Sinchrofasotrono veikimo principas yra veikimas. Kas yra sinchrofasotronas? Tyrimai atlikti sinchrofazotrone

Visas pasaulis žino, kad 1957 metais SSRS paleido pirmąjį pasaulyje dirbtinį Žemės palydovą. Tačiau nedaugelis žino, kad tais pačiais metais Sovietų Sąjunga pradėjo bandyti sinchrofasotroną, kuris yra modernaus Didžiojo hadronų greitintuvo Ženevoje pirmtakas. Straipsnyje bus aptarta, kas yra sinchrofasotronas ir kaip jis veikia.

Atsakant į klausimą, kas yra sinchrofasotronas, reikia pasakyti, kad tai aukštųjų technologijų ir imlus mokslui prietaisas, kuris buvo skirtas mikrokosmosui tirti. Visų pirma, sinchrofasotrono idėja buvo tokia: reikėjo, naudojant galingus elektromagnetų sukurtus magnetinius laukus, pagreitinti elementariųjų dalelių (protonų) spindulį iki didelio greičio, o tada nukreipti šį spindulį į taikinį ramybės būsenoje. . Nuo tokio susidūrimo protonai turės „suskilti“ į gabalus. Netoli taikinio yra specialus detektorius – burbulų kamera. Šis detektorius leidžia ištirti jų prigimtį ir savybes naudojant protonų dalių paliktus pėdsakus.

Kodėl reikėjo statyti SSRS sinchrofazotroną? Šiame moksliniame eksperimente, kuris buvo klasifikuojamas kaip „visiškai slaptas“, sovietų mokslininkai bandė rasti naują pigesnės ir efektyvesnės energijos šaltinį nei prisodrintas uranas. Taip pat buvo siekiama grynai mokslinių tikslų giliau ištirti branduolinės sąveikos prigimtį ir subatominių dalelių pasaulį.

Sinchrofasotrono veikimo principas

Aukščiau pateiktas sinchrofasotronui tenkančių užduočių aprašymas daugeliui gali neatrodyti pernelyg sunkiai įgyvendinamas praktiškai, tačiau taip nėra. Nepaisant klausimo, kas yra sinchrofasotronas, paprastumo, norint pagreitinti protonus iki reikiamo milžiniško greičio, reikia šimtų milijardų voltų elektros įtampos. Tokios įtampos negalima sukurti ir šiandien. Todėl buvo nuspręsta energiją, pumpuojamą į protonus, paskirstyti laikui bėgant.

Sinchrofasotrono veikimo principas buvo toks: protonų spindulys pradeda judėti žiedo formos tuneliu, tam tikroje šio tunelio vietoje yra kondensatoriai, kurie sukuria įtampos viršįtampią tuo momentu, kai pro juos praskrenda protonų pluoštas. . Taigi kiekviename posūkyje yra nedidelis protonų pagreitis. Dalelių pluoštui padarius kelis milijonus apsisukimų per sinchrofazotrono tunelį, protonai pasieks norimą greitį ir bus nukreipti į tikslą.

Verta paminėti, kad elektromagnetai, naudojami protonų pagreičio metu, atliko pagrindinį vaidmenį, tai yra, jie nustatė pluošto trajektoriją, bet nedalyvavo jo pagreityje.

Problemos, su kuriomis susidūrė mokslininkai atlikdami eksperimentus

Norint geriau suprasti, kas yra sinchrofasotronas ir kodėl jo kūrimas yra labai sudėtingas ir daug žinių reikalaujantis procesas, reikėtų atsižvelgti į jo veikimo metu iškylančias problemas.

Pirma, kuo didesnis protonų pluošto greitis, tuo daugiau masės jie pradeda turėti pagal garsųjį Einšteino dėsnį. Esant artimam šviesai greičiui, dalelių masė tampa tokia didelė, kad norint išlaikyti jas norimoje trajektorijoje, būtina turėti galingus elektromagnetus. Kuo didesnis sinchrofasotrono dydis, tuo didesnius magnetus galima sumontuoti.

Antra, sinchrofasotrono sukūrimą apsunkino ir protonų pluošto energijos nuostoliai jų žiedinio pagreičio metu, ir kuo didesnis pluošto greitis, tuo šie nuostoliai tampa reikšmingesni. Pasirodo, norint pagreitinti spindulį iki reikiamų gigantiškų greičių, reikia turėti milžiniškas galias.

Kokie rezultatai buvo gauti?

Neabejotinai, eksperimentai sovietiniame sinchrofasotrone labai prisidėjo prie šiuolaikinių technologijų sričių vystymosi. Taigi šių eksperimentų dėka SSRS mokslininkai sugebėjo patobulinti panaudoto urano-238 perdirbimo procesą ir gavo įdomių duomenų susidūrę su taikiniu pagreitintus skirtingų atomų jonus.

Eksperimentų su sinchrofasotronu rezultatai iki šiol naudojami statant atomines elektrines, kosmines raketas ir robotiką. Sovietinės mokslinės minties pasiekimai buvo panaudoti kuriant galingiausią mūsų laikų sinchrofasotroną – Didįjį hadronų greitintuvą. Pats sovietinis greitintuvas tarnauja Rusijos Federacijos mokslui, esantis FIAN institute (Maskva), kur jis naudojamas kaip jonų greitintuvas.

Kas yra sinchrofasotronas: veikimo principas ir gauti rezultatai – viskas apie kelionę į vietą

Technologijos SSRS sparčiai vystėsi. Pažvelkite į pirmojo dirbtinio Žemės palydovo paleidimą, kurį stebėjo visas pasaulis. Mažai kas žino, kad tais pačiais, 1957 m., SSRS pradėjo veikti sinchrofasotronas (tai yra ne tik baigtas ir pradėtas eksploatuoti, bet ir paleistas). Šis žodis reiškia elementariųjų dalelių greitinimui skirtą instaliaciją. Beveik visi šiandien yra girdėję apie Didįjį hadronų greitintuvą – tai naujesnė ir patobulinta šiame straipsnyje aprašyto įrenginio versija.

