, излучает энергию, то есть теряет ее. Следовательно, частицы при ускорении постоянно теряют часть энергии, и чем выше их скорость, тем больше энергии они расходуют. В какой-то момент наступает равновесие между получаемой энергией на участке разгона и потерей этого же количества энергии за один оборот.

Исследования, проводимые на синхрофазотроне

Теперь мы понимаем, какой принцип лежит в основе работы синхрофазотрона. Он позволил провести ряд исследований и совершить открытия. В частности ученые смогли изучить свойства ускоренных дейтронов, поведение квантовой структуры ядер, взаимодействие тяжелых ионов с мишенями, а также разработать технологию утилизации урана-238.

Применение результатов, полученных в ходе испытаний

Полученные по этим направлениям результаты применяются на сегодняшний день в строительстве космических кораблей, проектировании атомных электростанций, а также при разработке специального оборудования и робототехники. Из всего этого следует, что синхрофазотрон – такое устройство, вклад в науку которого переоценить сложно.

Заключение

В течение 50 лет подобные установки служат на благо науки и активно применяются учеными всей планеты. Ранее созданный синхрофазотрон и подобные ему установки (они создавались не только в СССР) являются всего лишь одним звеном в цепочке эволюции. Сегодня появляются более совершенные устройства – нуклотроны, обладающие огромной энергией.

Одним из самых совершенных среди подобных устройств является Большой адронный коллайдер. В отличие от действия синхрофазотрона, он встречными курсами сталкивает два пучка частиц, в результате чего выделяемая от столкновения энергия во много раз превышает энергию на синхрофазотроне. Это открывает возможности для более точного изучения элементарных частиц.

Пожалуй, теперь вы должны понимать, что такое синхрофазотрон и для чего он вообще нужен. Эта установка позволила сделать целый ряд открытий. Сегодня из него сделали ускоритель электронов, и на данный момент он работает в ФИАНе.

Источник

kak_eto_sdelano

Как это сделано, как это работает, как это устроено

Самое познавательное сообщество Живого Журнала

2.

Начали осмотр с бывшего пульта управления синхрофазотроном. Раньше он стоял полукругом посередине этой комнаты:

3.

Сейчас от него остался лишь небольшой фрагмент:

4.

5.

6.

Здесь же, в углу, стоит модель Синхрофазотрона:

7.

Он устроен следующим образом: в самом начале частицы разгоняют в линейном ускорителе (инжекторе), а затем они попадают в кольцо синхрофазотрона, где ускоряются практически до скорости света, нарезая несколько сотен тысяч кругов. После этого частицу выстреливают из кольца и с помощью гигантских магнитов направляют в одну из мишеней. Нуклотрон работает по тому же принципу:

8.

Положительно заряженные ионы разгоняются в ускорителе с помощью электричества. Образно говоря, они проходят через большое количество конденсаторов. Частица влетает в него с положительной стороны и начинает притягиваться к отрицательной. Такие «конденсаторы» называются ускоряющими промежутками.

Для ускорения частиц требуется огромное количество энергии, но энергия нужна не постоянно, а всплесками. Если подключить ускоритель к городской сети, то во время таких «всплесков», весь город будет погружаться во тьму, поэтому для ускорителя был построен собственный энергоблок. В нем стояли огромные маховики, которые раскручивали до скорости звука (330 метров в секунду) и во время «всплеска» резко останавливали, превращая механическую энергию маховика в электрическую.

Нуклотрон построили в подвале синхрофазотрона в 1992-ом году и его пульт управления выглядит уже гораздо современнее:

9.

Нуклотрон работает не постоянно, а сеансами. Сейчас проводят 2 сеанса в год, продолжительностью чуть больше месяца:

10.

Здание, где установлен синхрофазотрон имеет круглую форму и уже вокруг него построены вспомогательные сооружения:

11.

При входе висят таблички:

12.

13.

Ускорение начинается в линейном ускорителе. С помощью электрического разряда из водорода выделяют положительно заряженные ионы, которые начинают свое путешествие по ускорителю. Напряжение на столько велико (чуть меньше МегаВольта), что в сырую погоду в этом помещении молнии могут бить в стены вместо трубок:

14.

Из кожуха линейного ускорителя (ЛУ-20) торчат вакуумные лампы. Для того, чтобы частицы не тормозились от столкновений с молекулами воздуха, внутри ускорителя воздух откачан практически полностью:

15.

На выходе из линейного ускорителя стоит поворотный магнит, который либо пропускает частицу прямо в синхрофазотрон, либо отклоняет ее в подвал, где стоит нуклотрон:

16.

17.

С помощью магнитных линз пучок частиц фокусируют и удерживают небольшим в диаметре:

18.

Диаметр кольца синхрофазотрона 60 метров. Оно состоит из 4 огромных магнитов, на которых спокойно смогут разъехаться 2 легковушки (5 метров в высоту и 7 в ширину):

19.

Магнит имеет такие размеры из-за того, что пучок в синхрофазотроне слабофокусированный и удерживается в вакуумной камере размером 2 метра на 40 сантиметров, а сам магнит нужен для того, чтобы удерживать пучок внутри кольца:

20.

После завершения строительства в Дубну приезжали президенты и премьер-министры разных стран, посмотреть на чудо-установку. Советский Союз очень гордился синхрофазотроном. В то время он стал одним из символов мощи нашей страны.

