Quel principe sous-tend le fonctionnement du synchrophasotron. Synchrophasotron : qu'est-ce que c'est, principe de fonctionnement et description

Le monde entier sait qu'en 1957, l'URSS a lancé le premier satellite artificiel de la Terre. Cependant, peu de gens savent que la même année, l'Union soviétique a commencé à tester le synchrophasotron, qui est l'ancêtre du Grand collisionneur de hadrons moderne de Genève. L'article expliquera ce qu'est un synchrophasotron et comment il fonctionne.

Pour répondre à la question de savoir ce qu'est un synchrophasotron, il faut dire qu'il s'agit d'un appareil de haute technologie et à forte intensité scientifique destiné à l'étude du microcosme. En particulier, l'idée du synchrophasotron était la suivante : il fallait, à l'aide de puissants champs magnétiques créés par des électro-aimants, accélérer un faisceau de particules élémentaires (protons) à des vitesses élevées, puis diriger ce faisceau vers une cible au repos. . À la suite d’une telle collision, les protons devront « se briser » en morceaux. Non loin de la cible se trouve un détecteur spécial - une chambre à bulles. Ce détecteur permet d'étudier leur nature et leurs propriétés grâce aux traces laissées par les parties de protons.

Pourquoi a-t-il été nécessaire de construire le synchrophasotron de l'URSS ? Dans cette expérience scientifique classée « top secrète », des scientifiques soviétiques ont tenté de trouver une nouvelle source d'énergie moins chère et plus efficace que l'uranium enrichi. Des objectifs purement scientifiques ont également été poursuivis : une étude plus approfondie de la nature des interactions nucléaires et du monde des particules subatomiques.

Principe de fonctionnement du synchrophasotron

La description ci-dessus des tâches auxquelles est confronté le synchrophasotron peut ne pas sembler trop difficile à mettre en œuvre dans la pratique, mais ce n'est pas le cas. Malgré la simplicité de la question de savoir ce qu'est un synchrophasotron, pour accélérer les protons aux vitesses énormes requises, des tensions électriques de plusieurs centaines de milliards de volts sont nécessaires. De telles tensions ne peuvent pas être créées, même aujourd’hui. Il a donc été décidé de répartir dans le temps l’énergie injectée dans les protons.

Le principe de fonctionnement du synchrophasotron était le suivant : un faisceau de protons commence son mouvement à travers un tunnel en forme d'anneau, à un endroit de ce tunnel se trouvent des condensateurs qui créent un saut de tension au moment où le faisceau de protons les traverse . Ainsi, à chaque tour il y a une légère accélération des protons. Après que le faisceau de particules ait effectué plusieurs millions de tours dans le tunnel du synchrophasotron, les protons atteindront les vitesses souhaitées et seront dirigés vers la cible.

Il est à noter que les électroaimants utilisés lors de l'accélération des protons ont joué un rôle de guidage, c'est-à-dire qu'ils ont déterminé la trajectoire du faisceau, mais n'ont pas participé à son accélération.

Problèmes rencontrés par les scientifiques lors de la réalisation d'expériences

Pour mieux comprendre ce qu'est un synchrophasotron et pourquoi sa création est un processus très complexe et à forte intensité de connaissances, il convient de considérer les problèmes qui surviennent lors de son fonctionnement.

Premièrement, plus la vitesse du faisceau de protons est élevée, plus ils commencent à avoir de masse, selon la célèbre loi d’Einstein. À des vitesses proches de la lumière, la masse des particules devient si importante que pour les maintenir sur la trajectoire souhaitée, il est nécessaire de disposer d'électro-aimants puissants. Plus la taille du synchrophasotron est grande, plus les aimants pouvant être installés sont grands.

Deuxièmement, la création d'un synchrophasotron a également été compliquée par les pertes d'énergie du faisceau de protons lors de leur accélération circulaire, et plus la vitesse du faisceau est élevée, plus ces pertes deviennent importantes. Il s'avère que pour accélérer le faisceau aux vitesses gigantesques requises, il est nécessaire de disposer d'énormes puissances.

Quels résultats ont été obtenus ?

Il ne fait aucun doute que les expériences menées au synchrophasotron soviétique ont grandement contribué au développement des domaines technologiques modernes. Ainsi, grâce à ces expériences, les scientifiques de l'URSS ont pu améliorer le processus de traitement de l'uranium 238 utilisé et ont obtenu des données intéressantes en faisant entrer en collision des ions accélérés de différents atomes avec une cible.

Les résultats des expériences au synchrophasotron sont encore utilisés aujourd'hui dans la construction de centrales nucléaires, de fusées spatiales et de robotique. Les acquis de la pensée scientifique soviétique ont été utilisés dans la construction du synchrophasotron le plus puissant de notre époque, le Grand collisionneur de hadrons. L'accélérateur soviétique lui-même sert la science de la Fédération de Russie, étant situé à l'Institut FIAN (Moscou), où il est utilisé comme accélérateur d'ions.

Qu'est-ce qu'un synchrophasotron : le principe de fonctionnement et les résultats obtenus - tout sur le déplacement sur site

+ électron) est un accélérateur cyclique résonant avec une longueur d'orbite d'équilibre constante pendant le processus d'accélération. Pour que les particules restent sur la même orbite pendant le processus d’accélération, le champ magnétique principal et la fréquence du champ électrique accélérateur changent. Cette dernière est nécessaire pour que le faisceau arrive toujours sur la section accélératrice en phase avec le champ électrique haute fréquence. Dans le cas où les particules sont ultrarelativistes, la fréquence de rotation, pour une longueur orbitale fixe, ne change pas avec l'augmentation de l'énergie, et la fréquence du générateur RF doit également rester constante. Un tel accélérateur est déjà appelé synchrotron.

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Remarques

Voir aussi

Un extrait caractérisant le Synchrophasotron

En 1957, l'URSS a réalisé une avancée scientifique et technique dans plusieurs domaines : elle a lancé avec succès un satellite artificiel de la Terre, et quelques mois avant cet événement, le synchrophasotron a commencé à fonctionner à Doubna. Qu'est-ce que c'est et pourquoi une telle installation est-elle nécessaire ? Cette question préoccupait non seulement les citoyens de l’URSS à cette époque, mais le monde entier. Bien sûr, la communauté scientifique a compris de quoi il s’agissait, mais les citoyens ordinaires étaient perplexes lorsqu’ils entendaient ce mot. Même aujourd'hui, la plupart des gens ne comprennent pas l'essence et le principe du synchrophasotron, bien qu'ils aient entendu ce mot plus d'une fois. Voyons ce qu'est cet appareil et à quoi il a été utilisé.

A quoi sert un synchrophasotron ?

Cette installation a été développée pour étudier le microcosme et comprendre la structure des particules élémentaires et les lois de leur interaction entre elles. La méthode de connaissance elle-même était extrêmement simple : briser une particule et voir ce qu’elle contient. Cependant, comment casser un proton ? À cette fin, un synchrophasotron a été créé, qui accélère les particules et les frappe sur une cible. Ce dernier peut être stationnaire, mais dans le Grand collisionneur de hadrons moderne (qui est une version améliorée du bon vieux synchrophasotron), la cible est en mouvement. Là, des faisceaux de protons se rapprochent à grande vitesse et se heurtent.

On pensait que cette installation permettrait une avancée scientifique, la découverte de nouveaux éléments et méthodes de production d'énergie atomique à partir de sources bon marché, plus efficaces que l'uranium enrichi et plus sûres et moins nocives pour l'environnement.

Objectifs militaires

Bien entendu, des objectifs militaires étaient également poursuivis. La création de l’énergie atomique à des fins pacifiques n’est qu’un prétexte pour les naïfs. Ce n'est pas pour rien que le projet du synchrophasotron a été classé « Top Secret », car la construction de cet accélérateur a été réalisée dans le cadre du projet de création d'une nouvelle bombe atomique. Avec son aide, ils voulaient obtenir une théorie améliorée des forces nucléaires, nécessaire au calcul et à la création d'une bombe. Certes, tout s'est avéré beaucoup plus compliqué et, aujourd'hui encore, cette théorie fait défaut.

Qu’est-ce qu’un synchrophasotron en termes simples ?

En résumé, cette installation est un accélérateur de particules élémentaires, de protons notamment. Le synchrophasotron se compose d'un tube en boucle non magnétique avec un vide à l'intérieur, ainsi que de puissants électro-aimants. Alternativement, les aimants s'allument, guidant les particules chargées à l'intérieur du tube à vide. Lorsqu'ils atteignent la vitesse maximale à l'aide d'accélérateurs, ils sont envoyés vers une cible spéciale. Les protons le frappent, brisent la cible elle-même et se brisent eux-mêmes. Les fragments volent dans des directions différentes et laissent des traces dans la chambre à bulles. A partir de ces traces, un groupe de scientifiques analyse leur nature.

C'était le cas auparavant, mais les installations modernes (comme le Grand collisionneur de hadrons) utilisent des détecteurs plus modernes au lieu d'une chambre à bulles, qui fournissent plus d'informations sur les fragments de protons.

L'installation elle-même est assez complexe et de haute technologie. On peut dire que le synchrophasotron est un « parent éloigné » du Grand collisionneur de hadrons moderne. En fait, on peut l'appeler un analogue d'un microscope. Ces deux appareils sont destinés à l'étude du micromonde, mais le principe d'étude est différent.

En savoir plus sur l'appareil

Nous savons donc déjà ce qu'est un synchrophasotron, et aussi qu'ici les particules sont accélérées à des vitesses énormes. Il s’avère que pour accélérer les protons à des vitesses énormes, il est nécessaire de créer une différence de potentiel de plusieurs centaines de milliards de volts. Malheureusement, l’humanité n’est pas en mesure de le faire, c’est pourquoi ils ont eu l’idée d’accélérer progressivement les particules.

Dans l'installation, les particules se déplacent en cercle et, à chaque tour, elles sont alimentées en énergie et reçoivent une accélération. Et bien que ce réapprovisionnement soit faible, sur des millions de tours, vous pouvez gagner l'énergie nécessaire.

Le fonctionnement du synchrophasotron repose précisément sur ce principe. Les particules élémentaires accélérées à de petites valeurs sont lancées dans un tunnel où se trouvent des aimants. Ils créent un champ magnétique perpendiculaire à l'anneau. Beaucoup de gens croient à tort que ces aimants accélèrent les particules, mais ce n’est pas le cas. Ils changent seulement leur trajectoire, les obligeant à se déplacer en cercle, mais ne les accélèrent pas. L'accélération elle-même se produit à certains intervalles d'accélération.

