acceleratoare de particule, cele mai bune realizări ale științei și tehnologiei
Este cunoscut faptul că, o dată între electrozi cu diferite de încărcare, o particulă încărcată, de exemplu, de electroni sau protoni accelerează mișcarea sub acțiunea forțelor electrice. Acest fenomen a dat naștere în 1930 ideea de a crea un accelerator de așa-numita liniar.
Prin construcție, acceleratorul liniar este o cameră fără îndoire tub lung în interior, care este menținut sub vid. De-a lungul lungimii camerei sunt dispuse un număr mare de electrozi tuburi metalice. De la un oscilator special de înaltă frecvență este alimentat la electrozii o tensiune alternativă -, astfel încât atunci când primul electrod este încărcat, de exemplu pozitiv, al doilea electrod este încărcată negativ. Apoi, din nou, electrodul pozitiv, pentru el - un negativ
Fasciculul de electroni este tras dintr-un „tun“ în camera și sub potențialul de acțiune al primului, electrodul pozitiv începe să se accelereze, sărind prin ea pe. În același moment faza a tensiunii de alimentare variază, și un electrod care încărcat numai pozitiv devine negativ. Acum, el împinge departe electronii, ca și în cazul în care cerându-le în urmă. Un al doilea electrod, devenind pozitiv pentru acest timp, atrage electroni în sine, chiar mai mult accelerându-le. Apoi, când electronii zbura prin ea, el va deveni din nou negativ și le împinge la al treilea electrod
Asa cum am merge mai departe electronii sunt accelerate treptat, ajungând la sfârșitul camerei de aproape de viteza luminii și de a obține energie pentru sute de milioane de electron-volți. După capătul țevii montat într-o fereastră etanșă la aer, o porțiune a electronilor accelerați cade pe obiectele studiate microcosmului - atomii și nucleele lor.
Este ușor de înțeles că mai multă energie ne-ar dori să informeze particulele, cu atât mai mult trebuie să fie tub de linac - zeci, sau chiar sute de metri. Dar nu este întotdeauna posibil. Acum, în cazul în care pentru a transforma tubul într-o spirală compactă! Apoi, un accelerator liber poate fi plasat într-un laborator
Încorporează ideea în viață a ajutat un alt fenomen fizic de particule încărcate lovind începe câmp magnetic să se miște, nu este într-o linie dreaptă, iar „bucle“ in jurul liniilor de câmp magnetic. Deci, nu a fost un alt tip de accelerator - ciclotron. Prima ciclotron a fost construit în 1930 de E. Lawrence în SUA
Partea principală a ciclotronului - un electromagnet puternic, care este plasat între polii camerei cilindrice plate. Se compune din două cutii metalice semi-circulare, separate printr-un decalaj mic. Aceste pachete - Dees - servesc ca electrozi și sunt conectate la polii unui generator de tensiune alternativ. În centrul camerei este sursa de particule incarcate - ceva de genul „arme“ electronice.
Decolarea de la sursa, particula (presupunem că acum este încărcat pozitiv de protoni) imediat atras de un electrod încărcat în acest moment este negativ. In interiorul electrodului este nici un câmp electric, deci este zboară de particule de inerție. Sub influența unui câmp magnetic ale cărui linii de forță sunt perpendiculare pe planul traiectoriei, particula descrie un semicerc și zboară spre spațiul dintre electrozi. În acest timp, primul electrod devine pozitivă, iar acum împinge particula, în timp ce cealaltă atrage la sine. Deci, trecând de la una la alta Dee, particula preia viteza, și descrie spirala de derulare. Deoarece camera de particule sunt afișate cu magneți speciali la experimentatori țintă.
Cu cât viteza particulelor într-un ciclotron se apropie de viteza luminii, astfel încât acestea să devină mai greu și să înceapă treptat, pentru a ține pasul cu mine un semn al tensiunii electrice pe Dees Ei nu vin la timp la forțele electrice și încetează să mai fie accelerată. Limitarea energia care reușește să informeze particulele într-un ciclotron, este de 25-30 MeV.
Pentru a depăși această barieră, frecvența tensiunii electrice sunt aplicate în mod alternativ la Dees scade treptat, adaptându-l la ritmul „conectat“ particule. Acest tip de accelerator numit sincrociclotron.
Una dintre cele mai mari synchrocyclotrons Institutul Comun pentru Cercetare Nucleară (lângă Moscova) pregătit protoni cu o energie de 680 deutronilor MeV (hidrogen greu nucleu - deuteriu), cu o energie de 380 MeV. Acest lucru este necesar pentru a construi camera de vid cu un diametru de 3 metri și o greutate de 7000 tone electromagnet!
Așa cum fizica pătruns mai adânc în structura nucleului, toate particulele necesare energii mai mari. Există o nevoie de a construi mai puternice acceleratoare - sincrotroni și sincrotroni, în care particulele nu se mișcă în spirală, și un cerc închis în camera inelară. In 1944, independent unul față de celălalt fizician sovietic VI Wexler și fizician american EM McMillan a descoperit principiul stabilității fazei. Esența metodei este următoarea: dacă un anumit mod de a alege un câmp, particulele vor primi automat tot timpul în faza de accelerare de tensiune. In 1952, oamenii de știință americani E. Courant, M. Livingston și X. Snyder a propus așa-numitul puternic de focalizare, care împinge particula la axa de mișcare. Cu aceste descoperiri, am reușit să creeze un sincrotron la un mod arbitrar energii înalte.
