Техника - молодёжи 1956-08, страница 26

ГИГАНТ УСКОРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

В огромном круглом зале, по форме напоминающем цирк, под грандиозным куполом, поддерживаемом стальными колоннами, размещен синхрофазотрон, на котором протоны будут приобретать энергию в 10 млрд. электрон-вольт.

Глазом трудно охватить все это колоссальное сооружение. Кольцевой электромагнит синхрофазотрона с наружным диаметром, равным 72 м, разделен на четыре части. Каждая часть, каждый квадрант элекгро-1

импульсная установка

-' 1 I-11—11—I h-—

Принципиальная схема безжелезного синхротрона конструкции Г. И. Будкера и А. А. Наумова. 1 — стабильная орбита электронов при их движении в безжелез-ном синхротроне; 2 — внешняя стенка вакуумной камеры, одновременно служащая наружной частью вит-ка, создающего магнитное поле; 3 — внутренняя часть витка; 4 — высоковольтные конденсаторы; 5 — мощный разрядник. Стрелками указан путь тока.

Схема ускорителя, использующего стабилизированный электронный пучок: 1 — полюсные наконечники электромагнита; 2 — стабилизированный электронный пучок; 3 — вакуумная камера.

магнита собраны из отдельных блоков. Всего этих блоков 48. В каждом квадранте — 12 блоков. Блок имеет Ш-об-разную форму. Вес каждого блока — около 800 т. Полюсные наконечники каждого блока служат одновременно нижней и верхней крышками вакуумной камеры. Таким образом, вакуумная камера тоже собрана из отдельных отсеков.

В боковых стойках каждого блока сделаны овальные вырезы, через которые возможен доступ в пространство между стойками блока и вакуумной камерой. Трубопроводы, необходимые для откачки воздуха из камеры, проходят по этим овальным вырезам.

Все детали блоков собраны из листовой стали толщиной в 1 см. Каждый лист электрически изолирован друг от друга.

Между квадрантами электромагнита сделаны промежутки длиною около 8 м. Их четыре, и необходимы они, во-первых, для ввода протонов в вакуумную камеру, во-вторых, для размещения ускоряющих электродов и, в-третьих, для вывода ускоренных протонов из камеры в атмосферу.

В камеру ввода «впрыскиваются» предварительно ускоренные протоны. Предварительное ускорение происходит в специально построенном для этого линейном ускорителе протонов, сообщающем им энергию, равную 9 млн. электрон-вольт. Он расположен в пристройке.

Перед нами начало пути протонов. Отсюда, из-под этого блестящего, отполированного колпака, полетят протоны в свое длинное путешествие. Им ведь придется пролететь за время ускорения, равное примерно 3 сек., путь, в два с половиной раза превышающий расстояние от Земли до Луны.

В ионном источнике газообразный водород освобождается от электронных оболочек, ионизируется. «Го

лые» ядра водорода — протоны — влетают в ускоряющую трубку, так называемый форинжектор. Здесь они под действием высокого напряжения приобретут энергию около 600 тыс. электрон-вольт, а потом уже попадут в линейный ускоритель. Пролетая через его дрейфовые трубки, протоны увеличат свою энергию уже до 9 млн. электрон-вольт.

Затем они устремляются по изогнутой трубе в камеру. Изгиб их траектории и точная «посадка» протонов на орбиту синхрофазотрона достигаются с помощью целой системы магнитов, электрических линз, поворачивающихся электродов. Управляя всеми этими аппаратами, оператор сможет очень точно перемещать вводимые в камеру протоны.

Пролетев в вакууме четверть окружности, протоны окажутся около первого ускоряющего электрода, выполненного в виде широкой трубы. Здесь они получат первый прирост энергии, на 1100 электрон-вольт.

Высокочастотное электрическое напряжение подается на этот электрод от специального мощного коротковолнового генератора. Частота его в процессе ускорения постепенно и плавно увеличивается от 0,182 до 1,45 мегагерц. Закон изменения частоты со временем должен соблюдаться очень строго, так как для ускорения протонов в синхрофазотроне необходимо, чтобы каждому значению магнитного поля в зазоре электромагнита (а оно, как мы уже говорили, должно постепенно нарастать) соответствовало вполне определенное значение частоты ускоряющего электрического поля. Пока протон имеет сравнительно небольшую энергию, магнитное поле имеет малую величину и ее вполне достаточно для заворачивания этого «слабенького» протона. Частота ускоряющего поля также еще невелика, так как протон пока что летит с небольшой скоростью и подгонять его приходится реже. Когда же энергия протона возрастет, то придется уже компенсировать и увеличение его массы, да и почаще подгонять его. Магнитное поле тоже придется увеличить, так как «своротить» более быстрый протон с его «дороги» будет труднее.

Пролетев еще половину окружности, протоны подойдут по второму ускоряющему электроду, где получат вторую порцию энергии в 1100 электрон-вольт. Таким образом, за каждый оборот протоны получат прирост энергии в 2,2 килоэлектрон-вольта.

Протоны, набравшие к концу ускорительного цикла энергию в 10 млрд. электрон-вольт, будут использованы физиками для новых замечательных исследований.

10 млрд. электрон-вольт — это уже космическая энергия. До сих пор люди наблюдали частицы с такой энергией только в космических лучах, приходящих на Землю из глубины вселенной, где частицы обладают энергиями примерно от 10 до 100 млрд. электрон-вольт. Встречаются там частицы и с еще большими энергиями.

Изучение свойств антипротонов, обнаружение антинейтронов, образование гиперонов и гиперфрагментов — загадочных частиц, найденных недавно в космических лучах, изучение так называемых каскадно-ядерных процессов, дальнейшее исследование свойств «элементарных» частиц — протонов, нейтронов, изучение воздействия протонов, мезонов, гиперонов на сложные атомные ядра — вот неполный перечень проблем, которые будут решать на этом синхрофазотроне физики Объединенного института ядерных исследований, которому Советское правительство передало как этот ускоритель, так и фазотрон на энергию 680 млн. электрон-вольт, о котором мы уже рассказывали.

Закончился ускорительный цикл. Протоны с помощью специальной системы выведены из камеры ускорителя и, пройдя через коллиматоры, попали в экспериментальный зал, отделенный от ускорителя восьмиметровой бетонной стеной. Тут будут расставлены различные экспериментальные физические при