Сейчас синхрофазотрон уже почти полностью демонтирован. В здании осталось лишь ярмо магнита, зато хорошо видно отверстие, в котором ускорялся пучок ионов. Есть планы построить новый ускоритель внутри него, чтобы использовать железо магнита в качестве защиты от радиации.

Во время работы синхрофазотрона включали этот замечательный светофор (обратите внимание на лампочку):

22.

Рядом с синхрофазотроном установлен сегмент нуклотрона. Разница в размере огромна:

23.

24.

Нуклотрон строили уже во времена перестройки на деньги, которые лаборатория самостоятельно зарабатывала производством жидкого гелия. В здании с синхрофазотроном в подвале по кольцу были проложены кабели. Их передвинули, а на их месте построили нуклотрон:

25.

Ходить здесь тесновато. В некоторых местах я с трудом протискивался со своим пивным животиком:

26.

Сверху, из линейного ускорителя, в кольцо нуклотрона заводят пучок частиц (зеленые направляющие):

27.

Частицы ускоряются в кольце, а затем выводятся на поверхность с помощью отклоняющих магнитов (зеленого цвета):

28.

Скорость частиц на входе равна 30 тысячам километров в секунду, а на выходе уже около скорости света (300 тысяч километров в секунду), поэтому для отклонения пучка магниты нужны гораздо больших размеров:

29.

Все магниты красиво покрашены:

30.

Дальше частицы попадают в экспериментальный корпус, где ученые-физики с помощью таких же гигантских магнитов направляют их в одну из мишеней. После столкновения с мишенью осколки улавливаются детекторами:

31.

32.

33.

34.

Экспериментальный корпус питается электричеством от отдельной подстанции:

35.

Сам канал обложен бетонными блоками для защиты от радиации:

36.

В том числе сверху:

37.

Ученые сидят в оранжевых домиках на крыше канала и вокруг него:

38.

Внутри куча приборов. Здесь снимаются и записываются данные, а затем ученые будут еще долгое время их обрабатывать и анализировать:

39.

40.

Ну и напоследок несколько дверей:

41.

42.

43.

Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите на shauey@yandex.ru Лера Волкова (multypassport@gmail.com) и Саша Кукса (alxmcr@gmail.com) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта http://bigpicture.ru/ и http://ikaketosdelano.ru

Подписывайтесь также на наши группы в фейсбуке, вконтакте, одноклассниках и в гугл+плюс, где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс материалы, которых нет здесь и видео о том, как устроены вещи в нашем мире.

Жми на иконку и подписывайся!

Информация об этом сообществе

ИА REGNUM Новости: Не раз приходилось слышать такое сравнение: по своим параметрам УНК близок к Большому адронному коллайдеру. Более того, он мог сделать создание Большого адронного коллайдера ненужным, так как дал бы ответы на вопросы, ради разрешения которых он строится — такое мнение высказал заместитель директора НИИЯФ МГУ Виктор Саврин, координатор российского участия в проекте создания БАК. Как Вы относитесь к этому заявлению, верно ли оно по сути?

По своим параметрам УНК его даже превосходит. Это кольцевой тоннель, длиной 22 км, диаметром — 5 м. В целом, УНК похож на кольцевую линию Московского метрополитена. Кроме того, построен центральный зал площадью 250 кв. м. Когда мы его сдавали, даже провели там товарищеский футбольный матч с американцами. На сегодняшний день вся трасса тоннеля одета в постоянную обделку, на трассе построены стволы для подъема и спуска людей и грузов — около 30. Часть их ликвидирована, часть действует.

ИА REGNUM Новости: Что предстоит сделать для того, чтобы УНК заработал в полную силу? И в какие сроки может вылиться эта работа?

Наземные выработки, которые были предназначены для того, чтобы запустить УНК в работу, начали строиться в 1985 году, но в 1990-е работы практически не велись. Такая ситуация — тоннель практически готов, но для запуска УНК необходимо достроить наземную часть. Если бы в свое время было бы достаточное финансирование, мы бы сдали проект быстрее, чем БАК в Швейцарии — мы опережали их на несколько лет. Сегодня действует постановление правительства от апреля 2008 года. Согласно ему, в апреле 2010 года должен быть создан научный центр на базе четырех институтов, во главе с Институтом ядерных исследований, Курчатовским. Один из институтов — наш, Институт физики высоких энергий. Сегодня он является основным заказчиком строительства УНК. Месяц назад было заседание правительства, по итогам которого в целях создания Центра выделено 10 млрд. рублей. Что касается использования УНК в его нынешнем виде, то выдвигались разные предложения. В свое время РАО ЕЭС предлагало поставить в тоннеле батареи для резервного обеспечения Подмосковья электроэнергией: заряд поддерживается магнитными полями, и в случае падения напряжения в электросетях области батареи обеспечивают подпитку, а когда ситуация приходит в норму — опять затухают. Но эта идея канула в Лету вместе с РАО ЕЭС. Высказывалась даже мысль использовать тоннель в качестве хранилища для продуктов, так как температура в нем круглый год составляет около 6 градусов. Газели ездили бы между Протвино и Москвой, развозили бы продукты из этого хранилища. Но этот проект пока тоже не реализован. Ситуация упирается в то, что законсервировать УНК гораздо сложнее и дороже, чем его достроить. Бросать его просто опасно. А вот оказывать поддержку, дублировать некоторые функции БАК он вполне мог бы.

Источник