Funktionsprincipen för synkrofasotronen är drift. Vad är en synkrofasotron? Forskning utförd vid synkrofasotronen

Hela världen vet att Sovjetunionen 1957 lanserade världens första konstgjorda jordsatellit. Men få människor vet att Sovjetunionen samma år började testa synkrofasotronen, som är stamfadern till den moderna Large Hadron Collider i Genève. Artikeln kommer att diskutera vad en synkrofasotron är och hur den fungerar.

För att svara på frågan om vad en synkrofasotron är, bör det sägas att det är en högteknologisk och vetenskapsintensiv enhet som var avsedd för studiet av mikrokosmos. Speciellt var idén med synkrofasotronen följande: det var nödvändigt, med hjälp av kraftfulla magnetfält skapade av elektromagneter, att accelerera en stråle av elementära partiklar (protoner) till höga hastigheter och sedan rikta denna stråle till ett mål i vila . Från en sådan kollision måste protoner "bryta" i bitar. Inte långt från målet finns en speciell detektor - en bubbelkammare. Denna detektor låter en studera deras natur och egenskaper med hjälp av spåren som lämnas av protondelar.

Varför var det nödvändigt att bygga Sovjetunionens synkrofasotron? I detta vetenskapliga experiment, som klassades som "tophemligt", försökte sovjetiska forskare hitta en ny källa till billigare och effektivare energi än anrikat uran. Rent vetenskapliga mål för en djupare studie av kärnväxelverkans natur och subatomära partiklars värld eftersträvades också.

Funktionsprincipen för synkrofasotronen

Ovanstående beskrivning av uppgifterna som synkrofasotronen står inför kanske inte verkar så svår för många att implementera i praktiken, men så är det inte. Trots enkelheten i frågan om vad en synkrofasotron är, för att accelerera protoner till de nödvändiga enorma hastigheterna, behövs elektriska spänningar på hundratals miljarder volt. Sådana spänningar kan inte skapas ens idag. Därför bestämde man sig för att fördela energin som pumpas in i protoner över tiden.

Funktionsprincipen för synkrofasotronen var följande: en stråle av protoner börjar sin rörelse genom en ringformad tunnel, på någon plats i denna tunnel finns det kondensatorer som skapar en spänningsstöt i det ögonblick då protonstrålen flyger genom dem . Således, vid varje varv sker det en liten acceleration av protoner. Efter att partikelstrålen gjort flera miljoner varv genom synkrofasotrontunneln kommer protonerna att nå önskade hastigheter och kommer att riktas mot målet.

Det är värt att notera att elektromagneterna som användes under accelerationen av protoner spelade en vägledande roll, det vill säga de bestämde strålens bana, men deltog inte i dess acceleration.

Problem som forskare stötte på när de utförde experiment

För att bättre förstå vad en synkrofasotron är och varför dess skapande är en mycket komplex och kunskapsintensiv process, bör man överväga de problem som uppstår under dess drift.

För det första, ju högre hastighet protonstrålen har, desto mer massa börjar de ha enligt Einsteins berömda lag. Vid hastigheter nära ljuset blir massan av partiklar så stor att för att hålla dem på önskad bana är det nödvändigt att ha kraftfulla elektromagneter. Ju större storleken på synkrofasotronen, desto större magneter kan installeras.

För det andra komplicerades skapandet av en synkrofasotron också av protonstrålens energiförluster under deras cirkulära acceleration, och ju högre strålhastigheten är, desto mer betydande blir dessa förluster. Det visar sig att för att accelerera strålen till de nödvändiga gigantiska hastigheterna är det nödvändigt att ha enorma krafter.

Vilka resultat erhölls?

Utan tvekan gav experiment vid den sovjetiska synkrofasotronen ett stort bidrag till utvecklingen av moderna teknikområden. Således, tack vare dessa experiment, kunde forskare från Sovjetunionen förbättra processen för bearbetning av använt uran-238 och erhöll några intressanta data genom att kollidera accelererade joner av olika atomer med ett mål.

Resultaten av experiment vid synkrofasotronen används fortfarande än i dag vid byggandet av kärnkraftverk, rymdraketer och robotik. Resultaten av sovjetisk vetenskaplig tanke användes i konstruktionen av vår tids mest kraftfulla synkrofasotron, som är Large Hadron Collider. Den sovjetiska acceleratorn i sig tjänar Ryska federationens vetenskap, som ligger vid FIAN-institutet (Moskva), där den används som en jonaccelerator.

Vad är en synkrofasotron: funktionsprincipen och de erhållna resultaten - allt om att resa till platsen

Tekniken i Sovjetunionen utvecklades snabbt. Se bara på lanseringen av den första konstgjorda jordsatelliten, som sågs av hela världen. Få människor vet att samma år, 1957, började synkrofasotronen arbeta i Sovjetunionen (det vill säga att den inte bara färdigställdes och togs i drift, utan lanserades). Detta ord betyder en installation för att accelerera elementarpartiklar. Nästan alla idag har hört talas om Large Hadron Collider - det är en nyare och förbättrad version av enheten som beskrivs i den här artikeln.

