Kokiu principu veikia sinchrofasotronas. Sinchrofasotronas: kas tai yra, veikimo principas ir aprašymas

Visas pasaulis žino, kad 1957 metais SSRS paleido pirmąjį pasaulyje dirbtinį Žemės palydovą. Tačiau nedaugelis žino, kad tais pačiais metais Sovietų Sąjunga pradėjo bandyti sinchrofasotroną, kuris yra modernaus Didžiojo hadronų greitintuvo Ženevoje pirmtakas. Straipsnyje bus aptarta, kas yra sinchrofasotronas ir kaip jis veikia.

Atsakant į klausimą, kas yra sinchrofasotronas, reikia pasakyti, kad tai aukštųjų technologijų ir imlus mokslui prietaisas, kuris buvo skirtas mikrokosmosui tirti. Visų pirma, sinchrofasotrono idėja buvo tokia: reikėjo, naudojant galingus elektromagnetų sukurtus magnetinius laukus, pagreitinti elementariųjų dalelių (protonų) spindulį iki didelio greičio, o tada nukreipti šį spindulį į taikinį ramybės būsenoje. . Nuo tokio susidūrimo protonai turės „suskilti“ į gabalus. Netoli taikinio yra specialus detektorius – burbulų kamera. Šis detektorius leidžia ištirti jų prigimtį ir savybes naudojant protonų dalių paliktus pėdsakus.

Kodėl reikėjo statyti SSRS sinchrofazotroną? Šiame moksliniame eksperimente, kuris buvo klasifikuojamas kaip „visiškai slaptas“, sovietų mokslininkai bandė rasti naują pigesnės ir efektyvesnės energijos šaltinį nei prisodrintas uranas. Taip pat buvo siekiama grynai mokslinių tikslų: giliau ištirti branduolinės sąveikos prigimtį ir subatominių dalelių pasaulį.

Sinchrofasotrono veikimo principas

Aukščiau pateiktas sinchrofasotronui tenkančių užduočių aprašymas daugeliui gali atrodyti sunkiai įgyvendinamas praktiškai, tačiau taip nėra. Nepaisant klausimo, kas yra sinchrofasotronas, paprastumo, norint pagreitinti protonus iki reikiamo milžiniško greičio, reikia šimtų milijardų voltų elektros įtampos. Tokios įtampos negalima sukurti ir šiandien. Todėl buvo nuspręsta energiją, pumpuojamą į protonus, paskirstyti laikui bėgant.

Sinchrofasotrono veikimo principas buvo toks: protonų pluoštas pradeda judėti žiedo formos tuneliu, tam tikroje šio tunelio vietoje yra kondensatoriai, sukuriantys įtampos šuolį tuo momentu, kai pro juos praskrenda protonų pluoštas. . Taigi kiekviename posūkyje yra nedidelis protonų pagreitis. Dalelių pluoštui padarius kelis milijonus apsisukimų per sinchrofazotrono tunelį, protonai pasieks norimą greitį ir bus nukreipti į tikslą.

Verta paminėti, kad elektromagnetai, naudojami protonų pagreičio metu, atliko pagrindinį vaidmenį, tai yra, jie nustatė pluošto trajektoriją, bet nedalyvavo jo pagreityje.

Problemos, su kuriomis susidūrė mokslininkai atlikdami eksperimentus

Norint geriau suprasti, kas yra sinchrofasotronas ir kodėl jo kūrimas yra labai sudėtingas ir daug žinių reikalaujantis procesas, reikėtų atsižvelgti į jo veikimo metu iškylančias problemas.

Pirma, kuo didesnis protonų pluošto greitis, tuo daugiau masės jie pradeda turėti pagal garsųjį Einšteino dėsnį. Esant artimam šviesai greičiui, dalelių masė tampa tokia didelė, kad norint išlaikyti jas norimoje trajektorijoje, būtina turėti galingus elektromagnetus. Kuo didesnis sinchrofasotrono dydis, tuo didesnius magnetus galima sumontuoti.

Antra, sinchrofasotrono sukūrimą apsunkino ir protonų pluošto energijos nuostoliai jų žiedinio pagreičio metu, ir kuo didesnis pluošto greitis, tuo šie nuostoliai tampa reikšmingesni. Pasirodo, norint pagreitinti spindulį iki reikiamų gigantiškų greičių, reikia turėti milžiniškas galias.

Kokie rezultatai buvo gauti?

Neabejotinai, eksperimentai sovietiniame sinchrofasotrone labai prisidėjo prie šiuolaikinių technologijų sričių vystymosi. Taigi šių eksperimentų dėka SSRS mokslininkai sugebėjo patobulinti panaudoto urano-238 perdirbimo procesą ir gavo įdomių duomenų susidūrę su taikiniu pagreitintus skirtingų atomų jonus.

Eksperimentų su sinchrofasotronu rezultatai iki šiol naudojami statant atomines elektrines, kosmines raketas ir robotiką. Sovietinės mokslinės minties pasiekimai buvo panaudoti kuriant galingiausią mūsų laikų sinchrofasotroną – Didįjį hadronų greitintuvą. Pats sovietinis greitintuvas tarnauja Rusijos Federacijos mokslui, esantis FIAN institute (Maskva), kur jis naudojamas kaip jonų greitintuvas.

Kas yra sinchrofasotronas: veikimo principas ir gauti rezultatai – viskas apie kelionę į vietą

+ elektronas) yra rezonansinis ciklinis greitintuvas su pastoviu pusiausvyros orbitos ilgiu pagreičio proceso metu. Kad dalelės įsibėgėjimo proceso metu išliktų toje pačioje orbitoje, keičiasi ir pirmaujantis magnetinis laukas, ir greitėjančio elektrinio lauko dažnis. Pastaroji reikalinga tam, kad spindulys visada patektų į greitėjimo sekciją fazėje su aukšto dažnio elektriniu lauku. Tuo atveju, kai dalelės yra ultrareliatyvios, sukimosi dažnis, esant fiksuotam orbitos ilgiui, nesikeičia didėjant energijai, o RF generatoriaus dažnis taip pat turi išlikti pastovus. Toks greitintuvas jau vadinamas sinchrotronu.

Parašykite apžvalgą apie straipsnį "Sinchrophasotron"

Pastabos

Taip pat žr

Sinchrofasotroną apibūdinanti ištrauka

1957 metais SSRS padarė mokslinį ir techninį proveržį keliose srityse: sėkmingai paleido dirbtinį Žemės palydovą, o likus keliems mėnesiams iki šio įvykio Dubnoje pradėjo veikti sinchrofasotronas. Kas tai yra ir kodėl reikalingas toks įrengimas? Šis klausimas jaudino ne tik tuometinius SSRS piliečius, bet ir visą pasaulį. Žinoma, mokslo bendruomenė suprato, kas tai yra, tačiau paprasti piliečiai, išgirdę šį žodį, suglumo. Net ir šiandien dauguma žmonių nesupranta sinchrofasotrono esmės ir principo, nors šį žodį yra girdėję ne kartą. Išsiaiškinkime, kas yra šis įrenginys ir kam jis buvo naudojamas.

Kam naudojamas sinchrofasotronas?

Ši instaliacija buvo sukurta siekiant ištirti mikrokosmosą ir suprasti elementariųjų dalelių sandarą bei jų tarpusavio sąveikos dėsnius. Pats žinių metodas buvo itin paprastas: sulaužykite dalelę ir pažiūrėkite, kas yra viduje. Tačiau kaip galite sulaužyti protoną? Tam buvo sukurtas sinchrofasotronas, kuris pagreitina daleles ir pataiko į taikinį. Pastarasis gali būti nejudantis, tačiau šiuolaikiniame dideliame hadronų greitintuve (tai yra patobulinta senojo gero sinchrofazotrono versija) taikinys juda. Ten protonų pluoštai dideliu greičiu juda vienas kito link ir atsitrenkia vienas į kitą.

Tikėta, kad ši instaliacija leis pasiekti mokslinį proveržį, atrasti naujus elementus ir būdus atominei energijai gaminti iš pigių šaltinių, kurie būtų efektyvesni už sodrintą uraną ir būtų saugesni bei mažiau kenkę aplinkai.

Kariniais tikslais

Žinoma, buvo siekiama ir karinių tikslų. Atominės energijos kūrimas taikiems tikslams – tik pasiteisinimas naiviesiems. Ne veltui sinchrofasotrono projektas buvo priskirtas „Visiškai slaptai“, nes šio greitintuvo konstravimas buvo atliktas kaip naujos atominės bombos sukūrimo projekto dalis. Su jo pagalba jie norėjo gauti patobulintą branduolinių jėgų teoriją, reikalingą bombai apskaičiuoti ir sukurti. Tiesa, viskas pasirodė daug sudėtingiau, ir net šiandien šios teorijos trūksta.

Kas yra sinchrofasotronas paprastais žodžiais?

Apibendrinant galima pasakyti, kad šis įrenginys yra elementariųjų dalelių, ypač protonų, greitintuvas. Sinchrofasotroną sudaro nemagnetinis kilpinis vamzdelis, kurio viduje yra vakuumas, taip pat galingi elektromagnetai. Kitu atveju magnetai įsijungia, nukreipdami įkrautas daleles vakuuminio vamzdžio viduje. Kai jie greitintuvų pagalba pasiekia maksimalų greitį, jie siunčiami į specialų taikinį. Protonai pataiko į jį, sulaužo patį taikinį ir susilaužo patys. Fragmentai skrenda įvairiomis kryptimis ir palieka žymes burbulo kameroje. Naudodamasi šiais pėdsakais, grupė mokslininkų analizuoja jų prigimtį.

Taip buvo ir anksčiau, tačiau šiuolaikinėse instaliacijose (pvz., Large Hadron Collider) vietoj burbulų kameros naudojami modernesni detektoriai, kurie suteikia daugiau informacijos apie protonų fragmentus.

Pats įrengimas yra gana sudėtingas ir aukštųjų technologijų. Galima sakyti, kad sinchrofasotronas yra šiuolaikinio didelio hadronų greitintuvo „tolimas giminaitis“. Tiesą sakant, jį galima pavadinti mikroskopo analogu. Abu šie įrenginiai skirti mikropasauliui tirti, tačiau tyrimo principas skiriasi.

Daugiau apie įrenginį

Taigi, mes jau žinome, kas yra sinchrofasotronas, ir tai, kad čia dalelės įsibėgėja iki didžiulio greičio. Pasirodo, norint pagreitinti protonus iki milžiniško greičio, būtina sukurti šimtų milijardų voltų potencialų skirtumą. Deja, žmonija to nepajėgia, todėl sugalvojo daleles pagreitinti palaipsniui.

Instaliacijoje dalelės juda ratu ir kiekvieno apsisukimo metu yra maitinamos energija, gaudamos pagreitį. Ir nors toks papildymas yra nedidelis, per milijonus apsisukimų galite įgyti reikiamos energijos.

Šiuo principu pagrįstas sinchrofasotrono veikimas. Elementarios dalelės, pagreitintos iki mažų verčių, paleidžiamos į tunelį, kuriame yra magnetai. Jie sukuria magnetinį lauką, statmeną žiedui. Daugelis žmonių klaidingai mano, kad šie magnetai pagreitina daleles, tačiau iš tikrųjų taip nėra. Jie tik keičia savo trajektoriją, priversdami judėti ratu, bet jų negreitina. Pats pagreitis vyksta tam tikrais pagreičio intervalais.

