Синхрофазотрон и нуклотрон

Пишет Сергей Доля:

Синхрофазотрон - это ускоритель, построенный в Дубне в 1957 году и ставший самым большим и мощным для своего времени. Его магнит весит 36 000 тонн и занесен в книгу рекордов Гиннеса, как самый тяжелый в мире. Он проработал до 2002-го года, а сейчас в его подвале построен новый ускоритель - Нуклотрон.

43 фото

На прошлой неделе я, вместе с детенышем попал на территорию Объединенного Института Ядерных Исследований (ОИЯИ) в Дубне и прогулялся по синхрофазотрону…

Начали осмотр с бывшего пульта управления синхрофазотроном. Раньше он стоял полукругом посередине этой комнаты:

Сейчас от него остался лишь небольшой фрагмент:

05

06

Здесь же, в углу, стоит модель Синхрофазотрона:

Он устроен следующим образом: в самом начале частицы разгоняют в линейном ускорителе (инжекторе), а затем они попадают в кольцо синхрофазотрона, где ускоряются практически до скорости света, нарезая несколько сотен тысяч кругов. После этого частицу выстреливают из кольца и с помощью гигантских магнитов направляют в одну из мишеней. Нуклотрон работает по тому же принципу:

Положительно заряженные ионы разгоняются в ускорителе с помощью электричества. Образно говоря, они проходят через большое количество конденсаторов. Частица влетает в него с положительной стороны и начинает притягиваться к отрицательной. Такие "конденсаторы" называются ускоряющими промежутками.

Для ускорения частиц требуется огромное количество энергии, но энергия нужна не постоянно, а всплесками. Если подключить ускоритель к городской сети, то во время таких "всплесков", весь город будет погружаться во тьму, поэтому для ускорителя был построен собственный энергоблок. В нем стояли огромные маховики, которые раскручивали до скорости звука (330 метров в секунду) и во время "всплеска" резко останавливали, превращая механическую энергию маховика в электрическую.

Нуклотрон построили в подвале синхрофазотрона в 1992-ом году и его пульт управления выглядит уже гораздо современнее:

Нуклотрон работает не постоянно, а сеансами. Сейчас проводят 2 сеанса в год, продолжительностью чуть больше месяца:

Здание, где установлен синхрофазотрон имеет круглую форму и уже вокруг него построены вспомогательные сооружения:

При входе висят таблички:

13

Ускорение начинается в линейном ускорителе. С помощью электрического разряда из водорода выделяют положительно заряженные ионы, которые начинают свое путешествие по ускорителю. Напряжение на столько велико (чуть меньше МегаВольта), что в сырую погоду в этом помещении молнии могут бить в стены вместо трубок:

Из кожуха линейного ускорителя (ЛУ-20) торчат вакуумные лампы. Для того, чтобы частицы не тормозились от столкновений с молекулами воздуха, внутри ускорителя воздух откачан практически полностью:

На выходе из линейного ускорителя стоит поворотный магнит, который либо пропускает частицу прямо в синхрофазотрон, либо отклоняет ее в подвал, где стоит нуклотрон:

17

С помощью магнитных линз пучок частиц фокусируют и удерживают небольшим в диаметре:

Диаметр кольца синхрофазотрона 60 метров. Оно состоит из 4 огромных магнитов, на которых спокойно смогут разъехаться 2 легковушки (5 метров в высоту и 7 в ширину):

Магнит имеет такие размеры из-за того, что пучок в синхрофазотроне слабофокусированный и удерживается в вакуумной камере размером 2 метра на 40 сантиметров, а сам магнит нужен для того, чтобы удерживать пучок внутри кольца:

Когда синхрофазотрон был построен, академик Векслер поднялся на него и произнес ставшую крылатой фразу: "Когда мало мыслей, то много железа". Остаток жизни он посвятил разработке новых методов ускорения. Многие его идеи лишь сейчас, спустя 50 лет, начинают применять на практике.

После завершения строительства в Дубну приезжали президенты и премьер-министры разных стран, посмотреть на чудо-установку. Советский Союз очень гордился синхрофазотроном. В то время он стал одним из символов мощи нашей страны.

Сейчас синхрофазотрон уже почти полностью демонтирован. В здании осталось лишь ярмо магнита, зато хорошо видно отверстие, в котором ускорялся пучок ионов. Есть планы построить новый ускоритель внутри него, чтобы использовать железо магнита в качестве защиты от радиации:

Во время работы синхрофазотрона включали этот замечательный светофор:

Рядом с синхрофазотроном установлен сегмент нуклотрона. Разница в размере огромна:

В 50-ых годах, уже во время строительства синхрофазотрона, физики научились жестко фокусировать пучок ионов до гораздо меньших диаметров, что позволило уменьшить габариты следующих ускорителей. Обратите внимание на размеры отверстия внутри нуклотрона - оно значительно меньше, чем огромный проем в синхрофазотроне:

Нуклотрон строили уже во времена перестройки на деньги, которые лаборатория самостоятельно зарабатывала производством жидкого гелия. В здании с синхрофазотроном в подвале по кольцу были проложены кабели. Их передвинули, а на их месте построили нуклотрон: