Як працює прискорювач

Метелики, звичайно, нічого не знають про зміїв. Зате про них знають птахи, що полюють на метеликів. Птахи, які погано розпізнають змій, частіше стають.

Октава називається інтервал між двома найближчими однойменними звуками: до і до, ре і ре і т. д. З точки зору фізики «спорідненість» цих.

У 27 році до зв. е. римський імператор Октавіан отримав титул Август, що латиною означає «священний» (на честь цього ж діяча, до речі.

Відомий жарт говорить: «NASA витратило кілька мільйонів доларів, щоб розробити спеціальну ручку, здатну писати в космосі.

Відомо близько 10 мільйонів органічних (тобто заснованих на вуглеці) та лише близько 100 тисяч неорганічних молекул. В додаток.

На відміну від звичайного скла, кварцове пропускає ультрафіолет. У кварцових лампах джерелом ультрафіолету є газовий розряд у парах ртуті. Він.

При великому перепаді температур усередині хмари виникають потужні висхідні потоки. Завдяки їм краплі можуть довго триматися у повітрі та.

Новини ЗМІ ПОН

Справжня історія радянського «пограбування віку». Справа братів Калачян

У 1977 році у Вірменії сталося найбільше в історії СРСР пограбування Держбанку.

Про пограбування грошових сховищ Держбанку не думали навіть матері карні злочинці. Проте 1977 року трапилося немислиме — зловмисники зазіхали на свята святих радянської фінансової системи.

Операція "Архів". Як Радянський Союз остаточно позбувся Гітлера

На рубежі 1980-1990-х років, коли в Східній Європі відбулосяобвалення прорадянських режимів, аЗахідна Німеччина поглинула Східну, відбулося різкепосилення позицій неонацистів.

На тлі повалення соціалізму вкрай праві сили намагалися добитися хоча бчасткову реабілітацію нацизму.

Непереможна країна. 15 цікавих фактів про Радянський Союз

Велика душа. Життя та принципи Махатми Ганді

Продукт гуманізму. Як жалісливий дантист вигадав «електричний стілець»

Придуманий з гуманних міркувань «електричний стілець» виявився одним із найжорстокіших способів страти.

Головна /
Прискорювач частинок
Як працює прискорювач

Попередження

Як працює прискорювач

Попередній прискорювач

Насамперед частинки треба створити і потім розігнати до невеликої енергії. Все це робиться в невеликому попередньому прискорювачі. Електрони та протони добувають із звичайної речовини, наприклад, за допомогою електричного поля або іонізації. Частинки «стягуються» електричним полем, прискорюються під його дією, а потім потрапляють у невеликий синхротрон, який називається «накопичувач». У ньому частки накопичуються, і коли їх стане досить багато, вони впорскуються в основний прискорювач. Там із ними починаються експерименти, а в попередньому прискорювачі частинки знову накопичуються з нуля. Кожен такий цикл займає кілька годин.

Якщо ж треба проводити експерименти з частинками, яких відсутні у звичайній речовині (наприклад, антипротони), то схема ускладнюється. Спочатку, як і раніше, отримують протони, потім пучок протонів прямує на спеціальну мету (конвертор). При зіткненні протонів з ядрами мішені народжується суміш частинок, серед яких є й антипротони. За допомогою магнітних полів ці антипротони виділяють і потім направляють у накопичувач.

Система "руління" пучком. Поворотні магніти

Коли фізики говорять про рух частинок усередині прискорювача, вони називають їх колективно: пучокчастинок. Цей пучок не розмазаний по всій довжині труби, а зібраний окремі згустки частинок. Зазвичай потік являє собою довгу (кілька сантиметрів або десятків сантиметрів) і тонку (десятки мікрон) «голочку», що складається з частинок, що летять поруч.

За першим законом Ньютона, частки у вільному стані прагнуть рухатися прямою. Тому для того, щоб утримувати їх усередині кільцевого прискорювача, їхню траєкторію доводиться загортати за допомогою магнітного поля. Для цього вздовж прискорювального кільця на певній відстані встановлюють один від одного спеціальні поворотні магніти. В результаті траєкторія пучка стає схожою на округлений багатокутник: у його вершинах пучок повертається на невеликий кут, а потім летить до наступного магніту прямою. Саме на прямих ділянках встановлена вся решта апаратури.

Чим більша енергія частинок, тим важче загорнути їх у дугу потрібного радіусу і тим паче сильні поворотні магніти доводиться використовувати. На колайдері LHC використовуються поворотні магніти з індукцією 8 Тесла (приблизно в 100 тисяч разів сильніші за магнітне поле Землі). Таке сильне поле вдається отримувати лише в надпровідних електромагнітах і лише за дуже низької температури. В результаті всю установку (а це кільце периметром 27 км!) доводиться охолоджувати до дуже низьких температур (нижче 2 К). Це вкотре наголошує, що прискорювальне кільце — це не просто «труба з магнітним полем», а найскладніша технічна конструкція.

