Aklaypart.ru

Авто Журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Ускоритель частиц как двигатель

Ускоритель частиц

Ускоритель частиц представляет собой устройство или система , в которой электрически заряженные частицы (например , элементарные частицы , атомные ядра , ионизированные атомы или молекулы ) ускоряются до высоких скоростей с помощью электрических полей . Внутри ускорителя обычно есть вакуум . Физика ускорителей описывает физические законы и режимы работы различных типов ускорителей частиц .

В зависимости от типа частицы и типа ускорителя ускоренные частицы могут почти достигать скорости света . Их кинетическая энергия в таком случае кратна их собственной энергии покоя . В этих случаях специальная теория относительности описывает движение частиц.

Крупнейшие ускорительные установки используются в фундаментальных исследованиях (например, в физике высоких энергий ) для изучения фундаментальных взаимодействий вещества с частицами высоких энергий и исследования мельчайших структур. Кроме того, ускорители частиц также становятся все более важными в медицине и для многих промышленных приложений.

На техническом жаргоне большие ускорители часто называют «машинами», но они вводят в заблуждение.

Содержание

Высоковольтный ускоритель (ускоритель прямого действия)

Ускоритель заряженных частиц (электронов) в котором ускорение заряженных частиц происходит электрическим полем, неизменным или слабо меняющимся в течение всего времени ускорения частиц. Важное преимущество В.У. по сравнению с др. типами ускорителей – возможность получения малого разброса по энергии частиц, ускоряемых в постоянном во времени и однородном электрическом поле. Данный тип ускорителей характеризуется высоким КПД (до 95%) и возможностью создания установок большой мощности (500кВт и выше) что весьма важно при использовании ускорителей в промышленных целях.

Электростатический ускоритель

Идеологически наиболее простой, линейный ускоритель. Частицы ускоряются постоянным электрическим полем и движутся прямолинейно по вакуумной камере, вдоль которой расположены ускоряющие электроды.

    Ускоритель Ван де Граафа. Ускоряющее напряжение создаётся генератором Ван де Граафа, основанном на механическом переносе зарядов диэлектрической лентой. Максимальные электрические напряжения

20МВ определяют максимальную энергию частиц

20МэВ.
Каскадный ускоритель. Ускоряющее напряжение создаётся каскадным генератором, который создаёт постоянное ускоряющее высокое напряжение

5 МВ преобразуя низкое переменное напряжение по схеме диодного умножителя.

Линейные ускорители электронов небольших энергий часто используются, как часть самых разных электровакуумных приборов (электронно-лучевая трубка, кинескоп, рентгеновская трубка и др.).

Циклотрон

Идея циклотрона проста. Между двумя полукруглыми полыми электродами, т. н. дуантами, приложено переменное электрическое напряжение. Дуанты помещены между полюсами электромагнита, создающего постоянное магнитное поле. Частица, вращаясь по окружности в магнитном поле, ускоряется на каждом обороте электрическим полем в щели между дуантами. Для этого необходимо, чтобы частота изменения полярности напряжения на дуантах была равна частоте обращения частицы. Иными словами, циклотрон является резонансным ускорителем. Понятно, что с увеличением энергии, на каждом обороте, радиус траектории частицы будет увеличиваться, пока она не выйдет за пределы дуантов.

Циклотрон — первый из циклических ускорителей. Впервые был разработан и построен в 1931 году Лоуренсом, за что ему была присуждена Нобелевская премия в 1939 году. До сих пор циклотроны применяются для ускорения тяжёлых частиц до относительно небольших энергий, до 50МэВ/нуклон.

Бетатрон

Другое название: индукционный ускоритель. Циклический ускоритель, в котором ускорение частиц осуществляется вихревым электрическим полем, индуцируемым изменением магнитного потока, охватываемого орбитой пучка. Поскольку для создания вихревого электрического поля необходимо изменять магнитное поле сердечника, а магнитные поля в несверхпроводящих машинах обычно ограничены эффектами насыщения железа на уровне

20кГс, возникает ограничение сверху на максимальную энергию бетатрона. Бетатроны используются преимущественно для ускорения электронов до энергий 10—100 МэВ (максимум достигнутой в бетатроне энергии 300 МэВ).