Kas tai yra - sinchrofasotronas? Kam tai?

Ši instaliacija yra didelis elementariųjų dalelių (protonų) greitintuvas, leidžiantis nuodugniau ištirti mikrokosmosą, taip pat tų pačių dalelių sąveiką tarpusavyje. Tyrimo būdas yra labai paprastas: suskaidykite protonus į mažas dalis ir pažiūrėkite, kas yra viduje. Viskas skamba paprastai, tačiau protoną sulaužyti – itin sudėtinga užduotis, kuriai prireikė pastatyti tokią didžiulę konstrukciją. Čia per specialų tunelį dalelės pagreitinamos iki milžiniško greičio ir siunčiamos į taikinį. Kai jie atsitrenkia, jie išsisklaido į mažus fragmentus. Artimiausias sinchrofazotrono „kolegas“ Didysis hadronų greitintuvas veikia maždaug tokiu pačiu principu, tik ten dalelės įsibėgėja į priešingas puses ir atsitrenkia ne į stovintį taikinį, o susiduria viena su kita.

Dabar jūs šiek tiek suprantate, kad tai yra sinchrofasotronas. Buvo tikima, kad instaliacija leis padaryti mokslinį proveržį mikropasaulio tyrimų srityje. Savo ruožtu tai leis atrasti naujų elementų ir būdų gauti pigių energijos šaltinių. Idealiu atveju jie norėjo atrasti elementus, kurie būtų efektyvesni ir tuo pat metu mažiau kenksmingi bei lengviau perdirbami.

Karinis naudojimas

Verta paminėti, kad ši instaliacija buvo sukurta siekiant mokslinio ir technologinio proveržio, tačiau jos tikslai buvo ne tik taikūs. Mokslinis ir technologinis proveržis daug ką lėmė karinės ginklavimosi varžybos. Sinchrofasotronas buvo sukurtas pavadinimu „Visiškai slaptas“, o jo kūrimas ir konstravimas buvo vykdomi kuriant atominę bombą. Buvo manoma, kad prietaisas leis sukurti tobulą branduolinių jėgų teoriją, tačiau viskas pasirodė ne taip paprasta. Net ir šiandien šios teorijos trūksta, nors technologinė pažanga padarė didelę pažangą.

paprastais žodžiais?

Jei apibendrinsime ir kalbėsime suprantama kalba? Sinchrofasotronas yra įrenginys, kuriame protonai gali būti pagreitinti iki didelio greičio. Jį sudaro vamzdelis su kilpa, kurio viduje yra vakuumas ir galingi elektromagnetai, neleidžiantys protonams judėti atsitiktinai. Kai protonai pasiekia maksimalų greitį, jų srautas nukreipiamas į specialų taikinį. Atsitrenkę į jį, protonai išsisklaido į mažus fragmentus. Mokslininkai specialioje burbulų kameroje gali pamatyti skraidančių fragmentų pėdsakus, o iš šių pėdsakų analizuoja pačių dalelių prigimtį.

Burbulų kamera yra šiek tiek pasenęs prietaisas protonų pėdsakams užfiksuoti. Šiandien tokiose instaliacijose naudojami tikslesni radarai, kurie suteikia daugiau informacijos apie protonų fragmentų judėjimą.

Nepaisant paprasto sinchrofazotrono principo, ši instaliacija pati yra aukštųjų technologijų, o ją sukurti įmanoma tik esant pakankamam techninio ir mokslinio išsivystymo lygiui, kurį, žinoma, turėjo SSRS. Pateikiant analogiją, paprastas mikroskopas yra prietaisas, kurio paskirtis sutampa su sinchrofazotrono paskirtimi. Abu įrenginiai leidžia tyrinėti mikropasaulį, tik pastarasis leidžia „kapstytis giliau“ ir turi kiek savitą tyrimo metodą.

Detalės

Įrenginio veikimas buvo aprašytas aukščiau paprastais žodžiais. Žinoma, sinchrofasotrono veikimo principas yra sudėtingesnis. Faktas yra tas, kad norint pagreitinti daleles iki didelio greičio, būtina numatyti šimtų milijardų voltų potencialų skirtumą. Tai neįmanoma net dabartiniame technologijų vystymosi etape, jau nekalbant apie ankstesnįjį.

Todėl buvo nuspręsta daleles pagreitinti palaipsniui ir ilgą laiką varyti jas ratu. Kiekviename rate protonai buvo maitinami. Pravažiavus milijonus apsisukimų, buvo galima pasiekti reikiamą greitį, po kurio jie buvo išsiųsti į taikinį.

Būtent toks principas buvo naudojamas sinchrofazotrone. Iš pradžių dalelės per tunelį judėjo mažu greičiu. Kiekviename rate jie įvesdavo vadinamuosius pagreičio intervalus, kur gaudavo papildomą energijos užtaisą ir įgaudavo greitį. Šios pagreičio sekcijos yra kondensatoriai, kurių kintamos įtampos dažnis yra lygus protonų, einančių per žiedą, dažniui. Tai reiškia, kad dalelės pagreičio sekciją pataikė neigiamu krūviu, šiuo metu įtampa smarkiai padidėjo, o tai suteikė jiems greitį. Jei dalelės į pagreičio vietą pataikė teigiamu krūviu, tada jų judėjimas sulėtėjo. Ir tai yra teigiama savybė, nes dėl to visas protonų pluoštas judėjo tuo pačiu greičiu.

Ir tai kartojosi milijonus kartų, o kai dalelės įgavo reikiamą greitį, jos buvo siunčiamos į specialų taikinį, ant kurio atsitrenkė. Vėliau grupė mokslininkų ištyrė dalelių susidūrimo rezultatus. Taip veikė sinchrofasotronas.

