Техника - молодёжи 1956-01-02, страница 18

промежуток во-время, то-есть в те моменты времени, когда к ускоряющему промежутку приложено максимальное амплитудное значение ускоряющей разности потенциалов, но и некоторая часть «опоздавших» частиц. Было точно доказано, что в процессе ускорения эти частицы постепенно уменьшают свое «опоздание» и к концу цикла ускорения набирают расчетную максимальную энергию на равных правах с частицами, начавшими свой бег по спиральной траектории без опозданий.

Открытие и применение этого принципа автофазировки сразу расширило возможности ускорительной техники. Предельная энергия заряженных частиц, получаемых в циклических ускорителях, передвинулась с десятков миллионов электрон-вольт в область десятков миллиардов электрон-вольт.

Ускорители, в которых для управления траекториями ♦частиц применяется постоянное магнитное поле, а для ускорения частиц используется переменное электрическое поле с изменяющейся частотой, называются фазотронами, или синхроциклотронами.

САМЫЙ МОЩНЫЙ В МИРЕ ФАЗОТРОН

Самый большой в мире фазотрон построен и работает в Советском Союзе, в Институте ядерных проблем Академии наук СССР.

Расположен фазотрон в специально для него построенном здании. В главном корпусе размещено основное оборудование фазотрона: гигантский электромагнит весом около 7 тыс. т, с диаметром полюсов, равным 6 м, ускорительная вакуумная камера, вариатор, высокочастотный генератор, питающий ускоряющие электроды, огромные вакуумные насосы и другие устройства. В основную часть зала выходит только верхняя часть магнита фазотрона и некоторая часть его оборудования. Под металлическим полом — в цокольном этаже здания— целый лес труб, кабелей, медных шин, вентиляционных коробов и многое другое оборудование.

Управление всеми агрегатами, находящимися в главном зале фазотрона, осуществляется на расстоянии, из другого корпуса. В этом же корпусе размещена электростанция и мотор-генераторы, вырабатывающие постоянный ток для питания обмоток электромагнита.

Проследим путь движения частиц в фазотроне. Водород из обычного стального баллона, пройдя через систему, очищающую его от загрязнений, по трубочке подходит к специальному штоку — трубе из нержавеющей стали. На конце этой трубы, которая при работе фазотрона задвинута вглубь камеры, помещается ионный источник. К нему подведено необходимое электропитание, вода для охлаждения и газ, подвергающийся ионизации, — водород. Выходное отверстие ионного источника точно совмещено с центром магнитного поля фазотрона. Вылетевшие из ионного источника протоны подхватываются магнитным полем, их траектории искривляются, и они попадают в ускоряющий промежуток. Попав в него, протоны получают первую порцию энергии и начинают разгоняться. При этом протоны много раз проходят через ускоряющий промежуток, получая при каждом прохождении новую порцию энергии. Вариатор своей работой будет в течение всего времени ускорения автоматически подправлять частоту ускоряющего электрического поля и обеспечивать тем самым нормальную работу ускорителя.

Скорость протонов в процессе ускорения возрастает с нескольких километров до 240 тыс. км в секунду, вследствие чего энергия ускоренных протонов достигает 680 млн. электрон-вольт. На этом фазотроне можно также ускорить дейтероны до энергии 420 млн. электрон-вольт и альфа-частицы — до энергии 840 млн. электрон-вольт.

С помощью оригинального выводного устройства пучок ускоренных частиц из камеры фазотрона выводится в атмосферу, образуя нечто вроде широкого расходящегося веера. Для экспериментов такая форма пучка

неудобна. Поэтому из этого широкого веера частиц вырезают только некоторую его часть, предварительно пропустив такой пучок через магнитное поле специального магнита, которое как бы «очищает» пучок от ненужных, лишних для экспериментатора частиц. «Очищение» основано на том, что все ненужные частицы отклоняются магнитным полем в сторону и не попадают в отверстия так называемых коллиматоров.

В каждом коллиматоре имеется набор длинных стальных труб разного диаметра, которые могут вставляться одна в другую. Таким путем можно установить нужную Для данного опыта величину отверстия в коллиматоре.

Главный зал фазотрона отделен от других помещений толстыми бетонными стенами, которые нужны для того, чтобы защитить от потока ускоренных частиц и порождаемых ими вторичных частиц — мезонов, нейтронов, гамма-квантов — как людей, так и физические приборы. Эти мешающие потоки создают излишний и вредный фон, снижающий точность измерений. В толще защитной бетонной стены имеется узкая амбразура — щель, в которую и заложены коллиматоры. Их несколько, и расположены они под разными углами к выведенным пучкам ускоренных частиц. Пространство между коллиматорами плотно, без промежутков заполнено чугунными и свинцовыми кирпичами. В помещение для физических экспериментов, расположенное за защитной бетонной стеной, частицы могут проникнуть только через отверстия коллиматоров. Против их выходных отверстий расположены различные физические приборы: газовые и люминесцентные счетчики, камеры Вильсона, диффузионные камеры, специальные фотопленки. Располагаются они эшелонированно, друг за другом. Приборы управляются дистанционно, так как во время работы фазотрона в этом помещении людям оставаться нельзя. Физик, находящийся в безопасном помещении, по своему усмотрению может заменять мишени, менять их расположение и т. д.

Буквально каждый день работы физиков на ускорителях заряженных частиц приносит новые и новые результаты большой научной ценности. Изучение взаимодействия «элементарных» частиц высокой энергии с ядрами и между собой, изучение свойств мезонов, получение на ускорителях тяжелых мезонов и гиперонов — частиц, ранее наблюдавшихся только в космических лучах, получение новых радиоактивных изотопов, изучение строения атомного ядра с помощью ускоренных электронов, уточнение структуры протона, наблюдение множественных процессов рождения мезонов и, наконец, открытие антипротона и изучение его свойств — вот краткий перечень областей ядерной физики, для которых на ускорителях заряженных частиц в различных странах накапливается богатейший экспериментальный материал.

Плодотворное развитие принципа автофазировки привело к появлению новых типов ускорителей заряженных частиц — синхротронов и синхрофазотронов, в которых для управления движением заряженных частиц применяется не постоянное, а переменное магнитное поле. Это позволило увеличить предельную энергию ускоряемых частиц до десятков миллиардов электрон-вольт. В США в настоящее время построены два больших синхрофазотрона для ускорения протонов до энергии 2,3 и 6 млрд. электрон-вольт. В Советском Союзе заканчивается монтажем самый большой в мире синхрофазотрон для ускорения протонов до энергии 10 млрд. электрон-вольт. Это будет колоссальное сооружение. Достаточно сказать, что электромагнит этого синхрофазотрона весит 36 тыс. т. Диаметр этого магнита, выполненного в виде кольца, около 60 м. В процессе ускорения в этом синхрофазотроне протоны пройдут по орбите путь, длина которого будет в 2,5 раза больше расстояния от Земли до Луны.

Этот новый ускоритель, бесспорно, позволит советским ученым разгадать новые тайны строения вещества.

НОВОЕ В КРИМИНАЛИСТИКЕ

Изошутка В. НАЩЕННО 16