Dalelių pagreitis

Toks pagreičio periodas yra kondensatorius, kuriam aukštu dažniu tiekiama įtampa. Beje, tai yra viso šio įrenginio veikimo pagrindas. Protonų spindulys įskrenda į šį kondensatorių tuo metu, kai įtampa jame lygi nuliui. Kai dalelės skrenda per kondensatorių, įtampa turi laiko padidėti, o tai pagreitina dalelių greitį. Kitame apskritime tai kartojama, nes kintamos įtampos dažnis yra specialiai parinktas lygus dalelių cirkuliacijos aplink žiedą dažniui. Dėl to protonai pagreitėja sinchroniškai ir fazėje. Iš čia ir kilo pavadinimas – sinchrofasotronas.

Beje, šis pagreitinimo būdas turi tam tikrą teigiamą poveikį. Jei staiga protonų spindulys lekia greičiau nei reikalaujamas greitis, tada jis į pagreičio tarpą įskrenda esant neigiamai įtampos vertei, todėl šiek tiek sulėtėja. Jei judėjimo greitis mažesnis, tada poveikis bus priešingas: dalelė gauna pagreitį ir pasiveja pagrindinę protonų krūvą. Dėl to tankus ir kompaktiškas dalelių pluoštas juda tuo pačiu greičiu.

Problemos

Idealiu atveju dalelės turėtų būti pagreitintos iki didžiausio įmanomo greičio. Ir jei kiekviename apskritime protonai juda vis greičiau, tai kodėl jų negalima pagreitinti iki didžiausio įmanomo greičio? Yra keletas priežasčių.

Pirma, energijos padidėjimas reiškia dalelių masės padidėjimą. Deja, reliatyvistiniai dėsniai neleidžia nei vienam elementui pagreitinti virš šviesos greičio. Sinchrofazotrone protonų greitis beveik pasiekia šviesos greitį, o tai labai padidina jų masę. Dėl to juos sunku išlaikyti apskrito spindulio orbitoje. Nuo mokyklos laikų buvo žinoma, kad dalelių judėjimo spindulys magnetiniame lauke yra atvirkščiai proporcingas masei ir tiesiogiai proporcingas lauko dydžiui. O kadangi dalelių masė didėja, reikia padidinti spindulį ir stiprinti magnetinį lauką. Šios sąlygos riboja mokslinių tyrimų sąlygų įgyvendinimą, nes technologijos yra ribotos ir šiandien. Iki šiol nebuvo įmanoma sukurti lauko, kurio indukcija būtų didesnė nei kelios teslos. Štai kodėl jie daro didelio ilgio tunelius, nes didelio spindulio sunkiosios dalelės gali būti laikomos didžiuliu greičiu magnetiniame lauke.

Antroji problema yra judėjimas su pagreičiu apskritime. Yra žinoma, kad tam tikru greičiu judantis krūvis skleidžia energiją, tai yra ją praranda. Vadinasi, įsibėgėjimo metu dalelės nuolat praranda dalį energijos ir kuo didesnis jų greitis, tuo daugiau energijos jos išleidžia. Tam tikru momentu atsiranda pusiausvyra tarp energijos, gaunamos pagreičio atkarpoje, ir to paties energijos kiekio praradimo per apsisukimą.

Tyrimai atlikti sinchrofazotrone

Dabar mes suprantame, koks principas yra sinchrofasotrono veikimo pagrindas. Tai leido atlikti daugybę tyrimų ir atradimų. Visų pirma, mokslininkai sugebėjo ištirti pagreitintų deuteronų savybes, branduolių kvantinės struktūros elgesį, sunkiųjų jonų sąveiką su taikiniais, taip pat sukurti urano-238 perdirbimo technologiją.

Bandymų rezultatų taikymas

Šiose srityse gauti rezultatai šiandien naudojami statant erdvėlaivius, projektuojant atomines elektrines, taip pat kuriant specialią įrangą ir robotiką. Iš viso to išplaukia, kad sinchrofasotronas yra prietaisas, kurio indėlį į mokslą sunku pervertinti.

Išvada

50 metų tokie įrenginiai tarnavo mokslui ir yra aktyviai naudojami visos planetos mokslininkų. Anksčiau sukurti sinchrofasotronas ir panašios instaliacijos (jie buvo sukurti ne tik SSRS) yra tik viena evoliucijos grandinės grandis. Šiandien atsiranda pažangesnių prietaisų – nukleotronų, kurie turi milžinišką energiją.

Vienas iš pažangiausių šių įrenginių yra didelis hadronų greitintuvas. Priešingai nei veikia sinchrofasotronas, jis susiduria su dviem priešingų krypčių dalelių pluoštais, dėl ko susidūrimo metu išsiskirianti energija yra daug kartų didesnė už sinchrofazotrono energiją. Tai atveria galimybes tiksliau tirti elementariąsias daleles.

Galbūt dabar turėtumėte suprasti, kas yra sinchrofasotronas ir kodėl jis reikalingas. Ši instaliacija leido mums padaryti daugybę atradimų. Šiandien jis buvo paverstas elektronų greitintuvu ir šiuo metu dirba Lebedevo fiziniame institute.

JK parlamentarams prireikė tik 15 minučių, kad apsispręstų dėl 1 milijardo svarų sterlingų vyriausybės investicijos į sinchrofazotrono statybą. Po to parlamento furšete karštai diskutavo apie vienos valandos, nemažiau, kavos kainą. Taip jie nusprendė: kainą sumažino 15 proc.

Atrodytų, kad užduotys savo sudėtingumu visiškai nepalyginamos, o viskas, logiškai mąstant, turėjo įvykti visiškai priešingai. Valanda mokslams, 15 minučių kavai. Bet ne! Kaip vėliau paaiškėjo, dauguma garbingų politikų greitai atidavė savo slapčiausią „už“, visiškai neįsivaizduodami, kas yra „sinchrofazotronas“.

