Синхрофазотрон музичний інструмент. Як це зроблено, як це працює, як це влаштовано. Застосування у військових цілях

(Опубліковано у книзі «Дослідження з історії фізики та механіки. 2009–2010 / Ін-т історії природознавства та техніки ім. С.І. Вавілова РАН: відп. ред. Г.М. Ідліс. – М.; Фізматліт, 2010. - 480с.)
Затверджено до друку Вченою порадою
Інституту історії природознавства та техніки ім. С.І. Вавілова РАН

Анотація

У статті розглядається історія створення першого в Радянському Союзі синхрофазотрона, який був запущений у березні 1957 року в Дубні. Ця тема вперше представлена у логічно завершеному вигляді. Наводяться дані, які спростовують деякі загальновизнані факти історії створення легендарного прискорювача.

Передмова

Ця стаття присвячена створенню дубненського синхрофазотрону. Мій батько, Леонід Петрович Зінов'єв, був одним із його основних творців. Більше того, він був керівником його запуску. Коли я була маленькою, і мене питали, хто мої батьки, то я з гордістю відповідала: «Моя мама – лікар, а тато – інженер. Він робить електричні лампочки». Робити електричні лампочки на той час здавалося мені верхи гордості. У старших класах школи я дізналася, які "лампочки" робив батько. А, ставши зовсім, зовсім дорослою, мені стало цікаво, «звідки є, пішов синхрофазотрон». Так народилася ця стаття.

Синхрофазотрон є одним із видів прискорювачів. Прискорювачі – це установки, у яких атомні частки розганяють до величезних енергій. За результатами їх зіткнень з іншими атомними частинками фізики судять про будову та властивості матерії. Будь-який прискорювач характеризується двома важливими параметрами – енергією прискорених частинок та інтенсивністю, тобто кількістю частинок у пучку. Енергія визначає силу взаємодії частинок, а інтенсивність – ймовірність зіткнення частинок. Конструкція прискорювачів залежить від виду частинок, що прискорюються.

Фото Н.Горелова

Синхрофазотрон у Дубні, пущений у березні 1957 року, став першим прискорювачем такого типу в Радянському Союзі та четвертим у світі, одразу став рекордним у світі. Перші три прискорювачі розподілилися наступним чином: у Брукхейвені (США) «Коглядон» (3 ГеВ) (1952), у Бірмінгамі (Англія) (1ГеВ) (1953) та в Берклі (США) «Беватрон» (6,3 Гев) ( 1954). Максимальна енергія протонів дубненського синхрофазотрону становила 10 ГеВ. Тоді ця подія вразила весь світ, і слово «синхрофазотрон» міцно увійшло наше життя.

Сьогодні, коли з документів дубненського синхрофазотрона частково знято гриф секретності, можна простежити логічний ланцюжок подій, що призвів до його створення.

Збільшення енергії прискорених частинок у прискорювачах сприяє глибшому проникненню в таємниці світобудови, тому кожен крок значного підвищення цієї енергії є великим науковим досягненням. Першими такими кроками в історії розвитку прискорювачів стали винаходи циклотрону для прискорення протонів та бетатрону для прискорення електронів. Вперше ідея циклотрону містилася в патентній заявці Сциларда, що відноситься приблизно до 1928 року. Незважаючи на це, методика циклотрону пов'язана виключно з ім'ям Лоуренса, під керівництвом якого до 1932 вона була здійснена практично. За це у 1939 році Лоуренс був удостоєний Нобелівської премії. Бетатрон у 1940 році побудував Керст за ідеєю Відероє.

Про необхідність створення в Радянському Союзі серйозної прискорювальної бази було вперше заявлено на урядовому рівні у березні 1938 року. Група дослідників Ленінградського фізико-технічного інституту(ЛФТІ) на чолі з академіком О.Ф. Іоффе звернулася до голови РНК СРСР В.М. Молотову з листом, у якому пропонувалося створити технічну базу для досліджень у галузі будови атомного ядра. Тоді питання будови атомного ядра стали однією з центральних проблем природознавства, а їх вирішенні Радянський Союз значно відставав. Наприклад, в Америці налічувалося принаймні п'ять працюючих циклотронів, а в Радянському Союзі не було жодного (єдиний циклотрон Радієвого інституту АН (РІАН), пущений у 1937 році, через явні дефекти проектування практично не працював). Звернення до Молотова містило прохання створити умови для закінчення до 1 січня 1939 споруди циклотрону ЛФТІ. p align="justify"> Робота з його створення, розпочата в 1937 році, була призупинена через відомчі проблеми і припинення фінансування.

Дійсно, в момент написання листа в урядових колах країни було явне нерозуміння актуальності досліджень у галузі атомної фізики. За спогадами М.Г. Мещерякова, в 1938 році навіть постало питання про ліквідацію Радієвого інституту, який, на чиюсь думку, займався нікому не потрібними дослідженнями урану і торію, тоді як країна прагнула збільшити видобуток вугілля та виплавку сталі.

Лист до Молотову подіяло, і вже у червні 1938 року комісія від Академії наук СРСР, яку очолив П.Л. Капіца, на запит уряду дала висновок про необхідність будувати циклотрон ЛФТІ на 10–20 МеВ залежно від типу частинок, що прискорюються, і вдосконалювати циклотрон РІАН.

На початку листопада 1938 року С. І. Вавілов звернувся до Президії АН із пропозицією побудувати циклотрон ЛФТІ в Москві. Для цього пропонувалося перевести з ЛФТІ до Фізичного інституту АН (ФІАН) лабораторію І.В. Курчатова, яка займалася створенням циклотрону.
С.І. Вавілов хотів, щоб центральна лабораторія з вивчення атомного ядра розташовувалась там же, де і Академія наук, тобто в Москві. Ці пропозиції Президія АН СРСР затвердила 25 листопада 1938 року у своїй постанові «Про організацію в Академії наук робіт із дослідження атомного ядра». Це викликало різке неприйняття ЛФТІ. А.Ф. Іоффе опротестував таке рішення у зверненні до Президії, а А.І. Алиханов із І.В. Курчатовим у листі до В.М. Молотова. Однак Президія наполягала на своєму рішенні. Активну позицію проти будівництва другого циклотрону у Ленінграді зайняв вчений секретар Ядерної комісії В.І. Векслер.

Суперечки закінчилися наприкінці 1939 року, коли А.Ф. Іоффе запропонував створити відразу три циклотрони. 30 липня 1940 року на засіданні Президії АН СРСР було вирішено доручити РІАНу поточного року дообладнати діючий циклотрон, ФІАН до 15 жовтня підготувати необхідні матеріализ будівництва нового потужного циклотрону, а ЛФТІ закінчити будівництво циклотрону у першому кварталі 1941 року.

У зв'язку з цим рішенням у ФІАН створили так звану циклотронну бригаду, до якої увійшли В.І. Векслер, С.М. Вернов, П.А. Черенков, Л.В. Грошев та Є.Л. Фейнберг. 26 вересня 1940 року Бюро Відділення фізико-математичних наук (ОФМН) заслухало інформацію В.І. Векслера про проектне завдання на циклотрон, схвалило його основні характеристики та кошторис на будівництво. Циклотрон розрахований на прискорення дейтронів до енергії 50 МеВ. ФІАН планував розпочати його будівництво в 1941 році і пустити в 1943-му. Намічені плани порушила війна.

Але незабаром гостра необхідність створення атомної бомби змусила Радянський Союз мобілізувати зусилля у дослідженні мікросвіту. Один за одним збудували два циклотрони в Лабораторії № 2 у Москві (1944, 1946 роки), у Ленінграді після зняття блокади відновили циклотрони РІАН та ЛФТІ (1946 рік).

Однак ще до початку 1940-х років стало ясно, що можливості енергії, як циклотрону, так і бетатрону, були вичерпані. Максимальна енергія прискорюваних протонів у циклотроні в середньому була близько 20 МеВ, а електронів у бетатроні – близько 100 МеВ. Для подальших досліджень мікросвіту потрібно збільшення енергії прискорених частинок, тому гостро постало завдання пошуку нових методів прискорення.

Її рішення не змусило довго чекати. 1944 року в журналах «Доповіді Академії наук» було опубліковано дві статті В.І. Векслера з пропозиціями, як підвищити енергію електронів, що прискорюються. Йшлося про прискорювачі, які отримали надалі назви мікротрону та синхротрону. У березні 1945 року в журналі "Jornal of Phisics" Векслер опублікував нову статтю, в якій поряд з вже відомими запропонованими ним прискорювачами електронів, було показано, як підвищити енергію протонів, що прискорюються. В основі всіх пропозицій Векслера лежала та сама ідея так званого методу синхронізації.

Найважливішим моментом у статтях Векслера було підтвердження стійкості запропонованих їм методів прискорення частинок, що означало можливість їх використання. Відповідно до термінології прискорювачів Векслер назвав цю стійкість автоматичним фазуванням, або автофазуванням. Тому згодом його ідею синхронізації почали називати принципом автофазування.

Через рік ідею синхронізації для прискорення електронів із доказом стійкості такого процесу незалежно від Векслера запропонував американський фізик Е. МакМіллан. Він запропонував і назву нового прискорювача – синхротрон. Проте пріоритет зберігся за Векслер.

Таким чином, в історію прискорювачів Векслер увійшов одноосібним автором принципу автофазування, оскільки роботи з цього питання були опубліковані ним лише за його прізвищем без посилань на інших авторів. Насправді, як з'ясувалося багато років потому, у Векслера був співавтор – Євген Львович Фейнберг, фізик-теоретик циклотронної бригади. Саме він звернув увагу Векслера на необхідність розгляду питання про стійкість запропонованих нових способів прискорення, і, головне, сам суворо математично довів їх стійкість. Це було використано Векслером у його статтях без будь-яких згадок Фейнберга. Таким чином, у словосполученні «принцип автофазування» Векслер належить «принцип», тобто ідея, як прискорювати релятивістські частки, а Фейнбергу – «автофазування», тобто доказ стійкості процесу прискорення за ідеєю Векслера. Тому, говорячи про принцип автофазування, правильно, а головне, справедливо, говорити про двох його співавторів: В.І. Векслер і Є.Л. Фейнберг.

Принцип автофазування відкрив нову грандіозну епоху у розвитку прискорювачів. Щоправда, слід зазначити, що у прискорювачах, заснованих на цьому принципі, у явному вигляді виявилося «правило важеля» – виграш енергії спричинив програш в інтенсивності пучка прискорених частинок. На цей неприємний момент відразу звернули увагу на сесії Відділення фізико-математичних наук 20 лютого 1945 року, проте тоді всі одностайно дійшли висновку, що ця обставина в жодному разі не повинна перешкоджати його реалізації. Хоча, до речі, боротьба за інтенсивність згодом постійно докучала прискорювачам.

На тій же сесії на пропозицію президента Академії наук СРСР С.І. Вавілова було прийнято рішення - негайно будувати два типи прискорювачів, заснованих на принципі автофазування. Один – для прискорення протонів, згодом названий синхроциклотрон, інший – електронів, названий синхротроном. 19 лютого 1946 року Спеціальний комітет при Раднаркомі СРСР доручив відповідній комісії розробити їхні проекти із зазначенням потужності, термінів виготовлення та місця будівництва. (Від створення циклотрону у ФІАН відмовилися).

В результаті 13 серпня 1946 одночасно вийшло дві постанови Ради міністрів СРСР, підписані Головою Ради міністрів СРСР І.В. Сталіним та Управляючим справами Ради міністрів СРСР Я.Є. Чадаєвим. Одне створення синхроциклотрону на енергію дейтронів 250 МеВ, інше – синхротрону на енергію 1 ГеВ . Енергія прискорювачів насамперед диктувалася політичним протистоянням навіть СРСР. У вже створювалися синхроциклотрон на енергію дейтронів близько 190 МеВ і синхротрон на енергію 250-300 МеВ. Вітчизняні прискорювачі з енергії мали перекрити американські.