Впервые бетатрон был разработан и создан Видероэ в 1928 году, который, однако, ему не удалось запустить. Первый надёжно работающий бетатрон был создан Д. В. Керстом лишь в 1940—1941 гг. в США.

Микротрон

Он же — ускоритель с переменной кратностью. Резонансный циклический ускоритель с постоянным как у циклотрона ведущим магнитным полем и частотой ускоряющего напряжения. Идея микротрона состоит в том, чтобы сделать приращение времени оборота частицы, получающееся за счёт ускорения на каждом обороте, кратным периоду колебаний ускоряющего напряжения.

Фазотрон (синхроциклотрон)

Принципиальное отличие от циклотрона — изменяемая в процессе ускорения частота электрического поля. Это позволяет, за счёт автофазировки, поднять максимальную энергию ускоряемых ионов по сравнению с предельным значением для циклотрона. Энергия в фазотронах достигает 600—700 МэВ.

Синхрофазотрон

Циклический ускоритель с постоянной длиной равновесной орбиты. Чтобы частицы в процессе ускорения оставались на той же орбите, изменяется как ведущее магнитное поле, так и частота ускоряющего электрического поля. Большинство современных циклических ускорителей являются сильнофокусирующими синхрофазотронами. Для ультрарелятивистских электронов в процессе ускорения частота обращения практически не меняется, и используются синхротроны.

Читать еще:  245 двигатель пропало давление масла

Синхротрон

Циклический ускоритель с постоянной длиной орбиты и постоянной частотой ускоряющего электрического поля, но изменяющимся ведущим магнитным полем.

Лазер на свободных электронах (ЛСЭ)

Специализированный источник когерентного рентгеновского излучения.

Линейный ускоритель

Также часто называется ли́нак (сокращение от LINear ACcelerator). Ускоритель, в котором частицы пролетают однократно. Линейные ускорители чаще всего используются для первичного ускорения частиц, полученных с электронной пушки или источника ионов. Однако, идея линейного коллайдера на полную энергию также не нова. Основным преимуществом линаков является возможность получения ультрамалых эмиттансов и отсутствие потерь энергии на излучение, которые растут пропорционально четвёртой степени (!) энергии частиц.

Колла́йдер

Он же ускоритель на встречных пучках. Чисто экспериментальные установки, цель которых — изучение процессов столкновения частиц высоких энергий.

Линейные ускорители

Схема линейного ускорителя

Понятно, что при использовании постоянных электрических полей для разгона частиц нужно создать огромную разность потенциалов. В некоторых самых ранних ускорителях эта разность достигала миллиона вольт. Такие высокие напряжения создавать непросто. Поэтому появилась идея прогонять заряженные частицы через последовательно расположенные ускоряющие электрические поля, созданные низкими потенциалами. Так устроены линейные ускорители. Частица в них движется по прямолинейной траектории, проходя через последовательно расположенные трубки, называемые трубками дрейфа. Это электроды в виде трубок. На них подаётся переменное напряжение. Так как трубки внутри изолированы, то электрическое поле существует только снаружи. Частица внутри движется равномерно по инерции (дрейфует). Соседние трубки имеют противоположную полярность. Поэтому как только частица попадает в промежуток между трубками (его называют ускоряющим промежутком), она получает ускорение. Размеры трубок подбираются таким образом, чтобы полярность трубок менялась в тот момент, когда частицы подходили к зазору между трубками. Таким образом, пролетая через трубки дрейфа, частица получает многократно ускоряется. В итоге ускорением частицы является сумма ускорений, полученных ею на всём протяжении своего пути.

Скорость электронов очень быстро растёт до скорости света, поэтому для их разгона применяют дрейфовые трубки одинаковой длины. А вот протоны разгоняются не так быстро, поэтому для их разгона используют трубки постепенно нарастающей длины.

Применение

От промышленности до энергоснабжения, от здравоохранения до безопасности — помимо научных исследований, существует несколько областей, в которых технологии, связанная с ускорением частиц, положительно влияет на жизнь людей.

