Синхрофострон - какво представлява: определение, принцип на действие, приложение

Технологиите в СССР се развиха бързо. Какво е само стартирането на първия изкуствен спътник на Земята, който целият свят наблюдаваше. Малко хора знаят, че в същата 1957 г. в СССР спечели (т.е. не беше просто завършен и пуснат в действие, а именно стартира) синхрофострон. Тази дума обозначава инсталация за разпръскване на елементарни частици. На практика всички днес са чували за Large Hadron Collider - това е по-нова и подобрена версия на устройството, описано в тази статия.

Какво представлява синхрофострон? За какво е това?

Тази настройка е голям ускорител на частици (протон), който ви позволява да изследвате по-задълбочено микрокосмоса, както и взаимодействието на едни и същи частици един с друг. Методът на изследване е много прост: разбийте протоните на малки части и вижте какво е вътре. Всичко звучи просто, но пробиването на протон е изключително трудна задача, чието решение изисква изграждането на такава огромна структура. Тук, в специален тунел, частиците се ускоряват до огромни скорости и след това се насочват към целта. След като го удрят, те летят на малки парченца. Най-близкото "колега" синхротрон, големия адронов ускорител, действа приблизително на същия принцип, само когато частиците се ускоряват в противоположни посоки и не се сблъскат с постоянна цел, и се сблъскват една с друга.

Сега разбирате малко, че това е синхрофострон. Смята се, че инсталацията ще направи научен пробив в областта на изследванията в микрокосмоса. На свой ред това ще открие нови елементи и начини за получаване на евтини енергийни източници. В идеалния случай искахме да открием елементи, които са по-ефективни обогатен уран и по този начин са по-малко вредни и по-прости при рециклирането.

Военни приложения

Следва да се отбележи, че тази инсталация е създадена за осъществяване на научен и технически пробив, но нейните цели не са само мирни. В много отношения научният и технически пробив се дължи на надпреварата в областта на въоръженията. Synchrophasotron е създаден под печат "Top Secret", чието разработване и конструиране са извършени като част от създаването на атомната бомба. Предполага се, че устройството ще създаде перфектна теория за ядрените сили, но всичко не беше толкова просто. Дори и днес тази теория липсва, въпреки че технологичният прогрес е напреднал далеч напред.

Какво е синхрофосотрон в прости думи?

Ако генерализирате и говорите на ясен език? Синхрофостронът е инсталация, при която протоните могат да се ускорят до висока скорост. Състои се от цилиндрична тръба с вътрешен вакуум и мощни електромагнити, които пречат на протоните да се движат хаотично. Когато протоните достигнат максималната си скорост, потокът им е насочен към специална цел. Стреляйки срещу него, протоните летят на малки парченца. Учените могат да видят следи от летящи фрагменти в специална камера с мехурчета и на тези трасета анализират естеството на самите частици.

Балонната камера е малко остаряло устройство за фиксиране на следи от протони. Днес в такива инсталации се използват по-точни радари, като се дава повече информация за движението на протонните фрагменти.

Въпреки простия принцип на синхрофострон, самата инсталация е силно технологична и нейното създаване е възможно само с достатъчно ниво на техническо и научно развитие, което СССР със сигурност притежава. Ако дадем аналогия, тогава обикновен микроскоп е устройството, чиято цел съвпада с целта на синхрофосоттрона. И двете устройства ви позволяват да изследвате микрокосмоса, само последният ви позволява да "копаете по-дълбоко" и има малко уникален метод за разследване.

В детайли

По-горе беше описана работата на устройството с прости думи. Разбира се, принципът на синхрофострон е по-сложен. Въпросът е, че за да се ускорят частиците до високи скорости, е необходимо да се осигури потенциална разлика от стотици милиарди волтове. Това е невъзможно дори и на сегашния етап на технологичното развитие, да не говорим за предишния.

Поради това беше решено частиците да се разпръснат постепенно и да се задвижват за дълго време. На всеки кръг протоните се задействаха. В резултат на преминаването на милиони обороти, беше възможно да се получи необходимата скорост, след което те бяха изпратени на целта.