Accélération des particules

Une telle période d'accélération est un condensateur auquel une tension est appliquée à haute fréquence. C'est d'ailleurs la base de tout le fonctionnement de cette installation. Un faisceau de protons pénètre dans ce condensateur au moment où la tension y est nulle. Lorsque les particules traversent le condensateur, la tension a le temps d'augmenter, ce qui accélère les particules. Sur le cercle suivant, cela se répète, puisque la fréquence de la tension alternative est spécialement choisie égale à la fréquence de circulation de la particule autour de l'anneau. Par conséquent, les protons sont accélérés de manière synchrone et en phase. D'où le nom - synchrophasotron.

À propos, cette méthode d'accélération a un certain effet bénéfique. Si soudainement un faisceau de protons vole plus vite que la vitesse requise, il vole dans l'intervalle d'accélération à une valeur de tension négative, c'est pourquoi il ralentit un peu. Si la vitesse de déplacement est inférieure, alors l'effet sera inverse : la particule reçoit une accélération et rattrape le groupe principal de protons. En conséquence, un faisceau de particules dense et compact se déplace à la même vitesse.

Problèmes

Idéalement, les particules devraient être accélérées à la vitesse la plus élevée possible. Et si les protons se déplacent de plus en plus vite sur chaque cercle, alors pourquoi ne peuvent-ils pas être accélérés à la vitesse maximale possible ? Il y a plusieurs raisons.

Premièrement, une augmentation de l’énergie implique une augmentation de la masse des particules. Malheureusement, les lois relativistes ne permettent à aucun élément d’être accéléré au-dessus de la vitesse de la lumière. Dans un synchrophasotron, la vitesse des protons atteint presque celle de la lumière, ce qui augmente considérablement leur masse. En conséquence, ils deviennent difficiles à maintenir sur une orbite circulaire de rayon. On sait depuis l'école que le rayon de mouvement des particules dans un champ magnétique est inversement proportionnel à la masse et directement proportionnel à l'ampleur du champ. Et comme la masse des particules augmente, le rayon doit être augmenté et le champ magnétique renforcé. Ces conditions créent des limites dans la mise en œuvre des conditions de recherche, car les technologies sont encore aujourd'hui limitées. Jusqu'à présent, il n'a pas été possible de créer un champ avec une induction supérieure à plusieurs teslas. C’est pourquoi ils construisent des tunnels de grande longueur, car avec un grand rayon, des particules lourdes à une vitesse énorme peuvent être maintenues dans un champ magnétique.

Le deuxième problème est le mouvement avec accélération en cercle. On sait qu'une charge qui se déplace à une certaine vitesse émet de l'énergie, c'est-à-dire la perd. Par conséquent, les particules perdent constamment de l’énergie lors de l’accélération, et plus leur vitesse est élevée, plus elles dépensent d’énergie. À un moment donné, un équilibre se produit entre l'énergie reçue dans la section d'accélération et la perte de la même quantité d'énergie par tour.

Recherches menées au synchrophasotron

Nous comprenons maintenant quel principe sous-tend le fonctionnement du synchrophasotron. Elle a permis de faire un certain nombre d'études et de découvertes. Les scientifiques ont notamment pu étudier les propriétés des deutons accélérés, le comportement de la structure quantique des noyaux, l'interaction des ions lourds avec des cibles, et également développer une technologie de recyclage de l'uranium 238.

Application des résultats des tests

Les résultats obtenus dans ces domaines sont aujourd'hui utilisés dans la construction de vaisseaux spatiaux, la conception de centrales nucléaires, ainsi que dans le développement d'équipements spéciaux et de robotique. De tout cela, il résulte que le synchrophasotron est un appareil dont la contribution à la science ne peut guère être surestimée.

Conclusion

Depuis 50 ans, de telles installations sont au service de la science et sont activement utilisées par les scientifiques du monde entier. Le synchrophasotron et les installations similaires créés précédemment (ils n'ont pas été créés uniquement en URSS) ne sont qu'un maillon de la chaîne de l'évolution. Aujourd'hui, des dispositifs plus avancés apparaissent : les nuclétrons, dotés d'une énergie énorme.

L’un des appareils les plus avancés est le Grand collisionneur de hadrons. Contrairement à l'action du synchrophasotron, il entre en collision deux faisceaux de particules dans des directions opposées, de sorte que l'énergie libérée par la collision est plusieurs fois supérieure à l'énergie du synchrophasotron. Cela ouvre des possibilités pour une étude plus précise des particules élémentaires.

Peut-être devriez-vous maintenant comprendre ce qu'est un synchrophasotron et pourquoi il est nécessaire. Cette installation nous a permis de faire un certain nombre de découvertes. Aujourd'hui, il a été transformé en accélérateur d'électrons et fonctionne actuellement à l'Institut de physique Lebedev.

Il n’a fallu que 15 minutes aux parlementaires britanniques pour décider d’un investissement gouvernemental d’un milliard de livres sterling dans la construction d’un synchrophasotron. Après cela, ils ont discuté avec véhémence du prix du café pendant une heure, rien de moins, au buffet parlementaire. Et c'est ce qu'ils ont décidé : ils ont réduit le prix de 15 %.

Il semblerait que les tâches ne soient pas du tout comparables en complexité, et tout, logiquement, aurait dû se passer exactement à l'opposé. Une heure pour la science, 15 minutes pour le café. Mais non ! Comme il s’est avéré plus tard, la majorité des politiciens respectables ont rapidement donné leur « pour » le plus profond, n’ayant absolument aucune idée de ce qu’est un « synchrophasotron ».

Cher lecteur, comblons avec vous ce manque de connaissances et ne soyons pas comme la myopie scientifique de certains camarades.

Qu'est-ce qu'un synchrophasotron ?

Le synchrophasotron est une installation électronique destinée à la recherche scientifique - un accélérateur cyclique de particules élémentaires (neutrons, protons, électrons, etc.). Il a la forme d'un énorme anneau pesant plus de 36 000 tonnes. Ses aimants ultra-puissants et ses tubes accélérateurs fournissent aux particules microscopiques une énergie colossale de mouvement dirigé. Dans les profondeurs du résonateur phasotron, à une profondeur de 14,5 mètres, des transformations vraiment fantastiques se produisent au niveau physique : par exemple, un minuscule proton reçoit 20 millions d'électrons-volts et un ion lourd reçoit 5 millions d'eV. Et ce n’est qu’une modeste fraction de toutes les possibilités !

C'est grâce aux propriétés uniques de l'accélérateur cyclique que les scientifiques ont pu découvrir les secrets les plus intimes de l'univers : étudier la structure de particules négligeables et les processus physiques et chimiques se déroulant à l'intérieur de leurs coquilles ; observez la réaction de synthèse de vos propres yeux ; découvrez la nature d'objets microscopiques jusqu'alors inconnus.

Phasotron a marqué une nouvelle ère de la recherche scientifique - un territoire de recherche où le microscope était impuissant, dont même les écrivains de science-fiction innovants parlaient avec une grande prudence (leur vol créatif perspicace ne pouvait pas prédire les découvertes faites !).

Histoire du synchrophasotron

Initialement, les accélérateurs étaient linéaires, c’est-à-dire qu’ils n’avaient pas de structure cyclique. Mais bientôt les physiciens durent les abandonner. Les besoins en niveaux d’énergie ont augmenté – il en fallait davantage. Mais la conception linéaire ne pouvait pas faire face : les calculs théoriques ont montré que pour ces valeurs, elle devait être d'une longueur incroyable.

• En 1929 L'Américain E. Lawrence tente de résoudre ce problème et invente un cyclotron, prototype du phasotron moderne. Les tests se passent bien. Dix ans plus tard, en 1939. Lawrence reçoit le prix Nobel.
• En 1938 En URSS, le talentueux physicien V.I. Veksler a commencé à s'engager activement dans la question de la création et de l'amélioration des accélérateurs. En février 1944 il propose une idée révolutionnaire sur la façon de surmonter la barrière énergétique. Wexler appelle sa méthode « mise en phase automatique ». Exactement un an plus tard, la même technologie a été découverte de manière totalement indépendante par E. Macmillan, un scientifique américain.
• En 1949, en Union soviétique, sous la direction de V.I. Veksler et S.I. Vavilov, un projet scientifique à grande échelle est en cours de développement : la création d'un synchrophasotron d'une puissance de 10 milliards d'électrons-volts. Pendant 8 ans, à l'Institut de recherche nucléaire de la ville de Dubno en Ukraine, un groupe de physiciens théoriciens, de concepteurs et d'ingénieurs a minutieusement travaillé sur l'installation. C’est pourquoi on l’appelle aussi le synchrophasotron de Dubna.

Le synchrophasotron a été mis en service en mars 1957, six mois avant le vol dans l'espace du premier satellite artificiel de la Terre.

Quelles recherches sont menées au synchrophasotron ?

L'accélérateur cyclique résonnant de Wechsler a donné lieu à une galaxie de découvertes exceptionnelles dans de nombreux aspects de la physique fondamentale et, en particulier, dans certains problèmes controversés et peu étudiés de la théorie de la relativité d'Einstein :

• comportement de la structure des quarks des noyaux lors de l'interaction ;
• la formation de particules cumulatives à la suite de réactions impliquant des noyaux ;
• étudier les propriétés des deutons accélérés ;
• interaction d'ions lourds avec des cibles (test de résistance des microcircuits) ;
• recyclage de l'uranium 238.

Les résultats obtenus dans ces domaines sont utilisés avec succès dans la construction de vaisseaux spatiaux, la conception de centrales nucléaires, le développement de robots et d'équipements permettant de travailler dans des conditions extrêmes. Mais le plus étonnant est qu'une série d'études menées au synchrophasotron rapprochent toujours plus les scientifiques de la résolution du grand mystère de l'origine de l'Univers.

En 1957, l'Union soviétique a réalisé une percée scientifique révolutionnaire dans deux directions à la fois : en octobre, le premier satellite artificiel de la Terre a été lancé, et quelques mois plus tôt, en mars, le légendaire synchrophasotron, une installation géante pour l'étude du micromonde, a commencé à fonctionner. à Doubna. Ces deux événements ont choqué le monde entier et les mots « satellite » et « synchrophasotron » se sont imposés dans nos vies.

Le synchrophasotron est un type d'accélérateur de particules chargées. Les particules qu’elles contiennent sont accélérées à des vitesses élevées et, par conséquent, à des énergies élevées. Sur la base des résultats de leurs collisions avec d'autres particules atomiques, la structure et les propriétés de la matière sont jugées. La probabilité de collision est déterminée par l'intensité du faisceau de particules accélérées, c'est-à-dire le nombre de particules qu'il contient. L'intensité, ainsi que l'énergie, est donc un paramètre important de l'accélérateur.