З синхроциклотроном пов'язували надії на відкриття нових елементів, нових способів отримання атомної енергії з більш дешевих джерел, ніж уран. За допомогою синхротрона мали намір отримувати штучним шляхом мезони, які, як передбачали радянські фізики на той час, здатні викликати розщеплення ядер.

Обидві ухвали вийшли з грифом «Цілком таємно (особлива папка)», оскільки будівництво прискорювачів йшло в рамках засекреченого проекту створення атомної бомби. Самі собою прискорювачі прямого відношення до бомби не мали, але з їхньою допомогою сподівалися отримати точну теорію ядерних сил, необхідну її розрахунків. Тоді такі розрахунки проводилися лише з використанням великого набору наближених моделей. Але все виявилося не так просто, як думалося спочатку, і слід зауважити, що така теорія не створена досі.

Постанови визначили місця будівництва прискорювачів: синхротрона – у Москві, на Калузькому шосе (нині Ленінський проспект), біля ФІАНу; синхроциклотрон – в районі Іваньківської ГЕС за 125 кілометрів на північ від Москви (тоді Калінінська область). Спочатку створення обох прискорювачів доручили ФІАН. Керівником робіт із синхротрону було призначено В.І. Векслер, а, по синхроциклотрону – Д.В. Скобельцин.

Через півроку керівник атомного проекту І.В. Курчатов, незадоволений ходом робіт зі створення фіанівського синхроциклотрону
, перевів цю тему до своєї Лабораторії № 2 . Її новим керівником призначив М.Г. Мещерякова, звільнивши його від роботи в ленінградському Радієвому інституті. Під керівництвом М.Г. Мещерякова в Лабораторії №2 створили модель синхроциклотрону, яка вже експериментально підтвердила правильність принципу автофазування. У 1947 році почали будувати прискорювач у Калінінській області.

14 грудня 1949 року під керівництвом М.Г. Мещерякова синхроциклотрон успішно пустили в намічений термін. Він став першим у Радянському Союзі прискорювачем такого типу, перекривши енергію створеного наприкінці 1946 аналогічного прискорювача в Берклі (США). Радянський синхроциклотрон залишався рекордним аж до 1953 року.

Спочатку лабораторія, заснована з урахуванням синхроциклотрона, з метою секретності називалася Гідротехнічної лабораторією АН СРСР (ГТЛ) і була філією Лабораторії № 2. У 1953 року її перетворили на самостійний Інститут ядерних проблем АН СРСР (ІЯП), який очолив М.Г. Мещеряків.

Створення синхротрона з низки причин не вдалося здійснити. По-перше, через непередбачені труднощі довелося побудувати два синхроноти на менші енергії - 30 і 250 МеВ. Їх розташували біля ФІАНу, а синхротрон на 1 ГеВ вирішили будувати поза Москви. У червні 1948 року йому виділили місце за кілька кілометрів від синхроциклотрона, що вже будується, в Калінінській області. Але й там його так і не збудували, оскільки перевагу віддали прискорювачу, запропонованому академіком Української Академії наук Олександром Іллічем Лейпунським. Сталося це в такий спосіб.

1946 року А.І. Лейпунський на основі принципу автофазування висунув ідею про можливість створення прискорювача, в якому поєднувалися б особливості синхротрону та синхроциклотрону. Це дозволяло значно збільшити енергію протонів, що прискорюються, в порівнянні з синхроциклотроном. Згодом Векслер назвав такий тип прискорювача синхрофазотроном. Назва стає зрозумілою, враховуючи, що синхроциклотрон спочатку називали фазотроном. При об'єднанні слів «синхротрон» та «фазотрон» виходив «синхро-фазотрон».

Згодом Векслер визнав, що ініціатором створення прискорювача на кшталт синхрофазотрона у Радянському Союзі був А.І. Лейпунський. Слід звернути увагу, що йдеться саме про Радянський Союз. Тому що ще до пропозиції Лейпунського і, що особливо цікаво, до опублікування робіт Векслера за принципом автофазування (!), в Англії в 1943 професором Бірмінгамського університету М. Оліфантом був запропонований прискорювач синхрофазотронного типу. Внаслідок обмежень воєнного часу ця пропозиція тоді не була опублікована. Після війни у Бірмінгемі почали розробляти створення найпершого у світі синхрофазотрона. У 1947 році в США також розпочали розробку синхрофазотрона.

З усіх типів прискорювачів, заснованих на принципі автофазування, синхрофазотрон у технічному відношенні найбільш складний, і тоді багато хто сумнівався у можливості його створення. Але Лейпунський, впевнений, що все вийде, сміливо взявся до реалізації своєї ідеї.

О.Д. Козачковський, заступник А.І. Лейпунського

1947 року в Лабораторії «В» поблизу станції Обнінське (нині місто Обнінськ) під його керівництвом спеціальна прискорювальна група розпочала розробку прискорювача. Першими теоретиками синхрофазотрона стали Ю.А. Крутков, О.Д. Козачковський та Л.Л. Сабсович. Поруч із розвитком теорії нечисленний інженерний склад прискорювальної групи займався розробкою окремих вузлів, необхідні моделі майбутнього прискорювача.

У лютому 1948 року А. І. Лейпунський взяв участь у закритій конференції з прискорювачів, де крім міністрів були присутні А.Л. Мінц, відомий уже на той час фахівець з радіотехніки, головні інженери ленінградських заводів «Електросила» та Трансформаторного. Усі вони запевнили Лейпунського, що запропонований їм прискорювач можна зробити. Така підтримка надихнула Лейпунського розпочати негайно роботу зі створення дослідної установки, в якій можна було змоделювати вже весь процес прискорення протонів. Він наказав своєму заступнику О.Д. Козачковському першим залучити до цієї роботи Л.П. Зінов'єва.

Будівля Лабораторії "В" (нині ФЕІ). Прискорювальна група розташовувалась у правому крилі. Модель розташували у прибудові 10х10 м за правим крилом.

На той момент Зінов'єв займався розробкою іонного джерела та високовольтних імпульсних схем для живлення інжектора моделі майбутнього прискорювача [Неопубліковані спогади Л.П. Зінов'єва]. Лейпунський одразу звернув увагу на грамотного та творчого інженера. Зінов'єв очолив експерименти зі створення чинної моделі майбутнього прискорювача. Тоді ніхто не міг припустити, що, ставши одним з першопрохідників у роботі з втілення ідеї синхрофазотрона в життя, Зінов'єв виявиться єдиною людиною, яка пройде всі етапи його створення та вдосконалення. І не просто минеться, а очолить їх.

До групи Зінов'єва входив інженер фон Ерцен із числа німецьких співробітників, залучених Радянським Союзом після закінчення Великої Вітчизняної війнидля участі в атомному проекті [Лист О.Д. Козачковського Л.Л. Зінов'євої від 16. 11. 2003].

Л.П. Зінов'єв під час роботи у Лабораторії «В» (1948 р.)

Розрахунки підтвердили правильність ідеї Лейпунського щодо створення прискорювача типу синхрофазотрона. До того ж у Радянському Союзі тоді вже стало відомо, що розвиток протонних прискорювачів у США також пішов цим шляхом. На початку 1949 року було складено технічні вимоги до основних елементів прискорювача на енергію протонів 1,3–1,5 ГеВ, було змонтовано і готова до пуску мала досвідчена модель . Для розміщення моделі було споруджено спеціальну прибудову до основної будівлі лабораторії із залом 10х10 метрів [Письмове повідомлення О.Д. Козачковського]. До березня 1949 року Лейпунський мав надати ескізний проект синхрофазотрона на енергію 10 ГеВ.

І раптом у 1949 році, у самий розпал робіт, уряд вирішив передати розпочату роботу з синхрофазотрону у ФІАН. Навіщо? Чому? Адже ФІАН вже був зайнятий створенням синхронтрона на 1 ГеВ! Та в тому й річ, що обидва проекти – і синхрофазотрона на 1,5 ГеВ, і синхротрона на
1 ГеВ - були занадто дорогими, і постало питання про їх доцільність. Остаточно його дозволили на одному зі спеціальних засідань у ФІАН, де зібралися провідні фізики країни. Вони вважали за непотрібне спорудження синхротрону на 1 ГеВ через відсутність великого інтересу до прискорення електронів. Головним опонентом такої позиції був М.А. Марків. Основний його аргумент полягав у тому, що вивчати і протони, і ядерні сили набагато ефективніші за допомогою вже добре вивченої електромагнітної взаємодії. Однак відстояти свою думку йому не вдалося, і позитивне рішення виявилося на користь проекту Лейпунського.

При цьому руйнувалася заповітна мрія Векслера побудувати найбільший прискорювач. На його думку, таким мав стати синхротрон на 1 ГеВ. З ситуацією, що склалася, Векслер не захотів миритися. За підтримки С.І. Вавілова він запропонував відмовитися від проекту спорудження синхрофазотрона на 1,5 ГеВ, який очолював Лейпунський, і приступити одночасно до проектування прискорювача на 10 ГеВ, раніше дорученого також А.І. Уряд прийняв цю пропозицію, оскільки у квітні 1948 року стало відомо про проект синхрофазотрона на 6–7 ГеВ у Каліфорнійському університеті, і, хотілося, хоч на якийсь час опинитися попереду США.

2 травня 1949 року вийшла ухвала Ради міністрів СРСР про створення синхрофазотрона на енергію 7-10 ГеВ на території, раніше відведеної для синхротрона. Тему синхрофазотрона з Лабораторії «В» перевели до ФІАНу, а її науково-технічним керівником призначили В.І. Векслера, хоча справи у Лейпунського йшли цілком успішно.

Пояснити це можна, по-перше, тим, що Векслер вважався автором принципу автофазування, і, за спогадами сучасників, йому дуже вподобав Л.П. Берія. Ймовірно, на нього справило враження єдиного виступу Векслера у Кремлі, присвяченого принципу автофазування та можливості створення на його основі нових прискорювачів. По-друге, С.І. Вавілов був на той час не лише директором ФІАНу, а й президентом АН СРСР. Лейпунському запропонували стати заступником Векслера, але він відмовився і надалі у створенні синхрофазотрона не брав участі. За словами О.Д. Козачковського, «ясно було, що два ведмеді в одному барлозі не вживуться». Згодом А.І. Лейпунський та О.Д. Козачковський стали провідними спеціалістами з реакторів і у 1960 році за роботу в цій галузі були удостоєні Ленінської премії.

У ухвалі був пункт про переведення на роботу до ФІАН співробітників Лабораторії «В», які займалися розробкою прискорювача, а також про передачу відповідного обладнання. А передавати було що – роботу над прискорювачем у Лабораторії «В» на той час довели до стадії моделі та обґрунтування основних рішень.

В.А. Пєтухов, заступник В.І. Векслера

У ФІАН у групу зі створення синхрофазотрона від Лейпунського перейшли вісім співробітників, зокрема професор В.А. Півень, який був призначений заступником Векслера.

Л.П. Зінов'єв із двома іншими співробітниками, А.В. Куценко та Є.П. Овчініковим, дуже не хотіли йти від Лейпунського, який був чудовим керівником та чудовою людиною. Однак розмова на цю тему з Векслером була коротка і неприємна, після чого вони відмовилися від витівки залишитися в Обнінську і погодилися на перехід у ФІАН.

З початком роботи над створенням синхрофазотрона у ФІАН ім'я Лейпунського у зв'язку з цим прискорювачем офіційно було віддано повному забуттю. Як і у разі відкриття автофазування головним ініціатором і творцем синхрофазотрона в Радянському Союзі в історію прискорювачів несправедливо увійшов тільки Векслер.

Теоретичні та експериментальні результати, отримані в Лабораторії "В", були частково використані при проектуванні синхрофазотрона на 10 ГеВ у ФІАН. Однак підвищення енергії прискорювача вимагало значних доопрацювань. Проблеми у цьому дуже великою мірою посилювалися тим, що у той час у світі був відсутній досвід спорудження таких великих установок .

У створенні синхрофазотрона виділилося три основні напрямки – фізика прискорення, радіотехнічний та електротехнічний.

Теоретичну частину напряму фізики прискорення очолив М.С. Рабінович. Під його керівництвом у ФІАН зробили фізичне обґрунтування технічного проекту.

Безпосереднє керівництво інженерно-технічної частиною напряму фізики прискорення Векслер поклав Л.П. Зінов'єва. Таке рішення було цілком зрозуміло, оскільки Зінов'єв був уже добре знайомий із проблемою роботи в Лабораторії Лейпунського. Тому думка про заслугу Векслера, який зумів знайти людину в особі Зінов'єва, що вдало втілила в реальність ідею синхрофазотрона, помилково. Векслер не знайшов Зінов'єва, а отримав його автоматично із групи Лейпунського.

Колективи радіотехнічного та електротехнічного напрямів також не довелося створювати наново, оскільки вони вже раніше були задіяні у роботі зі створення синхрофазотрону в Лабораторії «В».

Радіотехнічним напрямом займалася московська Лабораторія Академії наук під керівництвом О.Л. Мінця (РАЛАН), що згодом стала Радіотехнічним інститутом, а електротехнічним – ленінградський НДІ, очолюваний Є.Г. Комар.

Для отримання необхідного досвіду вирішили збудувати модель синхрофазотрона на енергію 180 МеВ. Її розташували біля ФІАНу у спеціальному будинку, яке з міркувань секретності назвали складом № 2. На початку 1951 року всі роботи з моделі, включаючи монтаж устаткування, налагодження і комплексний її пуск, Векслер поклав Зиновьева .

Фіанівська модель не була малюткою – її магніт діаметром чотири метри важив 290 тонн [Письмове повідомлення А.А. Комара]. Згодом Зінов'єв згадував, що коли зібрали модель відповідно до перших розрахунків і спробували її пустити, спочатку нічого не працювало. Довелося подолати безліч непередбачених технічних труднощів, перш ніж модель запустили. Коли 1953 року це сталося, Векслер сказав: «Ну, все! Іваньківський синхрофазотрон працюватиме!» . Йшлося про великий синхрофазотрон на 10 ГеВ, який вже почали споруджувати 1951 року в Калінінській області. Будівництво здійснювала організація під кодовою назвою ТДС-533 (Технічна дирекція будівництва 533).

Незадовго до запуску моделі наприкінці 1952 року в популярному американському журналі Scientific American несподівано з'явилося коротке повідомленняпро нову конструкцію магнітної системи прискорювача, названої жорстко фокусуючої [ А.А. Тяпкін.Неопублікована автобіографія]. Ця конструкція дозволяла значно зменшити переріз вакуумної камери. В результаті економилася велика кількість заліза, що йде на будівництво магніту. Наприклад, прискорювач у Женеві на енергію 30 ГеВ, заснований на жорсткому фокусуванні, має втричі більшу енергію та втричі більшу довжину кола, ніж дубненський синхрофазотрон, а його магніт у десять разів легший! .

Конструкцію магнітів жорсткого фокусування запропонували та розробили американські вчені Курант, Лівінгстон та Снайдер у 1952 році. За кілька років до них те саме вигадав, але не опублікував Крістофілос.

Відразу після публікації у «Scientific American» ідеї жорсткого фокусування М.С. Козодаєв, який працював у ГТЛ у М.Г. Мещерякова, доручив молодому тоді співробітнику А.А. Тяпкіну глибоко розібратися з новим винаходом. До честі Тяпкіна він швидко вирішив доручену завдання, застосувавши для кільцевого магніту рішення П.Л. Капицею завдання про маятник, що вібрує. За розпорядженням І.В. Курчатова рішення, отримане Тяпкіним, обговорювалося під час засідання наукової секції у Міністерстві середнього машинобудування, яке відбулося на початку березня 1953 року. На це засідання було запрошено В.І. Векслер зі своєю групою теоретиків у складі А.А. Коломенського, В.А. Пєтухова та М.С. Рабіновича. Тоді всі вони висловили думку про ненадійність методу жорсткого фокусування через резонанси щодо високих гармоніків.

Зінов'єв відразу оцінив винахід нової системи і запропонував Векслеру перепроектувати дубненський синхрофазотрон. Але для цього довелося б поступитися часом. Векслер сказав тоді: Ні! Хоч на один день, але ми маємо виявитися попереду американців» [Приватне повідомлення Л.П. Зінов'єва]. І великий прискорювач продовжили будувати за раніше розробленим проектом.

Модель зіграла важливу роль як відпрацювання принципово важливих моментів у роботі великого прискорювача, а й у підготовки кадрів до майбутніх робіт у ньому. У роботі на моделі брали участь молоді фахівці, які щойно закінчили інститути. Векслер надавав цьому питанню велике значення, і при наборі молодих фахівців для роботи на синхрофазотроні багатьох, хоча б на короткий час, посилав модель для ознайомлення з роботами на прискорювачі.

У 1953 році на базі синхрофазотрона, що будується, створили Електрофізичну лабораторію АН СРСР (ЕФЛАН). Її директором призначили В.І. Векслер. Це призначення не було безхмарним. Споруда великого синхрофазотрона, розпочата 1951 року у Ново-Іваньково, проводилося під командою міністерства, а міністерстві були незадоволені Векслером і хотіли його зняти з керівництва проектом. Це невдоволення легко зрозуміти, оскільки за численними спогадами Векслер дуже невитриманий у спілкуванні з людьми. Нарешті, 1952 року, було ухвалено рішення про те, щоб його зняти, і доручити доведення синхрофазотрона Костянтину Назаровичу Мещерякову, міністру електротехнічної промисловості, який позитивно зарекомендував себе під час створення синхроциклотрона. Це рішення вже було завізовано І.В. Курчатовим та О.М. Несміяновим, президентом Академії наук на той час. Але коли розпорядження потрапило до Берії, той став заперечувати і не підписав його. І Векслер залишився керівником.

У 1956 році ІЯП та ЕФЛАН склали основу створеного Об'єднаного інституту ядерних досліджень (ОІЯД). Місце його розташування стало називатися містом Дубна. На той час енергія протонів на синхроциклотроні становила 680 МеВ, а будівництво синхрофазотрона завершувалося. З перших днів утворення ОІЯД стилізований малюнок будівлі синхрофазотрона став його офіційним символом.

Модель допомогла у вирішенні низки питань для прискорювача на 10 ГеВ, проте через велику різницю в розмірах конструкції багатьох вузлів зазнали значних змін. Середній діаметр електромагніту синхрофазотрона становив 60 метрів, а вага – 36 тисяч тонн (за своїми параметрами він досі залишається у Книзі рекордів Гіннесса). Виник цілий каскад нових складних інженерних завдань, які в результаті були успішно розв'язані.

Нарешті, все було готове для комплексного пуску прискорювача. За розпорядженням Векслера ним керував Л.П. Зінов'єв. Роботи розпочалися наприкінці грудня 1956 року. За спогадами А.А. Коломенського, більшу частину своєї невичерпної енергії на той час Векслер витрачав на «вибивання» допомоги із зовнішніх організацій і на проведення в життя слушних пропозицій, що багато в чому виходили від Зінов'єва. Векслер високо цінував у Зінов'єві інтуїцію експериментатора, яка відіграла вирішальну роль і при запуску прискорювача-гіганта.

Слід зазначити, що пуск синхрофазотрона не зводився до натискання однієї кнопки, подібно до включення телевізора. Він складався з вирішення низки послідовних завдань, на що за планом було відведено три місяці. При цьому мало хто вірив, що прискорювачі зможуть укластися в такий термін. Дійсно, довго не вдавалося отримати так званий бетатронний режим, який був заключним завданням етапу пуску прискорювача. Було багато різних пропозицій, але жодна не призводила до успіху. Зрештою, бетатронний режим вдалося отримати за методом, запропонованим Л.П. Зінов'євим. Тоді ж провели контрольне прискорення. Це сталося 15 березня 1957 року. У результаті синхрофазотрон всупереч очікуванню було пущено в намічені три місяці. Векслера на момент запуску на прискорювачі був. Ця відсутність була випадковим, оскільки безпосередня участь Векслера у пуску прискорювача входило у його завдання. У той важкий і напружений для прискорювачів час Векслер займався підготовкою майбутніх фізичних експериментів на майбутньому пучку прискорених протонів. Крім того, тоді ж він брав найактивнішу участь в утворенні Об'єднаного інституту ядерних досліджень. Однак, незважаючи на величезну зайнятість, він знаходив можливість і часто з'являвся у прискорювальному корпусі та цікавився, як ідуть справи щодо пуску. У день отримання бетатронного режиму Векслер був у Москві. До Дубна він повернувся пізно ввечері. Дізнавшись, що синхрофазотрон запрацював, він дуже зрадів.

З нагоди радісної події Володимир Йосипович тут же послав свого шофера М.П. Арапова на ЗІМі у місто за ящиком шампанського. Фужерами окрім звичайних склянок стали колби розбитих ламп, паперові склянки. Людей переповнювала радість успіху. Цей момент залишився в їхній пам'яті на все життя. І згодом у спогадах про запуск синхрофазотрона часто можна чути або читати про скриньку шампанського, яку було доставлено на прохання Векслера, що створює ілюзію його безпосередньої участі у визначній події.

На третій сесії Вченої ради ОІЯД член-кореспондент АН В.П. Джелепов зазначив, що «Зінов'єв був у всіх відносинах душею запуску і вніс у цю справу колосальну кількість енергії та зусиль, саме творчих зусиль у ході налагодження машини». А директор Інституту член-кореспондент Д.І. Блохінцев додав, що «Зінов'єв фактично виніс на собі величезну працю комплексного налагодження».

Запуск синхрофазотрона став для Л. П. Зінов'єва результатом кількох років його напруженої роботи зі створення прискорювача, що почалася в Обнінському в Лабораторії "В" під керівництвом А. І. Лейпунського.

Дубненському синхрофазотрону вдалося стати рекордним у світі за енергією всього на два роки з невеликим. Для прискорювача термін незначний. Будь-яке зволікання позбавило б Векслера його заповітної мрії побудувати найбільший прискорювач у світі - адже практично одночасно з дубненським синхрофазотроном в ЦЕРН споруджувався синхрофазотрон на енергію 30 ГеВ, заснований на жорсткому фокусуванні. Роль Зінов'єва у завоюванні цих двох років неодноразово визнавали і співробітники, які беруть участь у створенні, прискорювача, і Векслер. У одній з показників він писав: «Успіх запуску синхрофазотрона і можливість початку широкого фронту фізичних робіт у ньому значною мірою пов'язані з участю цих роботах Л.П. Зінов'єва».

На жаль, помилковий факт із книги Фейнберга був використаний у документальному фільмі про Мінця (автор сценарію Г.Є. Горелік). Цей фільм неодноразово був показаний на телеканалі «Культура».

Про народження нового прискорювача у Дубні всьому світу повідомила газета «Правда» 11 квітня 1957 року. Цікаво, що ця звістка з'явилася не відразу після пуску синхрофазотрона 15 березня, а лише тоді, коли енергія прискорювача, що поступово піднімається з дня пуску, перевищила енергію 6,3 ГеВ провідного на той час американського синхрофазотрона в Берклі. Є 8,3 мільярда електронвольт! – повідомляла газета, повідомляючи, що у Радянському Союзі створено рекордний прискорювач. Здійснилася заповітна мрія Векслер!

Через місяць після запуску синхрофазотрона, 16 квітня, енергія протонів досягла проектної величини в 10 ГеВ. Про це Векслер доповів на другій сесії вченої ради Об'єднаного інституту у травні 1957 року. Тоді директор інституту Д.І. Блохінцев зазначив, що, по-перше, модель синхрофазотрона пустили за півтора роки, тоді як в Америці це пішло близько двох років. По-друге, сам синхрофазотрон вдалося пустити за три місяці, уклавшись у графік, хоча спочатку це здавалося нереальним. Саме запуск синхрофазотрона приніс Дубні першу всесвітню славу.