Leiskite mums, mielas skaitytojau, kartu su Jumis užpildyti šią žinių spragą ir nebūti kaip kai kurių bendražygių mokslinis trumparegiškumas.

Kas yra sinchrofasotronas?

Sinchrofasotronas yra moksliniams tyrimams skirta elektroninė instaliacija – elementariųjų dalelių (neutronų, protonų, elektronų ir kt.) ciklinis greitintuvas. Jis yra didžiulio žiedo, sveriančio daugiau nei 36 tūkstančius tonų, formą. Jo itin galingi magnetai ir greitinamieji vamzdeliai suteikia mikroskopinėms dalelėms milžinišką nukreipto judėjimo energiją. Fasotrono rezonatoriaus gelmėse, 14,5 metro gylyje, fiziniu lygmeniu vyksta išties fantastiškos transformacijos: pavyzdžiui, mažytis protonas gauna 20 milijonų elektronų voltų, o sunkusis jonas – 5 milijonus eV. Ir tai tik nedidelė dalis visų galimybių!

Būtent dėl ​​unikalių ciklinio greitintuvo savybių mokslininkams pavyko sužinoti intymiausias visatos paslaptis: ištirti nereikšmingų dalelių sandarą bei jų apvalkalų viduje vykstančius fizikinius ir cheminius procesus; stebėti sintezės reakciją savo akimis; atrasti iki šiol nežinomų mikroskopinių objektų prigimtį.

Phazotron pažymėjo naują mokslinių tyrimų erą – tyrimų teritoriją, kurioje mikroskopas buvo bejėgis, apie kurį labai atsargiai kalbėjo net inovatyvūs mokslinės fantastikos rašytojai (jų įžvalgus kūrybinis skrydis negalėjo nuspėti padarytų atradimų!).

Sinchrofasotrono istorija

Iš pradžių greitintuvai buvo linijiniai, tai yra, jie neturėjo ciklinės struktūros. Tačiau netrukus fizikai turėjo jų atsisakyti. Reikalavimai energijos lygiui išaugo – reikėjo daugiau. Tačiau linijinis dizainas negalėjo susidoroti: teoriniai skaičiavimai parodė, kad šioms vertėms jis turi būti neįtikėtino ilgio.

• 1929 metais Amerikietis E. Lawrence'as bando išspręsti šią problemą ir išranda ciklotroną – šiuolaikinio fazotrono prototipą. Testai vyksta gerai. Po dešimties metų, 1939 m. Lawrence'as gauna Nobelio premiją.
• 1938 metais SSRS talentingas fizikas V. I. Veksleris pradėjo aktyviai įsitraukti į greitintuvų kūrimo ir tobulinimo klausimą. 1944 metų vasario mėn jis sugalvoja revoliucinę idėją, kaip įveikti energijos barjerą. Wexleris savo metodą vadina „autofazavimu“. Lygiai po metų tą pačią technologiją visiškai savarankiškai atrado mokslininkas iš JAV E. Macmillanas.
• 1949 m. Sovietų Sąjungoje, vadovaujant V.I. Veksleris ir S.I. Vavilovo, kuriamas didelio masto mokslinis projektas - sinchrofasotrono sukūrimas, kurio galia yra 10 milijardų elektronų voltų. 8 metus Ukrainos Dubno mieste esančiame Branduolinių tyrimų institute grupė teorinių fizikų, dizainerių ir inžinierių kruopščiai dirbo prie įrengimo. Štai kodėl jis taip pat vadinamas Dubnos sinchrofasotronu.

Sinchrofasotronas buvo pradėtas eksploatuoti 1957 m. kovą, likus šešiems mėnesiams iki pirmojo dirbtinio Žemės palydovo skrydžio į kosmosą.

Kokie tyrimai atliekami sinchrofazotrone?

Dėl Wechslerio rezonansinio ciklinio greitintuvo atsirado daugybė puikių atradimų daugelyje fundamentalios fizikos aspektų ir ypač kai kuriose prieštaringose ​​ir mažai ištirtose Einšteino reliatyvumo teorijos problemose:

• branduolių kvarkinės struktūros elgsena sąveikos metu;
• kaupiamųjų dalelių susidarymas dėl reakcijų, kuriose dalyvauja branduoliai;
• paspartintų deuteronų savybių tyrimas;
• sunkiųjų jonų sąveika su taikiniais (tikrinamas mikroschemų atsparumas);
• Urano-238 perdirbimas.

Šiose srityse gauti rezultatai sėkmingai naudojami statant erdvėlaivius, projektuojant atomines elektrines, kuriant robotiką ir įrangą darbui ekstremaliomis sąlygomis. Tačiau nuostabiausia yra tai, kad eilė tyrimų, atliekamų sinchrofazotrone, priartina mokslininkus prie didžiosios Visatos kilmės paslapties sprendimo.

1957 metais Sovietų Sąjunga padarė revoliucinį mokslo proveržį iš karto dviem kryptimis: spalį buvo paleistas pirmasis dirbtinis Žemės palydovas, o prieš kelis mėnesius, kovo mėnesį, pradėjo veikti legendinis sinchrofasotronas – milžiniška mikropasaulio tyrinėjimo instaliacija. Dubnoje. Šie du įvykiai sukrėtė visą pasaulį, o žodžiai „palydovas“ ir „sinchrofasotronas“ tvirtai įsitvirtino mūsų gyvenime.

Sinchrofasotronas yra įkrautų dalelių greitintuvo tipas. Juose esančios dalelės pagreitinamos iki didelio greičio, taigi ir iki didelės energijos. Remiantis jų susidūrimo su kitomis atominėmis dalelėmis rezultatais, sprendžiama apie materijos struktūrą ir savybes. Susidūrimų tikimybę lemia pagreitinto dalelių pluošto intensyvumas, tai yra dalelių skaičius jame, todėl intensyvumas kartu su energija yra svarbus greitintuvo parametras.