Există un alt sistem de clasificare a acceleratoare - tipul câmpului electric de accelerare. acceleratoare de înaltă funcționează prin tensiunea ridicată între spațiul electrod de accelerare, care funcționează tot timpul particulele trec între electrozi. Acceleratorii de inducție „functioneaza“ camp electric vortex indus (excitat), într-un loc în care sunt prezente particule. In final, acceleratori sunt utilizate în variabila rezonantă în timp și magnitudinea câmpului electric de accelerare în sincronizare cu faptul că, „în rezonanță“ apare numai accelerare particule „kit“. Când oamenii vorbesc despre acceleratoare moderne de particule la energii mari, înseamnă un mod substanțial circular acceleratoare de rezonanță.
Într-o altă formă de acceleratoare - proton - la o energie foarte mare la sfârșitul perioadei de accelerare a vitezei particulelor se apropie de viteza luminii. Ei rândul său, într-o orbită circulară la o frecvență constantă. Acceleratoare pentru protoni de mare energie sunt numite protoni synchrotron. Trei dintre cele mai mari din SUA, Elveția și România.
Energia acceleratoarelor existente ajunge zeci și sute rod-gaelektronvolt (1 GeV = 1000 MeV). Una dintre cele mai mari din lume - Proton Synchrotron U-70 Institutul de Fizica Energiilor în Protvino aproape de Moscova, care a intrat în funcțiune în 1967. Diametrul inelului de accelerare este jumătate kilometru, masa totală a secțiunilor magnetice 120 până la 20 000 de tone. La fiecare două secunde de accelerație trage în ținte volei de la 10 la a douăsprezecea grad de protoni cu o energie de 76 GeV (al patrulea din lume). Pentru a realiza această putere, particulele trebuie să facă 400.000 de rotații, și a acoperit distanța de 60.000 de kilometri! Acesta a construit, de asemenea, o lungime subteran tunel circular de douăzeci și unu kilometru noul accelerator.
Este interesant faptul că începe acceleratoarele de la Dubna sau Protvino în perioada sovietică au fost efectuate numai noaptea, așa cum au furnizat aproape toată energia electrică este nu numai Moscova, ci și în zonele învecinate!
In 1973, fizicienii americani condus de un prost al lui Dumnezeu în acceleratorul Batavia, în care particulele capabile să raporteze energie de 400 GeV, iar apoi adus la 500 GeV. Astăzi este cel mai puternic accelerator din Statele Unite ale Americii. Se numește „Tevatron de la“ deoarece în inelul său de mai mult de șase kilometri folosind magneți supraconductori protoni achiziționeze energie de aproximativ 1 teraelectronvolts (1 TeV este 1000 GeV).
Pentru a realiza fascicul de energie, chiar mai mare de particule accelerate interacționează cu obiectul fizic sub imagini de studiu, este necesar pentru a dispersa „țintă“ față de „proiectil“. Pentru a aranja aceste grinzi de coliziune de particule care se deplasează unul către celălalt în acceleratoare speciale - Collider. Desigur, densitatea particulelor în fasciculele care se ciocnesc nu sunt la fel de mare ca în materialul fix, „țintă“, de aceea este folosit pentru a crește așa-numitele unități. Această cameră de vid inel, în care „porțiuni“, aruncând particule de accelerație. Unitățile sunt echipate cu un sistem de accelerare, compensarea pierderii de energie a particulelor. Acesta acceleratoare au fost legate de dezvoltarea în continuare a acceleratoare. Ei au construit încă foarte puține, iar acestea sunt situate în țările cele mai dezvoltate - SUA, Japonia, Germania, și Centrul European pentru Cercetare Nucleară, cu sediul în Elveția.
Prin intermediul unor dispozitive speciale - detectori - aceste particule sau urmele înregistrate, traiectoria redusă determină masa particulelor, sarcină electrică, viteza și alte caracteristici. Apoi, printr-o prelucrare matematică complexă a informațiilor primite de la detectoare, calculatoare restaura toate „istoria“ a interacțiunii, și prin compararea rezultatelor măsurătorilor cu modelul teoretic, se încheie coincid cu procesele reale de model construite sau nu. Asta produce noi cunoștințe despre proprietățile particulelor intranucleari.
Cu cat mai mare de energie, care a fost achiziționată în acceleratorul de particule, cu atât mai puternic aceasta afectează atom „țintă“ sau prin contorul de particule în acceleratorului, mai mici vor fi „fragmente“.
Iată ce unul dintre oamenii de știință români - participanții la experiment - candidatul științe fizico-matematice, profesor asociat MEPI Valeriy Mihaylovich Emelyanov:
„Problema este foarte complicată, - continuă Emel'yanov - și matematic - în general incorecte: aceeași distribuție blocabil a impulsului secundar de particule și a vitezei poate fi destul de diferite motive și doar un experiment detaliat, care a implicat detectoare de masă, calorimetre, senzori multiplicitate. contoare de particule încărcate care înregistrează radiația de tranziție, și așa mai există speranță pentru a înregistra diferențele subtile inerente este plasma quarc-gluon. mecanismul de interacțiune a nucleelor cu astfel de energii mari nteresen în sine, dar mai important decât faptul că, în laborator, pentru prima dată, putem explora nașterea universului nostru. "