Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о конкретной машине в ЦЕРНе . Для общей концепции см. Синхроциклотрон .
Синхроциклотрон (СК)

Synchro-циклотрон , или синхроциклотрон ( SC ), построенный в 1957 году, был ЦЕРН первым ускорителем «s. Это было 15.7 метров (52 футов) в окружности и предоставленные балки для первых экспериментов ЦЕРН в частице и ядерной физики . Он ускорял частицы до энергий до600  МэВ . Первый камень в фундамент ЦЕРН был заложен на месте синхроциклотрона первым генеральным директором ЦЕРН Феликсом Блохом . [1] После удивительно долгих 33 лет эксплуатации SC был выведен из эксплуатации в 1990 году. В настоящее время он принимает посетителей как выставочную площадку в ЦЕРНе.

Фон [ править ]

Синхроциклотрона (как общая идея) была изобретена Эдвин Макмиллан в 1945. Его основной целью является ускорение заряженных частиц , таких как протоны и дейтронов . Машина состоит из двух полых металлических электродов D-образной формы (называемых «ди») с зазором между ними, подключенных к источнику переменного напряжения высокой частоты (RF) . Эти фигурки размещаются на плоскости таким образом, чтобы их отверстия на плоских сторонах смотрели друг на друга. Частицы внутри синкроцилотрона могут ускоряться от одного диаметра к другому за счет силы, создаваемой электрическим полем.между делами. Частицы, ускоренные между деформациями с помощью этого метода, вращаются магнитным полем, созданным двумя большими магнитами, расположенными ниже и выше конструкции. Машина продолжает ускорять частицы, изменяя направление электрического поля до тех пор, пока они не достигнут максимального радиуса, а затем извлекает их через лучевую трубку и отправляет их к цели или другой машине. На протяжении всего процесса частота уменьшается, чтобы компенсировать релятивистское увеличение массы из-за скорости частиц, приближающихся к скорости света .

История [ править ]

В конце 1951 г. совещание ЮНЕСКО о новой европейской организации по ядерным исследованиям было проведено в Париже. На встрече была предложена синхроциклотронная машина как идеальное решение для ускорителя средней энергии, которое будет использоваться до тех пор, пока не будет создан более мощный ускоритель. Позже, в мае 1952 года, на первом заседании совета предложенной организации Корнелис Баккер был назначен директором Группы по изучению синхроциклотронов. [2]Спустя месяц в отчете под названием «Предварительная программа группы по изучению синхроциклотронов» группа решила, что им потребуется конструкция, которая могла бы обеспечивать протоны с энергией 600 МэВ. Первоначальная цель группы заключалась в указании объема работы, которая должна быть выполнена, а также в изучении и / или разработке необходимых элементов. После предварительных исследований в середине июня в Копенгагене было проведено первое собрание исследовательской группы SC . Решения, принятые на встрече, включали несколько поездок, чтобы увидеть похожие машины по всему миру, установление контактов для поиска подходящих компаний, которые могут изготовить необходимые детали, и подготовка основных чертежей машины. После второй встречи в Амстердаме в августе был подготовлен отчет о проделанной работе от 1 октября 1952 года для представления на заседании Европейского совета по ядерным исследованиям.который должен был пройти в октябре в Амстердаме. Согласно отчету, группа намеревалась завершить свою работу через год и представить полный отчет Европейскому совету по ядерным исследованиям. К отчету был приложен эскизный чертеж SC, в котором говорилось, что работа группы продвигается «удовлетворительно» и они «адекватно» сотрудничают. [2]

Строительная площадка синхроциклотрона (ЦЕРН)

В 1953 году, после года исследований, встреч и отчетов, началось проектирование синхроциклотрона . Строительство машины началось в 1954 году на площадке в Мейрине, детали поставлялись со всей Западной Европы. В конце 1955 года Вольфганг Гентнер стал директором Исследовательской группы синхроциклотронов, а бывший директор Корнелис Баккер стал генеральным директором ЦЕРН. [3] Программа исследований для синхроциклотрона начала планироваться, чтобы иметь возможность начать эксперименты как можно скорее. [4]КА был готов к выпуску своего первого луча в августе 1957 года, практически в намеченную дату. В пресс-релизе ЦЕРНа от 16 августа 1957 г. говорилось, что КА, третий по величине ускоритель такого типа в мире, начал работать на полную мощность. [5] В конце 1958 года, синхроциклотроне сделал свой первый важный вклад в ядерную физику открытия редкого электронного распада на пион частицы. Это открытие очень помогло теоретикам, доказав, что этот распад действительно происходит. [6] Синхроциклотрон использовался в среднем 135 часов в неделю в течение 1961 года; он работал непрерывно каждый день недели, кроме понедельника, который был зарезервирован для обслуживания. Синхроциклотрон разгонял струюиз протонов 54 раз в секунду, до скорости примерно 240 000 километров в секунду (80% процентов от скорости света ). [7]

В мае 1960 года в Вене были опубликованы планы сепаратора изотопов . Этот изотопный сепаратор был построен группой ядерной химии ЦЕРН (NCG) и использовался для измерения скорости образования радионуклидов, производимых на синхроциклотроне. Высокие темпы производства, наблюдавшиеся во время этих измерений, доказали, что SC был идеальной машиной для экспериментов по производству редких изотопов в реальном времени . [8] В апреле 1963 года группа физиков встретилась в ЦЕРНе, чтобы обсудить проект сепаратора изотопов . В конце 1964 года было представлено официальное предложение по проекту, которое было принято Генеральным директором ЦЕРН. [9] В том же году Синхроциклотрон начал концентрироваться наодна только ядерная физика , оставив физику элементарных частиц более мощному ускорителю, построенному в 1959 году, протонному синхротрону . В мае 1966 г. синхроциклотрон был остановлен для проведения крупных доработок. До середины июля мощность ТЦ и связанных с ним объектов была увеличена. Кроме того, был построен новый туннель для внешнего протонного пучка в новый подземный зал для нового сепаратора изотопов. [10] В 1967 году компания начала поставлять лучи для специализированной установки для работы с пучками радиоактивных ионов под названием ISOLDE , которая до сих пор проводит исследования, начиная от чистой ядерной физики до астрофизики и медицинской физики .

В 1969 году началась подготовка к увеличению интенсивности пучка и повышению эффективности вывода пучка КА. Он был остановлен в июне 1973 года на доработку. Усовершенствованная машина снова начала работать для физических исследований под новым названием SC2 в январе 1975 года. [11] В 1990 году ISOLDE был переведен на протонный синхротронный ускоритель , и SC, наконец, закрылся после 33 лет эксплуатации. [12]

ТЦ и его здание, зал ТЦ, служившее складом с момента закрытия в 1990 году, были отремонтированы в 2012-2013 годах [13], чтобы стать выставочной площадкой для посетителей, которая откроется в сентябре 2013 года. [14] Выставка включает видео о рождение ЦЕРНа и синхроциклотрона. Используя технологию проекционного картографирования , он отображает моделирование ускоряющихся частиц на КА и демонстрирует его части. Некоторые предметы и инструменты, которые использовались во время запуска синхроциклотрона, также находятся в зале для посетителей. [15]

Действия [ править ]

Ниже приведен список некоторых физических упражнений, выполненных в SC. [16] [17] [18]

  • Наблюдение электронного распада пиона.
  • Измерение аномального магнитного момента мюона
  • Наблюдение за бета-распадом пиона
  • Измерение позитронов спиральности от распада мюона
  • Захват мюонов в водороде
  • Мюонный канал
  • Мюонные и пионные рентгеновские лучи
  • Рассеяние пиона
  • Рассеяние нуклонов
  • Мюонный спиновой резонанс для твердотельных работ : металлы, полупроводники , полимеры
  • Радиоизотопы для медицины
  • Ядерная спектроскопия
  • Далеко нестабильные ядра и редкие моды распада
  • Силовые функции и статистические аспекты бета-распада
  • Атомная физика: рентгеновские лучи, оптические спектры в франции
  • Имплантация для приложений физики твердого тела
  • Исследование структуры ядра : распределение ядерных зарядов и магнитных моментов.
  • Электромагнитное взаимодействие между мюоном и ядром
  • Пионные атомы: эффект сильного взаимодействия
  • Пион двойной перезарядки
  • Производство и поглощение пионов
  • Реакции расщепления , деления , фрагментации с образованием радиоактивных веществ
  • Исследования ядерных масс, ядерных форм, экзотических распадов
  • Радиоактивное обнаружение оптической накачки : обнаружение колебания формы и сосуществования форм в области Hg
  • Аппарат Раби для измерения спина и магнитного момента
  • Лазерный индуцированные оптическая накачка
  • Коллинеарная лазерная спектроскопия
  • Резонансная ионизационная масс-спектроскопия

Ссылки [ править ]

  1. ^ Руббиа, Карло (1993). «Вступительное слово». Отчеты по физике . 225 (1–3): 12–25. DOI : 10.1016 / 0370-1573 (93) 90155-7 . ISSN  0370-1573 .
  2. ↑ a b Synchro-Cyclotron Divisional Reports , CERN , 1952 , получено 17 июля 2019 г.
  3. ^ Германн, Армин; Криге, Герхард Джон; Мерсиц, Ульрике; Пестре, Доминик; Вайс, Лаура (1990). История ЦЕРН Том II: Создание и работа лаборатории . Амстердам: Северная Голландия. п. 106. ISBN 0444882073. Дата обращения 13 августа 2019 .
  4. ^ Подготовка к экспериментам с машиной SC (PDF) , Комитет по научной политике ЦЕРН , 11 ноября 1955 г. , извлечено 18 июля 2019 г.
  5. ^ ЦЕРН Synchro-циклотронного на полную энергию (пресс - релиз) (PDF) , ЦЕРН , 16 августа 1958 , получен 19 июля 2019
  6. ^ Решающий эксперимент с синхроциклотроном ЦЕРН на 600 МэВ (пресс-релиз) (PDF) , ЦЕРН , 11 сентября 1958 г. , извлечено 19 июля 2019 г.
  7. ↑ Пресс-релиз (PDF) , ЦЕРН , 25 января 1962 г. , получено 19 июля 2019 г.
  8. ^ «Планы по разделителю изотопов опубликованы» . Хронология ЦЕРН . ЦЕРН . Дата обращения 8 июля 2019 .
  9. ^ «ЦЕРН одобряет проект онлайн-сепаратора» . Хронология ЦЕРН . ЦЕРН . Дата обращения 9 июля 2019 .
  10. ^ «Синхроциклотрон выключается» . Хронология ЦЕРН . ЦЕРН . Дата обращения 9 июля 2019 .
  11. ^ "Архивы Синхро-циклотронного отдела, SC" . Служба научной информации ЦЕРН . ЦЕРН . Проверено 30 июля 2019 .
  12. ^ "Сихроциклотрон" . ЦЕРН . Проверено 10 октября 2014 .
  13. ^ https://home.cern/news/news/accelerators/synchrocyclotron-prepares-visitors
  14. ^ https://cerncourier.com/a/our-universe-was-yours/
  15. ^ "Синхроциклотрон" . Посетите ЦЕРН . ЦЕРН . Дата обращения 8 июля 2019 .
  16. ^ "(Полный выпуск)" . Отчеты по физике . 225 (1–3): 1–191. Апрель 1993 . Проверено 8 августа 2019 .
  17. ^ «В прошлом месяце в ЦЕРНе» . ЦЕРН Курьер . 2 (9): 2 сентября 1962 . Проверено 8 августа 2019 .
  18. ^ Германн, Армин; Криге, Герхард Джон; Мерсиц, Ульрике; Пестре, Доминик; Вайс, Лаура (1990). История ЦЕРН Том II: Создание и работа лаборатории . Амстердам: Северная Голландия. п. 330. ISBN 0444882073. Дата обращения 13 августа 2019 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Мерсиц, Ульрике. "Строительство синхроциклотрона ЦЕРН (1952-1957)" . Сервер документов ЦЕРН . ЦЕРН . Проверено 30 июля 2019 .
  • Синхроциклотрон от научного эксперимента до публичной выставки (видео)
  • «(Полный выпуск)» . Отчеты по физике . 225 (1–3): 1–191. Апрель 1993 . Проверено 8 августа 2019 .

Координаты : 46 ° 13′58,7136 ″ с.ш., 6 ° 03′9,9468 ″ в.д. / 46,232976000 ° с. Ш. 6,052763000 ° в. / 46.232976000; 6,052763000