Apie būtinybę sukurti rimtą akceleratoriaus bazę Sovietų Sąjungoje vyriausybės lygiu buvo paskelbta 1938 m. kovo mėn. Leningrado fizikos ir technologijos instituto (LPTI) mokslininkų grupė, vadovaujama akademiko A.F. Ioffe kreipėsi į SSRS liaudies komisarų tarybos pirmininką V.M. Molotovas su laišku, kuriame buvo pasiūlyta sukurti techninę bazę tyrimams atomo branduolio sandaros srityje. Klausimai apie atomo branduolio sandarą tapo viena iš pagrindinių gamtos mokslų problemų, o Sovietų Sąjunga juos sprendžiant gerokai atsiliko. Taigi, jei Amerika turėjo bent penkis ciklotronus, tai Sovietų Sąjunga neturėjo nė vieno (vienintelis Mokslų akademijos Radžio instituto (RIAN) ciklotronas, paleistas 1937 m., praktiškai neveikė dėl konstrukcijos defektų). Kreipimesi į Molotovą buvo prašoma sudaryti sąlygas LPTI ciklotrono statybai baigti iki 1939 m. sausio 1 d. Jo kūrimo darbai, prasidėję 1937 m., buvo sustabdyti dėl padalinių neatitikimų ir finansavimo nutraukimo.

1938 metų lapkritį S.I. Vavilovas, kreipdamasis į Mokslų akademijos prezidiumą, pasiūlė pastatyti LPTI ciklotroną Maskvoje ir iš LPTI perkelti I. V. laboratoriją į Mokslų akademijos Fizikos institutą (FIAN). Kurchatova, kuri dalyvavo jos kūrime. Sergejus Ivanovičius norėjo, kad centrinė atomo branduolio tyrimo laboratorija būtų toje pačioje vietoje, kur buvo įsikūrusi Mokslų akademija, tai yra Maskvoje. Tačiau jis nebuvo palaikomas LPTI. Ginčas baigėsi 1939 metų pabaigoje, kai A.F. Ioffas pasiūlė sukurti tris ciklotronus vienu metu. 1940 m. liepos 30 d. SSRS mokslų akademijos prezidiumo posėdyje buvo nuspręsta pavesti RIAN šiais metais modernizuoti esamą ciklotroną, FIAN iki spalio 15 dienos paruošti reikiamas medžiagas naujo galingo ciklotrono statybai. , o LFTI ciklotrono statybą užbaigti 1941 m. pirmąjį ketvirtį.

Priimdamas šį sprendimą, FIAN sukūrė vadinamąją ciklotronų komandą, kurią sudarė Vladimiras Iosifovičius Veksleris, Sergejus Nikolajevičius Vernovas, Pavelas Aleksejevičius Čerenkovas, Leonidas Vasiljevičius Groševas ir Jevgenijus Lvovičius Feinbergas. 1940 m. rugsėjo 26 d. Fizinių ir matematikos mokslų katedros (OPMS) biuras išgirdo V.I. Wexler dėl ciklotrono projektavimo specifikacijų patvirtino pagrindines jo charakteristikas ir konstrukcijos sąmatas. Ciklotronas buvo skirtas pagreitinti deuteronus iki 50 MeV energijos.

Taigi, mes prieiname prie svarbiausio dalyko, prie žmogaus, kuris tais metais reikšmingai prisidėjo prie fizikos vystymosi mūsų šalyje - Vladimiras Iosifovičius Veksleris. Šis puikus fizikas bus aptariamas toliau.

V. I. Veksleris gimė Ukrainoje, Žitomiro mieste, 1907 m. kovo 3 d. Jo tėvas žuvo Pirmajame pasauliniame kare.

1921 m., didžiulio bado ir niokojimo laikotarpiu, su dideliais sunkumais ir be pinigų, Volodia Veksleris atsidūrė alkanoje prieš NEP Maskvoje. Paauglys atsiduria Chamovnikuose, sename, savininkų apleistame dvare, įkurtame komunos name.

Wexleris išsiskyrė domėjimusi fizika ir praktine radijo inžinerija, jis pats surinko detektorinį radijo imtuvą, kuris tais metais buvo neįprastai sunkus uždavinys, jis daug skaitė ir gerai mokėsi mokykloje.

Palikęs komuną, Wexleris išlaikė daugelį savo puoselėtų pažiūrų ir įpročių.
Pastebėkime, kad karta, kuriai priklausė Vladimiras Iosifovičius, didžioji dauguma kasdienius savo gyvenimo aspektus vertino visiškai panieka, bet fanatiškai domėjosi mokslinėmis, profesinėmis ir socialinėmis problemomis.

Wexleris kartu su kitais komunarais baigė devynmetę vidurinę mokyklą ir kartu su visais absolventais įstojo į gamybą darbininku, kur daugiau nei dvejus metus dirbo elektriku.

Buvo pastebėtas jo žinių troškulys, meilė knygoms ir retas intelektas, o 20-ųjų pabaigoje jaunuolis gavo „komjaunimo bilietą“ į institutą.

Kai Vladimiras Iosifovičius baigė koledžą, buvo atlikta dar viena aukštųjų mokyklų reorganizacija ir pakeisti jų pavadinimai. Paaiškėjo, kad Wexleris įstojo į Plekhanovo liaudies ūkio institutą, baigė MPEI (Maskvos energetikos institutą) ir gavo inžinieriaus kvalifikaciją, turinčią rentgeno technologijos specialybę.

Tais pačiais metais įstojo į Visasąjunginio elektrotechnikos instituto Lefortove rentgeno struktūrinės analizės laboratoriją, kur Vladimiras Iosifovičius pradėjo savo darbą, kurdamas matavimo prietaisus ir studijuodamas jonizuojančiosios spinduliuotės matavimo metodus, t.y. įkrautų dalelių srautai.

Wexleris šioje laboratorijoje dirbo 6 metus, greitai iš laborantės tapo vadovu. Čia jau pasirodė būdinga Wexlerio, kaip talentingo eksperimentuojančio mokslininko, „rašysena“. Vėliau jo studentas, profesorius M. S. Rabinovičius savo atsiminimuose apie Wexlerį rašė: „Beveik 20 metų jis pats rinko ir montuojo įvairias savo sugalvotas instaliacijas, niekada nevengdamas jokių darbų. Tai leido pamatyti ne tik fasadą, ne tik idėjinę jo pusę, bet ir viską, kas slypi už galutinių rezultatų, už matavimų tikslumo, už blizgančių instaliacijų spintų. Visą gyvenimą jis mokėsi ir mokėsi iš naujo. Iki pat paskutinių savo gyvenimo metų vakarais ir atostogaudamas jis atidžiai mokėsi ir konspektavo teorinius darbus.

1937 m. rugsėjį Wexleris iš sąjunginio elektrotechnikos instituto persikėlė į SSRS mokslų akademijos fizinį institutą, pavadintą P. N. Lebedevo vardu (FIAN). Tai buvo svarbus įvykis mokslininko gyvenime.

Tuo metu Vladimiras Iosifovičius jau buvo apgynęs daktaro disertaciją, kurios tema buvo jo sukurtų „proporcinių stiprintuvų“ projektavimas ir pritaikymas.

FIAN Wexleris pradėjo tyrinėti kosminius spindulius. Skirtingai nuo A. I. Alikhanovo ir jo kolegų, kurie pamėgo vaizdingą Aragato kalną Armėnijoje, Wexleris dalyvavo mokslinėse ekspedicijose į Elbrusą, o vėliau ir į Pamyrą - Pasaulio stogą. Fizikai visame pasaulyje tyrinėjo didelės energijos įkrautų dalelių srautus, kurių nebuvo galima gauti žemiškose laboratorijose. Tyrėjai priartėjo prie paslaptingų kosminės spinduliuotės srautų.

Jau dabar kosminiai spinduliai užima svarbią vietą astrofizikų ir didelės energijos fizikos specialistų arsenale, keliamos įdomiai įdomios jų kilmės teorijos. Tuo pačiu metu gauti tokią energiją turinčių dalelių studijoms buvo tiesiog neįmanoma, o fizikai tiesiog reikėjo ištirti jų sąveiką su laukais ir kitomis dalelėmis. Jau trečiajame dešimtmetyje daugeliui atominės energetikos mokslininkų kilo mintis: kaip gerai būtų gauti tokios didelės „kosminės“ energijos daleles laboratorijoje naudojant patikimus subatominių dalelių tyrimo instrumentus, kurių tyrimo metodas buvo vienas – bombardavimas (kaip jie perkeltine prasme sakydavo ir dabar retai sakydavo) kai kurias daleles kiti. Rutherfordas atrado atomo branduolio egzistavimą bombarduodamas atomus galingais sviediniais – alfa dalelėmis. Branduolinės reakcijos buvo aptiktos tuo pačiu metodu. Norint paversti vieną cheminį elementą kitu, reikėjo pakeisti branduolio sudėtį. Tai buvo pasiekta bombarduojant branduolius alfa dalelėmis, o dabar – dalelėmis, pagreitintomis galinguose greitintuvuose.

Po nacistinės Vokietijos invazijos daugelis fizikų iškart įsitraukė į karinės reikšmės darbus. Wexleris nutraukė kosminių spindulių studijas ir pradėjo kurti bei tobulinti radijo įrangą fronto poreikiams.

Tuo metu Mokslų akademijos Fizikos institutas, kaip ir kai kurie kiti akademiniai institutai, buvo evakuotas į Kazanę. Tik 1944 metais pavyko surengti ekspediciją į Pamyrą iš Kazanės, kur Wexlerio grupė galėjo tęsti Kaukaze pradėtus kosminių spindulių ir branduolinių procesų, kuriuos sukelia didelės energijos dalelės, tyrimus. Išsamiai neįvertinus Wexlerio indėlio į branduolinių procesų, susijusių su kosminiais spinduliais, tyrimą, kuriam buvo skirta daug jo darbo metų, galime teigti, kad jis buvo labai reikšmingas ir davė daug svarbių rezultatų. Bet bene svarbiausia, kad kosminių spindulių tyrimas paskatino jį į visiškai naujas idėjas apie dalelių pagreitį. Kalnuose Wexleris sugalvojo sukurti įkrautų dalelių greitintuvus, kad sukurtų savo „kosminius spindulius“.

Nuo 1944 m. V. I. Veksleris persikėlė į naują sritį, kuri užėmė pagrindinę vietą jo mokslinėje veikloje. Nuo to laiko Wexlerio vardas amžinai buvo siejamas su didelių „autofazinių“ greitintuvų kūrimu ir naujų pagreičio metodų kūrimu.

Tačiau jis neprarado susidomėjimo kosminiais spinduliais ir toliau dirbo šioje srityje. 1946–1947 m. Wexleris dalyvavo mokslinėse ekspedicijose aukštuose kalnuose į Pamyrą. Kosminiuose spinduliuose aptinkamos fantastiškai didelės energijos dalelės, neprieinamos greitintuvams. Wexleriui buvo aišku, kad dalelių „natūralus greitintuvas“ iki tokios didelės energijos negali būti lyginamas su „žmogaus rankų kūrimu“.

Wexleris pasiūlė išeitį iš šios aklavietės 1944 m. Naująjį principą, pagal kurį Wechslerio greitintuvai veikė, autorius pavadino automatine faze.

Iki to laiko buvo sukurtas „ciklotrono“ tipo įkrautų dalelių greitintuvas (populiariame laikraščio straipsnyje Weksleris ciklotrono veikimo principą paaiškino taip: „Šiame įrenginyje įkrauta dalelė, judanti magnetiniame lauke spirale, nuolatos greitinama kintamo elektrinio lauko. Dėl to ciklotronui galima perduoti 10–20 milijonų elektronų voltų energiją.). Tačiau tapo aišku, kad naudojant šį metodą negalima peržengti 20 MeV slenksčio.

Ciklotrone magnetinis laukas kinta cikliškai, pagreitindamas įkrautas daleles. Tačiau pagreičio metu dalelių masė didėja (kaip ir turėtų būti pagal SRT – specialiąją reliatyvumo teoriją). Tai veda prie proceso sutrikimo – po tam tikro apsisukimų skaičiaus magnetinis laukas, užuot įsibėgėjęs, ima sulėtinti daleles.

Wexleris siūlo pradėti lėtai didinti ciklotrono magnetinį lauką laikui bėgant, maitinant magnetą kintama srove. Tada paaiškėja, kad vidutiniškai dalelių sukimosi ratu dažnis automatiškai išliks lygus elektrinio lauko, veikiančio dees (magnetinių sistemų pora, kuri išlenkia kelią ir pagreitina daleles, dažniui). magnetinis laukas).

Su kiekvienu praėjimu pro deesų plyšį dalelės turi ir papildomai gauna skirtingą masės padidėjimą (ir atitinkamai jos gauna skirtingą spindulio, kuriuo magnetinis laukas jas pasuka), prieaugį, priklausomai nuo lauko įtampos tarp deesių. duotosios dalelės pagreičio momentu. Tarp visų dalelių galima išskirti pusiausvyros („laimės“) daleles. Šioms dalelėms mechanizmas, automatiškai palaikantis orbitos periodo pastovumą, yra ypač paprastas.

„Laimingos“ dalelės patiria didėjantį masę ir apskritimo spindulį kiekvieną kartą, kai jos praeina pro plyšį. Jis tiksliai kompensuoja spindulio sumažėjimą, kurį sukelia magnetinio lauko padidėjimas per vieną apsisukimą. Vadinasi, „laimingosios“ (pusiausvyros) dalelės gali būti rezonansiškai pagreitintos tol, kol didėja magnetinis laukas.

Paaiškėjo, kad beveik visos kitos dalelės turi tą patį gebėjimą, tik pagreitis trunka ilgiau. Pagreičio proceso metu visos dalelės patirs svyravimus aplink pusiausvyros dalelių orbitos spindulį. Dalelių energija vidutiniškai bus lygi pusiausvyros dalelių energijai. Taigi beveik visos dalelės dalyvauja rezonansiniame pagreityje.

Jei, užuot lėtai didindami magnetinį lauką greitintuve (ciklotrone) laikui bėgant, tiekdami magnetą kintamąja srove, padidinsime kintamo elektrinio lauko veikimo laiką, tada bus nustatytas „autofazinis“ režimas.

„Gali atrodyti, kad tam, kad įvyktų autofazavimas ir įvyktų rezonansinis pagreitis, reikia laiku keisti arba magnetinį lauką, arba elektrinio periodą. Tiesą sakant, tai netiesa. Bene paprasčiausias koncepcijos (bet toli gražu ne paprastas praktiškai įgyvendinamas) pagreičio metodas, autoriaus nustatytas prieš kitus metodus, gali būti įgyvendintas esant pastoviam laikui magnetiniam laukui ir pastoviam dažniui..

1955 m., kai Wexleris parašė savo brošiūrą apie greitintuvus, šis principas, kaip nurodė autorius, sudarė greitintuvo – mikrotrono – greitintuvo, kuriam reikalingi galingi mikrobangų šaltiniai, pagrindą. Anot Wexlerio, mikrotronas „dar nėra plačiai paplitęs (1955). Tačiau keli elektronų greitintuvai, kurių energija yra iki 4 MeV, veikė jau keletą metų.

Wexleris buvo puikus fizikos populiarintojas, bet, deja, dėl savo užimtumo jis retai skelbdavo populiarius straipsnius.

Automatinio fazavimo principas parodė, kad galima turėti stabilią fazės sritį, todėl galima keisti greitėjimo lauko dažnį, nebijant palikti rezonansinio pagreičio srities. Jums tereikia pasirinkti tinkamą pagreičio fazę. Pakeitus lauko dažnį tapo įmanoma nesunkiai kompensuoti dalelių masės pokytį. Be to, dažnio keitimas leido greitai besisukančią ciklotrono spiralę priartinti prie apskritimo ir paspartinti daleles tol, kol magnetinio lauko stiprumo pakako dalelėms išlaikyti tam tikroje orbitoje.

Aprašytas greitintuvas su automatiniu fazavimu, kuriame keičiasi elektromagnetinio lauko dažnis, vadinamas sinchrociklotronu arba fasotronu.

Sinchrofasotronas naudoja dviejų automatinio fazavimo principų derinį. Pirmasis iš jų slypi fasotrono širdyje, apie kurį jau minėta – tai elektromagnetinio lauko dažnio pokytis. Antrasis principas naudojamas sinchrotronuose – čia keičiasi magnetinio lauko stiprumas.

Nuo automatinio fazavimo atradimo mokslininkai ir inžinieriai pradėjo kurti greitintuvus, galinčius milijardus elektronų voltų. Pirmasis iš tokių mūsų šalyje buvo protonų greitintuvas – 10 milijardų elektronų voltų sinchrofazotronas Dubnoje.

Šis didelis greitintuvas V. I. Vekslerio ir S. I. Vavilovo iniciatyva pradėtas projektuoti 1949 m., o pradėtas eksploatuoti 1957 m. Antrasis didelis greitintuvas buvo pastatytas Protvino mieste netoli Serpuchovo, kurio energija buvo 70 GeV. Dabar prie to dirba ne tik sovietų tyrinėtojai, bet ir kitų šalių fizikai.