La nécessité de créer une sérieuse base d’accélérateurs en Union soviétique fut annoncée au niveau gouvernemental en mars 1938. Un groupe de chercheurs de l'Institut de physique et de technologie de Léningrad (LPTI), dirigé par l'académicien A.F. Ioffe s'est tourné vers le président du Conseil des commissaires du peuple de l'URSS, V.M. Molotov avec une lettre dans laquelle il était proposé de créer une base technique pour la recherche dans le domaine de la structure du noyau atomique. Les questions sur la structure du noyau atomique sont devenues l’un des problèmes centraux des sciences naturelles, et l’Union soviétique a pris beaucoup de retard dans sa résolution. Ainsi, si l'Amérique possédait au moins cinq cyclotrons, alors l'Union soviétique n'en avait aucun (le seul cyclotron de l'Institut du radium de l'Académie des sciences (RIAN), lancé en 1937, ne fonctionnait pratiquement pas en raison de défauts de conception). L'appel à Molotov contenait une demande visant à créer les conditions pour l'achèvement de la construction du cyclotron LPTI avant le 1er janvier 1939. Les travaux de sa création, qui débutèrent en 1937, furent suspendus en raison d'incohérences départementales et de l'arrêt des financements.

En novembre 1938, S.I. Vavilov, dans un appel au Présidium de l'Académie des sciences, a proposé de construire le cyclotron LPTI à Moscou et de transférer le laboratoire d'I.V. à l'Institut de physique de l'Académie des sciences (FIAN) du LPTI. Kurchatova, qui a participé à sa création. Sergueï Ivanovitch souhaitait que le laboratoire central pour l'étude du noyau atomique soit situé au même endroit où se trouvait l'Académie des sciences, c'est-à-dire à Moscou. Cependant, il n’a pas été soutenu au LPTI. La controverse prit fin fin 1939, lorsque A.F. Ioffe a proposé de créer trois cyclotrons à la fois. Le 30 juillet 1940, lors d'une réunion du Présidium de l'Académie des sciences de l'URSS, il fut décidé de charger RIAN de moderniser le cyclotron existant cette année, FIAN de préparer les matériaux nécessaires à la construction d'un nouveau cyclotron puissant d'ici le 15 octobre. , et LFTI pour achever la construction du cyclotron au premier trimestre 1941.

Dans le cadre de cette décision, le FIAN a créé l'équipe dite du cyclotron, qui comprenait Vladimir Iosifovich Veksler, Sergei Nikolaevich Vernov, Pavel Alekseevich Cherenkov, Leonid Vasilyevich Groshev et Evgeniy Lvovich Feinberg. Le 26 septembre 1940, le Bureau du Département des Sciences Physiques et Mathématiques (OPMS) entendit des informations de V.I. Wexler sur les spécifications de conception du cyclotron, a approuvé ses principales caractéristiques et devis de construction. Le cyclotron a été conçu pour accélérer les deutons jusqu'à une énergie de 50 MeV.

Nous arrivons donc au plus important, à la personne qui a apporté une contribution significative au développement de la physique dans notre pays au cours de ces années - Vladimir Iosifovich Veksler. Ce physicien exceptionnel sera discuté plus en détail.

V. I. Veksler est né en Ukraine dans la ville de Jitomir le 3 mars 1907. Son père est mort pendant la Première Guerre mondiale.

En 1921, pendant une période de grave famine et de dévastation, avec de grandes difficultés et sans argent, Volodia Veksler se retrouva dans le Moscou affamé d'avant la NEP. L'adolescent se retrouve dans une maison commune établie à Khamovniki, dans un vieux manoir abandonné par les propriétaires.

Wexler se distinguait par son intérêt pour la physique et l'ingénierie radio pratique ; il a lui-même assemblé un récepteur radio détecteur, ce qui, au cours de ces années, était une tâche inhabituellement difficile, il a beaucoup lu et a bien étudié à l'école.

Après avoir quitté la commune, Wexler a conservé bon nombre des opinions et des habitudes qu'il avait favorisées.
Notons que la génération à laquelle appartenait Vladimir Iosifovitch traitait dans sa grande majorité les aspects quotidiens de sa vie avec un mépris total, mais s'intéressait fanatiquement aux problèmes scientifiques, professionnels et sociaux.

Wexler, avec d'autres communards, est diplômé d'un lycée de neuf ans et, avec tous les diplômés, est entré dans la production en tant qu'ouvrier, où il a travaillé comme électricien pendant plus de deux ans.

Sa soif de connaissances, son amour des livres et son intelligence rare ont été remarqués et à la fin des années 20, le jeune homme a reçu un « ticket du Komsomol » pour l'institut.

Lorsque Vladimir Iosifovich a obtenu son diplôme universitaire, une autre réorganisation des établissements d'enseignement supérieur a été réalisée et leurs noms ont été modifiés. Il s'est avéré que Wexler est entré à l'Institut Plekhanov d'économie nationale, est diplômé du MPEI (Institut de l'énergie de Moscou) et a obtenu un diplôme d'ingénieur avec une spécialité en technologie des rayons X.

La même année, il entre au laboratoire d'analyse structurelle aux rayons X de l'Institut électrotechnique de toute l'Union à Lefortovo, où Vladimir Iosifovich a commencé son travail en construisant des instruments de mesure et en étudiant des méthodes de mesure des rayonnements ionisants, c'est-à-dire flux de particules chargées.

