Synchrophasotron - co to je: definice, princip činnosti, aplikace

Technologie v SSSR se rychle rozvinula. Co je pouze spuštěním první umělé družice Země, kterou celý svět pozoroval. Jen málo lidí ví, že ve stejném roce 1957 v SSSR získal (to znamená, že to nebylo jen dokončeno a uvedeno do provozu, a to spuštění) synchrophasotron. Toto slovo označuje zařízení pro rozptýlení elementárních částic. Prakticky každý dnes slyšel o Large Hadron Collider - je to nová a vylepšená verze zařízení popsaného v tomto článku.

Co je to synchrofázotron? Co to je?

Toto zařízení představuje velkou urychlovač částic (protony), který umožňuje hlubší studie mikrokosmos a interakci většina částic mezi sebou. Metoda studia je velmi jednoduchá: rozdělit protony na malé části a zjistit, co je uvnitř. Všechno zní jednoduše, ale prolomení protonu je nesmírně obtížným úkolem, jehož řešení vyžadovalo výstavbu takové obrovské struktury. Zde se na speciálním tunelu částice zrychlují na obrovské rychlosti a pak směřují k cíli. Po jeho zasažení letí na malé kousky. Nejbližší „kolega“ synchrotron je velký hadronový urychlovač, působí přibližně na stejném principu, pouze tehdy, pokud jsou částice urychlit v opačných směrech a srazí s ne stojící cíl a srazí se navzájem.

Teď už trochu rozumíte tomu, že jde o synchrophasotron. To bylo věřil, že instalace by vede vědecký průlom v oblasti výzkumu mikrokosmu. Na druhou stranu se tím otevře nové prvky a způsoby, jak získat levné zdroje energie. V ideálním případě jsme chtěli objevit prvky, které mají vyšší účinnost obohacený uran a jsou tedy méně škodlivé a jednodušší při recyklaci.

Vojenské aplikace

Je třeba poznamenat, že tato instalace byla vytvořena k provedení vědeckého a technického průlomu, ale jeho cíle nebyly jen mírové. V mnoha ohledech je vědecký a technický průlom způsoben závodem ve zbrojení. Synchrophasotron byl vytvořen pod značkou "Top Secret" a jeho vývoj a konstrukce byly prováděny jako součást vytvoření atomové bomby. Předpokládalo se, že přístroj vytvoří dokonalou teorii jaderných sil, ale všechno nebylo tak jednoduché. Dokonce i dnes chybí tato teorie, ačkoli technologický pokrok pokročil dopředu.

Co je synchrophasotron v jednoduchých slovech?

Pokud generalizujete a mluvíte v jasném jazyce? Synchrophasotron je instalace, kde mohou být protony zrychleny na vysokou rychlost. Skládá se ze smyčkové trubice s vakuovým vnitřkem a silných elektromagnetů, které brání protonům v chaotickém pohybu. Když protony dosáhnou své maximální rychlosti, jejich tok je zaměřen na speciální cíl. Střetávají proti nim, protony letí na malé kousky. Vědci mohou vidět stopy létajících fragmentů ve speciální bublinové komoře a na těchto stopách analyzují povahu samotných částic.

Bublinová komora je trochu zastaralé zařízení pro upevnění stop protonů. Dnes jsou v těchto instalacích používány přesnější radary, které poskytují více informací o pohybu fragmentů protonů.

Navzdory jednoduchému principu synchrofázotronu je samotné zařízení vysoce technologické a jeho tvorba je možná pouze s dostatečnou úrovní technického a vědeckého vývoje, který SSSR jistě disponoval. Pokud dáme analogii, pak je obyčejný mikroskop zařízení, jehož účel se shoduje s účelem synchrofázotronu. Obě přístroje vám umožňují prozkoumat mikrokosmos, pouze ta druhá umožňuje "kopat hlouběji" a má poněkud unikátní metodu vyšetřování.

Podrobněji

Dále bylo popsáno fungování zařízení v jednoduchých termínech. Samozřejmě, princip synchrophasotronu je složitější. Důvodem je, že za účelem zrychlení částic na vysoké rychlosti je nutné zajistit potenciální rozdíl stovek miliard voltů. To není možné ani v současné fázi vývoje technologie, nemluvě o předchozím.

Proto bylo rozhodnuto postupně rozptýlit částice a postupovat je po dlouhou dobu. Na každém kruhu byly protony napájeny. Výsledkem průchodu milionů otáček bylo dosažení požadované rychlosti, po které byli posláni do cíle.