Tačiau gerokai prieš paleidžiant du milžiniškus „milijardų dolerių“ greitintuvus, reliatyvistiniai dalelių greitintuvai buvo pastatyti Mokslų akademijos Fiziniame institute (FIAN), vadovaujant Wexleriui. 1947 m. buvo paleistas elektronų greitintuvas iki 30 MeV energijos, kuris tarnavo kaip didesnio elektronų greitintuvo - sinchrotrono, kurio energija 250 MeV, modelis. Sinchrotronas buvo paleistas 1949 m. Naudodami šiuos greitintuvus, SSRS mokslų akademijos Fizikos instituto mokslininkai atliko aukščiausios klasės mezono fizikos ir atomo branduolio darbus.

Paleidus Dubnos sinchrofasotroną, prasidėjo sparčios pažangos laikotarpis kuriant didelės energijos greitintuvus. SSRS ir kitose šalyse buvo pastatyta ir pradėta eksploatuoti daug greitintuvų. Tai jau minėtas 70 GeV greitintuvas Serpuchove, 50 GeV Batavijoje (JAV), 35 GeV Ženevoje (Šveicarija), 35 GeV Kalifornijoje (JAV). Šiuo metu pradėtas eksploatuoti 14 TeV (teraelektronų voltų – 10^12 eV) didelis hadronų greitintuvas.

1944 m., kai gimė terminas „autofazė“. Wexleriui buvo 37 metai. Wexleris pasirodė gabus mokslinio darbo organizatorius ir mokslinės mokyklos vadovas.

Automatinio fazavimo metodas, kaip prinokęs vaisius, laukė mokslininko regėtojo, kuris jį pašalins ir užvaldys. Po metų, nepriklausomai nuo Wexlerio, automatinio fazavimo principą atrado garsus amerikiečių mokslininkas McMilanas. Jis pripažino sovietų mokslininko prioritetą. McMillanas su Wexleriu susitiko ne kartą. Jie buvo labai draugiški, o dviejų nuostabių mokslininkų draugystės niekada niekas neužgožė iki Wexlerio mirties.

Pastaraisiais metais sukurti greitintuvai, nors ir pagrįsti Wechslerio automatinio fazavimo principu, bet, žinoma, gerokai patobulinti, lyginant su pirmosios kartos mašinomis.

Be automatinio fazavimo, Wexleris sugalvojo ir kitų dalelių pagreitinimo idėjų, kurios pasirodė labai vaisingos. Šios Wexlerio idėjos plačiai plėtojamos SSRS ir kitose šalyse.

1958 metų kovą Mokslininkų namuose Kropotkinskaja gatvėje įvyko tradicinis metinis SSRS mokslų akademijos susirinkimas. Wexleris išdėstė naujo pagreičio principo idėją, kurią pavadino „nuosekliu“. Tai leidžia pagreitinti ne tik atskiras daleles, bet ir plazmos krešulius, susidedančius iš daugybės dalelių. „Koherentinis“ pagreičio metodas, kaip atsargiai pasakė Wechsleris 1958 m., leidžia pagalvoti apie galimybę pagreitinti daleles iki tūkstančio milijardų elektronų voltų ir net didesnės energijos.

1962 m. Wexleris, vadovaujamas mokslininkų delegacijos, išskrido į Ženevą dalyvauti tarptautinėje didelės energijos fizikos konferencijoje. Tarp keturiasdešimties sovietinės delegacijos narių buvo tokie žymūs fizikai kaip A. I. Alikhanovas, N. N. Bogolyubovas, D. I. Blokhincevas, I. Pomerančukas, M. A. Markovas. Daugelis delegacijos mokslininkų buvo greitintuvų specialistai ir Wexlerio studentai.

Vladimiras Iosifovičius Veksleris keletą metų buvo Tarptautinės teorinės ir taikomosios fizikos sąjungos Aukštosios energijos fizikos komisijos pirmininkas.

1963 m. spalio 25 d. Wexleris ir jo kolega amerikietis Edwinas McMillanas, Kalifornijos Lorenso universiteto radiacijos laboratorijos direktorius, buvo apdovanoti Amerikos atomų taikos premija.

Wexleris buvo nuolatinis Jungtinio branduolinių tyrimų instituto Dubnoje Aukštosios energijos laboratorijos direktorius. Dabar jo vardu pavadinta gatvė mums primena Wexlerio viešnagę šiame mieste.

Vekslerio mokslinis darbas ilgus metus telkėsi Dubnoje. Jis derino darbą Jungtiniame branduolinių tyrimų institute su darbu P. N. Lebedevo fiziniame institute, kur tolimoje jaunystėje pradėjo mokslininko karjerą, buvo Maskvos valstybinio universiteto profesorius, kur vadovavo katedrai.

1963 metais V. Veksleris buvo išrinktas SSRS mokslų akademijos Branduolinės fizikos katedros akademiku-sekretoriumi ir nuolat ėjo šias svarbias pareigas.

V. I. Vekslerio mokslo laimėjimai buvo labai įvertinti, jam įteikus Valstybinę I laipsnio ir Lenino premiją (1959 m.). Už išskirtinę mokslinę, pedagoginę, organizacinę ir visuomeninę mokslininko veiklą buvo įteikti trys Lenino ordinai, Raudonosios darbo vėliavos ordinas ir SSRS medaliai.

Vladimiras Iosifovičius Veksleris staiga mirė 1966 metų rugsėjo 20 dieną nuo antrojo širdies smūgio. Jam buvo tik 59 metai. Gyvenime jis visada atrodė jaunesnis už savo metus, buvo energingas, aktyvus ir nenuilstantis.