Wexler a travaillé dans ce laboratoire pendant 6 ans, passant rapidement du statut d'assistant de laboratoire à celui de directeur. Ici, l’« écriture » caractéristique de Wexler en tant que scientifique expérimental talentueux est déjà apparue. Son élève, le professeur M. S. Rabinovich a ensuite écrit dans ses mémoires à propos de Wexler : « Pendant près de 20 ans, il a lui-même assemblé et installé diverses installations qu'il a inventées, sans jamais reculer devant aucun travail. Cela lui a permis de voir non seulement la façade, non seulement son côté idéologique, mais aussi tout ce qui se cache derrière les résultats finaux, derrière la précision des mesures, derrière les armoires brillantes des installations. Il a passé toute sa vie à apprendre et réapprendre. Jusqu’aux dernières années de sa vie, le soir et pendant les vacances, il étudiait attentivement et prenait des notes sur les travaux théoriques.»

En septembre 1937, Wexler est passé de l'Institut électrotechnique de toute l'Union à l'Institut physique de l'Académie des sciences de l'URSS, du nom de P. N. Lebedev (FIAN). Ce fut un événement important dans la vie du scientifique.

À cette époque, Vladimir Iosifovitch avait déjà soutenu sa thèse de doctorat, dont le sujet était la conception et l'application des « amplificateurs proportionnels » qu'il avait conçus.

Au FIAN, Wexler a commencé à étudier les rayons cosmiques. Contrairement à A.I. Alikhanov et à ses collègues, qui s'intéressaient au pittoresque mont Aragats en Arménie, Wexler a participé à des expéditions scientifiques à l'Elbrouz, puis, plus tard, au Pamir, le Toit du Monde. Les physiciens du monde entier ont étudié des flux de particules chargées à haute énergie qui ne pouvaient pas être obtenues dans les laboratoires terrestres. Les chercheurs se sont rapprochés des mystérieux flux de rayonnement cosmique.

Aujourd'hui encore, les rayons cosmiques occupent une place importante dans l'arsenal des astrophysiciens et des spécialistes de la physique des hautes énergies, et des théories extrêmement intéressantes sur leur origine sont avancées. Dans le même temps, il était tout simplement impossible d'obtenir des particules avec une telle énergie à étudier, et pour les physiciens, il était simplement nécessaire d'étudier leur interaction avec les champs et d'autres particules. Déjà dans les années trente, de nombreux scientifiques atomiques avaient une pensée : à quel point il serait bon d'obtenir des particules d'énergies « cosmiques » aussi élevées en laboratoire en utilisant des instruments fiables pour étudier les particules subatomiques, dont la méthode d'étude en était une : le bombardement (comme ils au sens figuré, on dit rarement maintenant) certaines particules par d'autres. Rutherford a découvert l'existence du noyau atomique en bombardant les atomes avec de puissants projectiles - les particules alpha. Les réactions nucléaires ont été découvertes en utilisant la même méthode. Pour transformer un élément chimique en un autre, il fallait changer la composition du noyau. Ceci a été réalisé en bombardant les noyaux avec des particules alpha, et maintenant avec des particules accélérées dans de puissants accélérateurs.

Après l’invasion de l’Allemagne nazie, de nombreux physiciens se sont immédiatement impliqués dans des travaux d’importance militaire. Wexler interrompit son étude des rayons cosmiques et commença à concevoir et améliorer des équipements radio pour les besoins du front.

A cette époque, l'Institut de physique de l'Académie des sciences, comme certains autres instituts universitaires, a été évacué vers Kazan. Ce n’est qu’en 1944 qu’il fut possible d’organiser depuis Kazan une expédition dans le Pamir, où le groupe de Wexler put poursuivre les recherches commencées dans le Caucase sur les rayons cosmiques et les processus nucléaires provoqués par des particules de haute énergie. Sans considérer en détail la contribution de Wexler à l'étude des processus nucléaires associés aux rayons cosmiques, à laquelle de nombreuses années de son travail ont été consacrées, on peut dire qu'il a été très significatif et a donné de nombreux résultats importants. Mais peut-être plus important encore, son étude des rayons cosmiques l’a conduit à des idées complètement nouvelles sur l’accélération des particules. Dans les montagnes, Wexler a eu l'idée de construire des accélérateurs de particules chargées pour créer ses propres « rayons cosmiques ».

Depuis 1944, V.I. Veksler s'installe dans un nouveau domaine qui occupe la place principale de ses travaux scientifiques. Depuis lors, le nom de Wexler a été à jamais associé à la création de grands accélérateurs « à mise en phase automatique » et au développement de nouvelles méthodes d'accélération.

Cependant, il ne perdit pas son intérêt pour les rayons cosmiques et continua à travailler dans ce domaine. Wexler a participé à des expéditions scientifiques de haute montagne dans le Pamir en 1946-1947. Des particules d'énergies incroyablement élevées, inaccessibles aux accélérateurs, sont détectées dans les rayons cosmiques. Il était clair pour Wexler que « l’accélérateur naturel » de particules atteignant des énergies aussi élevées ne peut être comparé à la « création de mains humaines ».

Wexler a proposé une issue à cette impasse en 1944. L'auteur a qualifié le nouveau principe selon lequel les accélérateurs de Wechsler fonctionnaient d'autophasage.