To je princip, který se používá v synchrofázotronu. Nejprve se částice pomalu pohybovaly po tunelu. Na každém kole se ocitli na tzv. Zrychlování, kde získali dodatečnou energii a získali rychlost. Tyto akcelerační sekce jsou kondenzátory, jejichž frekvence napětí se rovná frekvenci protonového přenosu podél kruhu. To znamená, že částice narazily na zrychlovací sekci s negativním nábojem, kdy se napětí prudce zvýšilo, což jim dalo rychlost. Pokud částice narazí do oblasti zrychlení s kladným nábojem, pak se jejich pohyb zpomalí. A to je pozitivní rys, protože kvůli ní se celá skupina protónů pohybovala stejnou rychlostí.

A tak se to opakovalo miliónkrát, a když částice získaly požadovanou rychlost, byly poslány na speciální cíl, o kterém byly rozbité. Poté, co skupina vědců studovala výsledky kolize částic. Takto synchrofázotron pracoval.

Role magnetů

Je známo, že v tomto obrovském stroji byly také použity silné elektromagnety k urychlení částic. Lidé mylně věří, že byli zvyklí rozptýlit protony, ale to není tak. Částice byly zrychleny pomocí speciálních kondenzátorů (zrychlení) a magnety držely pouze protony v přísně definované trajektorii. Bez nich by postupný pohyb nosníku elementárních částic nebyl možný. A vysoký výkon elektromagnetů je vysvětlen velkou hmotností protonů při vysoké rychlosti.

Jaké problémy čelily vědci?

Jedním z hlavních problémů při vytváření tohoto uspořádání bylo přesně rozptýlení částic. Samozřejmě, že v každém kole by mohlo být uděleno zrychlení, ale při zrychlení se jejich hmotnost zvýšila. Při rychlosti pohybu blízké rychlosti světla (jak víme, nic se nemůže pohybovat rychleji než rychlost světla), jejich hmota se stala obrovskou, což s sebou obtížně udržovalo v kruhové oběžné dráze. Ze školního programu víme, že poloměr pohybu prvků v magnetickém poli je nepřímo úměrný jejich hmotnosti, takže se zvyšující se hmotností protonů bylo nutné zvýšit poloměr a použít velké silné magnety. Takové fyzikální zákony značně omezují možnosti výzkumu. Mimochodem, mohou také vysvětlit, proč synchrofázotron byl obrovský. Čím větší je tunel, tím větší mohou být magnety nastaveny tak, aby vytvářely silné magnetické pole pro udržení požadovaného směru protonového pohybu.

Druhým problémem je ztráta energie během pohybu. Částice, když obíhají, vyzařují energii (ztrácejí). V důsledku toho se při pohybu v rychlosti odpaří část energie a čím vyšší je rychlost pohybu, tím vyšší je ztráta. Dřív nebo později přichází okamžik, kdy jsou porovnávány hodnoty vyzařované a přijaté energie, což znemožňuje další zrychlení částic. V důsledku toho existují potřeby pro velké kapacity.

Můžeme říci, že nyní přesně víme, že jde o synchrofázotron. Ale co přesně vědci dosáhli během testů?

Jaký výzkum byl proveden?

Samozřejmě, práce této instalace neproběhla bez stopy. A ačkoli od ní očekávali vážnější výsledky, některé studie se ukázaly být nesmírně užitečné. Vědci zejména studovali vlastnosti zrychlených deuteronů, interakce těžkých iontů s cíli, vyvinuli účinnější technologii pro recyklaci vyčerpaného uranu-238. A přestože pro průměrného člověka nemají o těchto věcech vůbec co říct, ve vědecké sféře nelze jejich význam přeceňovat.

Použití výsledků

Výsledky testů prováděných na synchrofázotronu se používají i dnes. Zejména se používají při stavbě jaderných elektráren, používají se při vytváření vesmírných raket, robotiky a sofistikovaných zařízení. Nepochybně je přínos vědeckého a technického pokroku tohoto projektu poměrně velký. Některé výsledky se uplatňují i ​​ve vojenské oblasti. A ačkoli vědci nedokázali objevit nové prvky, které by mohly být použity k vytvoření nových atomových bomby, ve skutečnosti nikdo neví, zda je to pravda nebo ne. Je možné, že populace skrývá některé z výsledků, protože stojí za to, že tento projekt byl realizován pod značkou "Přísně tajné".

Závěr

Teď chápete, že jde o synchrofazotron a jaká je jeho role ve vědeckotechnickém pokroku SSSR. Dokonce i dnes jsou takové instalace v mnoha zemích aktivně využívány, existují však ještě pokročilejší verze - Nuclotrony. Large Hadron Collider je možná nejlepší implementace synchrofázotronové myšlenky dnes. Použití tohoto zařízení umožňuje vědcům přesněji znát mikrokosmos v důsledku kolize dva svazky protonů pohybujících se obrovskou rychlostí.

Pokud jde o současný stav sovětského synchrofazotronu, byl přeměněn na elektronový urychlovač. Teď pracuje u společnosti FIAN.