Применение в медицине. Ежегодно миллионы пациентов получают диагностику и лечение на основе ускорителей в клиниках и больницах по всему миру. Ускоренные частицы (такие, как протоны, электроны или более тяжелые заряженные частицы) используются для уничтожения раковых клеток и создания детального изображения изнутри тела.

Потребительские товары: ускорители частиц в настоящее время используются в различных промышленных процессах, начиная от сшивания пластмассы для термоусадочной пленки и заканчивая производством компьютерных чипов.

В частности, ускорители ионных пучков используются для изготовления электронных микросхем и упрочнения поверхностей материалов, подобных тем, которые используются в искусственных соединениях. Ускорители с электронным пучком, с другой стороны, обычно используются для изменения свойств материала, таких как пластические модификации для обработки поверхности.

Национальная безопасность: ускорители играют важную роль в управлении запасами, проверке грузов и характеристике материалов. Они в основном используются для сканирования контейнеров и предметов и помогают идентифицировать оружие и другие опасные материалы.

Ускоритель элементарных частиц

В Европе Группа учёных вырыла 27-километровый тоннель для того чтобы проводить опыты по столкновению 2 протонов чтобы доказать существование последней ненайденной частицы стандартной модели. Есть мнение что это может привести к образованию огромной чёрной дыры. Хотя учёные списывают это на журналистскую утку(впринципе очень даже похоже). Кто что думает? Есть ли опасность? И насколько я знаю эксперементы уже начались.

Что думаете по этому поводу?

Nikolay

Ответ: Ускоритель элементарных частиц

ну вот сама посуди —
что езмъ черная дыра? согласно ОТО в черную дыру превратится любой объект с массой более трех (помоему) масс солнца. Объект не имеет линейных размеров и на него будет падать вся близлежайшая материя.
Либо (если придерживаться другой теории) черная дыра вообще просто очень тяжелый физически измеримый объект с твердой поверхностью (сфера шварцшильда) результат сжатия тяжелой звезды.

какик образом при помощи столкновений протонов можно получить столь огромные массы, чтобы они стали черными дырами? не представляю. «Миниатюраня черная дыра» как о них журналюги говорили вообще имо никакого смысла не имеет,
Возможно говоря о черных дырах получаемых в LHC имели ввиду не них а «червоточены» ака «кротовые норы». жутко виртуальная хрень предсказанная на основании ТО. Суть дырки в другую часть пространства

Читать еще:  Двигатель ваз 21053 датчик температуры

Ответ: Ускоритель элементарных частиц

Не получится чёрной дыры — за эксперементами пристально наблюдают Вселенские Люди Света. Они не позволят ящерикам погубить человечество. При возникновении опасности образования чёрной дыры (а всем известно что чёрна дыра — мощнейший источник отрицательного когерентного излучения, позволяющего контролировать человеческие души) немедленно транклюкируют опсность в безопасное измерение.

Baron

Ответ: Ускоритель элементарных частиц

Негр, вот от тебя я василисовщины не ожидал. )))))))))))))

varnav

Ответ: Ускоритель элементарных частиц

Некоторые специалисты и представители общественности высказывают опасения, что имеется отличная от нуля вероятность выхода проводимых в коллайдере экспериментов из-под контроля и развития цепной реакции, которая при определённых условиях теоретически может уничтожить всю планету. Точка зрения сторонников катастрофических сценариев связанных с работой LHC изложена на сайте[1].

В этой связи наиболее часто упоминается теоретическая возможность появления в коллайдере микроскопических черных дыр [2], а также теоретическая возможность образования сгустков антиматерии и магнитных монополей с последующей цепной реакцией захвата окружающей материи.

Указанные теоретические возможности были рассмотрены специальной группой CERN, подготовившей соответствующий доклад, в котором все подобные опасения признаются необоснованными [3].