Това е принципът, използван в синхрофосътрона. Първо, частиците се движеха бавно по тунела. На всяка обиколка те паднаха на така наречените интервали за ускорение, където получиха допълнителна такса енергия и спечелена скорост. Тези участъци за ускоряване са кондензатори, чиято честота на напрежение е равна на честотата на протонната трансмисия по протежение на пръстена. Тоест, частиците натискат секцията за ускорение с отрицателно зареждане, през което време напрежението се увеличава рязко, което им дава скорост. Ако частиците натиснат зоната на ускорение с положително зареждане, движението им се забавя. И това е положителна особеност, защото за нея цялата куп протони се движеше със същата скорост.

И така се повтаряше милиони пъти и когато частиците придобиха необходимата скорост, те бяха изпратени на специална цел, за която бяха счупени. След като група учени проучиха резултатите от сблъсък на частици. Така синхрофосътрона работи.

Ролята на магнитите

Известно е, че в тази огромна машина мощни електромагнити се използват и за ускоряване на частиците. Хората погрешно вярват, че са свикнали да разпръскват протони, но това не е така. Частиците се ускоряват с помощта на специални кондензатори (секции за ускоряване), а магнитите държат само протоните в строго определена траектория. Без тях последователното движение на лъча елементарни частици би било невъзможно. А високата мощност на електромагнитите се обяснява с голямата маса на протоните при висока скорост.

Какви проблеми срещаха учените?

Един от основните проблеми при създаването на тази настройка беше именно разпръскването на частиците. Разбира се, те биха могли да получат ускорение на всяка обиколка, но с ускорение масата им стана по-висока. При скорост на движение, близка до скоростта на светлината (както знаем, нищо не може да се движи по-бързо от скоростта на светлината), масата им стана огромна, което затрудни поддържането им в кръгова орбита. От училищната програма знаем, че радиусът на движение на елементите в магнитното поле е обратно пропорционален на масата им, така че с увеличаването на протонната маса е необходимо да се увеличи радиуса и да се използват големи силни магнити. Такива закони на физиката строго ограничават възможностите за изследване. Между другото, те могат също така да обяснят защо синхрофосътронът се оказва толкова голям. Колкото по-голям е тунелът, толкова по-големи могат да бъдат настроени магнитите, за да се създаде силно магнитно поле, което да задържа желаната посока на движение на протони.

Вторият проблем е загубата на енергия по време на движението. Частиците, когато кръжат, излъчват енергия (губят). Следователно, когато се движи със скорост, част от енергията се изпарява и колкото по-висока е скоростта на движение, толкова по-голяма е загубата. Рано или късно идва моментът, в който се сравняват стойностите на излъчената и приетата енергия, което прави невъзможно по-нататъшното ускоряване на частиците. Следователно има нужда от големи възможности.

Можем да кажем, че сега по-точно разбираме, че това е синхрофосотрон. Но какво точно постигнаха учените по време на тестовете?

Какви изследвания са извършени?

Естествено, работата на тази инсталация не мина без следа. И въпреки че очакваха по-сериозни резултати от нея, някои изследвания се оказаха изключително полезни. По-специално, учените проучиха свойствата на ускорените деторони, взаимодействието на тежки йони с цели, разработиха по-ефективна технология за рециклиране на отработен уран-238. И макар че за обикновения човек не могат да се кажат всички тези резултати, в научната сфера тяхната значимост не може да бъде надценена.

Прилагане на резултатите

Резултатите от тестовете, проведени върху синхрофострон, се използват и до днес. По-специално, те се използват в изграждането на атомни електроцентрали, се използват в създаването на космически ракети, роботи и сложно оборудване. Несъмнено приносът към научния и техническия прогрес на този проект е доста голям. Някои резултати се прилагат и във военната сфера. И въпреки че учените не успяха да открият нови елементи, които биха могли да бъдат използвани за създаване на нови атомни бомби, всъщност никой не знае дали е вярно или не. Възможно е населението да скрие някои от резултатите, защото си заслужава да се има предвид, че този проект е бил изпълнен под печат "Топ Тайните".

заключение

Сега разбирате, че това е синхрофосотрон и каква е ролята му в научно-техническия прогрес на СССР. Дори и днес такива инсталации се използват активно в много страни, но вече има по-усъвършенствани версии - Nuclotrons. Големият адронен колайдер е може би най-доброто прилагане на синхрофототронната идея днес. Приложението на тази настройка позволява на учените да познават по-точно микрокосмоса, като се сблъскат с две лъчи протони, движещи се с огромни скорости.

Що се отнася до сегашното състояние на съветския синхрофосоттрон, той се превръща в ускорител на електрони. Сега той работи в FIAN.