À cette époque, un accélérateur de particules chargées de type « cyclotron » avait été créé (Weksler, dans un article de journal populaire, expliquait le principe de fonctionnement du cyclotron comme suit : « Dans cet appareil, une particule chargée, se déplaçant dans un champ magnétique en spirale, est continuellement accélérée par un champ électrique alternatif. Grâce à cela, il est possible de transmettre une énergie de 10 à 20 millions d’électrons-volts au cyclotron.). Mais il est devenu clair que le seuil de 20 MeV ne pourrait pas être dépassé par cette méthode.

Dans un cyclotron, le champ magnétique change de manière cyclique, accélérant les particules chargées. Mais au cours du processus d'accélération, la masse des particules augmente (comme cela devrait être selon SRT - la théorie restreinte de la relativité). Cela conduit à une perturbation du processus : après un certain nombre de tours, le champ magnétique, au lieu d'accélérer, commence à ralentir les particules.

Wexler propose de commencer à augmenter lentement le champ magnétique dans le cyclotron au fil du temps, en alimentant l'aimant en courant alternatif. Il s'avère ensuite qu'en moyenne, la fréquence de rotation des particules dans un cercle sera automatiquement maintenue égale à la fréquence du champ électrique appliqué aux dees (une paire de systèmes magnétiques qui courbent le chemin et accélèrent les particules avec un champ magnétique).

À chaque passage à travers la fente des dees, les particules ont et reçoivent en plus une augmentation de masse différente (et, par conséquent, elles reçoivent un incrément différent du rayon le long duquel le champ magnétique les fait tourner) en fonction de la tension de champ entre les dees au moment de l'accélération d'une particule donnée. Parmi toutes les particules, on peut distinguer les particules d’équilibre (« chanceuses »). Pour ces particules, le mécanisme qui maintient automatiquement la constance de la période orbitale est particulièrement simple.

Les particules « chanceuses » connaissent une augmentation de masse et une augmentation du rayon du cercle à chaque fois qu’elles traversent la fente en profondeur. Il compense précisément la diminution du rayon provoquée par l'augmentation du champ magnétique au cours d'un tour. Par conséquent, les particules « chanceuses » (à l’équilibre) peuvent être accélérées par résonance tant que le champ magnétique augmente.

Il s'est avéré que presque toutes les autres particules ont la même capacité, seule l'accélération dure plus longtemps. Pendant le processus d’accélération, toutes les particules subiront des oscillations autour du rayon orbital des particules d’équilibre. L'énergie des particules sera en moyenne égale à l'énergie des particules à l'équilibre. Ainsi, presque toutes les particules participent à l’accélération résonante.

Si, au lieu d'augmenter lentement le champ magnétique dans l'accélérateur (cyclotron) au fil du temps, en alimentant l'aimant en courant alternatif, on augmente la période du champ électrique alternatif appliqué aux dees, alors le mode « autophasing » sera établi.

«Il peut sembler que pour que l'autophasage et l'accélération résonante se produisent, il est nécessaire de modifier dans le temps soit le champ magnétique, soit la période du champ électrique. En fait, ce n'est pas vrai. Peut-être la méthode d’accélération la plus simple dans son concept (mais loin d’être simple dans sa mise en œuvre pratique), établie par l’auteur avant d’autres méthodes, peut être mise en œuvre avec un champ magnétique constant dans le temps et une fréquence constante..

En 1955, lorsque Wexler rédigeait sa brochure sur les accélérateurs, ce principe, comme le soulignait l'auteur, constituait la base d'un accélérateur - un microtron - un accélérateur nécessitant de puissantes sources de micro-ondes. Selon Wexler, le microtron « n’est pas encore très répandu (1955). Cependant, plusieurs accélérateurs d’électrons d’une énergie allant jusqu’à 4 MeV fonctionnent depuis plusieurs années.»

Wexler était un brillant vulgarisateur de la physique, mais malheureusement, en raison de son emploi du temps chargé, il publiait rarement des articles de vulgarisation.

Le principe de l'autophasage a montré qu'il est possible d'avoir une région de phase stable et, par conséquent, de modifier la fréquence du champ accélérateur sans craindre de quitter la région d'accélération résonante. Il vous suffit de choisir la bonne phase d'accélération. En modifiant la fréquence du champ, il est devenu possible de compenser facilement le changement de masse des particules. De plus, le changement de fréquence a permis de rapprocher la spirale du cyclotron en rotation rapide d'un cercle et d'accélérer les particules jusqu'à ce que l'intensité du champ magnétique soit suffisante pour maintenir les particules sur une orbite donnée.

L'accélérateur décrit avec autophasage, dans lequel la fréquence du champ électromagnétique change, est appelé synchrocyclotron, ou phasotron.

Le synchrophasotron utilise une combinaison de deux principes d'autophasage. Le premier d’entre eux se trouve au cœur du phasotron, déjà évoqué : il s’agit d’un changement de fréquence du champ électromagnétique. Le deuxième principe est utilisé dans les synchrotrons : ici, l'intensité du champ magnétique change.

Depuis la découverte de l’autophasage, les scientifiques et les ingénieurs ont commencé à concevoir des accélérateurs capables de produire des milliards d’électrons-volts. Le premier d'entre eux dans notre pays était un accélérateur de protons - un synchrophasotron de 10 milliards d'électrons-volts situé à Doubna.