Magnetų vaidmuo

Yra žinoma, kad šioje didžiulėje dalelių pagreičio mašinoje buvo naudojami ir galingi elektromagnetai. Žmonės klaidingai mano, kad jie buvo naudojami protonams pagreitinti, tačiau taip nėra. Dalelės buvo greitinamos specialių kondensatorių (pagreičio sekcijos) pagalba, o magnetai protonus laikydavo tik griežtai nurodytoje trajektorijoje. Be jų nuoseklus elementariųjų dalelių pluošto judėjimas būtų neįmanomas. O didelė elektromagnetų galia paaiškinama didele protonų mase dideliu greičiu.

Su kokiomis problemomis susidūrė mokslininkai?

Viena iš pagrindinių problemų kuriant šią instaliaciją buvo būtent dalelių pagreitis. Žinoma, juos buvo galima pagreitinti kiekviename rate, tačiau įsibėgėjus jų masė darėsi didesnė. Esant greičiui, artimam šviesos greičiui (kaip žinome, niekas negali judėti greičiau nei šviesos greitis), jų masė tapo milžiniška, todėl buvo sunku išlaikyti juos apskritoje orbitoje. Iš mokyklinės programos žinome, kad elementų judėjimo spindulys magnetiniame lauke yra atvirkščiai proporcingas jų masei, todėl, didėjant protonų masei, teko didinti spindulį ir naudoti didelius, stiprius magnetus. Tokie fizikos dėsniai labai apriboja tyrimų galimybes. Beje, jie taip pat gali paaiškinti, kodėl sinchrofasotronas pasirodė toks didžiulis. Kuo didesnis tunelis, tuo didesni magnetai gali būti montuojami, kad sukurtų stiprų magnetinį lauką, kad protonai judėtų norima kryptimi.

Antra problema – energijos praradimas judant. Dalelės, sukdamos ratu, išskiria energiją (ją praranda). Vadinasi, judant greičiu dalis energijos išgaruoja, ir kuo didesnis greitis, tuo didesni nuostoliai. Anksčiau ar vėliau ateina momentas, kai lyginamos skleidžiamos ir gaunamos energijos vertės, todėl tolesnis dalelių pagreitis tampa neįmanomas. Vadinasi, reikia didesnių pajėgumų.

Galime pasakyti, kad dabar tiksliau suprantame, kad tai yra sinchrofasotronas. Bet ką tiksliai mokslininkai pasiekė per bandymus?

Kokie tyrimai buvo atlikti?

Natūralu, kad šios instaliacijos darbas nepraėjo be pėdsakų. Ir nors buvo tikimasi rimtesnių rezultatų, kai kurie tyrimai pasirodė itin naudingi. Visų pirma, mokslininkai tyrė pagreitintų deuteronų savybes, sunkiųjų jonų sąveiką su taikiniais ir sukūrė efektyvesnę panaudoto urano-238 perdirbimo technologiją. Ir nors paprastam žmogui visi šie rezultatai mažai ką reiškia, mokslo srityje jų reikšmę sunku pervertinti.

Rezultatų taikymas

Sinchrofazotrone atliktų tyrimų rezultatai naudojami ir šiandien. Visų pirma, jie naudojami statant jėgaines, veikiančias naudojant kosmines raketas, robotiką ir sudėtingą įrangą. Žinoma, šio projekto indėlis į mokslo ir technikos pažangą yra gana didelis. Kai kurie rezultatai pritaikomi ir karinėje srityje. Ir nors mokslininkams nepavyko atrasti naujų elementų, kuriuos būtų galima panaudoti kuriant naujas atomines bombas, niekas iš tikrųjų nežino, ar tai tiesa, ar ne. Visai gali būti, kad kai kurie rezultatai slepiami nuo gyventojų, nes verta manyti, kad šis projektas buvo įgyvendintas rubrikoje „Visiškai slapti“.

Išvada

Dabar jūs suprantate, kad tai yra sinchrofasotronas ir koks jo vaidmuo SSRS mokslo ir technologijų pažangoje. Net ir šiandien tokios instaliacijos aktyviai naudojamos daugelyje šalių, tačiau jau yra ir pažangesnių variantų – nukleotronų. Didysis hadronų greitintuvas yra bene geriausias iki šiol sinchrofasotrono idėjos įgyvendinimas. Šio įrenginio naudojimas leidžia mokslininkams tiksliau suprasti mikropasaulį, susidūrus dviem protonų pluoštams, judantiems milžinišku greičiu.

Kalbant apie dabartinę sovietinio sinchrofasotrono būklę, jis buvo paverstas elektronų greitintuvu. Dabar jis dirba FIAN.

+ elektronas) yra rezonansinis ciklinis greitintuvas su pastoviu pusiausvyros orbitos ilgiu pagreičio proceso metu. Kad dalelės įsibėgėjimo proceso metu išliktų toje pačioje orbitoje, keičiasi ir pirmaujantis magnetinis laukas, ir greitėjančio elektrinio lauko dažnis. Pastarasis reikalingas tam, kad spindulys visada patektų į greitėjimo sekciją kartu su aukšto dažnio elektriniu lauku. Tuo atveju, kai dalelės yra ultrareliatyvios, sukimosi dažnis, esant fiksuotam orbitos ilgiui, nesikeičia didėjant energijai, o RF generatoriaus dažnis taip pat turi išlikti pastovus. Toks greitintuvas jau vadinamas sinchrotronu.

