Man1.ru Вход в люди
Авторизация

Жесткая фокусировка. Проблемы строительства ускорителей

Вы в разделе: Современные технологии Просмотров: 772
Жесткая фокусировка. Проблемы строительства ускорителей

Для существенного уменьшения массы магнита необходимо иметь возможность без заметного ущерба для интенсивности пучка уменьшить размеры воздушного зазора (апертуру) магнита. Такое уменьшение апертуры можно допустить только при условии, что будут значительно увеличены фокусирующие силы, удерживающие частицы в узкой кольцевой области между полюсами магнита. Именно такое увеличение фокусирующих сил и достигается в системах с жесткой фокусировкой.

Принцип жесткой фокусировки заключается в том, что каждый блок магнита сильно фокусирует частицы только в одной плоскости. При последовательном расположении блоков, в которых поле либо резко увеличивается, либо резко уменьшается (по направлению к центру кольца), пучок частиц подвергается фокусировке.

Такая система подобно чередующейся последовательности собирающих и рассеивающих линз в целом дает эффект «собирания» частиц. Если один блок фокусирует частицы в горизонтальной плоскости (и разбрасывает их в вертикальной), то следующий блок, в котором направление спада поля меняется, фокусирует их в вертикальной, разбрасывая в горизонтальной. В результате сечение пучка и, следовательно, размеры рабочей зоны магнита становятся меньше, что позволяет увеличить энергию частиц без существенного утяжеления магнита. На этом принципе основано устройство многих современных ускорителей на высокие энергии. Один из крупнейших — протонный ускоритель Института физики высоких энергий в г. Серпухове.

Диаметр основного кольца ускорителя 470 м, а длина его составляет 1,5 км. 76 000 МэВ энергии набирают протоны, мчащиеся в его кольцевой камере размером 19,5x11,5 см. В таком узком коридоре, не касаясь его стенок, протоны за короткое время ускорения (~3 с) проходят путь более полумиллиона километров. И на всем этом пути магнит Серпуховской машины ведет ускоряемые протоны по узенькой кольцевой дорожке шириной 16 см. Отсюда и происходит выигрыш в массе самого магнита. 120 блоков, каждый длиной 11 м, весят «всего лишь» около 20 000 т.

Но даже такой уникальный инструмент уже не удовлетворяет физиков. Проектируются и строятся новые сверхмощные установки. Растут энергии, растут размеры, растет и стоимость ускорителей. За последние десятилетия энергия ускорителей росла чуть ли не в геометрической прогрессии — от десятков миллионов электрон-вольт до десятков и даже сотен миллиардов электрон-вольт. Создание таких гигантских сооружений требует огромных материальных ресурсов. Например, строительство крупнейшего ускорителя в Батавии (США) на энергию 400 000 МэВ обошлось государству в 250 млн. долларов. Причем расходы на магнитную систему составили добрую половину стоимости всего ускорителя.

Для решения задач, которые ставит перед собой современная наука (не обладает ли пространство квантовыми свойствами? А может быть, окажется, что и время течет не непрерывно, а некоторыми порциями?), необходимы ускорители, «производящие» частицы энергией 1 000 000 МэВ. Что же будет с размерами, весом, прожорливостью мощных магнитов? Ведь ясно, что и без того громадные цифры будут все расти и расти. Но этого, очевидно, не случится.

Уже сейчас ведутся поиски новых эффективных и более экономичных путей увеличения мощности ускорителей. Так, группой ученых Радиотехнического института АН СССР создан проект сверхмощного ускорителя с автоматической корректировкой орбиты ускоряемых частиц. Этот ускоритель, получивший название кибернетического, способен разгонять протоны до энергии 1 000 000 МэВ. Длина окружности его основного кольца 15,5 км, но общий вес магнитов такой же, как и у Серпуховской машины, а размеры вакуумной камеры, в которой будут циркулировать протоны, даже в несколько раз меньше.

Большие надежды возлагают физики и на сверхпроводимость. Замена обычных магнитов компактными, почти не потребляющими мощности, сверхпроводящими магнитами — это возможность сильного увеличения магнитного поля, а стало быть, и уменьшения радиуса ускорителя. Если удастся достичь магнитного поля 10 Тл, то размеры ускорителя уменьшатся почти в 5 раз. И наоборот, при том же радиусе ускорителя увеличение индукции магнитного поля до 10 Тл позволит примерно во столько же раз увеличить энергию ускоряемых частиц. Поэтому уже сегодня большие кольцевые ускорители проектируются с таким расчетом, чтобы при необходимости можно было обычные магниты заменить сверхпроводящими.
Возможно будет интересно:
Ваши комментарии будут полезны посетителям сайта. Ваше мнение:

  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent
Введите код с картинки:*
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Авторизация