В експлуатацію прискорювач був зданий лише через кілька місяців після отримання проектної енергії, оскільки залишалося ще досить невирішених технічних завдань. Розв'язання всього комплексу цих завдань переважно лягло на Л.П. Зінов'єва як керівника синхрофазотрона. Тут доречно навести слова однієї з провідних творців синхрофазотрона Н.А. Моносзона: «Сьогодні цілком очевидно, що створення сучасного прискорювача пов'язане не лише з розв'язанням задач фізики прискорення…, а й із розв'язанням складних інженерних проблем. Сьогодні без перебільшення можна сказати, що саме інженерні проблеми визначають досяжний рівень енергії та якісні характеристики прискорювачів високих енергій» .

Особливо складним виявилося завдання отримання проектної інтенсивності прискорювача 109 частинок в імпульсі. Початкова інтенсивність становила всього 107 частинок в імпульсі. У той час фізики жартома говорили про одиницю вимірювання інтенсивності в один «векслер», що дорівнює один мезон на сезон. Тоді ніхто не згадував, що проблеми з інтенсивністю закладені в самому принципі автофазування. До того ж, на інтенсивність значно впливали механічні дефекти монтажу та інші причини. Максимальне їх усунення дозволило до середини 1958 року, тобто через рік після пуску прискорювача, отримати інтенсивність 7.5х10 10 частинок в імпульсі . Такий термін не бентежив Векслера – адже налагодження американського прискорювача в Берклі на енергію 6 ГеВ, магніт якого важив у чотири рази менше від магніту дубненського синхрофазотрона, тривала понад рік.

З моменту свого пуску синхрофазотрон став своєрідною візитною карткою СРСР. Подивитися на «восьме диво» світла, як назвали новий прискорювач тоді, приїжджали багато зарубіжних відомих вчених і високопосадовців. різних країн. Синхрофазотрон вражав не лише своєю неосяжною «грудою заліза», а головним чином тим, що ця «груда» працювала! І насамперед це була заслуга Л.П. Зінов'єва. Векслер, будучи керівником всього проекту створення синхрофазотрона, вирішував організаційні питання. Уся відповідальність за вирішення конкретних інженерно-технічних завдань прискорювальної частини проекту було покладено В.І. Векслер на Зінов'єва. Зінов'єв блискуче в найкоротший термін впорався з поставленим найважчим завданням – синхрофазотрон заробив! І саме за це він був удостоєний Ленінської премії. Не завжди, навіть найпростіші установки, які теоретично повинні працювати, працюють. Навіть звичайний човновий мотор з докладною інструкцієюдо дії не працює в невмілих руках, а тут йшлося про перший в СРСР синхрофазотрон, що з самого початку свого створення претендує стати рекордним у світі.

Восени 1957 року з ініціативи директора ФІАН академіка Д.В. Скобельцина провідні організації у створенні синхрофазотрона висунули 43(!) особи кандидатами на присудження найпрестижнішої на той час у Радянському Союзі Ленінської премії. Скобельцин вважав, що від кожного з трьох основних напрямів у створенні синхрофазотрона (фізика прискорення, радіотехніка та електротехніка) треба подати кандидатів на премію рівною мірою.

У жовтні 1957 року на розширеному засіданні Вченої ради Курчатівського інституту під головуванням самого І.В. Курчатова з цієї групи було відібрано 17 людей. За умовами премії колектив лауреатів не міг перевищувати 12 осіб. У квітні 1959 року було названо їхні імена: директор Лабораторії високих енергій ОІЯД В.І. Векслер, начальник відділу тієї ж лабораторії Л.П. Зінов'єв, заступник начальника Головного управління з використання атомної енергії при Раді Міністрів СРСР Д.В. Єфремов, директор ленінградського НДІ Є.Г. Комар та її співробітники Н.А. Моносзон, А.М. Столов, директор московського радіотехнічного інституту АН СРСР А.Л. Мінц, співробітники тієї самої інституту Ф.А. Водоп'янов, С.М. Рубчинський, співробітники ФІАН А.А. Коломенський, В.А. Пєтухов, М.С. Рабінович.

Говорячи про синхрофазотрон, не можна не сказати про практичну школу прискорювачів, створену Л.П. Зінов'євим. Це його учні, які пройшли «школу синхрофазотрона», пускали прискорювачі у Серпухові, Єревані, Троїцьку. Школа завжди має на увазі безпосереднє спілкування вчителя та учнів. Уся молодь на синхрофазотроні у робочому порядку спілкувалася безпосередньо переважно із Зінов'євим. Це він допоміг молодим співробітникам відчути впевненість у своїх силах, це він передав їм перші навички та знання, отримані у багаторічних пошуках.

Мизников, Зінов'єв, Капралов, Перфєєв, Саранців, Жильців, Машинський, Єсін

Векслер про школу прискорювачів, створену Зінов'євим (стінограма Вченої ради ЛЯП 27 лютого 1962):

«… Зінов'єва нині вже багато учнів. …Саранцев, …Мызников, Есин … тощо. буд. Зінов'єв вивчив цих людей, вони сприйняли його методи».

Ю. Антонов, С. Нагдасєв, В. Рашевський Г. Іванов, В. Саранцев («За комунізм», 28 квітня 1962 р.):

«Вони ( Мизников та Єсін – Л.З.) пам'ятають свої перші кроки в науці та свого першого наставника та друга — Леоніда Петровича Зінов'єва. Це він допоміг їм відчути впевненість у своїх силах, це він передав їм перші навички та знання, здобуті у багаторічних пошуках. …

Ми дуже вдячні Леоніду Петровичу за той досвід, який ми отримали у дні напруженої роботи із запуску синхрофазотрону».

У Векслера з Зінов'євим був договір, що після запуску прискорювача і доведення його до робочого стану Зінов'єв повернеться у ФІАН. Проте Векслер упросив його залишитися, вважаючи, що більше нікому було б довірити керівництво синхрофазотроном [Приватне повідомлення Л.П. Зінов'єва]. Зінов'єв погодився і керував роботою прискорювача понад тридцять років. Під його керівництвом та за безпосередньої участі прискорювач постійно вдосконалювали. Зінов'єв любив синхрофазотрон і дуже тонко відчував подих цього залізного велетня. За його словами, не було жодної, навіть найменшої деталі прискорювача, яку б він не торкнувся і не знав її призначення.

Синхрофазотрон залишався у строю сорок п'ять років. За цей час на ньому було зроблено низку відкриттів. Модель синхрофазотрона в 1960 переробили в прискорювач електронів, що досі працює у ФІАН [Письмове повідомлення А.А. Комара].

В.І. Векслер та Л.П. Зінов'єв стали почесними громадянами Дубни.

Говорячи про долю легендарного прискорювача, не можна забувати, що поступальний рух науки та техніки неможливо зупинити. І рано чи пізно будь-який технічний пристрій застаріває. Так, сьогодні вже ніхто не будуватиме подібний прискорювач, так само, як і користуватиметься послугами арифмометра. Але вирішення багатьох завдань, що визначили прогрес у створенні сучасних прискорювачів, було б неможливим без створення дубненського синхрофазотрону. Він, як і перший паровоз Стівенсона, як і перший космічний корабель «Схід», є невід'ємною сходинкою в науковому та технічному розвитку.

В історії будь-якої установки завжди виділяються три основні періоди: її створення, робочий період та її доля після закриття. Періоди створення та робітник для дубненського синхрофазотрона повністю закінчені, оскільки у 2002 році його закрили для експериментів. Повна оцінка робочого періоду прискорювача ще попереду. Доля прискорювача після закриття остаточно ще зрозуміла. Нині вже багато елементів синхрофазотрона розібрані через непотрібність, а його будівлі створюється новий прискорювальний комплекс. Чи вдасться ОІЯД зберегти для нащадків хоча б зовнішній виглядлегендарний прискорювач, який був символом своєї епохи, покаже час.

Подяка

Автор висловлює подяку за допомогу у отриманні необхідних документів у роботі над статтею Л.П. Стрілкової, Ю.В. Фролову, Н.В. Селезньової, Н.Г. Полухіною, В.М. Березанській, Т.Г. Краснова, Р. Позе, Є.В. Лобко, О.М. Шамаєва.

Література

Атомний проект СРСР. М: Наука, Т. 1, ч. 1, 1998. 432 с.
Атомний проект СРСР. М: Наука, Т.1, ч. 2, 2002. 798 с.
Атомний проект СРСР. М: Наука, Т. 2, книга 1, 1999. 719 с.
Атомний проект СРСР. М: Наука, Т. 2, книга 2, 2000. 640 с.
Атомний проект СРСР. М: Наука, Т. 2, книга 3, 2002. 896 с.
Атомний проект СРСР. М: Наука, Т. 2, книга 4, 2003. 815 с.
Лівінгуд Дж.Принципи роботи циклічних прискорювачів. М.: Вид-во іноземної літератури, 1963. 494 з.
Прискорювачі. Переклад з англ. та нім. За ред. Б. Н. Яблокова. М.: Держатоміздат, 1962. 560 с.
ГрінбергА.П.Методи прискорення заряджених частинок. М.; Л.: Державне видавництво техніко-теоретичної літератури, 1950. 384 с.
Михайло Григорович Мещеряков: До 90-річчя від дня народження. Дубна.: ОІЯД, 2000. 371 с.
Головін І.М.І.В. Курчатов. М.: Атоміздат, 1972. 112 с.
Векслер В.І. Новий метод прискорення релятивістських частинок. //ДАН СРСР. 1944. Т. 43 №8. С. 346-348.
Векслер В.І. Про новий спосіб прискорення релятивістських частинок. //ДАН СРСР. 1944. Т. 44 №9. С. 393-396.
Спогади про В.І. Векслер. М.: Наука, 1987. 296 з.
Володимир Йосипович Векслер. Дубна.: ОІЯД, 2003. 408 с.
А.І. Лейпунський. Вибрані праці. Спогади. Київ.: Наукова думка, 1990. 279 с.
Лівінгстон М.С.Прискорювачі. М.: Вид-во іноземної літератури, 1956. 148 з.
Козачковський О.Д.Фізик на службі атома. М.: Вища школа, 2002. 144 с.
Рабінович М.С. Основи теорії синхрофазотрону. // Праці фізичного інституту. Т. Х. М.: Вид-во Академії наук СРСР, 1958. С. 23 - 173.
Ланґе Ф.Ф., Шпінель В.С.Методи одержання швидких корпускулярних променів. // Известия Академії наук СРСР. 1940. Т. 4 №2. С. 353-365.
Veksler V.Новий метод acceleration relativistic particles. // Journal of Physics. 1945. V. IX, No.3. P. 153-158.
McMillan E. Synchrotron. A proposed high energy particle accelerator. // Phys. Rev. 1945. V. 68. P. 143-144.
Фейнберг Євген Львович: Особистість крізь призму пам'яті. М.: Фізматліт, 2008. 400 с.
Хроніка подій історії державного наукового центру Російської Федерації- Фізико-енергетичного інституту за 50 років (1946 - 1996).: ДНЦ РФ ФЕІ імені А.І. Лейпунського, 1996. 72 с.
Рабінович М.С.Спогади. Викладання фізики в вищій школі. Науково-методичний журнал. №27., М: Московський педагогічний державний університет, 2003. 135 с.
Фейнберг О. Л.Епоха та особистість. фізики. М: Наука. 1999. 302 с.
Фейнберг О.Л.Епоха та особистість. фізики. 2-ге вид. М.: Фізматліт. 2003. 415 с.
Хілл Р.Слідами частинок. М: Світ. 1966. 172 с.
Архів ОІЯД. Наказ щодо Лабораторії високих енергій ОІЯД №12. 1957.
Архів Курчатівського інституту. Витяг з протоколу засідання науково-технічної ради Інституту атомної енергії Академії наук СРСР від 30 жовтня 1957 року.
Архів ОІЯД. Стенограма засідання 2-ї сесії Вченої ради ОІЯД. Ф.1, од. хр. 35
Архів ОІЯД. Стенограма засідання 3-ї сесії Вченої ради ОІЯД. Ф.1, од. хр. 37
Архів ОІЯД. Стенограма засідання 4-ї сесії Вченої ради ОІЯД. Ф.1, од. хр. 69
Архів РАН. (Архів ФІАН) Ф. 532, оп.1 №308.
Зінов'єв Л.П.Етапи великого шляху. // Дубна: Наука. Співдружність. Прогрес. 1997. 12 березня. З. 3.
"Правда", 22 квітня 1959. С.1.
Шафранова М.Г.Об'єднаний інститут ядерних досліджень Інформаційно-біографічний довідник. Вид. 2-ге. М.: Фізматліт. 2002. 288 с.
Архів РАН. (Архів ФІАН) Ф. 532, оп. 1 №200.
Із покоління переможців. // Дубна: Наука. Співдружність. Прогрес. 1982. №16. З. 6.
Фізичний енциклопедичний словник. М: Радянська енциклопедія, Т. 5, 1966. 576 с.
Фізичний енциклопедичний словник. М: Радянська енциклопедія, Т.4, 1965. 592 с.
Дубна. Острів стабільності: Нариси з історії Об'єднаного інституту ядерних досліджень (1956-2006 рр.) М: Академкнига, 2006. 643 с.
Історія радянського атомного проекту. Сп/б.: Изд-во Російського Християнського гуманітарного університету, випуск 2, 2002. 656 з.
Зінов'єва Л.Л.До питання про авторство відкриття автофазування// Дослідження з історії фізики та механіки. 2008. - М.: Фізматліт, 2009, 416 с., С.213-233.
"За комунізм", 28 квітня 1962. С. 3.

Ти – не раб!
Закритий освітній курс для дітей еліти: "Справжнє облаштування світу".
http://noslave.org

Матеріал з Вікіпедії – вільної енциклопедії

Синхрофазотрон (від синхронізація + фаза + Електрон) - резонансний циклічний прискорювач з незмінною в процесі прискорення довжиною рівноважної орбіти. Щоб частинки в процесі прискорення залишалися на тій же орбіті, змінюється як провідне магнітне поле, так і частота електричного поля, що прискорює. Останнє необхідно, щоб пучок приходив у секцію, що прискорює, завжди у фазі з високочастотним електричним полем. У тому випадку, якщо частки ультрарелятивістські, частота обігу при фіксованій довжині орбіти не змінюється зі зростанням енергії, і частота ВЧ-генератора також повинна залишатися постійною. Такий прискорювач вже називається синхротроном.

Напишіть відгук про статтю "Синхрофазотрон"

Примітки

Див. також

Перегляд цього шаблону

За конструкцією

По призначенню

Уривок, що характеризує Синхрофазотрон

Ми вийшли з дому разом, ніби я теж збиралася йти з нею на ринок, а за першим поворотом дружно розлучилися, і кожна вже пішла своєю дорогою і у своїх справах.
Будинок, в якому все ще жив батько маленької Вести, був у першому «новому районі», який у нас будується (так називали перші багатоповерхівки) і знаходився від нас приблизно в сорока хвилинах швидкої ходьби. Ходити я дуже любила завжди, і це не давало мені жодних незручностей. Тільки я дуже не любила сам цей новий район, тому що будинки в ньому будувалися, як сірникові коробки – всі однакові та безликі. І оскільки місце це тільки-но починало забудовуватися, то в ньому не було жодного дерева або будь-якої якоїсь «зелені», і воно було схожим на кам'яно-асфальтовий макет якогось потворного, несправжнього містечка. Все було холодним і бездушним, і почувала я себе там завжди дуже погано - здавалося, там мені просто не було чим дихати.
І ще, знайти номери будинків, навіть за найбільшого бажання, там було майже неможливо. Як, наприклад, у той момент я стояла між будинками №2 та №26, і ніяк не могла зрозуміти, як же таке може бути?!. І гадала, де ж мій «зниклий» будинок № 12?.. У цьому не було жодної логіки, і я ніяк не могла зрозуміти, як люди в такому хаосі можуть жити?
Нарешті з чужою допомогою мені вдалося якимось чином знайти потрібний будинок, і я вже стояла біля зачинених дверей, гадаючи, як же зустріне мене ця зовсім мені незнайома людина?
Я зустрічала так само багато чужих, невідомих мені людей, і це завжди спочатку вимагало великої нервової напруги. Я ніколи не почувала себе комфортно, вриваючись у чиюсь то приватне життяТому кожен такий «похід» завжди здавався мені трошки божевільним. І ще я чудово розуміла, як дико це мало звучати для тих, хто буквально щойно втратив рідну їм людину, а якась маленька дівчинка раптом вторгалася в їхнє життя, і заявляла, що може допомогти їм поговорити з померлою дружиною, сестрою, сином, матір'ю, батьком... Погодьтеся - це мало звучати для них абсолютно і повністю ненормально! І, якщо чесно, я досі не можу зрозуміти, чому ці люди слухали мене взагалі?

Ось це невловимо знайоме на слух слово «синхрофазотрон»! Нагадайте мені, як воно потрапило до вух простого обивателя в радянському союзі? Якийсь фільм був або пісня популярна, що то було, я точно пам'ятаю! Або ж це був аналог важковимовного слова?

А тепер давайте все ж таки згадаємо що це таке і як створювалося…

У 1957 році Радянський Союз здійснив революційний науковий прорив відразу у двох напрямках: у жовтні було запущено першого штучного супутника Землі, а за кілька місяців до цього, у березні, у Дубні почав працювати легендарний синхрофазотрон – гігантська установка для дослідження мікросвіту. Ці дві події вразили весь світ, і слова «супутник» та «синхрофазотрон» міцно увійшли до нашого життя.

Синхрофазотрон є одним з видів прискорювачів заряджених частинок. Частинки в них розганяють до великих швидкостей і, отже, високих енергій. За результатами їх зіткнень з іншими атомними частинками судять про будову та властивості матерії. Імовірність зіткнень визначається інтенсивністю прискореного пучка частинок, тобто кількістю частинок у ньому, тому інтенсивність поряд з енергією - важливий параметрприскорювач.

Прискорювачі досягають величезних розмірів, і невипадково письменник Володимир Карцев назвав їх пірамідами ядерної доби, за якими нащадки судитимуть про рівень нашої техніки.

До побудови прискорювачів єдиним джерелом частинок високих енергій були космічні промені. В основному це протони з енергією порядку декількох ГеВ, що вільно приходять з космосу, і вторинні частки, що виникають при взаємодії з атмосферою. Але потік космічних променів є хаотичним і має малу інтенсивність, тому згодом для лабораторних досліджень стали створювати спеціальні установки - прискорювачі з контрольованими пучками частинок високої енергії та більшої інтенсивності.

В основі всіх прискорювачів лежить добре відомий факт: заряджену частинку розганяє електричне поле. Однак отримати частки дуже великої енергії, прискорюючи їх лише один раз між двома електродами, не можна, тому що для цього довелося б прикласти до них величезну напругу, що технічно неможливе. Тому частки великих енергій одержують, багаторазово пропускаючи їх між електродами.

Прискорювачі, у яких частка проходить через послідовно розташовані прискорюючі проміжки, називаються лінійними. З них почався розвиток прискорювачів, але вимога до збільшення енергії частинок вела до практично неможливо більшим довжинам установок.

У 1929 році американський вчений Е. Лоуренс запропонував конструкцію прискорювача, в якому частка рухається по спіралі, проходячи багаторазово один і той самий проміжок між двома електродами. Траєкторію частинки викривляє і закручує однорідне магнітне поле, спрямоване перпендикулярно площині орбіти. Прискорювач був названий циклотрон. У 1930-1931 роках Лоуренс із співробітниками спорудив у Каліфорнійському університеті (США) перший циклотрон. За цей винахід він у 1939 році був удостоєний Нобелівської премії.

У циклотроні однорідне магнітне поле створює великий електромагніт, а електричне поле виникає між двома порожніми електродами D-подібної форми (звідси їхня назва – «дуанти»). До електродів додається змінна напруга, яка змінює полярність щоразу, коли частка робить півоберта. Завдяки цьому електричне поле завжди прискорює частки. Цю ідею не можна було б здійснити, якби частки з різними енергіями мали різні періоди обігу. Але, на щастя, хоч швидкість зі зростанням енергії зростає, період обігу залишається постійним, оскільки діаметр траєкторії збільшується в тому ж відношенні. Саме ця властивість циклотрону дозволяє використовувати для прискорення постійну частоту електричного поля.

Незабаром циклотрон почали створювати в інших дослідницьких лабораторіях.

Будівля синхрофазотрона у 1950-ті роки

Про необхідність створення в Радянському Союзі серйозної бази прискорювальної було заявлено на урядовому рівні в березні 1938 року. Група дослідників Ленінградського фізико-технічного інституту (ЛФТІ) на чолі з академіком О.Ф. Іоффе звернулася до голови РНК СРСР В.М. Молотову з листом, у якому пропонувалося створити технічну базу для досліджень у галузі будови атомного ядра. Питання будови атомного ядра стали однією з центральних проблем природознавства, а Радянський Союз у вирішенні їх значно відставав. Так, якщо в Америці було принаймні п'ять циклотронів, то в Радянському Союзі не було жодного (єдиний циклотрон Радієвого інституту АН (РІАН), пущений в 1937, через дефекти проектування практично не працював). Звернення до Молотова містило прохання створити умови для закінчення до 1 січня 1939 споруди циклотрону ЛФТІ. Роботу щодо його створення, розпочату в 1937 році, призупинили через відомчі проблеми та припинення фінансування.

Лист до Молотову подіяло, і вже у червні 1938 року комісія від Академії наук СРСР, яку очолив П.Л. Капіца, на запит уряду дала висновок про необхідність будувати циклотрон ЛФТІ на 10–20 МеВ, залежно від типу частинок, що прискорюються, і вдосконалювати циклотрон РІАНу.

У листопаді 1938 року С.І. Вавілов у зверненні до президії АН запропонував будувати циклотрон ЛФТІ в Москві та перевести до складу Фізичного інституту АН (ФІАН) з ЛФТІ лабораторію І.В. Курчатова, яка займалася його створенням. Сергій Іванович хотів, щоб центральна лабораторія з вивчення атомного ядра розташовувалась там же, де знаходилася Академія наук, тобто у Москві. Однак його не підтримали у ЛФТІ. Суперечки закінчилися наприкінці 1939 року, коли А.Ф. Йоффе запропонував створити відразу три циклотрони. 30 липня 1940 року на засіданні президії АН СРСР було вирішено доручити РІАНу в поточному році дообладнати діючий циклотрон, ФІАН - до 15 жовтня підготувати необхідні матеріали з будівництва нового потужного циклотрону, а ЛФТІ - закінчити будівництво циклотрону в першому кварталі 1941 року.

У зв'язку з цим рішенням у ФІАН створили так звану циклотронну бригаду, до якої увійшли Володимир Йосипович Векслер, Сергій Миколайович Вернов, Павло Олексійович Черенков, Леонід Васильович Грошев та Євген Львович Фейнберг. 26 вересня 1940 року бюро Відділення фізико-математичних наук (ОФМН) заслухало інформацію В.І. Векслера про проектне завдання на циклотрон, схвалило його основні характеристики та кошторис на будівництво. Циклотрон розрахований на прискорення дейтронів до енергії 50 МеВ. ФІАН планував розпочати його будівництво 1941 року і пустити 1943-го. Намічені плани порушила війна.

Гостра необхідність створення атомної бомби змусила Радянський Союз мобілізувати зусилля у дослідженні мікросвіту. Один за одним збудували два циклотрони в Лабораторії № 2 у Москві (1944, 1946 роки); у Ленінграді після зняття блокади відновили циклотрони РІАН та ЛФТІ (1946 рік).

Проект фіанівського циклотрону хоч і був затверджений перед війною, але зрозуміли, що конструкція Лоуренса вичерпала себе, оскільки енергія прискорених протонів не могла перевищити 20 МеВ. Саме з цієї енергії починає позначатися ефект збільшення маси частки при швидкостях, порівнянних зі швидкістю світла, що випливає з теорії відносності Ейнштейна

Внаслідок зростання маси порушується резонанс між проходженням частинки через прискорюючий проміжок та відповідною фазою електричного поля, що тягне за собою гальмування.

Слід зауважити, що циклотрон призначений для прискорення лише важких частинок (протонів, іонів). Це пов'язано з тим, що через дуже малу масу спокою електрон вже при енергіях 1-3 МеВ досягає швидкості, близької до швидкості світла, внаслідок чого його маса помітно зростає і частка швидко виходить з резонансу.

Першим циклічним прискорювачем електронів став бетатрон, збудований Керстом в 1940 за ідеєю Відероє. В основі бетатрон лежить закон Фарадея, згідно з яким при зміні магнітного потоку, що пронизує замкнутий контур, в цьому контурі виникає електрорушійна сила. У бетатроні замкнутим контуром служить потік частинок, що рухаються по кільцевій орбіті у вакуумній камері постійного радіусу в магнітному полі, що поступово наростає. Коли магнітний потік усередині орбіти зростає, виникає електрорушійна сила, тангенційна складова якої прискорює електрони. У бетатроні, подібно до циклотрону, існує обмеження для отримання часток дуже високої енергії. Це пов'язано з тим, що, згідно з законами електродинаміки, електрони, що рухаються по кругових орбітах, випромінюють електромагнітні хвилі, які при релятивістських швидкостях забирають дуже багато енергії. Для компенсації цих втрат потрібно значно збільшувати розмір осердя магніту, що має практичну межу.

Таким чином, на початок 1940-х років можливості отримання більш високої енергії як протонів, так і електронів було вичерпано. Для подальших досліджень мікросвіту потрібно збільшити енергію прискорених частинок, тому гостро постало завдання пошуку нових методів прискорення.

У лютому 1944 року В.І. Векслер висунув революційну ідею, як подолати енергетичний бар'єр циклотрону та бетатрону. Вона була настільки проста, що здавалося дивним, чому до неї не дійшли раніше. Ідея полягала в тому, що при резонансному прискоренні частоти обігу частинок і поля, що прискорює, повинні постійно збігатися, іншими словами, бути синхронними. При прискоренні важких релятивістських частинок в циклотроні для синхронізації пропонувалося змінювати частоту електричного поля, що прискорює, за певним законом (надалі такий прискорювач отримав назву синхроциклотрона).

Для прискорення релятивістських електронів було запропоновано прискорювач, який у подальшому назва синхротрона. У ньому прискорення здійснюється змінним електричним полем постійної частоти, а синхронізм забезпечується магнітним полем, що змінюється за певним законом, яке утримує частки на орбіті постійного радіуса.

Для практичних цілей потрібно теоретично переконатися, що запропоновані процеси прискорення стійкі, тобто при незначних відхиленнях від резонансу фазування часток здійсниться автоматично. Фізик-теоретик циклотронної бригади О.Л. Фейнберг звернув на це увагу Векслера і сам суворо математично довів стійкість процесів. Саме тому ідея Векслера отримала назву "принцип автофазування".

Для обговорення отриманого рішення у ФІАН провели семінар, на якому Векслер зробив вступну доповідь, а Фейнберг - доповідь про стійкість. Роботу схвалили, і в тому ж 1944 журнал «Доповіді Академії наук СРСР» опублікував дві статті, в яких розглядалися нові способи прискорення (у першій статті йшлося про прискорювача на основі кратних частот, згодом названому мікротроном). Їх автором значився лише Векслер, а ім'я Фейнберга взагалі згадувалося. Незабаром роль Фейнберга у відкритті принципу автофазування була незаслужено віддана повному забуттю.

Через рік принцип автофазування незалежно відкрив американський фізик Е. МакМіллан, проте пріоритет зберігся за Векслером.

Слід зазначити, що у прискорювачах, заснованих на новому принципі, у явному вигляді виявилося «правило важеля» - виграш енергії спричинив програш в інтенсивності пучка прискорених частинок, що пов'язане з циклічності їх прискорення на відміну від плавного прискорення в циклотронах і бетатронах. На цей неприємний момент відразу вказали на сесії Відділення фізико-математичних наук 20 лютого 1945 року, проте тоді всі одностайно дійшли висновку, що ця обставина в жодному разі не повинна перешкоджати реалізації проекту. Хоча, до речі, боротьба за інтенсивність згодом постійно докучала «прискорювачам».

На тій же сесії на пропозицію президента Академії наук СРСР С.І. Вавілова було вирішено негайно будувати прискорювачі двох типів, запропоновані Векслером. 19 лютого 1946 року Спеціальний комітет при Раднаркомі СРСР доручив відповідній комісії розробити їх проекти із зазначенням потужності, термінів виготовлення та місця будівництва. (Від створення циклотрону у ФІАН відмовилися.)

В результаті 13 серпня 1946 одночасно вийшло дві постанови Ради міністрів СРСР, підписані головою Ради міністрів СРСР І.В. Сталіним та керуючим справами Ради міністрів СРСР Я.Є. Чадаєвим, щодо створення синхроциклотрону на енергію дейтронів 250 МеВ та синхротрону на енергію 1 ГеВ. Енергія прискорювачів диктувалася насамперед політичним протистоянням навіть СРСР. У США вже створили синхроциклотрон на енергію дейтронів близько 190 МеВ та почали будувати синхротрон на енергію 250–300 МеВ. Вітчизняні прискорювачі енергії повинні були перевершувати американські.

З синхроциклотроном пов'язували надії на відкриття нових елементів, нових способів отримання атомної енергії з більш дешевих джерел, ніж уран. За допомогою синхротрона мали намір штучним шляхом отримувати мезони, які, як передбачали радянські фізики, здатні викликати розщеплення ядер.

Обидві ухвали вийшли з грифом «Цілком таємно (особлива папка)», оскільки будівництво прискорювачів йшло в рамках проекту створення атомної бомби. З їхньою допомогою розраховували отримати точну теорію ядерних сил, необхідну для розрахунків бомби, які тоді виробляли лише з допомогою великого набору наближених моделей. Правда, все виявилося не так просто, як думалося спочатку, і слід зауважити, що така теорія не створена й досі.

Постанови визначили місця будівництва прискорювачів: синхротрона – у Москві, на Калузькому шосе (нині Ленінський проспект), на території ФІАНу; синхроциклотрон - в районі Іваньківської ГЕС, за 125 кілометрів на північ від Москви (тоді Калінінська область). Спочатку створення обох прискорювачів доручили ФІАН. Керівником робіт із синхротрону було призначено В.І. Векслер, а, по синхроциклотрону - Д.В. Скобельцин.

Зліва – доктор технічних наук професор Л.П. Зінов'єв (1912-1998), праворуч - академік АН СРСР В.І. Векслер (1907-1966) у період створення синхрофазотрону

За півроку керівник атомного проекту І.В. Курчатов, невдоволений ходом робіт з фіанівському синхроциклотрону, переклав цю тему на свою Лабораторію № 2. Новим керівником теми він призначив М.Г. Мещерякова, звільнивши від роботи у ленінградському Радієвому інституті. Під керівництвом Мещерякова в Лабораторії №2 створили модель синхроциклотрону, яка вже експериментально підтвердила правильність принципу автофазування. 1947 року почалося будівництво прискорювача в Калінінській області.

14 грудня 1949 року під керівництвом М.Г. Мещерякова синхроциклотрон успішно пустили в намічений термін і став першим у Радянському Союзі прискорювачем такого типу, перекривши енергію створеного в 1946 році аналогічного прискорювача в Берклі (США). Він залишався рекордним до 1953 року.

Академік Української АН О.І. Лейпунський (1907–1972) на основі принципу автофазування запропонував конструкцію прискорювача, який згодом названий синхрофазотроном (фото: «Наука і життя»)
Створення синхротрона з низки причин не вдалося здійснити. По-перше, через непередбачені труднощі довелося побудувати два синхротрони на менші енергії - 30 і 250 МеВ. Їх розташували біля ФІАНу, а синхротрон на 1 ГеВ вирішили будувати поза Москви. У червні 1948 року йому виділили місце за кілька кілометрів від синхроциклотрона, що вже будується, в Калінінській області, але і там його так і не побудували, оскільки перевага була віддана прискорювачу, запропонованому академіком Української академії наук Олександром Іллічем Лейпунським. Сталося це в такий спосіб.

1946 року А.І. Лейпунський на основі принципу автофазування висунув ідею про можливість створення прискорювача, в якому поєднувалися особливості синхротрону та синхроциклотрону. Згодом Векслер назвав такий тип прискорювача синхрофазотроном. Назва стає зрозумілою, зважаючи на те, що синхроциклотрон спочатку називали фазотроном і в поєднанні з синхротроном виходить синхрофазотрон. У ньому внаслідок зміни управителя магнітного полячастинки рухаються по кільцю, як у синхротроні, а прискорення виробляє високочастотне електричне поле, частота якого змінюється у часі, як і синхроциклотроні. Це дозволяло значно збільшити енергію протонів, що прискорюються, в порівнянні з синхроциклотроном. У синхрофазотроні протони заздалегідь прискорюються в лінійному прискорювачі - інжекторі. Введені в основну камеру частинки під впливом магнітного поля починають у ній циркулювати. Такий режим називається бетатронним. Потім включається високочастотна напруга, що прискорює, на електродах, розміщених у двох діаметрально протилежних прямолінійних проміжках.

З усіх трьох типів прискорювачів, заснованих на принципі автофазування, синхрофазотрон у технічному відношенні найбільш складний, і тоді багато хто сумнівався у можливості його створення. Але Лейпунський, впевнений, що все вийде, сміливо взявся до реалізації своєї ідеї.

1947 року в Лабораторії «В» поблизу станції Обнінське (нині місто Обнінськ) спеціальна прискорювальна група під його керівництвом розпочала розробку прискорювача. Першими теоретиками синхрофазотрона стали Ю.А. Крутков, О.Д. Козачковський та Л.Л. Сабсович. У лютому 1948 року пройшла закрита конференція з прискорювачів, де крім міністрів були присутні А.Л. Мінц, відомий уже на той час фахівець з радіотехніки, та головні інженери ленінградських заводів «Електросила» та трансформаторного. Усі вони заявили, що запропонований Лейпунським прискорювач зробити можна. Обнадійливі перші теоретичні результати та підтримка інженерів провідних заводів дозволили розпочати роботу над конкретним технічним проектом великого прискорювача на енергію протонів 1,3–1,5 ГеВ та розгорнути експериментальні роботи, що підтвердили правильність ідеї Лейпунського. До грудня 1948 технічний проект прискорювача був готовий, а до березня 1949 Лейпунський повинен був представити ескізний проект синхрофазотрона на 10 ГеВ.

І раптом у 1949 році, у самий розпал робіт, уряд вирішив передати розпочату роботу з синхрофазотрону у ФІАН. Навіщо? Чому? Адже ФІАН вже займається створенням синхротрону на 1 ГеВ! Та в тому й річ, що обидва проекти, і синхрофазотрона на 1,5 ГеВ, і синхротрона на 1 ГеВ, були надто дорогими, і постало питання про їх доцільність. Остаточно його дозволили на одному зі спеціальних засідань у ФІАН, де зібралися провідні фізики країни. Вони вважали за непотрібне спорудження синхротрону на 1 ГеВ через відсутність великого інтересу до прискорення електронів. Головним опонентом такої позиції був М.А. Марків. Основний його аргумент полягав у тому, що вивчати і протони, і ядерні сили набагато ефективніші за допомогою вже добре вивченої електромагнітної взаємодії. Проте відстояти свою думку йому не вдалося, і позитивне рішення виявилося на користь проекту Лейпунського.

Так виглядає синхрофазотрон на 10 ГеВ у Дубні

Руйнувала заповітна мрія Векслера побудувати найбільший прискорювач. Не бажаючи миритися з ситуацією, що склалася, він за підтримки С.І. Вавілова та Д.В. Скобельцина запропонував відмовитися від спорудження синхрофазотрона на 1,5 ГеВ та розпочати проектування прискорювача відразу на 10 ГеВ, раніше дорученому А.І. Лейпунському. Уряд прийняв цю пропозицію, оскільки у квітні 1948 року стало відомо про проект синхрофазотрона на 6–7 ГеВ у Каліфорнійському університеті і хотілося хоч на якийсь час опинитися попереду США.

2 травня 1949 року вийшла ухвала Ради міністрів СРСР про створення синхрофазотрона на енергію 7-10 ГеВ на території, раніше відведеної для синхротрона. Тему перевели до ФІАНу, а її науково-технічним керівником призначили В.І. Векслера, хоча справи Лейпунського йшли цілком успішно.

Пояснити це можна, по-перше, тим, що Векслер вважався автором принципу автофазування і, за спогадами сучасників, до нього дуже вподобав Л.П. Берія. По-друге, С. І. Вавілов був на той час не тільки директором ФІАНу, а й президентом АН СРСР. Лейпунському запропонували стати заступником Векслера, але він відмовився і надалі у створенні синхрофазотрона не брав участі. За словами заступника Лейпунського О.Д. Козачковського, «ясно було, що два ведмеді в одному барлозі не вживуться». Згодом А.І. Лейпунський та О.Д. Козачковський стали провідними спеціалістами з реакторів і 1960 року були удостоєні Ленінської премії.

У ухвалі був пункт про переведення на роботу до ФІАН співробітників Лабораторії «В», які займалися розробкою прискорювача, з передачею відповідного обладнання. А передавати було що: роботу над прискорювачем у Лабораторії «В» на той час довели до стадії моделі та обґрунтування основних рішень.

Не всі з натхненням сприйняли переклад у ФІАН, оскільки з Лейпунським легко й цікаво працювалося: він був не лише чудовим науковим керівником, а й чудовою людиною. Однак відмовитися від перекладу було практично неможливо: у той суворий час відмова загрожувала судом та таборами.

До складу групи, переведеної з Лабораторії "В", входив інженер Леонід Петрович Зінов'єв. Він, як і інші члени прискорювальної групи, в лабораторії Лейпунського спочатку займався розробкою окремих вузлів, необхідних моделі майбутнього прискорювача, зокрема іонного джерела і високовольтних імпульсних схем живлення інжектора. Лейпунський одразу звернув увагу на грамотного та творчого інженера. За його вказівкою, Зінов'єва першим залучили до створення дослідної установки, в якій можна було змоделювати весь процес прискорення протонів. Тоді ніхто не міг припустити, що, ставши одним з першопрохідників у роботі з втілення ідеї синхрофазотрона в життя, Зінов'єв виявиться єдиною людиною, яка пройде всі етапи його створення та вдосконалення. І не просто минеться, а очолить їх.

Теоретичні та експериментальні результати, отримані в Лабораторії "В", були використані у ФІАН при проектуванні синхрофазотрона на 10 ГеВ. Однак підвищення енергії прискорювача до цієї величини вимагало значних доробок. Проблеми його створення дуже великою мірою посилювалися тим, що на той час у всьому світі був відсутній досвід спорудження таких великих установок.

Під керівництвом теоретиків М.С. Рабіновича та А.А. Коломенського у ФІАН зробили фізичне обґрунтування технічного проекту. Основні складові синхрофазотрона розробили московський радіотехнічний інститут АН та ленінградський НДІ під керівництвом їх директорів А.Л. Мінця та Є.Г. Комара.

Фіанівська модель аж ніяк не була малюткою – її магніт діаметром 4 метри важив 290 тонн. Згодом Зінов'єв згадував, що коли зібрали модель відповідно до перших розрахунків і спробували її пустити, спочатку ніщо не працювало. Довелося подолати безліч непередбачених технічних труднощів, перш ніж модель запустили. Коли в 1953 році це сталося, Векслер сказав: Ну все! Іваньківський синхрофазотрон працюватиме!» Йшлося про великий синхрофазотрон на 10 ГеВ, який вже почали споруджувати 1951 року в Калінінській області. Будівництво здійснювала організація під кодовою назвою ТДС-533 (Технічна дирекція будівництва 533).

Незадовго до запуску моделі в одному американському журналі несподівано з'явилося повідомлення про нову конструкцію магнітної системи прискорювача, названу жорсткофокусуючою. Вона виконується у вигляді набору секцій, що чергуються, з протилежно спрямованими градієнтами магнітного поля. Це значно зменшує амплітуду коливань прискорюваних частинок, що дозволяє значно зменшити переріз вакуумної камери. В результаті економиться велика кількість заліза, що йде на будівництво магніту. Наприклад, прискорювач у Женеві на енергію 30 ГеВ, заснований на жорсткому фокусуванні, має втричі більшу енергію і втричі більшу довжину кола, ніж дубненський синхрофазотрон, яке магніт вдесятеро легше.

Зінов'єв відразу оцінив відкриття американців і запропонував перепроектувати дубненський синхрофазотрон. Але для цього довелося б поступитися часом. Векслер сказав тоді: "Ні, хоч на один день, але ми повинні опинитися попереду американців". Ймовірно, в умовах «холодної війни» він мав рацію - «коней на переправі не змінюють». І великий прискорювач продовжили будувати за раніше розробленим проектом. У 1953 році на базі синхрофазотрона, що будується, створили Електрофізичну лабораторію АН СРСР (ЕФЛАН). Її директором призначили В.І. Векслер.

У 1956 році ІЯП та ЕФЛАН склали основу створеного Об'єднаного інституту ядерних досліджень (ОІЯД). Місце його розташування стало називатися містом Дубна. На той час енергія протонів на синхроциклотроні становила 680 МеВ, а будівництво синхрофазотрона завершувалося. З перших днів утворення ОІЯД стилізований малюнок будівлі синхрофазотрона (автор В.П. Бочкарьов) став його офіційним символом.

Модель допомогла у вирішенні низки питань для прискорювача на 10 ГеВ, проте конструкція багатьох вузлів через велику різницю у розмірах зазнала значних змін. Середній діаметр електромагніту синхрофазотрону становив 60 метрів, а вага - 36 тисяч тонн (за своїми параметрами він досі залишається у Книзі рекордів Гіннесса). Виник цілий комплекс нових складних інженерних завдань, які колектив успішно вирішив.

Нарешті, все було готове для комплексного пуску прискорювача. За розпорядженням Векслера ним керував Л.П. Зінов'єв. Роботи почалися наприкінці грудня 1956 року, ситуація склалася напружена, і Володимир Йосипович не щадив ні себе, ні співробітників. Нерідко залишалися ночувати на розкладах прямо у величезному пультовому залі установки. За спогадами А.А. Коломенського, більшу частину своєї невичерпної енергії на той час Векслер витрачав на «вибивання» допомоги із зовнішніх організацій і на проведення в життя слушних пропозицій, що багато в чому виходили від Зінов'єва. Векслер високо цінував його експериментаторську інтуїцію, яка відіграла вирішальну роль у пуску прискорювача-гіганта.

Дуже довго було неможливо отримати бетатронний режим, якого пуск неможливий. І саме Зінов'єв у відповідальний момент зрозумів, що треба зробити, щоби вдихнути життя в синхрофазотрон. Експеримент, до якого готувалися два тижні, на загальну радість, нарешті увінчався успіхом. 15 березня 1957 року дубненський синхрофазотрон запрацював, що всьому світу повідомила газета «Правда» 11 квітня 1957 року (стаття В.І. Векслера). Цікаво, що ця звістка з'явилася, лише коли енергія прискорювача, що поступово піднімається з дня пуску, перевищила енергію 6,3 ГеВ лідируючого на той час американського синхрофазотрона в Берклі. Є 8,3 мільярда електронвольт! - повідомляла газета, повідомляючи, що у Радянському Союзі створено рекордний прискорювач. Здійснилася заповітна мрія Векслер!

16 квітня енергія протонів досягла проектної величини 10 ГеВ, але в експлуатацію прискорювач був зданий лише через кілька місяців, оскільки залишалося ще досить невирішених технічних завдань. І все ж основне було позаду – синхрофазотрон заробив.

Про це Векслер доповів на другій сесії вченої ради Об'єднаного інституту у травні 1957 року. Тоді директор інституту Д.І. Блохінцев зазначив, що, по-перше, модель синхрофазотрона створили за півтора роки, тоді як в Америці це пішло близько двох років. По-друге, сам синхрофазотрон вдалося пустити за три місяці, уклавшись у графік, хоча спочатку це здавалося нереальним. Саме запуск синхрофазотрона приніс Дубні першу всесвітню славу.

На третій сесії вченої ради інституту член-кореспондент АН В.П. Джелепов зазначив, що «Зінов'єв був у всіх відносинах душею запуску і вніс у цю справу колосальну кількість енергії та зусиль, саме творчих зусиль під час налагодження машини». А Д.І. Блохінцев додав, що «Зінов'єв фактично виніс на собі величезну працю комплексного налагодження».

Створенням синхрофазотрона займалися тисячі людей, але Леоніду Петровичу Зінов'єву цьому належала особлива роль. Векслер писав: «Успіх запуску синхрофазотрона і можливість початку широкого фронту фізичних робіт у ньому значною мірою пов'язані з участю цих роботах Л.П. Зінов'єва».

Зінов'єв збирався після пуску прискорювача повернутися до ФІАНу. Проте Векслер упросив його залишитися, вважаючи, що більше нікому було б довірити керівництво синхрофазотроном. Зінов'єв погодився і керував роботою прискорювача понад тридцять років. Під його керівництвом та за безпосередньої участі прискорювач постійно вдосконалювали. Зінов'єв любив синхрофазотрон і дуже тонко відчував подих цього залізного велетня. За його словами, не було жодної, навіть більш-менш деталі прискорювача, яку б він не торкнувся і призначення якої не знав би.

У жовтні 1957 року на розширеному засіданні вченої ради Курчатівського інституту під головуванням самого Ігоря Васильовича сімнадцять осіб із різних організацій, які брали участь у створенні синхрофазотрона, були висунуті на найпрестижнішу на той час у Радянському Союзі Ленінську премію. Але за умов кількість лауреатів не могла перевищувати дванадцяти осіб. У квітні 1959 року премії було удостоєно директора Лабораторії високих енергій ОІЯД В.І. Векслер, начальник відділу тієї ж лабораторії Л.П. Зінов'єв, заступник начальника Головного управління з використання атомної енергії при Раді Міністрів СРСР Д.В. Єфремов, директор ленінградського НДІ Є.Г. Комар та його співробітники Н. А. Моносзон, А.М. Столов, директор московського радіотехнічного інституту АН СРСР А.Л. Мінц, співробітники тієї самої інституту Ф.А. Водоп'янов, С.М. Рубчинський, співробітники ФІАН А.А. Коломенський, В.А. Пєтухов, М.С. Рабінович. Векслер та Зінов'єв стали почесними громадянами Дубни.

Синхрофазотрон залишався у строю сорок п'ять років. За цей час на ньому зробили цілу низку відкриттів. Модель синхрофазотрона в 1960 році переробили в прискорювач електронів, який досі працює у ФІАН.

джерела

Література:
Коломенський А. А., Лебедєв А. Н. Теорія циклічних прискорювачів. - М., 1962.
Комар Є. Г. Прискорювачі заряджених частинок. - М., 1964.
Лівінгуд Дж. Принципи роботи циклічних прискорювачів – М., 1963.
Оганесян Ю. Як створювався циклотрон/Наука і життя, 1980, № 4, с. 73.
Хілл Р. Слідами частинок - М., 1963.

http://elementy.ru/lib/430461?page_design=print

http://www.afizika.ru/zanimatelniestati/172-ktopridumalsihrofazatron

http://theor.jinr.ru/~spin2012/talks/plenary/Kekelidze.pdf

http://fodeka.ru/blog/?p=1099

http://www.larisa-zinovyeva.com

А я вам ось про які установки ще нагадаю: наприклад, і як виглядає. Згадайте ще, що таке . А може, ви не знаєте? або що таке Оригінал статті знаходиться на сайті ІнфоГлаз.рфПосилання на статтю, з якою зроблено цю копію -

Технології у СРСР розвивалися стрімко. Чого тільки вартий запуск першого штучного супутника Землі, за яким спостерігав увесь світ. Мало хто знає, що в той же 1957 в СРСР запрацював (тобто був не просто добудований і введений в експлуатацію, а саме запущений) синхрофазотрон. Слово позначає установку для розгону елементарних частинок. Практично кожен сьогодні чув про Великий адронний колайдер - він є новішою і вдосконаленою версією описаного в даній статті пристрою.

Що це – синхрофазотрон? Навіщо він потрібний?

Ця установка являє собою великий прискорювач елементарних частинок (протонів), який дозволяє глибше вивчити мікросвіт, а також взаємодія цих частинок один з одним. Спосіб вивчення дуже простий: розбити протони на дрібні частини та подивитися, що знаходиться всередині. Звучить все просто, але зламати протон - це надзвичайно складне завдання, для вирішення якого знадобилося будівництво такої величезної споруди. Тут спеціальним тунелем частки розганяються до великих швидкостей і потім прямують на мішень. Вдарившись об неї, вони розлітаються на дрібні уламки. Найближчий "колега" синхрофазотрона, Великий адронний колайдер, діє приблизно за таким же принципом, ось тільки там частинки розганяються в протилежних напрямках і ударяються не про мету, а стикаються один з одним.

Тепер ви трохи розумієте, що це – синхрофазотрон. Вважалося, що установка дозволить зробити науковий прорив у галузі дослідження мікросвіту. У свою чергу, це дозволить відкрити нові елементи та способи отримувати дешеві джерела енергії. В ідеалі хотіли відкрити елементи, що перевершували ефективність і є при цьому менш шкідливими і більш простими в утилізації.

Застосування у військових цілях

Створювалася дана установка для здійснення науково-технічного прориву, але її цілі були не тільки мирними. Багато в чому науково-технічний прорив завдячує гонці військових озброєнь. Синхрофазотрон був створений під грифом "Цілком таємно", і його розробка та будівництво проводилися в рамках створення атомної бомби. Передбачалося, що пристрій дозволить створити досконалу теорію ядерних сил, проте виявилося не так просто. Навіть сьогодні ця теорія відсутня, хоча технічний прогрес зробив крок далеко вперед.

простими словами?

Якщо узагальнити та говорити зрозумілою мовою? Синхрофазотрон – це установка, де протони можна розігнати до великої швидкості. Вона складається із закільцьованої труби з вакуумом усередині та потужних електромагнітів, які не дають протонам рухатися хаотично. Коли протони досягають своєї максимальної швидкості руху, їхній потік прямує на спеціальну мету. Вдаряючись про неї, протони розлітаються на дрібні уламки. Вчені можуть бачити сліди осколків, що розлітаються в спеціальній бульбашковій камері, і по цих слідах вони аналізують природу самих частинок.

Бульбашкова камера - це трохи застарілий пристрій для фіксації слідів протонів. Сьогодні в подібних установках застосовуються точніші радари, що дають більше інформації про рух осколків протонів.

Незважаючи на простий принцип синхрофазотрона, сама ця установка є високотехнологічною, і її створення можливе лише за достатнього рівня технічного та наукового розвитку, яким, безумовно, мав СРСР. Якщо наводити аналогію, то звичайний мікроскоп є пристроєм, призначення якого збігається з призначенням синхрофазотрона. Обидва прилади дозволяють досліджувати мікросвіт, тільки останній дозволяє "копнути глибше" і має дещо своєрідний метод дослідження.

Детально

Вище було описано роботу приладу простими словами. Зрозуміло, принцип дії синхрофазотрона є складнішим. Справа в тому, що для розгону частинок до високих швидкостей необхідно забезпечити різницю потенціалів у сотні мільярди вольт. Це неможливо навіть на нинішньому етапі розвитку технологій, не говорячи вже про попередній.

Тому було ухвалено рішення розганяти частки поступово та ганяти їх по колу довго. На кожному колі протони підживлювалися енергією. В результаті проходження мільйонів оборотів вдалося набрати необхідну швидкість, після чого їх спрямовували на мету.

Саме такий принцип застосовувався у синхрофазотроні. Спочатку тунелем частинки рухалися з невеликою швидкістю. На кожному колі вони потрапляли на звані проміжки прискорення, де отримували додатковий заряд енергії і набирали швидкість. Ці ділянки прискорення є конденсаторами, частота змінної напруги яких дорівнює частоті проходження протонів по кільцю. Тобто частки потрапляли на ділянку прискорення при негативному заряді, у цей момент напруга різко зростала, що надавало їм швидкості. Якщо ж частинки потрапляли на ділянку прискорення при позитивному заряді, їх рух пригальмовувався. І це – позитивна особливість, тому що через неї весь пучок протонів рухався з однією швидкістю.

І так повторювалося мільйони разів, і коли частки набували необхідну швидкість, їх направляли в спеціальну мету, яку ті розбивалися. Після цього група вчених вивчала результати зіткнення частинок. Ось за такою схемою синхрофазотрон і працював.

Роль магнітів

Відомо, що у цій величезній машині для прискорення частинок застосовувалися також потужні електромагніти. Люди помилково вважають, що вони використовувалися для розгону протонів, але це негаразд. Розганялися частинки за допомогою спеціальних конденсаторів (ділянок прискорення), а магніти лише утримували протони в заданій траєкторії. Без них послідовний рух пучка елементарних частинок було б неможливим. А висока потужність електромагнітів пояснюється великою масою протонів за високої швидкості руху.

З якими проблемами зіткнулися вчені?

Одна з головних проблем під час створення цієї установки полягала саме у розгоні частинок. Звичайно, їм можна було надавати прискорення на кожному колі, проте при прискоренні їхня маса ставала вищою. При швидкості руху, близької до швидкості світла (як відомо, ніщо не може рухатися швидше за швидкість світла), їхня маса ставала величезною, через що утримувати їх на круговій орбіті було складно. Зі шкільної програми нам відомо, що радіус руху елементів у магнітому полі обернено пропорційний їх масі, тому зі зростанням маси протонів доводилося збільшувати радіус і використовувати великі сильні магніти. Подібні закони фізики сильно обмежують можливості дослідження. До речі, ними можна пояснити, чому синхрофазотрон вийшов таким величезним. Чим більшим буде тунель, тим більші магніти можна встановити створення сильного магнітного поля для утримання потрібного напрями руху протонів.

Друга проблема - втрата енергії під час руху. Частинки при проходженні по колу випромінюють енергію (втрачають її). Отже, при русі на швидкості частина енергії випаровується, і що вища швидкість руху, то вищі втрати. Рано чи пізно настає момент, коли величини випромінюваної та одержуваної енергії порівнюються, що унеможливлює подальший розгін частинок. Отже, виникають потреби у великих потужностях.

Можна сказати, що ми тепер точніше розуміємо, що це – синхрофазотрон. Але чого саме досягли вчені під час випробувань?

Які дослідження проводились?

Звичайно, робота цієї установки не пройшла безвісти. І хоча від неї очікували отримати серйозніші результати, деякі дослідження виявилися вкрай корисними. Зокрема, вчені вивчили властивості прискорених дейтронів, взаємодій важких іонів з мішенями, розробили ефективнішу технологію для утилізації відпрацьованого урану-238. І хоча для звичайної людинивсі ці результати мало про що говорять, у науковій сфері їхню значущість складно переоцінити.

Застосування результатів

Результати випробувань, що проводяться на синхрофазотроні, застосовуються навіть сьогодні. Зокрема, вони використовуються при будівництві електростанцій, що працюють на застосовуються при створенні космічних ракет, робототехніки та складного обладнання. Безумовно, внесок у науку та технічний прогрес цього проекту є досить великим. Деякі результати застосовують і у військовій сфері. І хоча вченим не вдалося відкрити нові елементи, які можна було б використати для створення нових атомних бомб, насправді ніхто не знає, чи це правда. Цілком можливо, що від населення приховують деякі результати, адже варто враховувати, що цей проект було реалізовано під грифом "Цілком таємно".

Висновок

Тепер ви розумієте, що це – синхрофазотрон, і яка його роль у науково-технічному прогресі СРСР. Навіть сьогодні подібні установки активно використовуються в багатьох країнах, ось тільки є вже вдосконалені варіанти – нуклотрони. Великий адронний колайдер є, мабуть, найкращою на сьогоднішній день реалізацією ідеї синхрофазотрона. Застосування цієї установки дозволяє вченим точніше пізнавати мікросвіт за рахунок зіштовхування двох протонів пучків, що рухаються на величезних швидкостях.

Що ж до нинішнього стану радянського синхрофазотрона, він був перероблений на прискорювач електронів. Зараз працює у ФІАН.

Що таке синхрофазотрон?

Спочатку трохи заглибимося в історію. Потреба цьому пристрої вперше виникла 1938 року. Група вчених-фізиків Ленінградського ФТІ звернулася до Молотову із заявою, що СРСР потрібна дослідницька база вивчення будови атомного ядра. Аргументували це прохання тим, що подібна сфера вивчення відіграє дуже важливу роль, а на даний момент Радянський Союз дещо відстає від західних колег. Адже в Америці на той час вже було 5 синхрофазотронів, в СРСР жодного. Було запропоновано завершити будівництво вже розпочатого циклотрону, розвиток якого призупинився через слабке фінансування та відсутність компетентних кадрів.

Зрештою, було прийнято рішення про будівництво синхрофазотрона, і на чолі цього проекту стояв Векслер. Будівництво було завершено у 1957 році. То що таке синхрофазотрон? Просто кажучи, це прискорювач частинок. Він зраджує часткам величезної кінетичної енергії. В його основі лежить мінливе провідне магнітне поле і частота головного поля, що змінюється. Таке поєднання дозволяє утримувати частки на постійній орбіті. Використовується цей пристрій вивчення різноманітних властивостей частинок та його взаємодії на високих енергетичних рівнях.

Апарат має дуже інтригуючі габарити: він займає цілий корпус університету, його вага дорівнює 36 тис. тонн, а діаметр магнітного кільця – 60 м. Доволі великі розміри для пристрою, основним завданням якого є вивчення частинок, розміри яких вимірюються в мікрометрах.

Принцип роботи синхрофазотрону

Дуже багато вчених фізики намагалися розробити пристрій, який давав би можливість розганяти частинки, надаючи їм величезну енергію. Саме вирішенням цієї проблеми є синхрофазотрон. Як він працює і що лежить в основі?

Початок було покладено циклотроном. Розглянемо принцип його дії. Іони, які прискорюватимуть, потрапляють у вакуум, де знаходиться дуант. У цей час на іони відбувається вплив магнітного поля: вони продовжують рухатися по осі, набираючи швидкість. Подолавши вісь і потрапивши до наступного зазору, починається набір ними швидкості. Для більшого прискорення потрібен постійний приріст радіусу дуги. При цьому час проходження буде постійним, незважаючи на збільшення відстані. Через зростання швидкості спостерігається приріст маси іонів.

Таке явище спричиняє втрату в наборі швидкості. Це і є основним недоліком циклотрону. У синхрофазотроні ця проблема повністю усунена – за рахунок зміни індукції магнітного поля з прив'язаною масою та одночасної зміни частоти перезарядки частинок. Тобто енергія частинок нарощується за рахунок електричного поля, задаючи напрямок за рахунок наявності магнітного поля.