Parašykite apžvalgą apie straipsnį "Sinchrophasotron"

Pastabos

taip pat žr

Pagal dizainą Pagal paskirtį

Sinchrofasotroną apibūdinanti ištrauka

Generolo veidas susiraukė, lūpos trūkčiojo ir drebėjo. Jis išsiėmė sąsiuvinį, greitai kažką nupiešė pieštuku, išplėšė popieriaus lapą, padavė, greitai nuėjo prie lango, nusimetė kūną ant kėdės ir apsidairė į esančius kambaryje, tarsi klausdamas: kodėl jie žiūri į jį? Tada generolas pakėlė galvą, palenkė kaklą, tarsi ketindamas ką nors pasakyti, bet tuoj pat, tarsi atsainiai pradėdamas niūniuoti, išleido keistą garsą, kuris tuoj nutilo. Atsidarė kabineto durys, ant slenksčio pasirodė Kutuzovas. Generolas sutvarstyta galva, tarsi bėgdamas nuo pavojaus, pasilenkė ir dideliais, greitais plonų kojų žingsniais priėjo prie Kutuzovo.
„Vous voyez le malheureux Mack, [matai nelaimingąjį Maką.]“, – tarė jis sulaužytu balsu.
Kabineto tarpduryje stovinčio Kutuzovo veidas keletą akimirkų liko visiškai nejudantis. Tada kaip banga per veidą perbėgo raukšlė, kakta išsilygino; Jis pagarbiai nulenkė galvą, užsimerkė, tyliai leido Makui praeiti pro save ir uždarė už savęs duris.
Jau anksčiau pasklidę gandai apie austrų pralaimėjimą ir visos kariuomenės pasidavimą Ulme pasirodė teisingi. Po pusvalandžio į skirtingas puses buvo išsiųsti adjutantai su įsakymais, įrodančiais, kad netrukus iki tol neaktyvi rusų kariuomenė turės susitikti su priešu.
Princas Andrejus buvo vienas iš tų retų karininkų štabe, kuris manė, kad jo pagrindinis interesas buvo bendras karinių reikalų eiga. Pamatęs Macką ir išgirdęs jo mirties detales, jis suprato, kad pusė kampanijos buvo prarasta, suprato Rusijos kariuomenės padėties sudėtingumą ir ryškiai įsivaizdavo, kas laukia kariuomenės ir kokį vaidmenį joje turės atlikti. .

1957 metais Sovietų Sąjunga padarė revoliucinį mokslo proveržį iš karto dviem kryptimis: spalį buvo paleistas pirmasis dirbtinis Žemės palydovas, o prieš kelis mėnesius, kovo mėnesį, pradėjo veikti legendinis sinchrofasotronas – milžiniška mikropasaulio tyrimo instaliacija. Dubnoje. Šie du įvykiai sukrėtė visą pasaulį, o žodžiai „palydovas“ ir „sinchrofasotronas“ tvirtai įsitvirtino mūsų gyvenime.

Sinchrofasotronas yra įkrautų dalelių greitintuvo tipas. Juose esančios dalelės pagreitinamos iki didelių greičių ir, atitinkamai, iki didelių energijų. Remiantis jų susidūrimo su kitomis atominėmis dalelėmis rezultatais, sprendžiama apie materijos struktūrą ir savybes. Susidūrimų tikimybę lemia pagreitinto dalelių pluošto intensyvumas, tai yra dalelių skaičius jame, todėl intensyvumas kartu su energija yra svarbus greitintuvo parametras.

Apie būtinybę sukurti rimtą akceleratoriaus bazę Sovietų Sąjungoje vyriausybės lygiu buvo paskelbta 1938 m. kovo mėn. Leningrado fizikos ir technologijos instituto (LPTI) mokslininkų grupė, vadovaujama akademiko A.F. Ioffe kreipėsi į SSRS liaudies komisarų tarybos pirmininką V.M. Molotovas su laišku, kuriame buvo pasiūlyta sukurti techninę bazę tyrimams atomo branduolio sandaros srityje. Klausimai apie atomo branduolio sandarą tapo viena iš pagrindinių gamtos mokslų problemų, o Sovietų Sąjunga juos sprendžiant gerokai atsiliko. Taigi, jei Amerika turėjo bent penkis ciklotronus, tai Sovietų Sąjunga neturėjo nė vieno (vienintelis Mokslų akademijos Radžio instituto (RIAN) ciklotronas, paleistas 1937 m., praktiškai neveikė dėl konstrukcijos defektų). Kreipimesi į Molotovą buvo prašoma sudaryti sąlygas LPTI ciklotrono statybai baigti iki 1939 m. sausio 1 d. Jo kūrimo darbai, prasidėję 1937 m., buvo sustabdyti dėl padalinių neatitikimų ir finansavimo nutraukimo.

1938 metų lapkritį S.I. Vavilovas, kreipdamasis į Mokslų akademijos prezidiumą, pasiūlė pastatyti LPTI ciklotroną Maskvoje ir iš LPTI perkelti I. V. laboratoriją į Mokslų akademijos Fizikos institutą (FIAN). Kurchatova, kuri dalyvavo jos kūrime. Sergejus Ivanovičius norėjo, kad centrinė atomo branduolio tyrimo laboratorija būtų toje pačioje vietoje, kur buvo įsikūrusi Mokslų akademija, tai yra Maskvoje. Tačiau jis nebuvo palaikomas LPTI. Ginčas baigėsi 1939 metų pabaigoje, kai A.F. Ioffas pasiūlė vienu metu sukurti tris ciklotronus. 1940 m. liepos 30 d. SSRS mokslų akademijos prezidiumo posėdyje buvo nuspręsta pavesti RIAN šiais metais modernizuoti esamą ciklotroną, FIAN iki spalio 15 dienos paruošti reikiamas medžiagas naujo galingo ciklotrono statybai. , o LFTI ciklotrono statybą užbaigti 1941 m. pirmąjį ketvirtį.

Priimdamas šį sprendimą, FIAN sukūrė vadinamąją ciklotronų komandą, kurią sudarė Vladimiras Iosifovičius Veksleris, Sergejus Nikolajevičius Vernovas, Pavelas Aleksejevičius Čerenkovas, Leonidas Vasiljevičius Groševas ir Jevgenijus Lvovičius Feinbergas. 1940 m. rugsėjo 26 d. Fizinių ir matematikos mokslų katedros (OPMS) biuras išgirdo V.I. Wexler dėl ciklotrono projektavimo specifikacijų patvirtino pagrindines jo charakteristikas ir konstrukcijos sąmatas. Ciklotronas buvo skirtas pagreitinti deuteronus iki 50 MeV energijos.

Taigi, mes prieiname prie svarbiausio dalyko, prie žmogaus, kuris tais metais reikšmingai prisidėjo prie fizikos vystymosi mūsų šalyje - Vladimiras Iosifovičius Veksleris. Šis puikus fizikas bus aptariamas toliau.

V. I. Veksleris gimė Ukrainoje, Žitomiro mieste, 1907 m. kovo 3 d. Jo tėvas žuvo Pirmajame pasauliniame kare.

1921 m., didžiulio bado ir niokojimo laikotarpiu, su dideliais sunkumais ir be pinigų, Volodia Veksleris atsidūrė alkanoje prieš NEP Maskvoje. Paauglys atsiduria Chamovnikuose, sename, savininkų apleistame dvare, įkurtame komunos name.

Wexleris išsiskyrė domėjimusi fizika ir praktine radijo inžinerija, pats surinko detektorinį radijo imtuvą, kuris tais metais buvo neįprastai sunkus uždavinys, daug skaitė, gerai mokėsi mokykloje.
Palikęs komuną, Wexleris išlaikė daugelį savo puoselėtų pažiūrų ir įpročių.
Pastebėkime, kad karta, kuriai priklausė Vladimiras Iosifovičius, didžioji dauguma kasdienius savo gyvenimo aspektus vertino visiškai panieka, bet fanatiškai domėjosi mokslinėmis, profesinėmis ir socialinėmis problemomis.

Wexleris kartu su kitais komunarais baigė devynmetę vidurinę mokyklą ir kartu su visais absolventais įstojo į gamybą darbininku, kur daugiau nei dvejus metus dirbo elektriku.
Buvo pastebėtas jo žinių troškulys, meilė knygoms ir retas intelektas, o 20-ųjų pabaigoje jaunuolis gavo „komjaunimo bilietą“ į institutą.
Kai Vladimiras Iosifovičius baigė koledžą, buvo atlikta dar viena aukštųjų mokyklų reorganizacija ir pakeisti jų pavadinimai. Paaiškėjo, kad Wexleris įstojo į Plekhanovo liaudies ūkio institutą, baigė MPEI (Maskvos energetikos institutą) ir gavo inžinieriaus kvalifikaciją, turinčią rentgeno technologijos specialybę.
Tais pačiais metais įstojo į Visasąjunginio elektrotechnikos instituto Lefortovo rentgeno difrakcinės analizės laboratoriją, kur Vladimiras Iosifovičius pradėjo savo darbą, kurdamas matavimo prietaisus ir studijuodamas jonizuojančiosios spinduliuotės matavimo metodus, t.y. įkrautų dalelių srautai.

Wexleris šioje laboratorijoje dirbo 6 metus, greitai iš laborantės tapo vadovu. Čia jau pasirodė būdinga Wexlerio, kaip talentingo eksperimentuojančio mokslininko, „rašysena“. Vėliau jo mokinys profesorius M. S. Rabinovičius savo atsiminimuose apie Wexlerį rašė: „Beveik 20 metų jis pats rinko ir montuojo įvairias savo sugalvotas instaliacijas, niekada nevengdamas nė vieno darbo. Tai leido pamatyti ne tik fasadą, ne tik jo idėjinį. pusėje ", bet ir viskas, kas slepiasi už galutinių rezultatų, už matavimų tikslumo, už blizgančių instaliacijų spintelių. Visą gyvenimą mokėsi ir mokėsi iš naujo. Iki pat paskutinių gyvenimo metų vakarais, atostogaujant jis atidžiai studijavo ir užsirašė teorinius darbus“.

1937 m. rugsėjį Wexleris iš sąjunginio elektrotechnikos instituto persikėlė į SSRS mokslų akademijos fizinį institutą, pavadintą P. N. Lebedevo vardu (FIAN). Tai buvo svarbus įvykis mokslininko gyvenime.

Iki to laiko Vladimiras Iosifovičius jau buvo apgynęs daktaro disertaciją, kurios tema buvo jo sukurtų „proporcinių stiprintuvų“ projektavimas ir pritaikymas.

FIAN Wexleris pradėjo tyrinėti kosminius spindulius. Skirtingai nuo A. I. Alikhanovo ir jo kolegų, kurie pamėgo vaizdingą Aragato kalną Armėnijoje, Wexleris dalyvavo mokslinėse ekspedicijose į Elbrusą, o vėliau ir į Pamyrą – Pasaulio stogą. Fizikai visame pasaulyje tyrė didelės energijos įkrautų dalelių srautus, kurių nebuvo galima gauti žemiškose laboratorijose. Tyrėjai priartėjo prie paslaptingų kosminės spinduliuotės srautų.

Jau dabar kosminiai spinduliai užima svarbią vietą astrofizikų ir didelės energijos fizikos specialistų arsenale, keliamos įdomiai įdomios jų kilmės teorijos. Tuo pačiu metu gauti tokią energiją turinčių dalelių studijoms buvo tiesiog neįmanoma, o fizikai tiesiog reikėjo ištirti jų sąveiką su laukais ir kitomis dalelėmis. Jau trečiajame dešimtmetyje daugeliui atominės energetikos mokslininkų kilo mintis: kaip gerai būtų gauti tokios didelės „kosminės“ energijos daleles laboratorijoje naudojant patikimus subatominių dalelių tyrimo instrumentus, kurių tyrimo metodas buvo vienas – bombardavimas (kaip jie perkeltine prasme sakydavo ir dabar retai sakydavo) kai kurias daleles kiti. Rutherfordas atrado atomo branduolio egzistavimą bombarduodamas atomus galingais sviediniais – alfa dalelėmis. Branduolinės reakcijos buvo aptiktos tuo pačiu metodu. Norint paversti vieną cheminį elementą kitu, reikėjo pakeisti branduolio sudėtį. Tai buvo pasiekta bombarduojant branduolius alfa dalelėmis, o dabar – dalelėmis, pagreitintomis galinguose greitintuvuose.

Po nacistinės Vokietijos invazijos daugelis fizikų iškart įsitraukė į karinės reikšmės darbus. Wexleris nutraukė kosminių spindulių studijas ir pradėjo kurti bei tobulinti radijo įrangą fronto poreikiams.

Tuo metu Mokslų akademijos Fizikos institutas, kaip ir kai kurie kiti akademiniai institutai, buvo evakuotas į Kazanę. Tik 1944 metais pavyko surengti ekspediciją į Pamyrą iš Kazanės, kur Wexlerio grupė galėjo tęsti Kaukaze pradėtus kosminių spindulių ir branduolinių procesų, kuriuos sukelia didelės energijos dalelės, tyrimus. Išsamiai neįvertinus Wexlerio indėlio į branduolinių procesų, susijusių su kosminiais spinduliais, tyrimą, kuriam buvo skirta daug jo darbo metų, galime teigti, kad jis buvo labai reikšmingas ir davė daug svarbių rezultatų. Bet turbūt svarbiausia, kad kosminių spindulių tyrimas paskatino jį į visiškai naujas idėjas apie dalelių pagreitį. Kalnuose Wexleris sugalvojo sukurti įkrautų dalelių greitintuvus, kad sukurtų savo „kosminius spindulius“.

Nuo 1944 m. V. I. Veksleris persikėlė į naują sritį, kuri užėmė pagrindinę vietą jo mokslinėje veikloje. Nuo to laiko Wexlerio vardas amžinai buvo siejamas su didelių „autofazinių“ greitintuvų kūrimu ir naujų pagreičio metodų kūrimu.

Tačiau jis neprarado susidomėjimo kosminiais spinduliais ir toliau dirbo šioje srityje. 1946–1947 m. Wexleris dalyvavo mokslinėse ekspedicijose aukštuose kalnuose į Pamyrą. Kosminiuose spinduliuose aptinkamos fantastiškai didelės energijos dalelės, neprieinamos greitintuvams. Wexleriui buvo aišku, kad dalelių „natūralus greitintuvas“ iki tokios didelės energijos negali būti lyginamas su „žmogaus rankų kūrimu“.

Wexleris pasiūlė išeitį iš šios aklavietės 1944 m. Naująjį principą, pagal kurį Wechslerio greitintuvai veikė, autorius pavadino automatine faze.

Iki to laiko buvo sukurtas „ciklotrono“ tipo įkrautų dalelių greitintuvas (Wechsleris populiariame laikraščio straipsnyje taip paaiškino ciklotrono veikimo principą: „Šiame įrenginyje įkrauta dalelė, judanti magnetinis laukas spirale, yra nuolatos greitinamas kintamu elektriniu lauku. Dėl to galima susisiekti su ciklotronų dalelėmis, kurių energija yra 10-20 milijonų elektronų voltų"). Tačiau tapo aišku, kad naudojant šį metodą negalima peržengti 20 MeV slenksčio.

Ciklotrone magnetinis laukas kinta cikliškai, pagreitindamas įkrautas daleles. Tačiau pagreičio metu dalelių masė didėja (kaip ir turėtų būti pagal SRT – specialiąją reliatyvumo teoriją). Tai veda prie proceso sutrikimo – po tam tikro apsisukimų skaičiaus magnetinis laukas, užuot įsibėgėjęs, ima sulėtinti daleles.

Wexleris siūlo pradėti lėtai didinti ciklotrono magnetinį lauką laikui bėgant, maitinant magnetą kintama srove. Tada paaiškėja, kad vidutiniškai dalelių sukimosi ratu dažnis automatiškai išliks lygus elektrinio lauko, veikiančio dees (magnetinių sistemų pora, kuri išlenkia kelią ir pagreitina daleles, dažniui). magnetinis laukas).

Su kiekvienu praėjimu pro deesų plyšį dalelės turi ir papildomai gauna skirtingą masės padidėjimą (ir atitinkamai jos gauna skirtingą spindulio, kuriuo magnetinis laukas jas pasuka), prieaugį, priklausomai nuo lauko įtampos tarp deesių. duotosios dalelės pagreičio momentu. Tarp visų dalelių galima išskirti pusiausvyros („laimės“) daleles. Šioms dalelėms mechanizmas, automatiškai palaikantis orbitos periodo pastovumą, yra ypač paprastas.

„Laimingos“ dalelės patiria didėjantį masę ir apskritimo spindulį kiekvieną kartą, kai jos praeina pro plyšį. Jis tiksliai kompensuoja spindulio sumažėjimą, kurį sukelia magnetinio lauko padidėjimas per vieną apsisukimą. Vadinasi, „laimingosios“ (pusiausvyros) dalelės gali būti rezonansiškai pagreitintos tol, kol didėja magnetinis laukas.

Paaiškėjo, kad beveik visos kitos dalelės turi tą patį gebėjimą, tik pagreitis trunka ilgiau. Pagreičio proceso metu visos dalelės patirs svyravimus aplink pusiausvyros dalelių orbitos spindulį. Dalelių energija vidutiniškai bus lygi pusiausvyros dalelių energijai. Taigi beveik visos dalelės dalyvauja rezonansiniame pagreityje.

Jei, užuot lėtai didindami magnetinį lauką greitintuve (ciklotrone) laikui bėgant, tiekdami magnetą kintamąja srove, padidinsime kintamo elektrinio lauko veikimo laiką, tada bus nustatytas „autofazinis“ režimas.

"Gali atrodyti, kad tam, kad įvyktų autofazė ir atsirastų rezonansinis pagreitis, reikia laiku pakeisti arba magnetinį lauką, arba elektrinį periodą. Tiesą sakant, taip nėra. Galbūt paprasčiausia koncepcija (bet toli gražu ne paprastas praktinis įgyvendinimas) pagreičio metodas, autoriaus nustatytas anksčiau nei kiti metodai, gali būti įgyvendintas esant pastoviam laikui magnetiniam laukui ir pastoviam dažniui.

1955 m., kai Wexleris parašė savo brošiūrą apie greitintuvus, šis principas, kaip nurodė autorius, sudarė greitintuvo – mikrotrono – greitintuvo, kuriam reikalingi galingi mikrobangų šaltiniai, pagrindą. Anot Wexlerio, mikrotronas „dar nėra plačiai paplitęs (1955 m.). Tačiau keli elektronų greitintuvai, kurių energija yra iki 4 MeV, veikė jau keletą metų“.

Wexleris buvo puikus fizikos populiarintojas, bet, deja, dėl savo užimtumo jis retai skelbdavo populiarius straipsnius.

Automatinio fazavimo principas parodė, kad galima turėti stabilią fazės sritį, todėl galima keisti greitėjimo lauko dažnį, nebijant palikti rezonansinio pagreičio srities. Jums tereikia pasirinkti tinkamą pagreičio fazę. Pakeitus lauko dažnį tapo įmanoma nesunkiai kompensuoti dalelių masės pokytį. Be to, dažnio keitimas leido greitai besisukančią ciklotrono spiralę priartinti prie apskritimo ir paspartinti daleles tol, kol magnetinio lauko stiprumo pakako dalelėms išlaikyti tam tikroje orbitoje.

Aprašytas greitintuvas su autofazavimu, kuriame kinta elektromagnetinio lauko dažnis, vadinamas sinchrociklotronu arba fasotronu.

Sinchrofasotronas naudoja dviejų automatinio fazavimo principų derinį. Pirmasis iš jų slypi fasotrono širdyje, apie kurį jau minėta – tai elektromagnetinio lauko dažnio pokytis. Antrasis principas naudojamas sinchrotronuose – čia keičiasi magnetinio lauko stiprumas.

Nuo automatinio fazavimo atradimo mokslininkai ir inžinieriai pradėjo kurti greitintuvus, galinčius milijardus elektronų voltų. Pirmasis iš tokių mūsų šalyje buvo protonų greitintuvas – 10 milijardų elektronų voltų sinchrofazotronas Dubnoje.

Šis didelis greitintuvas V. I. Vekslerio ir S. I. Vavilovo iniciatyva pradėtas projektuoti 1949 m., o pradėtas eksploatuoti 1957 m. Antrasis didelis greitintuvas buvo pastatytas Protvino mieste netoli Serpuchovo, kurio energija buvo 70 GeV. Dabar prie to dirba ne tik sovietų tyrinėtojai, bet ir kitų šalių fizikai.

Tačiau gerokai prieš paleidžiant du milžiniškus „milijardų dolerių“ greitintuvus, reliatyvistiniai dalelių greitintuvai buvo pastatyti Mokslų akademijos Fiziniame institute (FIAN), vadovaujant Wexleriui. 1947 m. buvo paleistas elektronų greitintuvas iki 30 MeV energijos, kuris tarnavo kaip didesnio elektronų greitintuvo - sinchrotrono, kurio energija 250 MeV, modelis. Sinchrotronas buvo paleistas 1949 m. Naudodami šiuos greitintuvus, SSRS mokslų akademijos Fizikos instituto mokslininkai atliko aukščiausios klasės mezono fizikos ir atomo branduolio darbus.

Paleidus Dubnos sinchrofasotroną, prasidėjo sparčios pažangos laikotarpis kuriant didelės energijos greitintuvus. SSRS ir kitose šalyse buvo pastatyta ir pradėta eksploatuoti daug greitintuvų. Tai jau minėtas 70 GeV greitintuvas Serpuchove, 50 GeV Batavijoje (JAV), 35 GeV Ženevoje (Šveicarija), 35 GeV Kalifornijoje (JAV). Šiuo metu fizikai kelia sau užduotį sukurti kelių teraelektronvoltų (teraelektronvoltų – 1012 eV) greitintuvus.

1944 m., kai gimė terminas „autofazė“. Wexleriui buvo 37 metai. Wexleris pasirodė gabus mokslinio darbo organizatorius ir mokslinės mokyklos vadovas.

Automatinio fazavimo metodas, kaip prinokęs vaisius, laukė mokslininko regėtojo, kuris jį pašalins ir užvaldys. Po metų, nepriklausomai nuo Wexlerio, automatinio fazavimo principą atrado garsus amerikiečių mokslininkas McMilanas. Jis pripažino sovietų mokslininko prioritetą. McMillanas su Wexleriu susitiko ne kartą. Jie buvo labai draugiški, o dviejų nuostabių mokslininkų draugystės niekada niekas neužgožė iki Wexlerio mirties.

Pastaraisiais metais sukurti greitintuvai, nors ir pagrįsti Wechslerio automatinio fazavimo principu, bet, žinoma, gerokai patobulinti, lyginant su pirmosios kartos mašinomis.

Be automatinio fazavimo, Wexleris sugalvojo ir kitų dalelių pagreitinimo idėjų, kurios pasirodė labai vaisingos. Šios Wexlerio idėjos plačiai plėtojamos SSRS ir kitose šalyse.

1958 metų kovą Mokslininkų namuose Kropotkinskaja gatvėje įvyko tradicinis metinis SSRS mokslų akademijos susirinkimas. Wexleris išdėstė naujo pagreičio principo idėją, kurią pavadino „nuosekliu“. Tai leidžia pagreitinti ne tik atskiras daleles, bet ir plazmos krešulius, susidedančius iš daugybės dalelių. „Koherentinis“ pagreičio metodas, kaip atsargiai pasakė Wechsleris 1958 m., leidžia pagalvoti apie galimybę pagreitinti daleles iki tūkstančio milijardų elektronų voltų ir net didesnės energijos.