La conception de ce grand accélérateur a débuté en 1949 à l'initiative de V. I. Veksler et S. I. Vavilov, et a été mis en service en 1957. Le deuxième grand accélérateur a été construit à Protvino, près de Serpoukhov, avec une énergie de 70 GeV. Non seulement des chercheurs soviétiques, mais aussi des physiciens d'autres pays y travaillent.

Mais bien avant le lancement de deux accélérateurs géants « d’un milliard de dollars », des accélérateurs de particules relativistes ont été construits à l’Institut de physique de l’Académie des sciences (FIAN), sous la direction de Wexler. En 1947, un accélérateur d'électrons jusqu'à des énergies de 30 MeV a été lancé, qui a servi de modèle à un accélérateur d'électrons plus grand - un synchrotron d'une énergie de 250 MeV. Le synchrotron a été lancé en 1949. Grâce à ces accélérateurs, des chercheurs de l'Institut de physique de l'Académie des sciences de l'URSS ont réalisé des travaux de premier ordre sur la physique des mésons et le noyau atomique.

Après le lancement du synchrophasotron de Dubna, une période de progrès rapides a commencé dans la construction d'accélérateurs de haute énergie. De nombreux accélérateurs ont été construits et mis en service en URSS et dans d’autres pays. Il s'agit notamment de l'accélérateur déjà mentionné de 70 GeV à Serpoukhov, de 50 GeV à Batavia (États-Unis), de 35 GeV à Genève (Suisse) et de 35 GeV en Californie (États-Unis). Actuellement, le Grand collisionneur de hadrons de 14 TeV (téraélectron-volt - 10^12 eV) a été mis en service.

En 1944, date à laquelle le terme « autophasing » est né. Wexler avait 37 ans. Wexler s'est avéré être un organisateur doué du travail scientifique et le directeur d'une école scientifique.

La méthode d'autophasage, comme un fruit mûr, attendait un scientifique-voyant qui l'enlèverait et en prendrait possession. Un an plus tard, indépendamment de Wexler, le principe de l'autophasing est découvert par le célèbre scientifique américain McMilan. Il a reconnu la priorité du scientifique soviétique. McMillan a rencontré Wexler plus d'une fois. Ils étaient très amicaux et l’amitié de deux scientifiques remarquables n’a jamais été éclipsée jusqu’à la mort de Wexler.

Les accélérateurs construits ces dernières années, bien que basés sur le principe d'autophasage de Wechsler, sont bien entendu considérablement améliorés par rapport aux machines de première génération.

En plus de l’autophasage, Wexler a proposé d’autres idées d’accélération des particules qui se sont révélées très fructueuses. Ces idées de Wexler sont largement développées en URSS et dans d’autres pays.

En mars 1958, la traditionnelle réunion annuelle de l'Académie des sciences de l'URSS a eu lieu à la Maison des scientifiques de la rue Kropotkinskaya. Wexler a évoqué l'idée d'un nouveau principe d'accélération, qu'il a qualifié de « cohérent ». Il vous permet d'accélérer non seulement des particules individuelles, mais également des caillots de plasma constitués d'un grand nombre de particules. La méthode d'accélération « cohérente », comme le disait prudemment Wechsler en 1958, permet d'envisager la possibilité d'accélérer des particules jusqu'à des énergies de mille milliards d'électrons-volts et même plus.

En 1962, Wexler, à la tête d'une délégation de scientifiques, s'envole pour Genève pour participer à la Conférence internationale sur la physique des hautes énergies. Parmi les quarante membres de la délégation soviétique se trouvaient des physiciens éminents tels que A. I. Alikhanov, N. N. Bogolyubov, D. I. Blokhintsev, I. Ya Pomeranchuk, M. A. Markov. De nombreux scientifiques de la délégation étaient des spécialistes des accélérateurs et des étudiants de Wexler.

Vladimir Iosifovich Veksler a été pendant plusieurs années président de la Commission de physique des hautes énergies de l'Union internationale de physique théorique et appliquée.

Le 25 octobre 1963, Wexler et son collègue américain Edwin McMillan, directeur du laboratoire de rayonnement de l'Université Lawrence de Californie, reçoivent le prix américain Atoms for Peace.

Wexler était le directeur permanent du Laboratoire de haute énergie de l'Institut commun de recherche nucléaire de Doubna. Aujourd’hui, la rue qui porte son nom nous rappelle le séjour de Wexler dans cette ville.

Les travaux de recherche de Wexler se sont concentrés à Doubna pendant de nombreuses années. Il a combiné son travail à l'Institut commun de recherche nucléaire avec celui de l'Institut de physique P. N. Lebedev, où, dans sa lointaine jeunesse, il a commencé sa carrière de chercheur et a été professeur à l'Université d'État de Moscou, où il a dirigé le département.

En 1963, Veksler a été élu académicien-secrétaire du Département de physique nucléaire de l'Académie des sciences de l'URSS et a occupé ce poste important de manière permanente.

Les réalisations scientifiques de V. I. Veksler ont été hautement appréciées en lui attribuant le Prix d'État du premier degré et le Prix Lénine (1959). Les activités scientifiques, pédagogiques, organisationnelles et sociales exceptionnelles du scientifique ont reçu trois Ordres de Lénine, l'Ordre du Drapeau rouge du travail et des médailles de l'URSS.

Vladimir Iosifovich Veksler est décédé subitement le 20 septembre 1966 des suites d'une deuxième crise cardiaque. Il n'avait que 59 ans. Dans la vie, il semblait toujours plus jeune que son âge, il était énergique, actif et infatigable.