Vad är detta - en synkrofasotron? Vad är det för?

Denna installation är en stor accelerator av elementära partiklar (protoner), vilket möjliggör en mer djupgående studie av mikrokosmos, såväl som växelverkan mellan dessa partiklar med varandra. Sättet att studera är väldigt enkelt: bryt protoner i små delar och se vad som finns inuti. Allt låter enkelt, men att bryta en proton är en extremt svår uppgift, som krävde konstruktionen av en så enorm struktur. Här, genom en speciell tunnel, accelereras partiklar till enorma hastigheter och skickas sedan till målet. När de träffar den sprids de i små fragment. Den närmaste "kollegan" till synkrofasotronen, Large Hadron Collider, fungerar på ungefär samma princip, bara där accelererar partiklarna i motsatta riktningar och träffar inte ett stående mål, utan kolliderar med varandra.

Nu förstår du lite att detta är en synkrofasotron. Man trodde att installationen skulle göra det möjligt att göra ett vetenskapligt genombrott inom området mikrovärldsforskning. Detta kommer i sin tur att möjliggöra upptäckten av nya element och sätt att få billiga energikällor. Helst ville de upptäcka element som var överlägsna i effektivitet och samtidigt mindre skadliga och lättare att återvinna.

Militär användning

Det är värt att notera att denna installation skapades för att genomföra ett vetenskapligt och tekniskt genombrott, men dess mål var inte bara fredliga. Det vetenskapliga och tekniska genombrottet beror mycket på den militära kapprustningen. Synkrofasotronen skapades under rubriken "Top Secret", och dess utveckling och konstruktion utfördes som en del av skapandet av atombomben. Det antogs att enheten skulle göra det möjligt att skapa en perfekt teori om kärnkrafter, men allt visade sig inte vara så enkelt. Än idag saknas denna teori, även om tekniska framsteg har gjort stora framsteg.

med enkla ord?

Om vi ​​sammanfattar och talar på ett begripligt språk? En synkrofasotron är en anläggning där protoner kan accelereras till hög hastighet. Den består av ett ögla rör med ett vakuum inuti och kraftfulla elektromagneter som hindrar protoner från att röra sig slumpmässigt. När protonerna når sin maximala hastighet riktas deras flöde mot ett speciellt mål. När de träffar den sprids protoner i små fragment. Forskare kan se spår av flygande fragment i en speciell bubbelkammare, och från dessa spår analyserar de själva partiklarnas natur.

Bubbelkammaren är en något föråldrad anordning för att fånga spår av protoner. Idag använder sådana installationer mer exakta radar, som ger mer information om protonfragments rörelse.

Trots den enkla principen för synkrofasotronen är denna installation i sig högteknologisk, och dess skapande är endast möjlig med en tillräcklig nivå av teknisk och vetenskaplig utveckling, som naturligtvis Sovjetunionen hade. För att ge en analogi är ett vanligt mikroskop en enhet vars syfte sammanfaller med syftet med en synkrofasotron. Båda enheterna låter dig utforska mikrovärlden, bara den senare låter dig "gräva djupare" och har en något unik forskningsmetod.

Detaljer

Funktionen av enheten beskrevs ovan i enkla ord. Naturligtvis är funktionsprincipen för en synkrofasotron mer komplex. Faktum är att för att accelerera partiklar till höga hastigheter är det nödvändigt att tillhandahålla en potentialskillnad på hundratals miljarder volt. Detta är omöjligt även i det nuvarande skedet av teknikutvecklingen, för att inte tala om den föregående.

Därför bestämde man sig för att accelerera partiklarna gradvis och driva dem i en cirkel under lång tid. På varje varv fick protonerna energi. Som ett resultat av att ha passerat miljontals varv var det möjligt att få den erforderliga hastigheten, varefter de skickades till målet.

Detta är exakt den princip som användes i synkrofasotronen. Till en början rörde sig partiklarna genom tunneln med låg hastighet. På varje varv gick de in i så kallade accelerationsintervaller, där de fick en extra laddning av energi och fick fart. Dessa accelerationssektioner är kondensatorer, vars växelspänningsfrekvens är lika med frekvensen av protoner som passerar genom ringen. Det vill säga, partiklarna träffade accelerationssektionen med en negativ laddning, i detta ögonblick ökade spänningen kraftigt, vilket gav dem hastighet. Om partiklarna träffade accelerationsplatsen med en positiv laddning, bromsades deras rörelse. Och detta är en positiv egenskap, eftersom hela protonstrålen på grund av det rörde sig med samma hastighet.

Och detta upprepades miljontals gånger, och när partiklarna fick den hastighet som krävs skickades de till ett speciellt mål, på vilket de kraschade. Efteråt studerade en grupp forskare resultatet av partikelkollisionen. Så här fungerade synkrofasotronen.