Магнітне поле у поворотних магнітах не однорідне; воно трохи слабше у внутрішній частині і трохи сильніше у зовнішній частині дуги. Це зроблено для того, щоб повернути назад пучок, який злегка збився з оптимальної орбіти.

Система контролю та «аварійний вихід» для пучка

Незважаючи на те,що пучок часток містить не так багато частинок (сумарна маса всіх частинок у пучку зазвичай становить нанограми і менше!), В ньому може бути запасена величезна кінетична енергія. Наприклад, протонний пучок на LHC має енергію, порівнянну з кінетичною енергією реактивного літака, що летить. Якщо буде втрачено контроль над пучком, то він, вирвавшись на волю, пропалить стінку вакуумної труби, апаратуру прискорювача і навіть багатометрові бетонні стіни. Тому система стеження положення пучка абсолютно необхідна для безпечної роботи прискорювача.

Система стеження в режимі реального часу контролює, де саме всередині вакуумної труби проходить траєкторія пучка. Якщо вона трохи відхиляється від осі труби, магнітні поля намагаються вирівняти його положення. Якщо ж відхилення стає критичним, то відбувається «скидання пучка» - спеціальний дуже швидкий магніт різко вмикається і виводить пучок з кільця прискорювача за спеціальним «аварійним виходом» в далечінь, де величезна бетонна мета приймає він всю його енергію. Зазвичай достатньо зробити по одному аварійному виходу на кожен із двох зустрічних пучків: нестабільність пучка розвивається не так швидко, і пучок за цей час встигне долетіти до свого виходу.

Регулярне скидання пучка відбувається також і в штатному режимі. Літаючи в прискорювачі, пучок поступово втрачає частинки — дехто вибуває при зіткненнях у детекторі, дехто просто розсіюється на залишкових молекулах газу у вакуумній камері. Кожні кілька годин, коли пучок слабшає в кілька разів, його «скидають» на ту ж мету, що стоїть віддалік, а в прискорювач впорскується нова порція частинок.

Прискорювальна секція

Коли частинки тільки-но «впорснуті» з попереднього прискорювача восновний, вони мають ще надто малою енергією, і їх потрібно прискорювати. Це здійснюється у спеціальній прискорювальній секції – клістроні. Клістрон - це спеціальна вакуумна камера химерної форми, що віддалено нагадує порожню мікрохвильову піч. У цій камері збуджується потужна електромагнітна хвиля, що стоїть, частота і фаза якої ретельно узгоджені з пролітаючими згустками: коли черговий згусток влітає в прискорювальну секцію, сильне електричне поле його підштовхує вперед.

Літаючи по кільцю, пучок часток не прискорюється, лише поступово втрачає свою енергію. Розгін частинок для компенсації цих втрат та збільшення енергії відбувається у спеціальній прискорювальній секції секції кільця (на фото). Це вакуумна камера складної форми зі змінним електричним полем, що коливається в такт пучку, що пролітає. Щоразу, коли потік частинок пролітає крізь камеру, електричне поле підштовхує їх, надаючи їм додаткову енергію.

Магнітні лінзи

Частинки, що летять у пучку один поряд з одним, мають однакові електричні заряди і тому відштовхуються. В результаті пучок прагне розпливтися у поперечному напрямку. Для запобігання цій розбіжності пучок доводиться постійно фокусувати. Цим займаються спеціальні квадрупольні магніти, розставлені вздовж прискорювального кільця, - магнітні лінзи.

Через те, що пучок складається з однойменно заряджених частинок, він прагне розійтися в сторони під час свого руху. Для того, щоб утримувати пучок від розширення, вздовж кільця стоять складні магніти, що фокусують - магнітні лінзи (на фото). Найголовніші магнітні лінзи стоять перед детектором. Їхнє завдання — сфокусувати пучок у центр детектора, там, де він має зіткнутися із зустрічним згустком частинок.

Найважливіша пара магнітних лінз встановлена безпосередньо перед входом зустрічних пучків у детектор - ці лінзи називають "фінальні квадрополі". Саме там частинки із зустрічних пучків мають зіткнутися, щоб породити нові важкі частки. Імовірність зіткнення тим вища, чим «тужніше» сфокусовані пучки в місці зустрічі: якщо діаметр «плями фокусування» в кожному пучку зменшити вдвічі, то частота зіткнень зросте в 16 разів.