Synchrophasotron: cos'è, principio di funzionamento e descrizione

Nel 1957, l'URSS fece una svolta scientifica e tecnica in diverse aree: lanciò con successo un satellite artificiale della Terra, e pochi mesi prima di questo evento, un synchrophasotron iniziò a funzionare a Dubna. Che cos'è e perché abbiamo bisogno di una tale installazione? Questa domanda preoccupava non solo i cittadini dell'URSS in quel momento, ma il mondo intero. Certo, la comunità scientifica ha capito di cosa si trattava, ma i cittadini comuni erano perplessi quando hanno sentito questa parola. Ancora oggi la maggior parte delle persone non comprende l'essenza e il principio del synchrophasotron, sebbene abbia sentito questa parola più di una volta. Vediamo cosa è questo dispositivo e per cosa è stato utilizzato.

A cosa serve un sincroncotonico?

Sviluppato questa installazione per studiare il micromondo e la conoscenza della struttura delle particelle elementari, le leggi della loro interazione tra loro. Il metodo stesso della conoscenza era estremamente semplice: rompere una particella e vedere cosa c'è dentro. Tuttavia, come puoi rompere un protone? Per questo, è stato creato il synchrophasotron, che accelera le particelle e le colpisce sul bersaglio. Quest'ultimo potrebbe essere stazionario, e nel moderno Large Hadron Collider (è una versione migliorata del buon vecchio synchrophasotron), l'obiettivo è in movimento. Lì, i raggi di protoni si muovono a velocità tremenda l'uno verso l'altro e colpiscono.

Si credeva che questa installazione avrebbe fatto una svolta scientifica, scoperto nuovi elementi e metodi per ottenere energia atomica da fonti economiche che sarebbero superiori in termini di efficienza uranio arricchito e sarebbe più sicuro e meno dannoso per l'ambiente.

Obiettivi militari

Naturalmente, anche gli obiettivi militari sono stati perseguiti. La creazione di energia atomica per scopi pacifici è solo una scusa per l'ingenuo. Non è un caso che il progetto del synchrophasotron è stato timbrato "Top Secret", perché la costruzione di questo acceleratore è stata effettuata come parte del progetto per creare un nuovo bomba atomica. Con il suo aiuto, volevano ottenere una teoria migliorata. forze nucleari che è necessario per calcolare e creare una bomba. È vero, si è rivelato molto più complicato e anche oggi questa teoria manca.

Che cos'è un sincronchasotrone in parole semplici?

Per riassumere, questa configurazione è un acceleratore di particelle elementari, in particolare i protoni. Il synchrophasotron consiste in un tubo a occhiello non magnetico con un vuoto all'interno e potenti elettromagneti. In alternativa, i magneti vengono accesi, dirigendo le particelle cariche all'interno del tubo a vuoto. Quando raggiungono la velocità massima con l'aiuto degli acceleratori, vengono inviati a un bersaglio speciale. I protoni colpiscono, distruggono il bersaglio stesso e lo distruggono da soli. I frammenti si staccano e lasciano segni nella camera a bolle. Seguendo queste tracce, un gruppo di scienziati analizza la loro natura.

Ciò era in precedenza il caso, tuttavia, nelle installazioni moderne (come il Large Hadron Collider), invece di una camera a bolle, vengono utilizzati rivelatori più moderni che forniscono maggiori informazioni sui frammenti di protoni.

L'installazione è piuttosto complessa e high-tech. Possiamo dire che il synchrophasotron è un "parente lontano" del moderno Large Hadron Collider. In effetti, può essere chiamato un analogo del microscopio. Entrambi questi dispositivi sono progettati per studiare il micromondo, questo è solo il principio dell'apprendimento è diverso.

Maggiori informazioni sul dispositivo

Quindi, sappiamo già cos'è un sincroncototronico, così come il fatto che qui le particelle accelerano a velocità enormi. Come si è scoperto, per accelerare i protoni a velocità enorme, è necessario creare una differenza potenziale di centinaia di miliardi di volt. Sfortunatamente, è impossibile per l'umanità fare una cosa del genere, quindi le particelle hanno avuto un'accelerazione graduale.

Nell'installazione, le particelle si muovono in un cerchio e ad ogni giro vengono energizzate, ricevendo accelerazione. E anche se una tale alimentazione è piccola, per milioni di giri è possibile ottenere l'energia necessaria.

Il principio di funzionamento del synchrophasotron è proprio questo principio. Le particelle elementari accelerate a piccoli valori vengono lanciate nel tunnel dove si trovano i magneti. Creano un campo magnetico perpendicolare all'anello. Molte persone credono erroneamente che questi magneti acceleri le particelle, ma in realtà non è così. Cambiano solo la loro traiettoria, costringendoli a muoversi in circolo, ma non li accelerano. L'accelerazione stessa si verifica in alcuni spazi di accelerazione.

Accelerazione delle particelle

Tale gap di accelerazione è un condensatore che viene energizzato con una frequenza elevata. A proposito, questa è la base di tutto il lavoro di questa installazione. Un raggio di protoni vola in questo condensatore nel momento in cui la tensione in esso è zero. Mentre le particelle volano attraverso il condensatore, la tensione aumenta nel tempo, che guida le particelle. Nel round successivo, questo viene ripetuto, poiché la frequenza della tensione alternata viene scelta in modo specifico per essere uguale alla frequenza della circolazione delle particelle attorno all'anello. Di conseguenza, i protoni vengono accelerati simultaneamente e in fase. Da qui il nome - synchrophasotron.

A proposito, con questo metodo di accelerazione c'è un certo effetto utile. Se all'improvviso il raggio del protone vola più veloce della velocità richiesta, allora vola nello spazio di accelerazione con un valore di tensione negativo, che provoca un piccolo rallentamento. Se la velocità è più lenta, l'effetto sarà il contrario: la particella viene accelerata e raggiunge il gruppo principale di protoni. Di conseguenza, un fascio di particelle denso e compatto si muove con una sola velocità.

problematica

Idealmente, le particelle dovrebbero essere accelerate alla massima velocità possibile. E se i protoni su ogni cerchio si muovono sempre più velocemente, perché non accelerarli alla massima velocità possibile? Ci sono diversi motivi

Primo, un aumento di energia implica un aumento della massa di particelle. Sfortunatamente, le leggi relativistiche non consentono ad alcun elemento di accelerare al di sopra della velocità della luce. In un sincroncasotrone, la velocità del protone raggiunge praticamente la velocità della luce, che aumenta notevolmente la loro massa. Di conseguenza, diventa difficile mantenerli in un'orbita circolare di raggio. È noto da scuola che il raggio di movimento delle particelle in un campo magnetico è inversamente proporzionale alla massa e direttamente proporzionale alla dimensione del campo. E mentre la massa di particelle cresce, il raggio deve essere aumentato e il campo magnetico deve essere reso più forte. Queste condizioni creano limitazioni nell'attuazione delle condizioni per la ricerca, dal momento che le tecnologie sono limitate ancora oggi. Finora, non è stato possibile creare un campo con induzione sopra alcuni tesla. Pertanto, creano tunnel di grande lunghezza, perché con un raggio ampio, particelle pesanti ad alta velocità possono essere mantenute in un campo magnetico.

Il secondo problema è il movimento con accelerazione attorno alla circonferenza. È noto che una carica che si muove ad una certa velocità irradia energia, cioè la perde. Di conseguenza, le particelle perdono costantemente energia durante l'accelerazione e maggiore è la loro velocità, maggiore è la quantità di energia che spendono. Ad un certo punto, si verifica un equilibrio tra l'energia ricevuta nella sezione di accelerazione e la perdita della stessa quantità di energia in un giro.

Ricerca condotta al synchrophasotron

Ora capiamo quale principio sia alla base del funzionamento del sincroncotonico. Ha permesso di condurre una serie di studi e fare scoperte. In particolare, gli scienziati sono stati in grado di studiare le proprietà dei deuteroni accelerati, il comportamento della struttura quantica dei nuclei, l'interazione di ioni pesanti con obiettivi, e anche di sviluppare una tecnologia per l'utilizzo dell'uranio-238.

Applicazione dei risultati del test

I risultati ottenuti in queste aree sono oggi utilizzati nella costruzione di veicoli spaziali, nella progettazione di centrali nucleari, nonché nello sviluppo di attrezzature speciali e robotica. Da tutto ciò consegue che il sincroncasotrone è un tale dispositivo, il cui contributo alla scienza è difficile da sovrastimare.

conclusione

Per 50 anni, queste installazioni sono a beneficio della scienza e sono utilizzate attivamente dagli scienziati di tutto il pianeta. Il synchrophasotron creato in precedenza e strutture simili (sono stati creati non solo nell'URSS) sono solo un anello della catena dell'evoluzione. Oggi ci sono dispositivi più avanzati: i Nuclotroni, che hanno un'enorme energia.

Uno dei più avanzati tra questi dispositivi è il Large Hadron Collider. In contrasto con l'azione del sincrone, essa spinge due fasci di particelle in direzioni opposte, con il risultato che l'energia rilasciata dalla collisione è molte volte maggiore dell'energia al sincronchasotrone. Questo apre le possibilità per uno studio più accurato delle particelle elementari.

Forse ora devi capire cos'è un sincroncotonico e perché è necessario. Questa installazione ha fatto un certo numero di scoperte. Oggi gli è stato fatto un acceleratore di elettroni e al momento sta lavorando al FIAN.