Magneternas roll

Det är känt att kraftfulla elektromagneter också användes i denna enorma partikelaccelerationsmaskin. Människor tror felaktigt att de användes för att accelerera protoner, men så är inte fallet. Partiklar accelererades med hjälp av speciella kondensatorer (accelerationssektioner), och magneter höll bara protonerna i en strikt specificerad bana. Utan dem skulle den konsekventa rörelsen av en stråle av elementära partiklar vara omöjlig. Och den höga effekten hos elektromagneter förklaras av den stora massan av protoner vid höga hastigheter.

Vilka problem stod forskarna inför?

Ett av huvudproblemen med att skapa denna installation var just accelerationen av partiklar. Naturligtvis kunde de accelereras på varje varv, men när de accelererade blev deras massa högre. Med en hastighet nära ljusets hastighet (som vi vet kan ingenting röra sig snabbare än ljusets hastighet) blev deras massa enorm, vilket gjorde det svårt att hålla dem i en cirkulär bana. Vi vet från skolans läroplan att rörelseradien för element i ett magnetfält är omvänt proportionell mot deras massa, därför var vi tvungna att öka radien och använda stora, starka magneter när massan av protoner ökade. Sådana fysiklagar begränsar i hög grad möjligheterna till forskning. Förresten kan de också förklara varför synkrofasotronen visade sig vara så enorm. Ju större tunneln är, desto större magneter kan installeras för att skapa ett starkt magnetfält för att hålla protonerna i rörelse i önskad riktning.

Det andra problemet är förlusten av energi när man rör sig. Partiklar, när de passerar runt en cirkel, avger energi (förlorar den). Följaktligen, när man rör sig i hastighet, förångas en del av energin, och ju högre hastighet, desto större förluster. Förr eller senare kommer ett ögonblick då värdena för emitterad och mottagen energi jämförs, vilket gör ytterligare acceleration av partiklar omöjlig. Det finns därför ett behov av större kapacitet.

Vi kan säga att vi nu mer exakt förstår att detta är en synkrofasotron. Men vad exakt uppnådde forskarna under testerna?

Vilken forskning har gjorts?

Naturligtvis gick arbetet med denna installation inte spårlöst. Och även om det förväntades ge mer allvarliga resultat, visade sig vissa studier vara extremt användbara. I synnerhet studerade forskare egenskaperna hos accelererade deuteroner, interaktioner mellan tunga joner och mål och utvecklade en mer effektiv teknik för återvinning av använt uran-238. Och även om alla dessa resultat för den genomsnittliga personen inte betyder mycket, är deras betydelse inom det vetenskapliga området svår att överskatta.

Tillämpning av resultat

Resultaten av tester utförda vid synkrofasotronen används även idag. I synnerhet används de vid konstruktion av kraftverk som arbetar med rymdraketer, robotik och komplex utrustning. Naturligtvis är bidraget till vetenskap och teknisk utveckling av detta projekt ganska stort. Vissa resultat tillämpas även inom den militära sfären. Och även om forskare inte har kunnat upptäcka nya grundämnen som skulle kunna användas för att skapa nya atombomber, så vet ingen riktigt om detta är sant eller inte. Det är mycket möjligt att vissa resultat döljs för befolkningen, eftersom det är värt att tänka på att detta projekt genomfördes under rubriken "Topphemligt".

Slutsats

Nu förstår du att detta är en synkrofasotron, och vad dess roll är i Sovjetunionens vetenskapliga och tekniska framsteg. Än idag används sådana installationer aktivt i många länder, men det finns redan mer avancerade alternativ - nuklotroner. Large Hadron Collider är kanske den bästa implementeringen av synkrofasotronidén hittills. Användningen av denna installation gör det möjligt för forskare att mer exakt förstå mikrovärlden genom att kollidera med två strålar av protoner som rör sig med enorma hastigheter.

När det gäller det nuvarande tillståndet för den sovjetiska synkrofasotronen omvandlades den till en elektronaccelerator. Nu jobbar han på FIAN.

+ elektron) är en cyklisk resonansaccelerator med konstant jämviktsomloppslängd under accelerationsprocessen. För att partiklarna ska förbli i samma bana under accelerationsprocessen ändras både det ledande magnetfältet och frekvensen på det accelererande elektriska fältet. Det senare är nödvändigt så att strålen alltid kommer till accelerationssektionen i fas med det högfrekventa elektriska fältet. I händelse av att partiklarna är ultrarelativistiska, ändras inte rotationsfrekvensen, för en fast omloppslängd, med ökande energi, och frekvensen för RF-generatorn måste också förbli konstant. En sådan accelerator kallas redan en synkrotron.