В качестве основных аргументов в пользу необоснованности катастрофических сценариев приводятся ссылки на то, что Земля, Луна и другие планеты постоянно бомбардируются потоками космических частиц с гораздо более высокими энергиями. Упоминается также успешная работа ранее введённых в строй ускорителей, включая Релятивистский ионный коллайдер в Брукхейвене. Возможность образования микроскопических чёрных дыр не отрицается специалистами CERN, однако при этом заявляется, что такие объекты не могут возникать при энергиях коллайдера LHC в нашем четырёхмерном пространстве, так как для этого потребуется энергия большая на 16 порядков по сравнению с энергией пучков LHC. Гипотетические микроскопические чёрные дыры могут появляться в экспериментах на LHC в предсказаниях теорий с дополнительными пространственными измерениями. Такие теории пока не имеют каких-либо экспериментальных подтверждений. Однако, даже если черные дыры будут возникать при столкновении частиц на LHC они будут чрезвычайно неустойчивыми вследствие излучения Хокинга и будут практически мгновенно испаряться в виде обычных частиц.

Nikolay

Ответ: Ускоритель элементарных частиц

объясните мне темному, каким образом там будут образовываться черные дыры?
откуда возьмем подобную массу?

ну и как бы не разгоняли частицы, эффективная скорость (а значет и энергия) взаимодействия всеравно будет расти очень незначительно (разница между взаимодействиями частиц со скоростями 0.9с и 0.9999с будет очень незначительна, ведь релятивистская скорость взаимодействия лишь незначительно приблизится к с)

Ssaash

Ответ: Ускоритель элементарных частиц

бессмысленно рассуждать, как мне кажется, на темы, в котором рассуждающие разбираются чуть более чем никак вообще.

Nikolay

Ответ: Ускоритель элементарных частиц

не более бессмысленно, чем выпускать газеты и телепередачи с темже содержанием. (о том что мы все сдохнем от этого коллайдера)

Ответ: Ускоритель элементарных частиц

1. Барон, Василиса — ваапсче мой кумир.
2. Varnav, всегда существует отличная от нуля вероятность, что из люка гор.кала вылезет Годзила, отряхнётся и сожрёт половину блондинок Москвы.
3. Nikolay, газеты и журналы баблосы нехилые рубят када пишуть о том, в чём они ни ухом, ни рылом не разбираюцо ниполраза.

Ответ: Ускоритель элементарных частиц

СМИ ПОН

Новости СМИ ПОН

Подлинная история советского «ограбления века». Дело братьев Калачян

В 1977 году в Армении произошло крупнейшее в истории СССР ограбление Госбанка.

Об ограблении денежных хранилищ Госбанка не думали даже матёрые уголовники. И тем не менее в 1977 году случилось немыслимое — злоумышленники покусились на святая святых советской финансовой системы.

Операция «Архив». Как Советский Союз окончательно избавился от Гитлера

На рубеже 1980–1990-х годов, когда в Восточной Европе произошло обрушение просоветских режимов, а Западная Германия поглотила Восточную, произошло резкое усиление позиций неонацистов.

На фоне ниспровержения социализма крайне правые силы пытались добиться хотя бы частичной реабилитации нацизма.

Непобедимая страна. 15 интересных фактов о Советском Союзе

30 декабря 1922 года на Первом Всесоюзном съезде Советов было утверждено образование Союза Советских Социалистических республик. Советский Союз занимал территорию площадью 22 400 000 квадратных километров, являясь самой большой страной на планете, имел самую протяжённую границу в мире (свыше 60 000 километров) и граничил с 14 государствами.

Великая душа. Жизнь и принципы Махатмы Ганди

Мохандас Карамчанд Ганди родился 2 октября 1869 года в индийском городе Порбандар в состоятельной семье из варны вайшьев. Маленький Мохандас, или Мохан, меньше всего напоминал философа, мыслителя и политика, идеи которого перевернут мир.

Читать еще:  Двигатель f16d3 расход масла

Продукт гуманизма. Как сердобольный дантист придумал «электрический стул»

6 августа 1890 года человечество вписало новую страницу в свою историю. Научно-технический прогресс добрался и до такого специфического рода деятельности, как исполнение смертных приговоров. В Соединённых Штатах Америки была проведена первая смертная казнь на «электрическом стуле».

Придуманный из гуманных соображений «электрический стул» оказался одним из самых жестоких способов смертной казни.

  • СТАТЬИ
  • Традиции и новшества
  • Уроки истории
  • Главная /
  • Ускоритель частиц /
  • Краткая история ускорителей

Предупреждение

Браузер может блокировать содержимое данной страницы. Для разблокировки содержимого нажмите на значок замка в адресной строке, найдите предупреждение «часть информации была заблокирована», «Подробнее», «Разблокировать».

Ускоритель частиц на чёрных дырах поможет найти инопланетные цивилизации

Если во Вселенной существует высокоразвитая инопланетная цивилизация, то её специалисты уже наверняка построили работающий на чёрных дырах ускоритель частиц для изучения физики энергии планковских масштабов. Если такая установка существует где-либо в обозримом космосе, то по ней можно засечь разумных соседей по Вселенной, считают учёные.

Брайан Лэки и его коллеги из Принстонского университета в США придумали и изучили концепцию инопланетного ускорителя частиц на чёрных дырах в рамках своего нового исследования. Исследователи сделали расчёты, которые позволяют предположить, что если такой ускоритель существует, он будет производить нейтрино невиданного энергетического уровня — в несколько иоттаэлектронвольт — которые можно будет засечь земными детекторами, сообщают «Вести.ру».

Подобно людям, считают учёные, инопланетяне должны быть заинтересованы в разгадках тайн Вселенной, а значит, и в проведении физических экспериментов. При достаточном уровне развития инопланетные исследователи должны достичь так называемой планковской энергии — сверхвысокого уровня, который равняется 1,22*1028 электронвольт. Для сравнения, уровень энергии, достигаемый в Большом адронном коллайдере (БАК), равен всего 14 тераэлектронвольтам или 14·1012 электронвольт.

Плотность электромагнитной энергии, необходимой для достижения масштабов Планка, должна быть настолько велика, что установка, генерирующая такую энергию, окажется под угрозой втягивания в чёрную дыру, которую она же сама и произведёт (миниатюрные чёрные дыры планируют получить и на БАКе). Тем не менее, Лэки и его коллеги предполагают, что разумные инопланетные физики смогут обойти эту проблему.

Неудивительно, что ускоритель, достигающий планковской энергии, должен быть титанически большим. Если для ускорения в такой установке будут использоваться электрические поля, то устройство должно быть по крайней мере в 10 раз больше радиуса Солнца. Тем не менее, магнитный ускоритель синхротронного типа может быть и несколько меньше.

Построив такой ускоритель, инопланетные физики должны будут сталкивать частицы при планковской энергии приблизительно в 1024 раз чаще, чем это происходит в Большом адронном коллайдере. Однако в таком случае, по словам Лэки, установка будет выдавать массу «побочных продуктов».

Этими «побочными продуктами» окажутся высокоэнергетические частицы, которые в теории могут достичь Земли, если смогут покинуть интенсивные электромагнитные поля внутри фантастического коллайдера. Кроме того, так же как и физики-земляне, инопланетные учёные, скорее всего, попытаются отгородить окружающее пространство от вредных излучений. Поэтому единственными частицами, которые смогут достичь Земли, оказываются вездесущие нейтрино.

Эти нейтрино будут иметь энергию, которая в миллиард или более раз превышают энергию тех же частиц, которые когда-либо улавливали исследователи на Земле. К счастью, в отличие от более низкоэнергетических частиц, эти нейтрино гораздо сильнее взаимодействуют с материей, и потому их будет легче обнаружить.

Согласно расчётам Лэки, большинство таких нейтрино, попадая в земные океаны, будут провоцировать «ливни» из вторичных частиц. Чтобы обнаружить эти явления, необходимо будет расставить сети гидрофонов прямо в воде. И понадобится их немало — около 100 тысяч штук.

Впрочем, существует ещё одна возможность детектирования высокоэнергетичных нейтрино. Учёные придумали использовать для этого Луну: радиотелескоп фиксирует потоки частиц при энергиях, близких к 1020 электронвольт, которые врезаются в поверхность спутника. Именно на это направлена деятельность проекта NuMoon.

Однако, отмечает Лэки, обнаружение иоттаэлектронвольных нейтрино необязательно будет означать, что где-то во Вселенной стоит ускоритель, достигающий плансковской энергии. Согласно теории струн, нейтрино сверхвысоких энергий могут быть следствием распада космических струн — одномерных складок пространства-времени. Впрочем, с этой ноднозначностью физики, наверняка, разберутся.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector