Synchrophasotron - wat is het: definitie, werkingsprincipe, toepassing

Technologie in de USSR ontwikkelde zich snel. Wat is slechts de lancering van de eerste kunstmatige satelliet van de aarde, waar de hele wereld naar keek. Weinig mensen weten dat in dezelfde 1957 in de USSR verdiend (dat wil zeggen, het was niet alleen voltooid en in gebruik genomen, namelijk gelanceerd) synchrofasotron. Dit woord duidt een installatie aan voor de verspreiding van elementaire deeltjes. Vrijwel iedereen heeft vandaag gehoord over de Large Hadron Collider - het is een meer nieuwe en verbeterde versie van het apparaat dat in dit artikel wordt beschreven.

Wat is een synchrofasotron? Waar is het voor?

Deze installatie is grootversneller van elementaire deeltjes (protonen), die ons in staat stelt om de microkosmos dieper te onderzoeken, evenals de interactie van deze deeltjes met elkaar. De studiemethode is heel eenvoudig: breek de protonen in kleine delen en kijk wat er in zit. Alles klinkt eenvoudig, maar het verbreken van een proton is een uiterst moeilijke taak, waarvan de oplossing de constructie van zo'n enorme structuur vereiste. Hier, op een speciale tunnel, worden de deeltjes versneld tot enorme snelheden en vervolgens naar het doel gericht. Na het raken vliegen ze in kleine stukjes. De dichtstbijzijnde "collega" van de synchrofasotron, de Large Hadron Collider, handelt ongeveer op dezelfde manier, alleen daar worden de deeltjes versneld in tegengestelde richtingen en slaan niet tegen een staand doelwit, maar botsen met elkaar.

Nu begrijp je een beetje wat het is -synchrotron. Men geloofde dat de installatie een wetenschappelijke doorbraak zou maken op het gebied van microkosmisch onderzoek. Dit zal op zijn beurt nieuwe elementen en manieren openen om goedkope energiebronnen te verkrijgen. Idealiter wilden ze elementen ontdekken die efficiënter presteerden dan verrijkt uranium en dus minder schadelijk en gemakkelijker te verwijderen zijn.

Militaire toepassingen

Opgemerkt moet worden dat deze installatie is gemaaktvoor de implementatie van een wetenschappelijke en technische doorbraak, maar de doelen waren niet alleen vreedzaam. In veel opzichten is de wetenschappelijke en technische doorbraak het gevolg van de wapenwedloop. Synchrophasotron werd gecreëerd onder de stempel "Top Secret", en de ontwikkeling en constructie ervan werden uitgevoerd als onderdeel van de creatie van de atoombom. Er werd aangenomen dat het apparaat een perfecte theorie van nucleaire krachten zou creëren, maar alles was niet zo eenvoudig. Zelfs vandaag ontbreekt deze theorie, hoewel de technologische vooruitgang ver vooruit is.

Wat is synchrofasotron in eenvoudige woorden?

Als je generaliseert en spreekt in duidelijke taal? Een synchrofasotron is een installatie waar protonen met hoge snelheid kunnen worden versneld. Het bestaat uit een lusvormige buis met een vacuüm erin en krachtige elektromagneten die voorkomen dat de protonen chaotisch bewegen. Wanneer de protonen hun maximale snelheid bereiken, wordt hun stroom naar een speciaal doelwit geleid. De protonen vliegen ertegenaan en vliegen in kleine stukjes. Wetenschappers kunnen sporen van vliegende fragmenten zien in een speciale bellenkamer en op deze sporen analyseren ze de aard van de deeltjes zelf.

De bubbelkamer is een beetje achterhaaldapparaat voor het bevestigen van sporen van protonen. Tegenwoordig worden meer accurate radars gebruikt in dergelijke installaties, waardoor meer informatie wordt gegeven over de beweging van protonfragmenten.

Ondanks het eenvoudige principe van de synchrofasotron zelfdeze installatie is zeer technologisch en de creatie ervan is alleen mogelijk met een voldoende niveau van technische en wetenschappelijke ontwikkeling, wat de USSR natuurlijk bezat. Als we een analogie geven, dan is een gewone microscoop het apparaat waarvan het doel samenvalt met het doel van de synchrofasotron. Beide apparaten laten je de microkosmos verkennen, alleen de laatste laat je toe om "dieper te graven" en heeft een enigszins unieke onderzoeksmethode.

In detail

Hierboven werd de werking van het apparaat in eenvoudige bewoordingen beschreven. Natuurlijk is het principe van de synchrofasotron complexer. Het punt is dat om deeltjes te versnellen tot hoge snelheden, het noodzakelijk is om een ​​potentieel verschil van honderden miljarden volt te bieden. Dit is zelfs in het huidige stadium van technologieontwikkeling onmogelijk, om nog maar te zwijgen van de vorige.

Daarom werd besloten om deeltjes te verspreidengeleidelijk en rij ze rond voor een lange tijd. Op elke cirkel werden de protonen geactiveerd. Als gevolg van het doorgaan van miljoenen omwentelingen was het mogelijk om de vereiste snelheid te behalen, waarna ze naar het doelwit werden gestuurd.

Dit is het principe dat wordt gebruikt in de synchrofasotron. Eerst bewogen de deeltjes zich langzaam langs de tunnel. In elke ronde vielen ze op de zogenaamde versnellingsintervallen, waar ze een extra lading energie kregen en snelheid kregen. Deze versnellingssecties zijn condensatoren waarvan de frequentie van spanning gelijk is aan de frequentie van protontransmissie langs de ring. Dat wil zeggen, de deeltjes troffen het versnellingsgedeelte met een negatieve lading, op welk moment de spanning sterk toenam, wat hen snelheid gaf. Als de deeltjes met een positieve lading het versnellingsgebied raken, vertraagt ​​hun beweging. En dit is een positieve functie, omdat vanwege haar de hele groep protonen met dezelfde snelheid bewogen.

En zo werd het miljoenen keren herhaald, en toen de deeltjesze verkregen de vereiste snelheid, ze werden naar een speciaal doelwit gestuurd, waar ze over waren gebroken. Nadat een groep wetenschappers de resultaten van een botsing van deeltjes had bestudeerd. Dat is de manier waarop de synchrofasotron werkte.

De rol van magneten

Het is bekend dat in deze enorme machine op versnellingdeeltjes, krachtige elektromagneten werden ook gebruikt. Mensen geloven ten onrechte dat ze werden gebruikt om protonen te verspreiden, maar dit is niet waar. Deeltjes werden versneld door middel van speciale condensors (versnellingssecties) en de magneten hielden de protonen alleen in een strikt gedefinieerd traject. Zonder hen zou de sequentiële beweging van een straal elementaire deeltjes onmogelijk zijn. En het hoge vermogen van elektromagneten wordt verklaard door de grote massa protonen op hoge snelheid.

Met welke problemen werden de wetenschappers geconfronteerd?

Een van de belangrijkste problemen bij het maken hiervaninstallatie was precies in de verspreiding van deeltjes. Natuurlijk, konden ze de versnelling geven elke ronde, maar de versnelling van de massa hoger wordt. Wanneer snelheid dicht bij de snelheid van het licht (zoals bekend is, kan niets sneller dan de snelheid van het licht reizen), hun gewicht wordt enorm, dat is waarom het moeilijk is om ze in een cirkelvormige baan te houden was. Van het programma, weten we dat het bewegingsbereik van de elementen in een magnetisch veld is omgekeerd evenredig met hun massa, zodat de toename van de massa van de protonen moet het uit te breiden en het gebruik van grote sterke magneten. Dergelijke natuurwetten beperken de mogelijkheden voor onderzoek ernstig. By the way, kunnen ze ook verklaren waarom de synchrotron bleek zo groot. Hoe groter de tunnel, kan de grote magneten worden geïnstalleerd om een ​​sterk magnetisch veld om de gewenste bewegingsrichting van protonen houden creëren.

Het tweede probleem is het verlies van energie tijdens de beweging. Deeltjes stralen tijdens het cirkelen energie uit (verliezen het). Bijgevolg verdampt bij een snelle beweging een deel van de energie, en hoe hoger de bewegingssnelheid, hoe groter het verlies. Vroeg of laat komt het moment waarop de waarden van de uitgestraalde en ontvangen energie worden vergeleken, waardoor het onmogelijk wordt om de deeltjes verder te versnellen. Bijgevolg zijn er behoeften aan grote capaciteiten.

We kunnen zeggen dat we nu nauwkeuriger begrijpen dat dit een synchrofasotron is. Maar wat bereikten de wetenschappers precies tijdens de tests?

Welk onderzoek werd uitgevoerd?

Vanzelfsprekend werkte deze installatie nietzonder een spoor. En hoewel ze serieuze resultaten van haar verwachtten, bleken sommige onderzoeken uitermate nuttig. In het bijzonder onderzochten wetenschappers de eigenschappen van versnelde deuteronen, interacties van zware ionen met doelen, ontwikkelden een meer efficiënte technologie voor het recycleren van gebruikt uranium-238. En hoewel voor de gemiddelde persoon al deze resultaten weinig te zeggen hebben, kan hun betekenis op wetenschappelijk gebied niet worden overschat.

Resultaten toepassen

De resultaten van de synchrofasotrontests worden zelfs vandaag nog gebruikt. In het bijzonder worden ze gebruikt bij de bouw van kerncentrales, worden ze gebruikt voor het maken van ruimteraketten, robotica en geavanceerde apparatuur. Ongetwijfeld is de bijdrage aan de wetenschappelijke en technische vooruitgang van dit project vrij groot. Sommige resultaten worden ook toegepast in de militaire sfeer. En hoewel wetenschappers er niet in slaagden nieuwe elementen te ontdekken die konden worden gebruikt om nieuwe atoombommen te maken, weet eigenlijk niemand of het waar is of niet. Het is mogelijk dat de bevolking een deel van de resultaten verbergt, omdat het de moeite waard is om te overwegen dat dit project is geïmplementeerd onder de stempel 'Topgeheim'.

conclusie

Nu begrijp je dat dit een synchrofasotron is, enwat is zijn rol in de wetenschappelijke en technische vooruitgang van de USSR. Zelfs vandaag worden dergelijke installaties in veel landen actief gebruikt, maar er zijn al meer geavanceerde versies - Nuclotrons. De Large Hadron Collider is misschien de beste implementatie van het synchrophasotron-idee van vandaag. De toepassing van deze opstelling stelt wetenschappers in staat om de microkosmos nauwkeuriger te kennen door twee protonenbogen met enorme snelheden te laten botsen.

Wat betreft de huidige toestand van de Sovjet-synchrofasotron, werd deze omgezet in een elektronenversneller. Nu werkt hij bij FIAN.