Skriv en recension om artikeln "Synchrophasotron"

Anteckningar

se även

Genom design Av syfte

Ett utdrag som kännetecknar Synchrophasotron

Generalens ansikte rynkade pannan, hans läppar ryckte och darrade. Han tog fram en anteckningsbok, ritade snabbt något med en penna, slet ut ett papper, gav honom det, gick snabbt till fönstret, kastade kroppen på en stol och såg sig omkring på dem i rummet, som om han frågade: varför tittar de på honom? Då höjde generalen på huvudet, sträckte nacken, som om han hade för avsikt att säga något, men omedelbart, som om han slentrianmässigt började nynna för sig själv, gjorde han ett konstigt ljud, som genast upphörde. Dörren till kontoret öppnades och Kutuzov dök upp på tröskeln. Generalen med huvudet bandagerat, som om han sprang från fara, böjde sig ner och närmade sig Kutuzov med stora, snabba steg med sina tunna ben.
"Vous voyez le malheureux Mack, [Du ser den olyckliga Mack.]", sa han med en trasig röst.
Kutuzovs ansikte, som stod i dörröppningen till kontoret, förblev helt orörlig i flera ögonblick. Sedan, som en våg, rann en rynka över hans ansikte, hans panna slätas ut; Han böjde huvudet respektfullt, slöt ögonen, lät Mac tyst gå förbi honom och stängde dörren efter sig.
Ryktet, som redan spritts tidigare, om österrikarnas nederlag och överlämnandet av hela armén vid Ulm, visade sig vara sant. En halvtimme senare sändes adjutanter åt olika håll med order som bevisade att snart skulle de ryska trupperna, som hittills varit inaktiva, behöva möta fienden.
Prins Andrei var en av de sällsynta officerare vid högkvarteret som trodde att hans huvudsakliga intresse låg i de allmänna militära angelägenheterna. Efter att ha sett Mack och hört detaljerna om hans död insåg han att hälften av kampanjen var förlorad, förstod svårigheten med de ryska truppernas position och föreställde sig levande vad som väntade armén och vilken roll han skulle behöva spela i den. .

1957 gjorde Sovjetunionen ett revolutionerande vetenskapligt genombrott i två riktningar samtidigt: i oktober lanserades den första konstgjorda jordsatelliten, och några månader tidigare, i mars, började den legendariska synkrofasotronen, en jätteinstallation för att studera mikrovärlden, fungera. i Dubna. Dessa två händelser chockade hela världen, och orden "satellit" och "synkrofasotron" blev stadigt etablerade i våra liv.

Synkrofasotronen är en typ av laddade partikelacceleratorer. Partiklarna i dem accelereras till höga hastigheter och därför till höga energier. Baserat på resultaten av deras kollisioner med andra atomära partiklar bedöms materiens struktur och egenskaper. Sannolikheten för kollisioner bestäms av intensiteten hos den accelererade partikelstrålen, det vill säga antalet partiklar i den, därför är intensiteten tillsammans med energi en viktig parameter för acceleratorn.

Behovet av att skapa en seriös acceleratorbas i Sovjetunionen tillkännagavs på regeringsnivå i mars 1938. En grupp forskare från Leningrad Institute of Physics and Technology (LPTI), ledd av akademikern A.F. Ioffe vände sig till ordföranden för Council of People's Commissars of the USSR V.M. Molotov med ett brev där det föreslogs att skapa en teknisk bas för forskning inom atomkärnans struktur. Frågor om atomkärnans struktur blev ett av naturvetenskapens centrala problem, och Sovjetunionen släpade betydligt efter med att lösa dem. Så om Amerika hade minst fem cyklotroner, så hade Sovjetunionen ingen (den enda cyklotronen från Radium Institute of the Academy of Sciences (RIAN), som lanserades 1937, fungerade praktiskt taget inte på grund av designfel). Överklagandet till Molotov innehöll en begäran om att skapa förutsättningar för slutförandet av konstruktionen av LPTI-cyklotronen senast den 1 januari 1939. Arbetet med att skapa det, som började 1937, avbröts på grund av inkonsekvenser i avdelningarna och upphörande av finansiering.

I november 1938 tog S.I. Vavilov, i en vädjan till presidiet för Vetenskapsakademien, föreslog att bygga LPTI-cyklotronen i Moskva och överföra I.V.s laboratorium till Physics Institute of Science Academy (FIAN) från LPTI. Kurchatova, som var involverad i dess skapelse. Sergei Ivanovich ville att det centrala laboratoriet för studiet av atomkärnan skulle placeras på samma plats där Vetenskapsakademin låg, det vill säga i Moskva. Han fick dock inget stöd på LPTI. Kontroversen slutade i slutet av 1939, då A.F. Ioffe föreslog att man skulle skapa tre cyklotroner samtidigt. Den 30 juli 1940, vid ett möte med presidiet för USSR Academy of Sciences, beslutades att instruera RIAN att bygga om den befintliga cyklotronen i år, FIAN att förbereda de nödvändiga materialen för konstruktionen av en ny kraftfull cyklotron senast den 15 oktober , och LFTI för att slutföra konstruktionen av cyklotronen under första kvartalet 1941.

I samband med detta beslut skapade FIAN det så kallade cyklotronteamet, som inkluderade Vladimir Iosifovich Veksler, Sergei Nikolaevich Vernov, Pavel Alekseevich Cherenkov, Leonid Vasilyevich Groshev och Evgeniy Lvovich Feinberg. Den 26 september 1940 hörde byrån för institutionen för fysiska och matematiska vetenskaper (OPMS) information från V.I. Wexler om designspecifikationerna för cyklotronen, godkände dess huvudsakliga egenskaper och konstruktionsuppskattningar. Cyklotronen designades för att accelerera deuteroner till en energi på 50 MeV.

Så vi kommer till det viktigaste, till personen som gjorde ett betydande bidrag till utvecklingen av fysiken i vårt land under dessa år - Vladimir Iosifovich Veksler. Denna enastående fysiker kommer att diskuteras vidare.

V. I. Veksler föddes i Ukraina i staden Zhitomir den 3 mars 1907. Hans far dog i första världskriget.

1921, under en period av svår svält och förödelse, med stora svårigheter och utan pengar, befann sig Volodya Veksler i det hungriga Moskva före NEP. Tonåringen befinner sig i ett kommunhus i Khamovniki, i en gammal herrgård övergiven av ägarna.

Wexler kännetecknades av sitt intresse för fysik och praktisk radioteknik, han satte själv ihop en detektorradiomottagare, vilket under dessa år var en ovanligt svår uppgift, han läste mycket och studerade bra i skolan.
Efter att ha lämnat kommunen behöll Wexler många av de åsikter och vanor han hade fostrat.
Låt oss notera att generationen som Vladimir Iosifovich tillhörde, den överväldigande majoriteten behandlade de vardagliga aspekterna av sina liv med fullständigt förakt, men var fanatiskt intresserad av vetenskapliga, professionella och sociala problem.

Wexler, tillsammans med andra kommunards, tog examen från en nioårig gymnasieskola och gick tillsammans med alla utexaminerade in i produktionen som arbetare, där han arbetade som elektriker i mer än två år.
Hans törst efter kunskap, kärlek till böcker och sällsynt intelligens märktes och i slutet av 20-talet fick den unge mannen en "Komsomol-biljett" till institutet.
När Vladimir Iosifovich tog examen från college genomfördes en annan omorganisation av högre utbildningsinstitutioner och deras namn ändrades. Det visade sig att Wexler gick in i Plekhanov Institute of National Economy och tog examen från MPEI (Moscow Energy Institute) och fick en examen som ingenjör med en specialitet inom röntgenteknik.
Samma år gick han in på röntgvid All-Union Electrotechnical Institute i Lefortovo, där Vladimir Iosifovich började sitt arbete med att bygga mätinstrument och studera metoder för att mäta joniserande strålning, d.v.s. strömmar av laddade partiklar.

Wexler arbetade i detta laboratorium i 6 år och steg snabbt från laboratorieassistent till chef. Här har Wexlers karaktäristiska "handstil" som en begåvad experimentell vetenskapsman redan dykt upp. Hans student, professor M. S. Rabinovich skrev därefter i sina memoarer om Wexler: "I nästan 20 år monterade och installerade han själv olika installationer han uppfann, utan att dra sig undan något arbete. Detta gjorde att han kunde se inte bara fasaden, inte bara dess ideologiska sida ", men också allt som döljer sig bakom slutresultaten, bakom mätnoggrannheten, bakom glänsande skåp av installationer. Han studerade och lärde sig om hela sitt liv. Fram till de allra sista åren av sitt liv, på kvällarna, på semester, han studerade noggrant och gjorde anteckningar om teoretiska arbeten."

I september 1937 flyttade Wexler från All-Union Electrotechnical Institute till Physical Institute of the USSR Academy of Sciences uppkallad efter P. N. Lebedev (FIAN). Detta var en viktig händelse i forskarens liv.

Vid det här laget hade Vladimir Iosifovich redan försvarat sin doktorsavhandling, vars ämne var designen och tillämpningen av de "proportionella förstärkare" som han hade designat.

På FIAN började Wexler studera kosmiska strålar. Till skillnad från A.I. Alikhanov och hans kollegor, som var intresserade av det pittoreska berget Aragats i Armenien, deltog Wexler i vetenskapliga expeditioner till Elbrus och sedan, senare, till Pamirs - världens tak. Fysiker runt om i världen studerade strömmar av högenergiladdade partiklar som inte kunde erhållas i jordiska laboratorier. Forskare kom närmare de mystiska strömmarna av kosmisk strålning.

Redan nu intar kosmiska strålar en viktig plats i arsenalen av astrofysiker och specialister inom högenergifysik, och spännande intressanta teorier om deras ursprung läggs fram. Samtidigt var det helt enkelt omöjligt att få partiklar med sådan energi för studier, och för fysiker var det helt enkelt nödvändigt att studera deras interaktion med fält och andra partiklar. Redan på trettiotalet hade många atomforskare en tanke: hur bra det skulle vara att få partiklar av så höga "kosmiska" energier i laboratoriet med hjälp av pålitliga instrument för att studera subatomära partiklar, studiemetoden som var en - bombardement (som de bildligt talat brukade säga och säger sällan nu) vissa partiklar av andra. Rutherford upptäckte förekomsten av atomkärnan genom att bombardera atomer med kraftfulla projektiler - alfapartiklar. Kärnreaktioner upptäcktes med samma metod. För att omvandla ett kemiskt element till ett annat var det nödvändigt att ändra kärnans sammansättning. Detta uppnåddes genom att bombardera kärnor med alfapartiklar, och nu med partiklar accelererade i kraftfulla acceleratorer.

Efter invasionen av Nazityskland blev många fysiker omedelbart involverade i arbete av militär betydelse. Wexler avbröt sin studie av kosmiska strålar och började designa och förbättra radioutrustning för frontens behov.

Vid denna tidpunkt evakuerades Vetenskapsakademins fysikinstitut, liksom vissa andra akademiska institut, till Kazan. Först 1944 var det möjligt att organisera en expedition till Pamirs från Kazan, där Wexlers grupp kunde fortsätta den forskning som påbörjades i Kaukasus om kosmiska strålar och nukleära processer orsakade av högenergipartiklar. Utan att i detalj överväga Wexlers bidrag till studiet av kärnprocesser förknippade med kosmiska strålar, som många år av hans arbete ägnades åt, kan vi säga att han var mycket betydelsefull och gav många viktiga resultat. Men kanske viktigast av allt, hans studie av kosmiska strålar ledde honom till helt nya idéer om partikelacceleration. I bergen kom Wexler på idén att bygga laddade partikelacceleratorer för att skapa sina egna "kosmiska strålar".

Sedan 1944 flyttade V. I. Veksler till ett nytt område, som upptog huvudplatsen i hans vetenskapliga arbete. Sedan dess har Wexlers namn för alltid associerats med skapandet av stora "autofasande" acceleratorer och utvecklingen av nya accelerationsmetoder.

Han tappade dock inte intresset för kosmiska strålar och fortsatte att arbeta inom detta område. Wexler deltog i vetenskapliga expeditioner i höga berg till Pamirs under 1946-1947. Partiklar med fantastiskt höga energier som är otillgängliga för acceleratorer upptäcks i kosmiska strålar. Det var tydligt för Wexler att den "naturliga acceleratorn" av partiklar upp till så höga energier inte kan jämföras med "skapandet av mänskliga händer."

Wexler föreslog en väg ut ur denna återvändsgränd 1944. Författaren kallade den nya principen enligt vilken Wechslers acceleratorer fungerade för autofasning.

Vid denna tidpunkt hade en accelerator av laddade partiklar av typen "cyklotron" skapats (Wechsler, i en populär tidningsartikel, förklarade principen för cyklotronens funktion på följande sätt: "I den här enheten, en laddad partikel, som rör sig i en magnetfält i en spiral, accelereras kontinuerligt av ett alternerande elektriskt fält. Tack vare detta är det möjligt att kommunicera till cyklotronpartiklarna med en energi på 10-20 miljoner elektronvolt"). Men det blev klart att 20 MeV-tröskeln inte kunde passeras med denna metod.

I en cyklotron förändras magnetfältet cykliskt, vilket accelererar laddade partiklar. Men i accelerationsprocessen ökar massan av partiklar (som det borde vara enligt SRT - den speciella relativitetsteorin). Detta leder till en störning av processen - efter ett visst antal varv börjar magnetfältet, istället för att accelerera, bromsa partiklarna.

Wexler föreslår att man långsamt ska börja öka magnetfältet i cyklotronen med tiden, och mata magneten med växelström. Sedan visar det sig att rotationsfrekvensen för partiklar i en cirkel i genomsnitt automatiskt kommer att bibehållas lika med frekvensen av det elektriska fältet som appliceras på dees (ett par magnetiska system som böjer banan och accelererar partiklarna med en magnetiskt fält).

Med varje passage genom deesens slits har och får partiklarna dessutom en annan ökning i massa (och följaktligen får de olika ökningar av radien längs vilken magnetfältet vrider dem) beroende på fältspänningen mellan dees vid det ögonblick då en given partikel accelererar. Bland alla partiklar kan jämviktspartiklar (”lyckliga”) urskiljas. För dessa partiklar är mekanismen som automatiskt upprätthåller omloppsperiodens konstanthet särskilt enkel.

"Lyckliga" partiklar upplever en ökning i massa och en ökning av cirkelns radie varje gång de passerar genom djupslitsen. Den kompenserar exakt för minskningen i radie som orsakas av ökningen i magnetfältet under ett varv. Följaktligen kan "lyckliga" (jämviktspartiklar) accelereras resonant så länge som magnetfältet ökar.

Det visade sig att nästan alla andra partiklar har samma förmåga, bara accelerationen håller längre. Under accelerationsprocessen kommer alla partiklar att uppleva svängningar runt omloppsradien för jämviktspartiklarna. Energin för partiklar i genomsnitt kommer att vara lika med energin för jämviktspartiklar. Så nästan alla partiklar deltar i resonansacceleration.

Om vi, istället för att långsamt öka magnetfältet i acceleratorn (cyklotron) över tiden, mata magneten med växelström, ökar perioden för det växelelektriska fältet som appliceras på dees, då kommer "autophasing" -läget att etableras.

"Det kan tyckas som att för att autofasning ska inträffa och resonansacceleration ska ske, är det nödvändigt att med tiden ändra antingen magnetfältet eller den elektriska perioden. Det är faktiskt inte så. Kanske det enklaste i konceptet (men långt ifrån enkel i praktisk implementering) accelerationsmetod, etablerad av författaren tidigare än andra metoder, kan implementeras med ett magnetfält som är konstant över tiden och en konstant frekvens."

1955, när Wexler skrev sin broschyr om acceleratorer, utgjorde denna princip, som författaren påpekade, grunden för en accelerator - en mikrotron - en accelerator som kräver kraftfulla mikrovågskällor. Enligt Wexler har mikrotronen "ännu inte blivit utbredd (1955). Flera elektronacceleratorer med energier upp till 4 MeV har dock fungerat i ett antal år."

Wexler var en briljant populariserare av fysiken, men tyvärr publicerade han sällan populära artiklar på grund av sitt fulla schema.

Autofasningsprincipen har visat att det är möjligt att ha ett stabilt fasområde och därför är det möjligt att ändra frekvensen för det accelererande fältet utan rädsla för att lämna resonansaccelerationsområdet. Du behöver bara välja rätt accelerationsfas. Genom att ändra fältfrekvensen blev det möjligt att enkelt kompensera för förändringen i partikelmassa. Dessutom, genom att ändra frekvensen kunde cyklotronens snabbt snurrande spiral föras närmare en cirkel och accelerera partiklarna tills magnetfältstyrkan var tillräcklig för att hålla partiklarna i en given omloppsbana.

Den beskrivna acceleratorn med autofasning, där frekvensen av det elektromagnetiska fältet ändras, kallas en synkrocyklotron, eller fasotron.

Synkrofasotronen använder en kombination av två autofasningsprinciper. Den första av dem ligger i hjärtat av fasotronen, som redan har nämnts - detta är en förändring i frekvensen av det elektromagnetiska fältet. Den andra principen används i synkrotroner - här ändras magnetfältets styrka.

Sedan upptäckten av autofasning har forskare och ingenjörer börjat designa acceleratorer som klarar miljarder elektronvolt. Den första av dessa i vårt land var en protonaccelerator - en 10 miljarder elektron-volt synkrofasotron i Dubna.

Utformningen av denna stora accelerator började 1949 på initiativ av V. I. Veksler och S. I. Vavilov och togs i drift 1957. Den andra stora acceleratorn byggdes i Protvino nära Serpukhov med en energi på 70 GeV. Inte bara sovjetiska forskare, utan även fysiker från andra länder arbetar nu med det.

Men långt före lanseringen av två gigantiska "miljarddollar"-acceleratorer byggdes relativistiska partikelacceleratorer vid Physical Institute of the Academy of Sciences (FIAN), under ledning av Wexler. 1947 lanserades en elektronaccelerator upp till energier på 30 MeV, som fungerade som en modell av en större elektronaccelerator - en synkrotron med en energi på 250 MeV. Synkrotronen lanserades 1949. Med hjälp av dessa acceleratorer utförde forskare vid Physics Institute of the USSR Academy of Sciences förstklassigt arbete med mesonfysik och atomkärnan.

Efter lanseringen av Dubna synchrophasotron började en period av snabba framsteg i konstruktionen av högenergiacceleratorer. Många acceleratorer byggdes och togs i drift i Sovjetunionen och andra länder. Dessa inkluderar den redan nämnda 70 GeV acceleratorn i Serpukhov, 50 GeV i Batavia (USA), 35 GeV i Genève (Schweiz), 35 GeV i Kalifornien (USA). För närvarande sätter fysiker sig själva i uppgift att skapa acceleratorer för flera teraelektronvolt (teraelektronvolt - 1012 eV).

1944, när termen "autophasing" föddes. Wexler var 37 år gammal. Wexler visade sig vara en begåvad organisatör av vetenskapligt arbete och chef för en vetenskaplig skola.

Autofasningsmetoden, som en mogen frukt, väntade på en vetenskapsman-siare som skulle ta bort den och ta den i besittning. Ett år senare, oberoende av Wexler, upptäcktes principen om autofasning av den berömda amerikanske vetenskapsmannen McMilan. Han erkände den sovjetiska vetenskapsmannens prioritet. McMillan träffade Wexler mer än en gång. De var mycket vänliga, och vänskapen mellan två anmärkningsvärda vetenskapsmän överskuggades aldrig av någonting förrän Wexlers död.

Acceleratorer som byggts under de senaste åren, även om de bygger på Wechslers autofasningsprincip, är naturligtvis avsevärt förbättrade jämfört med första generationens maskiner.

Förutom autofasning kom Wexler med andra idéer för partikelacceleration som visade sig vara mycket fruktbara. Dessa Wexlers idéer är allmänt utvecklade i Sovjetunionen och andra länder.

I mars 1958 ägde det traditionella årliga mötet för USSR Academy of Sciences rum i House of Scientists på Kropotkinskaya Street. Wexler beskrev idén om en ny princip om acceleration, som han kallade "koherent". Det låter dig accelerera inte bara enskilda partiklar utan även plasmaproppar som består av ett stort antal partiklar. Den "koherenta" accelerationsmetoden, som Wechsler försiktigt sa 1958, låter en fundera på möjligheten att accelerera partiklar till energier på tusen miljarder elektronvolt och ännu högre.

1962 flög Wexler, i spetsen för en delegation av vetenskapsmän, till Genève för att delta i den internationella konferensen om högenergifysik. Bland de fyrtio medlemmarna i den sovjetiska delegationen fanns sådana framstående fysiker som A. I. Alikhanov, N. N. Bogolyubov, D. I. Blokhintsev, I. Ya. Pomeranchuk, M. A. Markov. Många av forskarna i delegationen var acceleratorspecialister och Wexler-studenter.

Vladimir Iosifovich Veksler var under ett antal år ordförande i Commission on High Energy Physics vid International Union of Theoretical and Applied Physics.

Den 25 oktober 1963 tilldelades Wexler och hans amerikanska kollega Edwin McMillan, chef för strålningslaboratoriet vid Lawrence University of California, det amerikanska Atoms for Peace-priset.

Wexler var permanent chef för högenergilaboratoriet vid Joint Institute for Nuclear Research i Dubna. Nu påminner gatan uppkallad efter honom om Wexlers vistelse i denna stad.

Wexlers forskningsarbete var under många år koncentrerat till Dubna. Han kombinerade sitt arbete vid Joint Institute for Nuclear Research med arbete vid P. N. Lebedev Physical Institute, där han i sin avlägsna ungdom började sin karriär som forskare, och var professor vid Moskvas statliga universitet, där han ledde avdelningen.

1963 valdes Veksler till akademiker-sekreterare vid Institutionen för kärnfysik vid USSR Academy of Sciences och innehade permanent denna viktiga post.

V. I. Vekslers vetenskapliga prestationer uppskattades mycket genom att tilldela honom statspriset för första graden och Leninpriset (1959). Forskarens enastående vetenskapliga, pedagogiska, organisatoriska och sociala aktiviteter belönades med tre Leninorden, Orden för det röda faneriet och Sovjetunionens medaljer.

Vladimir Iosifovich Veksler dog plötsligt den 20 september 1966 av en andra hjärtattack. Han var bara 59 år gammal. I livet verkade han alltid yngre än sina år, var energisk, aktiv och outtröttlig.

Vad är en synkrofasotron?

Låt oss först gå lite djupare in i historien. Behovet av denna enhet uppstod först 1938. En grupp fysiker från Leningrad Physicotechnical Institute vände sig till Molotov med ett uttalande att Sovjetunionen behövde en forskningsbas för att studera strukturen av atomkärnan. Denna begäran motiverades av det faktum att ett sådant studieområde spelar en mycket viktig roll, och för närvarande ligger Sovjetunionen något efter sina västerländska kollegor. När allt kommer omkring, vid den tiden i Amerika fanns det redan 5 synkrofasotroner, men i Sovjetunionen fanns det inga. Det föreslogs att slutföra konstruktionen av en cyklotron som redan hade börjat, vars utveckling avbröts på grund av dålig finansiering och brist på kompetent personal.

Till slut fattades ett beslut om att bygga en synkrofasotron, och Wexler stod i spetsen för detta projekt. Bygget stod klart 1957. Så vad är en synkrofasotron? Enkelt uttryckt är det en partikelaccelerator. Det ger enorm kinetisk energi till partiklarna. Den är baserad på ett variabelt ledande magnetfält och en variabel frekvens för huvudfältet. Denna kombination gör att partiklar kan hållas i en konstant omloppsbana. Denna enhet används för att studera de olika egenskaperna hos partiklar och deras interaktioner vid höga energinivåer.

Enheten har mycket spännande dimensioner: den upptar en hel universitetsbyggnad, dess vikt är 36 tusen ton, och magnetringens diameter är 60 m. Ganska imponerande dimensioner för en enhet vars huvuduppgift är att studera partiklar vars storlekar mäts i mikrometer.

Funktionsprincipen för synkrofasotronen

Många fysiker har försökt utveckla en anordning som skulle göra det möjligt att accelerera partiklar och ge enorm energi till dem. Lösningen på detta problem är synkrofasotronen. Hur fungerar det och vad bygger det på?

Början gjordes med cyklotronen. Låt oss överväga principen för dess funktion. Jonerna som kommer att accelerera faller in i vakuumet där deen är belägen. Vid denna tidpunkt påverkas jonerna av ett magnetfält: de fortsätter att röra sig längs axeln och tar fart. Efter att ha övervunnit axeln och kommit in i nästa lucka börjar de få fart. För större acceleration krävs en konstant ökning av bågaradien. I detta fall kommer restiden att vara konstant, trots att avståndet ökar. På grund av ökningen i hastighet observeras en ökning av massan av joner.

Detta fenomen medför en förlust av hastighetsökning. Detta är den största nackdelen med cyklotronen. I synkrofasotronen elimineras detta problem helt - genom att ändra induktionen av magnetfältet med den bifogade massan och samtidigt ändraen. Det vill säga att partikelenergin ökar på grund av det elektriska fältet, vilket anger riktningen på grund av närvaron av ett magnetfält.