1962 m. Wexleris, vadovaujamas mokslininkų delegacijos, išskrido į Ženevą dalyvauti tarptautinėje didelės energijos fizikos konferencijoje. Tarp keturiasdešimties sovietų delegacijos narių buvo tokių žymių fizikų kaip A. I. Alikhanovas, N. N. Bogolyubovas, D. I. Blokhincevas, I. Ya. Pomerančukas, M. A. Markovas. Daugelis delegacijos mokslininkų buvo greitintuvų specialistai ir Wexlerio studentai.

Vladimiras Iosifovičius Veksleris keletą metų buvo Tarptautinės teorinės ir taikomosios fizikos sąjungos Aukštosios energijos fizikos komisijos pirmininkas.

1963 m. spalio 25 d. Wexleris ir jo kolega amerikietis Edwinas McMillanas, Kalifornijos Lorenso universiteto radiacijos laboratorijos direktorius, buvo apdovanoti Amerikos atomų taikos premija.

Wexleris buvo nuolatinis Jungtinio branduolinių tyrimų instituto Dubnoje Aukštosios energijos laboratorijos direktorius. Dabar jo vardu pavadinta gatvė mums primena Wexlerio viešnagę šiame mieste.

Vekslerio mokslinis darbas ilgus metus telkėsi Dubnoje. Jis derino darbą Jungtiniame branduolinių tyrimų institute su darbu P. N. Lebedevo fiziniame institute, kur tolimoje jaunystėje pradėjo mokslininko karjerą, buvo Maskvos valstybinio universiteto profesorius, kur vadovavo katedrai.

1963 metais V. Veksleris buvo išrinktas SSRS mokslų akademijos Branduolinės fizikos katedros akademiku-sekretoriumi ir nuolat ėjo šias svarbias pareigas.

V. I. Vekslerio mokslo laimėjimai buvo labai įvertinti, jam įteikus Valstybinę I laipsnio ir Lenino premiją (1959 m.). Už išskirtinę mokslinę, pedagoginę, organizacinę ir visuomeninę mokslininko veiklą buvo įteikti trys Lenino ordinai, Raudonosios darbo vėliavos ordinas ir SSRS medaliai.

Vladimiras Iosifovičius Veksleris staiga mirė 1966 metų rugsėjo 20 dieną nuo antrojo širdies smūgio. Jam buvo tik 59 metai. Gyvenime jis visada atrodė jaunesnis už savo metus, buvo energingas, aktyvus ir nenuilstantis.

Kas yra sinchrofasotronas?

Pirmiausia pasigilinkime į istoriją. Šio prietaiso poreikis pirmą kartą atsirado 1938 m. Grupė fizikų iš Leningrado fizikotechnikos instituto kreipėsi į Molotovą su pareiškimu, kad SSRS reikia tyrimų bazės atomo branduolio sandarai tirti. Šis prašymas buvo pagrįstas tuo, kad tokia studijų sritis atlieka labai svarbų vaidmenį ir šiuo metu Sovietų Sąjunga šiek tiek atsilieka nuo Vakarų kolegų. Juk tuo metu Amerikoje jau buvo 5 sinchrofasotronai, o SSRS nebuvo nė vieno. Buvo pasiūlyta baigti statyti jau pradėtą ​​ciklotroną, kurio plėtra buvo sustabdyta dėl menko finansavimo ir kompetentingo personalo trūkumo.

Galų gale buvo priimtas sprendimas sukurti sinchrofasotroną, o Wexleris buvo šio projekto vadovas. Statyba buvo baigta 1957 m. Taigi, kas yra sinchrofasotronas? Paprasčiau tariant, tai yra dalelių greitintuvas. Jis dalelėms suteikia didžiulę kinetinę energiją. Jis pagrįstas kintamu pirmaujančiu magnetiniu lauku ir kintamu pagrindinio lauko dažniu. Šis derinys leidžia išlaikyti daleles pastovioje orbitoje. Šis prietaisas naudojamas tirti įvairias dalelių savybes ir jų sąveiką esant dideliam energijos lygiui.

Prietaisas turi labai intriguojančius matmenis: jis užima visą universiteto pastatą, jo svoris – 36 tūkst.t, o magnetinio žiedo skersmuo – 60 m. Gana įspūdingi išmatavimai įrenginiui, kurio pagrindinė užduotis – tirti daleles, kurių dydžiai matuojami m. mikrometrų.

Sinchrofasotrono veikimo principas

Daugelis fizikų bandė sukurti įrenginį, kuris leistų pagreitinti daleles, suteikdamas joms didžiulę energiją. Šios problemos sprendimas yra sinchrofasotronas. Kaip tai veikia ir kuo ji pagrįsta?

Pradžia buvo padaryta su ciklotronu. Panagrinėkime jo veikimo principą. Jonai, kurie įsibėgės, patenka į vakuumą, kuriame yra dee. Šiuo metu jonus veikia magnetinis laukas: jie ir toliau juda išilgai ašies, didindami greitį. Įveikę ašį ir patekę į kitą spragą, jie pradeda įgauti greitį. Norint didesnio pagreičio, reikia nuolat didinti lanko spindulį. Tokiu atveju kelionės laikas bus pastovus, nepaisant padidėjusį atstumą. Dėl greičio padidėjimo pastebimas jonų masės padidėjimas.

Dėl šio reiškinio sumažėja greičio padidėjimas. Tai yra pagrindinis ciklotrono trūkumas. Sinchrofazotrone ši problema visiškai pašalinama – keičiant magnetinio lauko indukciją su prisirišusia mase ir kartu keičiant dalelių krūvio mainų dažnį. Tai reiškia, kad dalelių energija didėja dėl elektrinio lauko, nustatant kryptį dėl magnetinio lauko buvimo.